Brevet FR2593108A1 — publié le 19870724

DISPOSITIF DE MANUTENTION MULTIPINCES AVEC LIMITEUR INDIVIDUEL D'EFFORT DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un dispositif applicable principalement a la manutention d'un ensemble de crayons combustibles-nucléaires. Ce dispositif est constitué d'une tête de manutention comprenant -une pluralité de pinces individuelles destinées a enserrer chacune simultanément un crayon combustible par une de sesz extrémités, chacune de ces pinces comportant un dispositif limiteur d'effort (traction ou poussée) et un dispositif indicateur de sa situation. ETAT DE LA TECHNIQUE Les assemblages combustibles nucléaires sont Constitués de crayons com- bustibles ayant la forme de barreaux cylindriques de diamètre allant de 5 à 15 mm et de grande longueur (pouvant dépasser 4 m). Les crayons sont disposes en réseau avec un pas de l'ordre de 1,5 fois leur diamètre. Ce reseau est matérialisé par: - deux embouts reliés par des entretoises qui occupent certains noeuds du réseau et qui sont fixées aux embouts par soudage, sertissage ou vis. Ces entretoises peuvent être constituées soit par des tubes à l'intérieur desquels peuvent être introduites des barres de contrôle (cas des assemb- lages combustibles pour chaudière PWR), soit par des crayons à extrémités filetées (cas des assemblages combustibles pour chaudière BWR). Entre les entretoises sont disposés les crayons; - des plaques ou grilles intermédiaires perpendiculaires aux crayons, per- cées à la maille du réseau, fixées aux entretoises et assurant ainsi l'espacement des crayons combustibles qui occupent tous les autres noeuds du réseau. Les crayons combustibles, habituellement constitués de rondelles de ma- teriau combustible entourées d'une enveloppe métallique assurant l'étan- cheité et la rigidité du crayon, sont maintenus dans leur réseau par les plaques ou grilles intermédiaires et peuvent glisser axialement jusqu'à buter sur un des embouts. Au cours de la confection ou du démantèlement des assemblages combustib- les, on peut être amené à manipuler les crayons par grappes, ce qui né- cessite l'utilisation des têtes à pinces multiples pour les saisir par une de leurs extrémités. Le nombre de crayons ainsi manipulés simultanément peut atteindre 264 ou davantage. Du fait de leur géométrie très allongée, les crayons sont relativement fragiles et déformables, ces défauts pouvant être aggravés après irradia- tion; il convient donc de faire les manipulations avec précaution pour éviter la rupture de la gaine métallique ou son flambage. C'est notamment au cours du démantelement des assemblages combustibles que les crayons subissent le plus de contraintes: dans un premier temps on commence généralement par démonter et séparer l'un des embouts d'avec les entretoises, puis en maintenant les grilles intermédiaires, on ex- trait les crayons, généralement plusieurs à la fois. Compte tenu des déformations possibles subies au cours d'irradiation par les crayons, de leur possibilité de glisser axialement jusqu'à venir en butte sur un embout de l'assemblage combustible, il se peut que leurs xt4metê mne soient plus alignées et que l'effort d'arrachement varie consià44dsb!"ent d'un crayon à l'autre, et même atteigne une valeur ex- cessive (risqu. de rupture) pourun ou plusieurs crayons. Par exemple, pour un assemblage formé de 264 crayons de diamètre 9,5 mm formant un réseau earré417x17 au pas de 12,5 mm, le niveau des extrémités 4s crayons peut varier de 2 cm autour d'une valeur moyenne et l'effort d'arr4chement varier de 30 N à plus de 500 N, l'effort critique à partir duquel oa peut craindre la rupture du crayon étant dans ce cas de l'ordre de 600. Apres extr4ctiç, les crayons sont stockés de façon compacte dans des con- teneurs par l'intarmédiaire d'un système de rangement. Lors de cette opé- ration qui peut se faire en poussant les crayons dans le système, on peut craindre que les déformations subies par l'un d'eux en cours d'irradia- tion occasionnent un effort excessif qui risque de le faire flamber sous la poussée du manipulateur. La manutention des crayons est faite généralement à l'aide d'une tête de manipulateur comportant une pluralité de dispositifs individuels de pré- hension ou pinces correspondant à tout ou partie des crayons combustibles à extraire; un assemblage peut être ainsi démantelé en plusieurs fournées successives pour limiter le nombre de crayons manipulés à chaque fois. Habituellement, les crayons sont agrippés prdes pinces les saisissant par des mors métalliques, ou par l'intermédiaire de matière caoutchoutée; ces pinces étant habituellement solidaires d'une tête de manutention par une liaison rigide permettant des mouvements de traction et de poussée, l'effort transmis par la tête de manutention se répartit entre les divers crayons en fonction de -la résistance particulière à la traction ou à la poussée de chacun, et l'un d'entre eux peut se rompre ou flamber sans qIun effort anormal soit perceptible au niveau de la tête de manutention. L'objet de l'invention est d'éviter ce risque de rupture qui met en jeu la sécurité de la manutention de matières radioactives. Autrement dit, le dispositif recherché doit permettre de ne jamais dépasser la limite de rupture sur chacun des crayons manipulés lors du démantelement des assemblages combustibles ou lors de leur réarrangement et compactage ul- térieurs, de pouvoir régler cette valeur limite, tout en permettant d'in- dividualiser le ou les crayons qui sont à l'origine du défaut. Par ailleurs, le dispositif individuel recherché doit répondre à deux autres contraintes: être peu encombrant compte tenu qu'il doit trouver sa place à l'intérieur de la maille resserrée des crayons et être ma- noeuvrable à distance. DESCRIPTION DE L'INVENTION La présente invention réside dans un dispositif destiné principalement au levage, à la traction, à la poussée ou à des manutentions diverses de charges multiples; il est constitué d'une tête de manutention compor- tant une pluralité de pinces autoserrantes, selon une maille de réseau pouvant être particulièrement serrée, commandées à distance par un fluide hydraulique ou non (par exemple air comprimé); ilpermet de limiter l'ef- fort de traction ou poussée-transmis à la chargq, de localiser indivi- duellement la charge sur laquelle se produit un dépassement d'effort, 4 2593108 suite à ce défaut d'asservir éventuellement toutes--opérations pertinen- tes de sécurité ou autres, et-d'encaisser les effets d'inertie sans de- tériorer les charges; il est caractérisé en ce que: - ladite tête de manutention, composée d'une ou de plusieurs pièces for- mant un bloc, contient une pluralité de cylindres débouchant à l'exté- rieur par des ouvertures de plus petit diamètre que le cylindre d'o émergent les extrémités des pinces et des canaux d'amenée de fluide de manoeuvre (hydraulique ou non); - lesdites pinces autoserrantes comportent deux pièces coaxiales mobiles axialement l'une à l'intérieur de l'autre, coulissant elles-mêmes axia- lement à l'intérieur desdits cylindres à l'aide de pistons coaxiaux fixes sur ces deux pièces: ces deux parties sont prolongées par deux extrémités débouchant à l'extérieur de la tête de manutention, l'extré- mité inférieure étant munie d'un dispositif de préhension actionné par les deux pièces, l'extrémité supérieure d'une came; - lesdits pistons coaxiaux délimitent à l'intérieur des cylindres trois compartiments annulaires alimentés respectivement par trois réseaux de fluide de-manoeuvre à pression réglable servant à la commande de l'ou- 2O verture des pinces, aux mouvements de haut en bas des pinces et à l'ob- tention et au contrôle de la pression correspondant à l'effort maximum de traction ou poussée admissible sur les pinces; - des interrupteurs fin de course sont placés à proximité de chaque pince de façon à être manoeuvrables par lesdites cames. Le dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté aux opé- rations d'extractions et de rangements des crayons combustibles effectués lors du démantèlement des assemblages combustibles et apparaîtra plus clairement grâce à la description du mode de réalisation particulier à cette application. Il est illustré par la figure 1 figurant une coupe du dispositif de manipulation o sont représentées seulement deux pinces, l'une en position basse et ouverte (I), l'autre en position haute et fer- mée-(II). On voit que la tête de manutention est composée, dans ce cas particulier, de 4 pièces (9a, 9b, 9c, 9d) assemblées par joints (J) et tirants (16) mais il pourrait l'être d'une seule pièce; dans les parties (9c)(9d) sont aménagés des cylindres identiques (6) dans lesquels coulisseront les pin- ces autoserrantes, et des conduits d'alimentation en fluides sous pres- sion reglablesséparément (La,Lb,Lc); dans les parties (9a)(9b) servant de couvercles aux cylindres sont ménagées des ouvertures de diamètres inférieurs à ceux des cylindres par o émergeront les extrémités des pin- ces. La tête peut être protégée par un carter (17) dans lequel des ouver- tures (18) correspondent à l'emplacement des pinces. Les pinces autoserrantes sont constituées de deux pièces (4) et (10) co- axiales coulissant l'une à l'intérieur de l'autre. L'extrémité basse (4b) de chacune d'elle émerge de la tête de manutention. A cette extrémité se trouve le dispositif de préhension autoserrant des crayons combustibles, non décrit, qui peut être de différents types, à mâchoires, à galets... et qui s'ouvre ou se ferme par le mouvement relatif des deux pièces (4) et (10). Dans le cas particulier de la figure, la pince est fermée quand le piston (O10a) est au contact avec l'extrémité supérieure de la pièce (4), et ouverte quand ils sont écartés l'un de l'autre, de plus un res- sort de rappel situé dans l'extrémité (4b) de la pince tend à la maintenir fermée. La partie extérieure (4) formant fourreau coulisse à l'intérieur du cy- lindre (6) par l'intermédiaire d'un piston coaxial solidaire (4a) qui peut venir en butée inférieure sur la plaque de fermeture (9a), et déli- mite un espace annulaire intérieur étanche (A), de volume variable ali- mente en fluide par la canalisation (La). On peut disposer sur le fourreau (4) une rainure longitudinale (8) dans laquelle prend place une clavette (7) par ailleurs fixée dans le corps de la tête de manutention, de façon à conserver une orientation constante à la pince. De même la pièce centrale (10) de la pince traverse la totalité du four- reau (4) o elle coulisse de façon étanche (joint) et émerge à la partie supérieure de la tête de façon également étanche par une ouverture percée dans la plaque (9b). Elle coulisse dans l'alésage (6) grâce à un piston coaxial solidaire (10a) qui peut venir en butée supérieure sur la plaque de fermeture (9b) et qui delimite un espace annulaire étanche supérieur (C) de volume variable alimenté en fluide par la canalisation (Lc). Un autre espace annulaire étanche intermédiaire (B) de volume variable est situé entre les pistons (lOa) et (4a) et est alimenté en fluide par une can;lisation (Lb). Les espaces annulaires d'une même catégorie A,B ou C sont reliés entre eux et chaque ensemble est relié à un dispositif ex- térieur de mise en pression du fluide. Ces dispositifs de type habituel sont indépendants les uns des autres et réglables. A l'extrémité supérieure émergente de la tige (10) sont fixées une came (lOb) et une anse (lOa) servant de prise pour une éventuelle manipulation de la pince par des moyens mécaniques à distance. Sur la partie supérieure (9b) de la tête de manipulation, sont mis en place à proximité de chaque pince, deux interrupteurs fin de course (15a) et (15b) d'un type quelconque, pneumatique, électromécanique ou autre, actionnables par la came (lob), et reliés à des voyants et/ou des systè- mes d'asservissement et/ou de transmission de données et/ou de régula- tion.et/ou d'alerte, etc... PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT Il est donné à titre d'exemple non limitatif d'après le cas particulier illustré par la figure I o les pinces autoserrantes sont telles qu'elles sont en position fermée lorsque le piston (10a) et le sommet du fourreau (4) sont en contact l'un de l'autre (position I) et que c'est l'extrémi- té (4b) du fourreau (4) qui assure la suspension et le serrage du crayon. Avec un autre type de pince le procédé est identique; il suffit que les valeurs relatives des pressions de fluide dans les différents espaces annulaires A, B ou C soient correctement distribués pour assurer les mouvements et contrôles voulus. a) Extraction des crayons L'opération de préhension et d'extraction des crayons combustibles sera décrite en référence à la figure 1. Les séquences sont les suivantes: I. Descente des pinces en position basse et ouverture des pinces. Les pressions à appliquer sont les suivantes: en A: pression atmosphérique en B: pression Pb telle qu'elle tienne (4) et (10a) disjoints (pin- ce ouverte) en contrebalançant le ressort de rappel situé dans l'extrémité basse (4b) tendant à fermer la pince. Si la pince fonctionnait en sens inverse, la pression Pb serait nulle. en C: légère surpression, de l'ordre de 0,5.105 Pa. Les pinces sont alors en position basse avec (4a) en butée sur (9a) et ouvertes. Tous les contacts (15b) sont en position (F) par exemple. 2. Descente de la tête de manutention, jusqu'à ce que toutes les pinces soient en butée sur la tête d'un crayon, les contacts (15b) sont en position (O). 3. Fermeture des pinces par relâchement de la pression Pb. 4. Obtention de la pression correspondant à la limite de l'effort maxi- mum de traction admissible. On met le compartiment C à la pression atmosphérique puis le comparti- ment A sous pression Pa telle qu'elle corresponde à une valeur de traction inférieure à la limite admissible sur les crayons. Au cours de cette mise en pression, les pinces, ayant tendance à monter, décol- lent dans un premier temps les crayons, ce qui permet de noter au pas- sage l'effort de décollement (si la mise en pression est progressive), puis viennent en butée haute, manoeuvrant ainsi les contacteurs (15a) qui passent en position (F). Ceci permet de vérifier que tous les crayons ont bien été décollés et d'avoir toutes les têtes des crayons-dans un même plan. 5. Extraction des crayons: la tête de manutention est remontée progres- sivement; si la résistance à la traction d'un crayon est telle qu'elle atteint la pression Pa, le contact (15a) pase en position (O) trans- mettant ainsi une information permettant de localiser le crayon incri- miné et/ou d'asservir des séquences opératoires ou de sécurité diver- ses, telles que i'arrêt de la remontée de la tête. Par ailleurs, la pinte peut continuer sa course sur une certaine longueur, ce qui permet d'encaisser les efforts d'inertie sans risque de rupture du crayon. On peut alors si cela est pertinent soit relâcher mécaniquement le urayon en tirant sur l'anse (10c), soit accroître la pression Pa tout en ne dé- passant pas la limite de rupture du crayon, soit procéder à tout autre operation utile. b) Rangement et stockaxe des crayons La manoeuvre consiste à introduire les crayons dans un conteneur pour stockage compact par l'intermédiaire d'un système de réarrangement des crayons. Le dispositif selon l'invention permet d'effectuer cette opéra- tion en poussant les crayons dans ledit système. 1. Présentation des extrémités inférieures des crayons a l'entrée du sys- tème de réarrangement obtenue en descendant la tête de manutention. 0 2. Obtention de la pression correspondant à la limite de l'effort maximum de poussée admissible et introduction-des crayons par poussée dans ledit système: on met (A) à la pression atmosphérique et (C) à une pression Pc telle que la force appliquée sur la pince soit inférieure à la limite admissible en compression sur les crayons. Les contacts (15a) passent en position (O) et les contacts (15b) en position (F), ce qui indique que tous les crayons sont prêts à être poussés dans leurs logements de réar- rangement. On descend la tête progressivement; en cas d'effort anormal sur un crayon, le contact (15b) correspondant passe en position (O) en- traînant les mêmes types de conséquences que vu plus haut lors de l'ex- traction. 3. Fin de l'opération et relâchement des crayons. Quand l'extrémité inférieure d'un premier crayon arrive en butée sur le fond du conteneur de stockage, l'interrupteur (15b) correspondant passe en position (O); on ramène alors la pression dans (C) à la pression at- mosphérique et on abaisse l'a tête de manutention jusqu'à ce que tous les interrupteurs (15b) passent en position (O), puis on rétablit dans (C) la pression Pc de façon à repousser l'ensemble des crayons en butée dans le conteneur; on ouvre les pinces en mettant (B) sous la pression Pb et on peut alors remonter la tête de manutention. Cet exemple permet d'illustrer le fonctionnement du dispositif dans un cas particulier; il peut aussi être appliqué à toute sorte d'opérations de levage ou de poussée ou de manutentions diverses (verticales ou hori- zontales) de charges multiples nécessitant ou non une limitation de l'ef- fort subi par la charge, et une surveillance ou non du comportement indi- viduel de chaque charge. Différents types de charges peuvent être traités en adaptant la forme des têtes de préhension et/ou le mécanisme de pré- hension, non décrit, qui est actionné par les deux éléments coaxiaux (4) et (10). REVENDICATIONS 1. Dispositif de manutention destiné principalement au levage, à la trac- tion, à la poussée ou à des manutentions diverses, de charges multiples, comportant une tête de manutention contenant une pluralité de pinces auto- serrantes selon une maille de réseau qui peut être de faible dimension, commandées à distance par un fluide de manoeuvre, permettant de.limiter l'effort de traction ou poussée transmis à chacune des charges, de loca- liser individuellement la charge sur laquelle se produit un dépassement d'effort, et suite à ce défaut d'asservir éventuellement des opérations pertinentes de sécurité ou autres, et d'encaisser les effets d'inertie sans détériorer les charges, et caractérisé en ceque: - ladite tête de manutention, composée d'une ou de plusieurs pièces (9a, 9b, 9c, 9d) formant un bloc, contient une pluralité de cylindres (6) dé- bouchant à l'extérieur par des ouvertures de plus petit diamètre que le cylindre d'o émergent les extrémités des pinces autoserrantes,et des ca- naux d'amenée de fluide hydraulique (La, Lb, Lc); - lesdites pinces autoserrantes comportent un ressort de rappel en posi- tion fermée et deux pièces coaxiales (4,10) mobiles axialement l'une à l'intérieur de l'autre, coulissant elles-mêmes axialement à l'intérieur desdits.cylindres (6) à l'aide de pistons coaxiaux (4a,10a) fixes sur ces deux pièces; ces deux parties sont prolongées par deux extrémités débou- chant à l'extérieur de la tête de manutention, l'extrémité inférieure (4b) étant munie d'un dispositif de préhension actionné par le mouvement rela- tif des deux pièces (4,10) et l'extrémité supérieure-d'une- came (10b); lesdits pistons coaxiaux délimitent à l'intérieur des cylindres trois compartiments annulaires (A,B,C) alimentés respectivement par trois ré- seaux de fluide hydraulique à pression réglable servant à la commande d'ouverture des pinces, des mouvements de haut en bas des pinces et à l'obtention et au contrôle de la pression correspondant àl'effort maxi- mum de traction ou poussée admissible sur les pinces; - des interrupteurs fin de course (15a,15b) sont placés à proximité de chaque pince de façon à être manoeuvrables par lesdites cames (10b). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de la pièce (10) est munie d'une anse (10c) pour manipuler à distance la pince par des moyens mécaniques. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications I ou 2 caracté- risé en ce que la partie supérieure de la tête de manutention est munie d'un carter (17) de protection dans lequel des ouvertures (18) correspon- dent à l'emplacement des pinces. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, ca- ractérisé en ce qu'est disposée dans la pièce extérieure (4) de la pince, une rainure longitudinale (8) dans laquelle prend place une clavette (7) par ailleurs fixée dans le corps de la tête de manutention pour permettre de conserver l'orientation de-ta pièce. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il sert à extraire des crayons combustibles nucléaires d'un as- semblage combustible et les introduire par poussée dans un conteneur de stockage compact par l'intermédiaire ou non d'un dispositif de réarran- gement.