Brevet FR2633769A1 — publié le 19900105

L'invention concerne un dispositif d'extrac- tion de pièces ou particules étrangères dans des as- semblages combustibles du coeur d'un réacteur nucléai- re placés sous eau dans une piscine. Les assemblages combustibles des réacteurs nucléaires refroidis par de 1'eau légère et en parti- culier les assemblages combustibles des réacteurs nu- cléaires à eau sous pression sont constitués par des faisceaux de crayons de grande longueur maintenus par des plaques entretoises transversales par rapport aux faisceaux et par deux embouts d'extrémité. L'ossature des assemblages comporte non seu- lement les plaques entretoises et les embouts mais également des tubesguides se substituant à certains crayons du faisceau et fixés rigidement sur les entre- toises et les embouts. Le fluide réfrigérant du réacteur constitué par de l'eau circule dans la direction longitudinale des assemblages, entre les crayons, en contact avec leur surface externe. Pendant le fonctionnement du réacteur, cer- taines pièces mécaniques de ses structures internes sont susceptibles de se détériorer et de se détacher, sous l'effet de la corrosion et de l'usure. D'autre part, lors des opérations d'entre- tien sur le réacteur nucléaire pendant un arrêt, cer- taines particules ou pièces de faibles dimensions dé- tachées par usinage, lors d'une réparation ou d'une transformation effectuée sur le réacteur, sont suscep- tibles de rester dans la cuve au moment de la remise en service du réacteur, si un nettoyage parfait n'p pas été effectué. De même, pendant les périodes d'en- tretien du réacteur, des outils ou des accessoires d'outillages de petites dimensions peuvent tomber dans certaines parties peu accessibles des structures du réacteur ou être oubliés par le personnel d'entretien. Dans tous les cas, les pièces, particules ou outils restant dans la cuve au moment de sa mise en service sont entrainés à grande vitesse par l'eau de refroidissement en circulation et viennent se loger dans les parties du réacteur de structure complexe, susceptibles de les retenir. En particulier, les pièces ou particules de petites dimensions sont susceptibles de venir se loger et se coincer dans l'espace entre les crayons des as- semblages. Il en résulte des risques d'échauffements locaux des crayons combustibles dus aux perturbations dans la circulation du fluide de refroidissement. On observe alors localement, une corrosion accrue et ac- célérée de la gaine du crayon pouvant conduire à une détérioration et à une perte d'étanchéité de cette gaine. Il résulte d'une telle perte d'étanchéité une propagation des gaz de fission dans tout le cir- cuit primaire et donc des risques de contamination importants. Les pièces ou particules étrangères en cir- culation avec le fluide primaire constituant des corps migrants peuvent également s'amonceler dans l'embout inférieur ou dans l'embout supérieur ou dans les grilles-entretoises de maintien des crayons. Il en ré- sulte des perturbations thermo-hydrauliques de la cir- culation de l'eau de refroidissement qui peuvent en- traîner une réduction notable du débit de réfrigérant en contact avec les crayons combustibles On ne connaissait pas jusqu'ici de disposi- tif permettant d'extraire des pièces ou particules étrangères logées dans les assemblages d'un réacteur nucléaire et introduisant des perturbations dans son fonctionnement. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'extraction de pièces ou particules étrangères dans des assemblages combustibles du coeur d'un réacteur nucléaire placés sous eau dans une pis- cine, qui permette d'effectuer l'extraction sans ris- que d'accrochage à l'intérieur de la structure com- plexe des assemblages. Dans ce but, le dispositif d'extraction suivant l'invention comporte: - une perche verticale comportant un organe de manu- tention à son extrémité supérieure, - une pince fixée à une extrémité d'un support de pince monté pivotant autour d'un axe horizontal, à li'extrémité inférieure de la perche, - des moyens de.rappel élastique du support de pince pivotant, de manière à rappeler la pince dans une position de préhension éloignée de l'axe vertical de la perche, - et un mécanisme de commande de la pince pour son ouverture et sa fermeture porté par le porte-pince et relié à des moyens d'actionnement à distance par un élément de transmission flexible. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limi- tatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif d'extraction suivant l'invention, dans le cas d'assemblages com- bustibles d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 1 est une vue en perspective écla- tée d'un assemblage combustible d'un réacteur nuclé- aire à eau sous pression. La figure 2 est une vue générale en éléva- tion d'un dispositif suivant l'invention. La figure 3 est une vue en élévation latéra- le suivant 3 de la figure 2. La figure 4 est une vue à plus grande échel- le avec coupe partielle de la partie inférieure du dispositif suivant l'invention. La figure 5 est une vue de dessous suivant 5 de la figure 4. La figure 6 est une vue de dessus suivant 6 de la figure 3. Sur la figure 1, on voit un assemblage com- bustible désigné de manière générale par le repère 1. L'assemblage combustible 1 est constitué par un faisceau de crayons combustibles 2 parallèles de grande longueur maintenus transversalement suivant un réseau régulier par des grilles-entretoises 3. Certaines positions dans le réseau sont oc- cupées par des tubes-guides 4 se substituant à cer- tains crayons 2. Les tubes-guides 4 dont la longueur est supérieure à celle des crayons combustibles 2 sont reliés, à leurs extrémités, à l'embout supérieur 5 et à l'embout inférieur 6 de l'assemblage. Les tubes- guides 4 sont également fixés sur les grilles 3, l'en- semble des embouts 5 et 6, des tubes-guides 4 et des grilles-entretoises 3 constituant l'ossature de l'as- semblage dans laquelle sont placés les crayons 2. L'embout supérieur 5 porte des ressorts 7 sur lesquels la plaque supérieure de coeur vient en appui lorsque l'assemblage 1 est mis en position ver- ticale, comme représenté sur la figure 1, dans le coeur du réacteur. Les grilles-entretoises 3 sont généralement constituées par des plaquettes en alliage de zirconium entrecroisées et assemblées. Ces grilles-entretoises définissent des cellules recevant chacune un crayon combustible ou un tube-guide. Les crayons combustibles sont maintenus dans les cellules par un ensemble de bossettes constituées par des parties des plaquettes découpées et repoussées et de ressorts rapportés en alliage de nickel. Les plaquettes sont également dé- coupées et pliées pour constituer des ailettes de mé- lange du fluide réfrigérant dans le prolongement des cellules. Enfin, les grilles-entretoises comportent, sur leur partie périphérique externe, des ailettes de guidage légèrement en saillie. Les embouts de l'assemblage et en particu- lier l'embout supérieur 5 comportent également des parties en saillie telles que les ressorts de maintien 7. L'assemblage combustible comporte donc de nombreuses aspérités qui sont susceptibles de retenir des corps migrants transportés par l'eau de refroidis- sement du réacteur, à un niveau quelconque de l'assem- blage. L'outillage suivant l'invention qui sera décrit ci-dessous et qui est représenté aux figures 2 à 6 permet d'extraire des pièces ou particules logées dans un assemblage combustible, à un niveau quelconque suivant la hauteur de cet assemblage. Le dispositif suivant l'invention permet d'opérer lorsque les assemblages sont placés sous eau, soit dans la piscine du réacteur, soit dans la piscine de désactivation. Ce dispositif est mis en oeuvre lorsqu'on a détecté la présence d'un corps migrant dans une partie d'un assemblage, par exemple grâce à une caméra vidéo. Dans le cas o le corps migrant est accessi- ble, par exemple à l'intérieur de la cuve du réacteur, on opère depuis le niveau supérieur du réacteur, pen- dant les opérations d'entretien de ce réacteur, l'as- semblage restant en place. Dans d'autres cas, l'assemblage pourra être placé dans une zone de la piscine du réacteur ou de la piscine de désactivation, pour pouvoir accéder au corps migrant logé dans une partie de l'assemblage. Sur la figure 2, on voit le dispositif dési- gné de manière générale par le repère 10 qui comporte une perche 11 de grande longueur, cette longueur pou- vant être par exemple de quatre à huit mètres, suivant la profondeur d intervention à l'intérieur de la pis- cine renfermant les assemblages combustibles. Dans la position de service du dispositif, comme représenté sur la figure 2, la perche a son axe ZZ' vertical. La perche 11 est constituée par des tronçons successifs 11a, 11b,..., reliés entre eux par des dispositifs de liaison à vis 12, en nombre suffisant pour atteindre la profondeur voulue. La perche est reliée à son extrémité supé- rieure à une poignée ou arceau de manutention 14, par l'intermédiaire d'un axe transversal 15. Un second axe 16 parallèle à l'axe 15 est fixé sur l'arceau de manutention au-dessus de l'extré- mité supérieure de la perche 11 sur laquelle est fixé rigidement un écrou 17. Comme il est visible sur les figures 2 et 4, la perche 11 comporte un tronçon inférieur 1l consti- tué par une pièce pleine comportant une extrémité in- férieure usinée sous la forme d'une chape 19. Un sup- port 20 est monté articulé à l'extrémité de la perche 11, par l'intermédiaire d'un axe 21 fixé entre les deux branches de la chape 19 perpendiculairement à l'axe ZZ de la perche, c'est-à-dire dans une direc- tion horizontale. Le support 20 porte, à l'une de ses extré- mités, une pince 22 par l'intermédiaire d'un porte- pince 23. Sur le support 20 est également monté le dispositif de commande 24 de la pince qui sera décrit plus loin. Un ressort de rappel 25 est intercalé entre la partie antérieure du support 20, au voisinage du porte-pince 23 et la partie inférieure de la perche 11. Le ressort 25 est fixé sur le support de pince par l'intermédiaire d'une vis 26 et sur la perche, par l'intermédiaire d'une vis 27 dont la position peut être réglée par engagement dans l'un des trous tarau- dés 28 prévus dans le tronçon terminal 18 de la per- che. Un second ressort 29 est intercalé entre l'extrémité du support 20 opposée au porte-pince 23 et l'extrémité inférieure de la perche. Le ressort 29 est fixé sur l'extrémité inférieure de la perche par l'in- termédiaire d'une vis 30 qui peut être engagée dans l'un des trous taraudés 31 prévus dans le tronçon in- férieur 18 de la perche. La disposition de la vis 30 dans un trou taraudé dans une position déterminée per- met de régler la tension du ressort 29. Le ressort 25 présente une constante élasti- que supérieure à celle du ressort 29 et sa tension initiale est réglée, de manière que, lorsqu'aucune force ne s'exerce sur l'extrémité de la pince 22, le support 20 soit ramené dans sa position horizontale représentée en traits pleins sur la figure 4. Le B ressort 29 agissant de manière antagoniste par rapport au ressort 25 subit alors une traction exerçant un certain rappel vers le haut sur l'extrémité du support opposée à la pince 22. Si la pince 22 vient en contact avec un obs- tacle, par exemple lors d'un soulèvement de la perche, le support 20 est susceptible de s'incliner jusqu'à la position 20' représentée en traits mixtes sur la figu- re 4. Dans cette position, le ressort 25 est sous tension et le ressort 29 qui concourt au relèvement de la partie arrière du support se trouve détendu dans une certaine mesure. L'extrémité de la pince 22 peut alors éviter l'obstacle. Lorsque le dispositif a échappé à l'obsta- cle, la pince 22 est rappelée dans sa position hori- zontale par le ressort 25. à l'encontre du ressort 29. La pince 22 comporte un bec inférieur fixe 22a solidaire du porte-pince 23 et un bec supérieur mobile 22b, monté articulé autour d'un axe 33 sur le bec fixe 22a. Le bec mobile 22b est relié à son extrémité dirigée vers l'intérieur à un câble d'actionnement 34 relié à une première tige de poussée et de traction 35 elle-même reliée par l'intermédiaire d'un écrou de réglage 36 à un flexible 37 passant dans la gaine 38 d'un dispositif de commande à distance fixé par des écrous 39 sur le support de pince 20. Sur la figure 3, on a représenté l'ensemble d'actionnement 40 du dispositif de commande à distance qui peut être fixé par des crochets 41 sur l'axe 15 solidaire de l'arceau 14. Cet ensemble d'actionnement comporte un sup- port 42 traversé par une ouverture dans laquelle est fixée l'extrémité de la gaine du dispositif de comman- de à distance. Le flexible 37 est relié à une tige d'actionnement 43 reliée à un bouton de poussée 44 et à une poignée 45 à sa partie supérieure. Par poussée sur le bouton 44, on peut provo- quer l'ouverture rapide de la p.nce, par l'intermé- diaire du flexible 37 de la tige 35 et du cible 34. Par traction sur la tige, on peut provoquer la fermeture rapide de la pince, par l'intermédiaire des mêmes éléments. La poignée 45 permet de plus un déplacement lent commandé par une vis micrométrique des éléments de la commande a distance. On peut réaliser un blocage de la commande et de la pince, par exemple en position de fermeture sur une pièce ou particule dont on réalise l'extrac- tion. Sur la figure 5, on voit le montage du sup- port 20 de la pince 22 à l'extrémité de la perche 11, par l'intermédiaire d'une vis 47 et d'un ensemble écrou et contre-écrou 46. Dans le cas o l'on a détecté dans un as- semblage un corps migrant qui ne peut être extrait avec la pince disposée à la partie inférieure de la perche, on peut effectuer, grâce au montage amovible du support de pince et de la pince, le remplacement de celle-ci par une nouvelle pince de forme et de dimen- sions appropriées. De même, par blocage de la vis 47, on peut supprimer toute possibilité de pivotement du support de pince 20 par rapport à la perche. Sur la figure 6, on voit la partie supérieu- re du dispositif comportant l'ensemble de commande à distance 40 fixé par l'intermédiaire des ressorts 41 sur l'arceau de manoeuvre 14. L'écrou 17 fixé à la partie supérieure de la perche 11 permet d'orienter cette perche, le porte-pince et la pince dans une di- rection voulue, lorsqu'un corps migrant a été repéré dans un assemblage. Pour cela, une clé peut être en- gagée sur l'écrou 17 et l'orientation est effectuée par l'intermédiaire de la clé. On va maintenant décrire, en se référant à l'ensemble des figures, un mode d'utilisation du dis- positif suivant l'invention pour extraire un corps migrant bloqué dans une position-quelconque dans un assemblage combustible tel que l'assemblage représenté sur la figure 1. Dans un premier temps, le corps migrant est repéré grâce à une caméra vidéo descendue sous eau dans la piscine, au voisinage de l'assemblage. On repère le niveau auquel se trouve le corps migrant, ce niveau pouvant varier de quatre mè- tres sous le niveau supérieur de la piscine (embout supérieur de l'assemblage) et huit mètres (embout inférieur de l'assemblage). La réalisation de la perche par des tronçons amovibles permet de régler la hauteur de cette perche en fonction du niveau auquel se trouve le corps à ex- traire, Le perche est suspendue à un pont roulant se déplaçant au-dessus du niveau de la piscine par l'in- termédiaire de son arceau 14. L'approche et l'orientation de la perche permettant de placer la pince dans une direction d'ac- cès au corps à extraire sont effectuées en contrôlant l'opération au moyen d'une caméra vidéo. Suivant la longueur de perche utilisée pour l'opération, le flexible du dispositif de commande à distance est placé de manière pratiquement rectiligne en parallèle par rapport à la perche ou enroulé autour de la perche, son extrémité supérieure d actionnement se trouvant à un niveau situé au-dessus de la pis- cine. Un opérateur utilise manuellement l'ensemble d'actionnement 40 pour ouvrir la pince qui est amenée grâce au pont, par des mouvements contrôlés à l'aide de la caméra vidéo, dans une position telle que cette pince puisse se refermer sur une partie du corps à extraire. L'opérateur effectue alors le serrage de la pince grâce à l'ensemble d'actionnement 40. On effectue l'extraction du corps étranger par déplacement horizontal du dispositif 10 grâce au pont, puis une extraction hors de la piscine par leva- ge de l'ensemble 10 grâce au treuil du pont roulant. Si, au cours de ces manoeuvres, l'extrémité de la pince ou le corps migrant viennent se bloquer sur un obstacle, le support de pince 20 passe de sa position horizontale 20 à sa position inclinée 20', ce qui permet généralement de contourner l'obstacle. Dans le cas o la manoeuvre s'avérerait im- possible, elle pourrait être reprise en utilisant un autre outillage comportant une pince d'une forme adap- tée. Grâce au montage pivotant de la pince, on évite toute détérioration de la pince en service ou d'un élément de l'assemblage combustible dans lequel on effectue l'extraction. Le dispositif suivant l'invention permet donc d'obtenir une extraction du corps migrant, dans la plupart des cas, sans occasionner de détériorations de la pince ni d'une partie de l'assemblage combusti- ble, lorsque la pince rencontre un obstacle en cours d'extraction. Il est bien évident que pour faciliter le passage de la pince, en fonction des obstacles repérés préalablement par une caméra vidéo, il est possible de régler les ressorts de rappel du support de pince, de façon à obtenir une amplitude de pivotement et une in- clinaison voulue du support de pince et de la pince. L'invention ne se limite pas au mode de réa- lisation qui a été décrit. La pince peut avoir toute forme voulue pour réaliser l'extraction dans une zone particulière d'un assemblage combustible. Au lieu d'un pont roulant, la perche peut être fixée à sa partie supérieure à un chariot ayant une latitude de déplacement dans trois directions non coplanaires (par exemple perpendiculaires entre elles pour constituer un trièdre trirectangle) et associé à des moyens de déplacement précis dans les trois direc- tions. Le support et ses moyens de rappel peuvent avoir une forme différente de celle qui a été décrite. L'amplitude du pivotement peut être réglée à une va- leur quelconque, de même que la force de rappel. Le dispositif de commande à distance de la pince peut être d'un type différent de celui qui a été décrit qui utilise une poussée ou une traction effec- tuée sur un flexible. On peut envisager une transmis- sion de type hydraulique, pneumatique ou électrique pour assurer la commande d'ouverture et de fermeture de la pince, à partir de moyens d'actionnement situés au-dessus du niveau de la piscine. L'invention s'applique à l'extraction de tout type de pièces ou particules étrangères dans un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire refroi- di à l'eau légère. REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'extraction de pièces ou particules étrangères dans des assemblages combusti- bles du coeur d'un réacteur nucléaire placés sous eau, dans une piscine, caractérisé par le fait qu'il com- porte: - une perche verticale (11) comportant un organe de manutention (14) à son extrémité supérieure, - une pince (22) fixée à une extrémité d'un support de pince (20) monté pivotant autour d'un axe horizontal (21) à l'extrémité inférieure de la perche (11), - des moyens de rappel élastiques (25, 29) du support de pince (20) pivotant, de manière à rappeler la pince (22) dans une position de préhension éloignée de l'axe vertical ZZ' de la perche (11), - et un mécanisme de commande (24) de la pince (22) pour son ouverture et sa fermeture, porté par le porte-pince (20) et relié à des moyens d'actionnement à distance (40) par un élément de transmission flex- ible (37). 2.- Dispositif d'extraction suivant la re- vendication 1, caractérisé par le fait que le mécanis- me de commande de la pince comporte un élément flexi- ble (37) passant dans une gaine (38) relié directement à l'une de ses extrémités à un bec mobile (22b) de la pince et relié, à son autre extrémité, à des moyens (44, 45) de traction et de poussée sur le flexible (37) permettant l'ouverture et la fermeture de la pin- ce. 3.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le support de pince (20) est monté à l'extrémité de la perche (11) par l'intermédiaire de moyens (46, 47) permettant son démontage et son remplacement et le blocage du support (20) en pivotement autour de l'axe (21). 4.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé par le fait que la perche (11) est solidaire à son extrémité d'un moyen (17) permettant de régler son orientation autour de son axe vertical ZZ'. 5.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la perche (11) est constituée de plusieurs tronçons suc- cessifs (11a, 11b,... 18) dans la direction longitu- dinale, pour régler sa longueur et la profondeur d'in- tervention de la pince (22) sous le niveau de la pis- cine. 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la force de rappel élastique des moyens (25, 29) est ré- glable. 7.- Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de rappel élastiques (25, 29) sont constitués par des ressorts fixés à l'une de leurs extrémités sur le support (20) de la pince (22) et à leur autre extrémité sur la par- tie inférieure de la perche (11), en un point réglable suivant la direction verticale ZZ' de la perche (11).