Brevet FR2607310A1 — publié le 19880527

La présente invention concerne un appareil et un procédé pour enlever le fil métallique enroulé autour d'aiguilles de combustible et l'invention concerne parti- culièrement, mais non exclusivement, l'enlèvement du fil métallique enroulé autour d'aiguilles de combustible ser- vant dans des reacteurs à neutrons rapides refroidis par du sodium liquide. Le coeur d'un réacteur nucleaire comprend des milliers d'aiguilles de combustible disposées en des faisceaux appelés des sous-ensembles d'assemblage. Ces aiguilles de combustible contiennent de la matière fis- sile, comme du bioxyde d'uranium (réacteurs thermiques) ou du bioxyde de plutonium (réacteurs à neutrons rapides). Dans un reacteur à neutrons rapides, le coeur est entoure d'une "couche fertile pour régénération", comprenant des aiguilles de combustible qui contiennent de la matière fertile, comme du bioxyde d'uranium. Un type d'aiguille de combustible servant dans des réacteurs nucleaires a contenir de la matière fertile et/ou de la matière fissile comporte un enroulement de fil métallique servant principalement d'entretoise pour maintenir a distance les aiguilles de combustible afin d'en garantir un refroidissement efficace. Cet enroulement comprend un fil métallique, typiquement réalisé en acier, qui est enroulé en hélice autour de l'aiguille de combustible et est fixe aux extrémités opposées,ou au voisinage des extrémités opposées, de l'aiguille de combustible. On désignera ci-après une telle aiguille de combustible comme étant "une aiguille de combustible de ce type". Lors du retraitement de la matière irradiée, on utilise un mode opératoire d'extraction par solvant pour séparer les constituants utiles des produits de fission non souhaités. La première étape d'un tel procédé consiste en la dissolution de la matière irradiée, pendant que celle-ci est contenue dans l'aiguille de combustible, dans un liquide acide. Pour faciliter ce processus de dissolution, on découpe tout d'abord les aiguilles de combustible en de petits morceaux. Habituellement, on place ces morceaux ou tronçons d'aiguille de combustible et les tronçons de fil d'enrou- lement qui leur sont associés dans un bain de dissolvant contenant le liquide acide, de manière que la matière ir- radiée se trouvant au sein des morceaux d'aiguille de combustible puisse se dissoudre., L'enlèvement du fil enroulé autour de l'aiguille combustible, avant l'étape de dissolution, serait une opération hautement intéres- sante puisque cela éviterait -de surcharger le bain dissolvant par de l'acier constituant alors un déchet. La présente invention a notamment pour objet de fournir un procédé et un appareil pour enlever le fil enroulé en hélice autour d'aiguilles de combustible. Selon la présente invention, celle-ci fournit un procédé pour enlever d'une aiguille de combustible du type précité le fil qui l'entoure, ce procédé comprenant le guidage de l'aiguille de combustible dans une ouverture menagée dans un élément, le cisaillement d'une extrémité du fil d'enroulement pour le séparer de l'aiguille de combustible parvenue au contact de ce fil avec l'élé- ment pendant que l'aiguille de combustible est guidée dans ladite ouverture, et le passage de l'aiguille de combustible dénudée par ladite ouverture pour enlever ou arracher le fil de l'aiguille. Selon un second aspect de la présente invention, celle-ci fournit un appareil pour enlever le fil métal- lique enroulé autour d'une aiguille de combustible du type précité, ledit appareil comprenant un élément comportant une ouverture de dimension telle qu'une aiguille de combustible nue peut passer par cette ouver- ture cependant qu'une aiguille de combustible autour de laquelle un fil métallique est enroulé ne peut pas passer par l'ouverture, un moyen pour guider l'aiguille de combustible comportant 1' enroulement de fil métallique pour introduire cette aiguille dans ladite ouverture et un moyen pour faire avancer l'aiguille combustible dans l'ouverture. Il vaut mieux que la taille de l'ouverture soit variable afin de pouvoir tenir compte des gonflements de l'aiguille de combustible. De préférence, l'élément de l'appareil comprend des mâchoires, de sorte que ladite ouverture est délimitée par les mâchoires. Commo- dément, il existe au moins trois mâchoires angulairement espacées et dont les faces radialement internes sont conformées de manière à délimiter collectivement l'ouver- ture et à permettre de faire varier la taille de cette ouverture, au moins l'une des mâchoires étant montée de façon à pouvoir se déplacer dans une direction généra- lement radiale par rapport à la direction d'introduction et d'avance de l'aiguille de combustible. Les mâchoires peuvent être chargées par des ressorts radialement vers l'intérieur, et des butées peuvent être prévues pour limiter, radialement vers l'intérieur, le mouvement des mâchoires, de préférence de façon que les butées déterminent la plus petite dimension de ladite ouverture, typiquement un cercle ayant le même diamètre externe que l'aiguille de combustible. Le moyen de guidage peut comprendre des lamelles disposées sur les mâchoires. Commodément, chaque mâchoire est équipée d'une lamelle. La lamelle peut comporter un bord incliné par rapport à la direction d'avance de l'aiguille de combustible, ces bords inclinés étant agencés de façon à converger vers ladite ouverture. En variante, le moyen de guidage peut comprendre un manchon segmenté, comprenant au moins trois segments partiellement annulaires, qui peuvent être mobiles radia- lement de façon que la section transversale interne du manchon soit variable. Par exemple, il peut y avoir trois segments sur lesquels peut s'exercer l'action d'un organe de sollicitation, tel qu'une bague fendue, élastiquement déformable, de sorte que les segments peuvent se déplacer radialement vers l'intérieur et vers l'extérieur en réponse à des gonflements de l'ai- guille de combustible. Avantageusement, le manchon a intérieurement une configuration essentiellement tron- conique, l'extrémité la plus voisine de ladite ouverture étant pour l'élément l'extrémité à petit diamètre, et le manchon ayant un diamètre sensiblement égal à celui de l'aiguille de combustible quand ce manchon est a son etat normal de non-expansion radiale. Le moyen d'introduction et d'avance peut comorendre des rouleaux motorisés. Dans une forme préféeée de réalisation, avant de pénétrer dans ladite ouverture, l'aiguille de combustible passe par le moyen de guidage qui sert à aligner l'aiguille de combus- tible avec ladite ouverture.: Lorsque l'aiguille de combustible pénètre dans cette ouverture, les mâchoires cisaillent une extrémité du fil d'enroulement pour la separer de l'extrémité avant de l'aiguille de combustible. Pendant que l'aiguille de combustible continue a etre introduite dans ladite ouverture, le fil métallique d'enroulement forme des boucles en avant des mâchoires. D'autres rouleaux motorisés, disposés de l'autre coté de l'élément, sont alignés avec l'extrémité avant de l'aiguille de combustible lorsque celleci émerge de l'autre c8té de l'élément et, en coopération avec les premiers rouleaux, ils agissent pour faire avancer le reste de l'aiguille de combustible dans et à travers ladite ouverture. Les mâchoires cisaillent le fil d'enrou- lement pour le séparer de l'extrémité arrière de l'ai- guille de combustible, et le reste de l'aiguille combus- tible dénudée passe par ladite ouverture, pour achever l'enlèvement du fil d'enroulement. Un agencement de type roue éolienne de moulin à vent, ou moulinet, peut servir à enlever le fil métallique du trajet de dépla- cement des aiguilles de combustible subséquentes. En pratique, après irradiation au sein du réac- teur, les aiguilles de combustible tendent à présenter du gonflement dans leurs régions médianes. Si l'aiguille de combustible est gonflée, l'action de coincement exercée par la zone gonflée déplace les mâchoires de façon à modifier la taille de ladite ouverture, ce qui tient compte du gonflement progressif. Pour permettre de mieux comprendre l'invention, on va maintenir en décrire les formes de réalisation, présentées à titre d'exemples nullement limitatifs, en référence aux dessins d'accompagnement sur lesquels: la figure 1 est une vue de face d'une premiere forme de réalisation; la figure 2 est une coupe dans la direction II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue de face d'une autre forme de réalisation ne comportant pas un manchon d'ali- gnement; la figure 4 est une vue latérale de la forme de réalisation présentée à la figure 3, et montrant le manchon d'alignement; la figure 5 est une vue latérale d'un manchon d'alignement avec sa plaque de montage en position; la figure 6 est une vue latérale du manchon d'alignement; la figure 7 est une vue de face du manchon d'alignement; et la figure 8 est une vue latérale de la plaque de montage. Sur la figure 1, les mâchoires 2, 4 et 6 sont placées dans des glissières ménagées dans un corps 8. Chacune des mâchoires 2, 4, 6 comporte, sur sa face externe, une lamelle 10, 12 ou 14. Les lamelles ont des parties 16, 18, 20 inclinées qui sont chanfreinées. Les bords radialement internes des mâchoires 2, 4, 6 ont une forme concave de sorte qu'ils délimitent, ensemble, une ouverture 28 cylindrique. Des tiges 30, 32 et 34 font saillie de bords externes des mâchoires 2, 4, 6 et traversent des éléments 36, 38 et 40 de support fixés au corps 8. Chaque- mâchoire comporte deux tiges (seule une tige par mâchoire étant représentée sur la figure 1). Les tiges 30, 32 et 34 comportent des ressorts 54, 56 et 58 de compression qui les entourent et sont chacun emprisonnés entre la mâchoire 2, 4 ou 6 respective et son élément 36, 38 ou 40 respectif de sup- port. Chacune des tiges comporte une butée 42, 44 et 46 pour limiter le mouvement radialement interne des mâ- choires 2, 4 et 6 de façon que, lorsque les butées 42, 44 et 46 s'appuient contre les éléments 36, 38 et 40 de support, l'ouverture 28 a un diamètre suffisant pour permettre le passage, avec un jeu minimal, d'une aiguille de combustible nue tout en constituant une obstruction empêchant le passage du fil d'enroulement. L'aiguille de combustible (non représentée) est avancée vers l'appareil décrit -ci-dessus, de façon géné- ralement coaxiale avec l'ouverture 28, par un groupe de rouleaux d'alimentation (non représentés). Avant d'atteindre les mâchoires 2, 4 et 6, l'aiguille de combustible rencontre les lamelles 10, 12 et 14, qui tendent à corriger tout défaut éventuel d'alignement de l'aiguille de combustible, de sorte que celle-ci pénètre centralement dans l'ouverture 28. Si l'aiguille de combustible est dirigee vers les lamelles 10, 12 et 14 de -façon que l'extrémité de l'enroulement de fil fixée en avant vienne au contact d'une lamelle, le bord 22, 24 ou 26 chanfreiné de cette lamelle dévie l'enroulement de fil, ce qui provoque la rotation de l'aiguille de combustible. L'aiguille de combustible est guidée vers le centre par les bords inclinés 16, 18 et 20 de manière à pénétrer dans l'ouverture 28 et, pendant que l'aiguille de combustible est introduite dans l'ouverture 28. l'extrémité de l'enroulement de fil fixée à l'avant de cette aiguille heurte la face frontale de l'une des mâchoires 2, 4 et 6 et est séparée par cisaillement de l'aiguille de combustible pendant que celle-ci continue son avance dans l'ouverture 28. L'aiguille de combus- tible dénudée emprunte l'ouverture 28 puis passe par un conduit ou passage 52 du corps cependant que l'enrou- lement de fil s'enroule en boucles devant les mâchoires 2, 4 et 6. Un autre groupe de rouleaux (non représentés), disposé du coté de l'ouverture 28 oppose au premier groupe, s'aligne avec l'aiguille de combustible et agit en coopération avec le premier groupe pour faire avancer le reste de l'aiguille de combustible dans l'ouverture 28. L'extrémité de l'enroulement de fil fixée à l'arrière de l'aiguille est cisaillée, pour la séparer de cette extrémité arrière de l'aiguille, de façon semblable, pour compléter l'enlèvement de l'enroulement de fil ainsi séparé de l'aiguille de combustible. Les aiguilles de combustible irradié sont habi- tuellement gonflées en leurs régions médianes. L'action d'écartement exercee par ces gonflements provoque le déplacement des mâchoires 2, 4 et 6 vers l'extérieur, ce qui augmente la taille de l'ouverture 28 de façon qu'elle corresponde au diamètre de l'aiguille de combustible gonflée. L'enroulement de fil ne peut provoquer de cette façon un déplacement des mâchoires 2, 4 et 6, puis- que cet enroulement ne pénètre pas dans l'ouverture 28 et ne peut donc donner naissance a une action d'écar- tement. De cette façon, les mâchoires 2, 4 et 6, chargées par des ressorts, peuvent par leur mouvement limité compenser tout gonflement de l'aiguille de combustible. Quand la zone de gonflement a traverse l'ouverture 28, les mâchoires se déplacent ensemble à nouveau. Un agencement du type moulin à vent ou moulinet peut servir à enlever l'enroulement de fil pour l'éloi- gner du trajet de deplacement des aiguilles subséquentes de combustible. Les lames de l'agencement du moulinet peuvent servir à retirer l'enroulement de fil pour l'éloigner des mâchoires 2, 4 et 6 et déposer ce fil dans un récipient situé au voisinage du corps 8. Les figures 3 à 8 montrent une autre forme de réalisation de l'invention, la différence principale entre cette seconde forme de réalisation et celle déjà décrite se situant dans la façon dont l'aiguille de combustible est guidée dans sa pénétration dans l'ouver- ture délimitée par les mâchoires. Sur la figure 3, les mâchoires 62, 64 et 66 délimitent une ouverture 60. Les mâchoires 62, 64 et 66 sont sollicitées par des mécanismes 74, 76 et 78 à ressorts et elles sont montées de façon à pouvoir exé- cuter un mouvement radial commandé par des éléments 90, 92 et 94 de fixation. Les mécanismes 74, 76 et 78 à ressorts sont supportés par des éléments 68, 70 et 72 eux-mêmes fixes au corps 80. Des éléments 82, 84 et 86 de positionnement sont fixés à la face avant du corps 80 et jouent à la fois le rôle d' léments de position- nement et de butées pour les mâchoires 62, 64 et 66. Un manchon 88 d'alignement est disposé devant les mâchoires 62, 64 et 66, et il est maintenu en place par la fixation d'une plaque 96 de montage aux éléments 82, 84 et 86 de positionnement (voir notamment la figure 4). En se référant aux figures 5, 6, 7 et 8, on voit que le manchon 88 d'alignement comprend trois segments , 106 et 108 constituant chacun une partie d'anneau. Le manchon 88 a une surface interne de forme tronconique, l'extrémité voisine des mâchoires ayant une taille comparable à celle de l'aiguille de combustible (non représentée). Les segments 110, 108 et 106 sont maintenus ensemble par un anneau 98 filiforme fendu, de sorte que le manchon 88 peut se dilater et se contracter radialement. La plaque 96 de montage est reliée au manchon 88 par une lèvre 102 qui se loge dans une gorge 104 annulaire du manchon 88. Comme dans la premiere forme de réalisation, l'aiguille de combustible est introduite dans l'ouver- ture 60 à l'aide de rouleaux d'alimentation. Avant d'at- teindre l'ouverture 60, l'aiguille de combustible passe par le manchon 88 d'alignement, qui aligne l'aiguille de combustible avec l'ouverture 60. Ce manchon 88 peut se dilater pour tenir compte de tout gonflement éventuel de l'aiguille de combutible et afin de la dévier pour permettre le passage du fil. Comme dans la premiere forme de réalisation, le fil d'enroulement est cisaillé par la face avant des mâchoires 62, 64 et 66. Après ce cisaillement, qui sépare le fil d'enroulement d'avec l'extrémité menante ou avant de l'aiguille de combustible, ce fil revient passer élastiquement dans le manchon 88 d'alignement, en raison de la tension présente dans le fil d'enroulement quand il est fixé à l'aiguille de combustible, et il forme des boucles d'enroulement devant la plaque 96 de montage du manchon 88. Comme dans la première forme de réalisation, les mâchoires 62, 64 et 66 sont chargées par des ressorts de façon à pouvoir se déplacer pour tenir compte de tout gonflement éventuel de l'aiguille de combustible. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'inven- tion, de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil et au procédé, décrits et représentés, pour enlever, d'aiguilles de combustible, un fil métallique qui les entoure. REVENDICATIONS 1. Appareil pour enlever d'une aiguille de combustible un fil métallique enroulé en hélice autour de cette aiguille et fixé aux extrémités opposées, ou au voisinage des extrémités opposées, de l'aiguille de combustible, appareil caractérisé en ce qu'il comprend un organe (8, 80) présentant une ouverture (28, 60) de dimension telle qu'une aiguille de combustible nue peut, mais une aiguille de combustible autour de laquelle un fil métallique est enroulé ene peut pas, passer par l'ouverture (28, 60), un dispositif (10, 12, 14; 88) pour guider l'aiguille de combustible, entourée de son fil d'enroulement, et la faire pénétrer dans l'ouver- ture (28, 60), et un moyen pour faire avancer l'aiguille de combustible dans l'ouverture (28, 60). 2. Appareil selon la revendication 1, caracté- rise en ce que la taille de l'ouverture (28, 60) est variable en fonction des variations progressives de diamètre de l'aiguille combustible. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe (8, 80) comprend des mâchoires (2, 4, 6; 62, 64, 66) angulairement espacées, dont les faces radialement internes délimitent l'ouver- ture (28, 60), une au moins des mâchoires étant montée pour se déplacer en une direction généralement radiale par rapport à la direction d'avance de l'aiguille de combustible, ladite ou lesdites mâchoire(s) étant de préférence chargée(s) par des ressorts (54, 56, 58; 74, 76, 78) radialement vers l'intérieur. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque mâchoire (2, 4, 6) montée pour pouvoir se déplacer est munie d'une butée (42, 44, 46) destinée à en limiter le mouvement radialement vers l'intérieur et donc à limiter la taille minimale de l'ouverture (28), de préférence à un cercle ayant le même diamètre externe que l'aiguille de combustible nue. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendica- 1 1 tions précédentes, caractérisé en ce que le dispositif de guidage comprend un manchon (88) segmenté, à configu- ration interne essentiellement tronconique, dont l'extré- mité à petit diamètre est voisine de l'ouverture (80) et qui comprend au moins trois segments (106, 108, 110) montés pour pouvoir exécuter un mouvement radial. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un élément (98) de sollicitation agit sur les segments (106, 108 et 110) pour les maintenir en- semble. 7. Appareil selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le dispositif de guidage comprend des lamelles (10, 12, 14) comportant chacune un bord (16, 18, 20) incliné par rapport à la direction d'avance de l'aiguille de combustible, les lamelles étant situées sur les mâchoires (2, 4, 6) respectives de façon que lesdits bords (16, 18, 20) convergent vers l'ouverture (28). 8. Procédé pour enlever d'une aiguille de combus- tible le fil métallique enroulé en hélice autour de cette aiguille et fixé à elle à ses extrémités opposées ou au voisinage de ces extrémités opposées, procédé caractérisé en ce qu'il comprend le guidage de l'aiguille de combustible pour la faire pénétrer dans une ouverture (28, 60) ménagée dans un organe (8, 80),,le cisaillement d'une extrémité du fil d'enroulement pour la séparer de l'aiguille de combustible parvenue au contact de fil avec l'organe pendant que l'aiguille de combustible est guidée dans ladite ouverture (28, 60), et le passage de l'aiguille de combustible par ladite ouverture (28, ) pour enlever le fil de l'aiguille. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe (8, 80) comprend des mâchoires (2, 4, 6; 62, 64, 66) angulairement espacées) dont les faces radialement internes délimitent ladite ouverture (28, 60), l'une au moins des mâchoires étant montée pour se dépla- cer en une direction généralement radiale par rapport à la direction d'avance de l'aiguille de combustible. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'aiguille de combustible est guidée pour pénétrer et avancer dans ladite ouverture (60) par le passage de l'aiguille de combustible par un manchon (88) segmenté, de configuration interne tronco- nique, dont la petite extrémité est voisine de l'ouver- ture (60) et qui comprend au moin trois segments (106, 108, 110) montés de façon à pouvoir exécuter un mouvement radial.