Brevet FR2665569A1 — publié le 19920207

L'invention concerne un procédé et un disposi- tif d'extraction d'un corps allongé introduit dans un élément tubulaire, suivant sa direction axiale. Dans le domaine de l'exploitation des réac- teurs nucléaires refroidis par de l'eau et en particu- lier dans le cas des réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau sous pression, il peut être nécessaire de réaliser des opérations d'extraction de corps allongés introduits dans un élément tubulaire. En particulier, l'instrumentation du coeur du réacteur comporte des thermocouples qui sont engagés à l'intérieur de colonnes de thermocouple traversant le couvercle de la cuve du réacteur dans une direction verticale et dans le prolongement de tubes de guidage des équipements internes supérieurs du réacteur, de manière que les thermocouples puissent être introduits dans le coeur du réacteur situé en-dessous des équipe- ments internes supérieurs. Pour effectuer des opérations de réparation ou d'entretien du réacteur nucléaire, il peut être néces- saire d'ouvrir le couvercle de la cuve, après refroidis- sement et dépressurisation du réacteur, pour accéder aux composants situés à l'intérieur de la cuve De même, pour effectuer le déchargement et le rechargement des assemblages combustibles du coeur, il est nécessaire d'ouvrir le couvercle de la cuve et de sortir les équi- pements internes supérieurs de cette cuve. Ces opérations nécessitent qu'on effectue préalablement une extraction des thermocouples engagés dans les colonnes de thermocouple, dans les équipements internes supérieurs et dans les assemblages du coeur. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent également des tubes d'instrumentation traver- sant le fond de la cuve du réacteur situé dans une position opposée par rapport au couvercle assurant le passage de doigts de gant à l'intérieur de la cuve et le guidage de ces doigts de gant jusqu'à un local d'instru- mentation situé au voisinage du puits de la cuve du réacteur Des sondes de mesure de flux neutronique peuvent être introduites et déplacées à l'intérieur des doigts de gant. Pour effectuer le déchargement et le recharge- ment du coeur du réacteur, il est nécessaire d'extraire les doigts de gant des tubes d'instrumentation par traction sur une extrémité du doigt de gant située à l'intérieur du local d'instrumentation. Dans le cas de l'extraction des thermocouples dont une partie d'extrémité est saillante par rapport à l'extrémité supérieure de la colonne de thermocouple correspondante, l'extraction du thermocouple est réali- sée en exerçant une traction dans la direction verticale et dirigée vers le haut sur l'extrémité saillante du thermocouple Dans le cas des doigts de gant, on exerce de même une traction sur l'extrémité du doigt de gant située dans le local d'instrumentation, dans une direc- tion qui peut être horizontale. Dans les deux cas, l'extraction peut être rendue difficile par le fait qu'il existe des forces de frottement dans les parties coudées et droites de l'élé- ment tubulaire, ou encore que des dépôts solides ont pu se former autour du thermocouple ou du doigt de gant, par exemple à l'intérieur du canal correspondant traver- sant la colonne de thermocouple ou à l'intérieur du tube d'instrumentation De tels dépôts peuvent être consti- tués par des produits de corrosion qui se forment à l'intérieur du réacteur, pendant son fonctionnement, par mise en contact du fluide de refroidissement avec cer- tains composants, par des particules de corps étrangers entraînés par le fluide de refroidissement du réacteur ou par des dépôts de nature chimique quelconque se formant in situ à l'intérieur du canal de passage du thermocouple ou du doigt de gant. La force de traction nécessaire pour extraire le thermocouple ou le doigt de gant peut devenir exces- sive, ce qui peut se traduire par une rupture du thermo- couple ou du doigt de gant pendant son extraction. On a donc proposé, par exemple dans la demande de brevet EP-A-0 175 977, de soumettre le thermocouple en cours d'extraction à des vibrations susceptibles de provoquer le fractionnement des dépôts provoquant le blocage du thermocouple Pour assurer la mise en vibra- tion du thermocouple, on a proposé de fixer sur le dispositif de traction dans sa partie reliée au thermo- couple, un vibreur émettant des ondes dans une direction inclinée par rapport à l'axe du canal de guidage du thermocouple dans la colonne de thermocouple, suivant lequel on exerce la traction L'inclinaison de la direc- tion de propagation des ondes vibratoires par rapport à l'axe de traction est généralement voisine de 200. Le dispositif correspondant est relativement complexe et encombrant, dans la mesure o il nécessite la présence d'un vibreur placé dans une position latéra- le par rapport à l'axe de traction. En outre, le vibreur est préréglé à une fré- quence de vibrations fixe, ce qui ne permet pas de moduler l'effet des vibrations en fonction de la posi- tion et de la nature des dépôts provoquant le blocage du thermocouple. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'extraction d'un corps allongé introduit dans un élément tubulaire suivant sa direction axiale, par traction sur une de ses extrémités dans la direction axiale de l'élément tubulaire et par mise en vibrations simultanée de ce corps allongé, ce procédé permettant de limiter la force de traction nécessaire, dans le cas o le corps allongé est bloqué par des forces de frottement dans les parties coudées et/ou droites de l'élément tubulaire, ou encore par des dépôts de matière solide à l'intérieur du corps tubulaire, tout en utilisant un dispositif simple et peu encombrant. Dans ce but, on émet des ondes dans un domaine de fréquence proche des ondes ultrasonores depuis l'ex- trémité du corps allongé sur laquelle on exerce la traction et dans sa direction axiale, pour assurer sa mise en vibrations. L'invention est également relative à un dispo- sitif d'extraction mettant en oeuvre le procédé suivant l'invention. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation du procédé suivant l'invention et du dispo- sitif correspondant dans le cas de l'extraction d'un thermocouple d'un réacteur nucléaire à eau sous pres- sion. La figure 1 est une vue générale du bâtiment réacteur dans lequel on effectue une opération d'extrac- tion d'un thermocouple, en utilisant le procédé suivant l'invention. La figure 2 est une vue d'ensemble d'un dispo- sitif d'extraction suivant l'invention. La figure 3 est une vue en perspective mon- trant les moyens de mise en vibrations du corps allongé du dispositif d'extraction représenté sur la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté de manière schématique, le bâtiment réacteur 1 d'une centrale nucléaire comportant un réacteur refroidi par de l'eau sous pression. Le bâtiment réacteur 1 est réalisé sous la forme d'une structure en béton de grandes dimensions délimitant une piscine 2 placée à la verticale d'un puits de cuve dans lequel est placée la cuve du réacteur nucléaire renfermant les assemblages du coeur. Lorsqu'on effectue une opération d'extraction de thermocouples 3 pénétrant dans la cuve du réacteur nucléaire, à l'intérieur de colonnes de thermocouples 4, la piscine du réacteur 2 est remplie d'eau jusqu'à un niveau 5 tel qu'une partie des colonnes de thermocouples 4 située audessus du couvercle de cuve et l'extrémité saillante des thermocouples 3 par rapport aux colonnes 4 soient émergées au-dessus du niveau 5 de l'eau dans la piscine 2. Le dispositif d'extraction suivant l'invention désigné de manière générale par le repère 6 comporte un moyen de traction constitué par un palan électrique 7 suspendu au chariot 8 d'un pont roulant 9 monté mobile sur des rails de roulement fixés sur une partie de la structure du bâtiment réacteur 1 constituant le bord supérieur de la piscine 2. Le pont roulant 9 comporte une poutre supé- rieure 11 sur laquelle se déplace le chariot 8 et un plancher de travail inférieur 12 sur lequel sont placés le poste de conduite 13 du pont roulant et le clavier de commande 14 du palan de levage 7. Le dispositif d'extraction 6 comporte une chaîne 16 constituant le brin de levage vertical du palan 7, traversant le plancher 12 par une ouverture et reliée, à sa partie inférieure, en-dessous du plancher 12, à un dynamomètre 17 constitué de préférence par une jauge de contrainte. Une passerelle d'intervention 18 à laquelle on peut accéder par une échelle 19 est fixée au-dessus du niveau 5 de la piscine Une nacelle 18 a fixée sous la passerelle 18 permet à un opérateur 20 d'intervenir au niveau des extrémités saillantes des thermocouples 3. Une seconde chaîne 22 placée dans le prolonge- ment de la chaîne de levage 16, en-dessous du dynamomè- tre 17, traverse la passerelle d'intervention 18 dans la direction verticale et porte, à son extrémité, un dispo- sitif 23 de fixation et de mise en vibrations du thermo- couple 3 en cours d'extraction L'opérateur 20 peut, en particulier, réaliser l'accrochage de l'extrémité du thermocouple 3 au dispositif 23, depuis la nacelle 18 a. Le dispositif de fixation et de mise en vibra- tions 23 comporte un transducteur d'ultrasons qui sera décrit ci-après et qui est relié par un câble de liaison à un générateur d'ultrasons 26 disposé sur le bord 10 de la piscine Un second opérateur 27 assure la mise en fonctionnement, le réglage et l'arrêt du générateur d'ultrasons 26, depuis le bord 10 de la piscine. Un troisième opérateur 28 assure la commande du palan 7 grâce au clavier 14, depuis le plancher de travail 12. Sur la figure 2, on a représenté à plus grande échelle le dispositif d'extraction utilisé dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention tel que repré- senté sur la figure 1. Le thermocouple 3 est engagé dans une direc- tion axiale, à l'intérieur d'un canal 4 ' d'une colonne de thermocouple et comporte une partie saillante par rapport à l'extrémité supérieure du canal 4 '. Le dispositif de fixation de l'extrémité du thermocouple est constitué par le support 23 a d'un transducteur d'ultrasons 30 relié par le câble 25 au générateur d'ultrasons 26 La partie inférieure du support 23 a du transducteur 30 comporte un mandrin ou des mâchoires de serrage permettant d'assurer un accro- chage efficace de l'extrémité du thermocouple 3 saillan- te par rapport à la colonne de thermocouple L'accrocha- ge de l'extrémité du thermocouple peut être réalisé, avant le démarrage de l'opération d'extraction, par l'opérateur 20, depuis la plateforme 18 a. La partie inférieure du support 23 a constitue également un guide d'ondes permettant de transmettre les ultrasons générés par le transducteur 30 au thermocouple 3. Le transducteur 30 est constitué par des disques en un matériau possédant des propriétés piézo- électriques, si bien que ces disques produisent des microdéplacements longitudinaux, c'est-à-dire dirigés suivant l'axe du support 23 a du dispositif 23, lors- qu'ils sont excités par un courant électrique de forme sinusoïdale dont la fréquence peut être ajustée L'ex- citation du transducteur 30 est réalisée à partir du générateur 26 qui comporte un générateur à basse fré- quence fournissant une onde sinusoïdale réglable en fréquence et en amplitude et un amplificateur de forte puissance La sortie de l'amplificateur de puissance est couplée au transducteur, par l'intermédiaire d'un trans- formateur Les microdéplacements du transducteur 30 sont transmis au thermocouple 3 et amplifiés par la partie inférieure du support 23 a du dispositif 23 L'extrémité du thermocouple 3 en saillie par rapport au canal 4 ' de la colonne de thermocouple est couplée à la partie inférieure du support 23 a, comme il a été décrit plus haut, c'est-à- dire à la partie du support subissant les déplacements de plus forte amplitude, dans la direction longitudinale L'énergie vibratoire est transmise sur toute la longueur du thermocouple 3 engagé dans le canal 4 ' de la colonne de thermocouple 4. Le thermocouple 3 est soumis à un effort de traction dirigé suivant l'axe du canal 4 ', exercé par le palan 7, par l'intermédiaire des brins de levage 16 et 22 et de la jauge de contrainte 17 intercalée entre les brins 16 et 22. La jauge de contrainte 17 est reliée par un câble 32 à un dynamomètre 33 assurant l'alimentation de la jauge 17 en courant électrique et le recueil des signaux électriques émis par la jauge de contrainte 17. Les signaux électriques de la jauge 17 sont traités par le dynamomètre 33 dont la sortie est reliée à un enre- gistreur 34 permettant un affichage et un enregistrement des valeurs de la traction exercée sur le thermocouple 3 par le palan 7. Le dynamomètre 33 et l'enregistreur 34 sont disposés, au voisinage du générateur d'ultrasons 26, sur une console reposant sur le bord supérieur 10 de la piscine 2. Comme il est visible sur la figure 3, le générateur d'ultrasons 26 est constitué par un boîtier à l'intérieur duquel sont disposés le générateur à basse fréquence, l'amplificateur de puissance et le transformateur constituant les éléments actifs du géné- rateur Le boîtier 35 comporte sur sa face avant les bornes de sortie 36 du transformateur auquel sont reliés deux conducteurs du câble 25 Ces conducteurs sont reliés, à leurs autres extrémités, aux cellules piézo- électriques du transducteur 30 dont le générateur 26 assure l'excitation à une fréquence réglable. La face avant du boîtier 35 porte un bouton de réglage de la fréquence d'excitation 37, un bouton de réglage du niveau du courant d'excitation 38 ainsi qu'un bouton 40 de réglage de la durée des impulsions transmi- ses au transducteur 30. Un voyant 41 permet d'afficher la fréquence du courant d'excitation et un voyant 42, le niveau de puissance de ce courant. Divers voyants sont également disposés sur la face avant du boîtier 35 et en particulier un voyant 43 d'alimentation du générateur 26 en courant électrique, un voyant 44 de signalisation de surchauffe du thermo- couple et un voyant 45 relatif à l'émission basse f ré- quence du générateur 26. Le support 23 a du dispositif 23 de mise en vibrations du thermocouple comporte à son extrémité dans laquelle on vient fixer le thermocouple 3 une vis 50 de serrage du mandrin ou des mâchoires de fixation du thermocouple Les vibrations de direction longitudinale émises par le transducteur 30 sont ainsi transmises au thermocouple, par l'intermédiaire de la partie inférieu- re du support 23 a constituant un guide d'ondes. On va maintenant décrire, en se référant à l'ensemble des figures, une opération d'extraction d'un thermocouple engagé, par l'intermédiaire d'une colonne de thermocouples, à l'intérieur du coeur d'un réacteur dont la cuve est placée sous eau dans la piscine du réacteur, comme représenté sur la figure 1. Dans un premier temps, le support 23 du trans- ducteur 30 est relié au dispositif de levage 6, par l'intermédiaire d'un étrier et de la jauge de contrainte 17 On réalise ensuite le couplage de l'extrémité du thermocouple 3 au support du transducteur 30 en réali- sant le serrage de l'extrémité du thermocouple dans la partie d'extrémité inférieure du support 23 a Le dispo- sitif de mise en vibrations 23 comportant le transduc- teur 30 est relié par le câble coaxial 25 au générateur d'ultrasons 26 Le générateur d'ultrasons est mis en tension et le bouton de réglage du niveau de puissance 38 est placé dans sa position correspondant à la puis- sance minimale Le générateur 26 est mis en fonctionne- ment; la puissance affichée sur l'indicateur 42 et exprimée en m A (valeur du courant d'excitation) cor- respond au niveau minimal de puissance. Le générateur 26 comporte une plage de réglage d'une amplitude sensiblement égale à 1,5 k Hz, cette plage s'étendant de 11 à 12,5 k Hz L'indicateur de fréquence 41 affiche la valeur de la fréquence avec une résolution de 10 Hz. Un sélecteur 46 du choix du mode de fonction- nement du générateur et comportant deux positions cor- respondant à une utilisation en rafales du générateur ou à une utilisation en continu, est placé sur la position utilisation en continu Le mode de fonctionnement en continu n'est utilisé qu' au niveau minimal de puissance pour éviter toute surchauffe locale du thermocouple 3. Une traction est exercée sur le thermocouple par le palan 7 du dispositif de traction 6 La valeur de la traction sur le thermocouple est limitée à 150 da N. On effectue un réglage de fréquence en utilisant le bouton 37 pour régler le générateur 26 sur la fréquence de résonance mécanique du thermocouple Cette fréquence est obtenue en effectuant un balayage dans la plage de fréquence entre 11 et 12,5 k Hz et en fixant la fréquence à la valeur obtenue lorsque le niveau de puissance donné par l'indicateur 42 est maximal. On place le sélecteur de mode de fonctionne- ment du générateur d'ultrasons sur la position de fonc- tionnement utilisation en rafales, c'est-à-dire en mode impulsionnel. On augmente progressivement le niveau de puissance, jusqu'au moment o l'on repère sur le dynamo- mètre 33, une chute de l'effort de traction. Le bouton de réglage 40 de la durée d'impul- sion est placé sur la position correspondant à une durée d'impulsion des ondes ultrasonores au plus égale à 5 secondes, lorsque le niveau de puissance est à sa valeur maximale. Si l'extraction ne peut être effectuée en une seule opération, on effectue une nouvelle recherche de la fréquence de résonance comme décrit plus haut, avant il de réinjecter une forte puissance en mode impulsionnel. En effet, au cours de l'essai d'extraction qui a été effectué, les caractéristiques de la charge accouplée au dispositif de mise en vibrations 23 ont été modifiées, par exemple par élévation de température du thermocouple ou déplacement de celui-ci à l'intérieur de son loge- ment Cette nouvelle recherche de la fréquence de réso- nance permet également d'obtenir un refroidissement de l'ensemble du dispositif et du thermocouple. Au cours de plusieurs essais, on a pu effec- tuer l'extraction de thermocouples, par étapes succes- sives, en utilisant une fréquence de mise en vibrations de l'ordre de 11, 5 k Hz ou un peu inférieure, la traction exercée sur le thermocouple étant de l'ordre de 150 da N dans le cas d'un thermocouple fortement bloqué, de da N dans le cas d'un thermocouple moyennement bloqué et 105 da N dans le cas d'un thermocouple faiblement bloqué. Dans tous les cas, la mise en vibrations du thermocouple par des impulsions d'une durée de 5 secon- des au niveau maximal de puissance a permis de diminuer sensiblement la force nécessaire à exercer sur le ther- mocouple, pour effectuer son extraction, tout en évitant un échauffement du thermocouple, repérable grâce au voyant ( 44). Le réglage du générateur d'ondes ultrasonores de manière à émettre des ondes à fréquence variable permet de déplacer, le long du thermocouple, la position des ventres et des noeuds de vibration et ainsi de faciliter le fractionnement des dépôts entre le thermo- couple et l'élément tubulaire dans lequel est logé ce thermocouple. On a ainsi pu effectuer l'extraction de ther- mocouples introduits dans le coeur d'un réacteur nuclé- aire à eau sous pression par l'intermédiaire de colonnes de thermocouple, en évitant toute rupture de ces thermo- couples. L'invention ne se limite pas au mode de réali- sation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer d'utiliser un dispositif différent d'un palan pour exercer une trac- tion sur un thermocouple ou un autre corps allongé pendant sa mise en vibration sous l'effet d'ultrasons de direction longitudinale. On peut également utiliser des moyens diffé- rents de ceux qui ont été décrits pour produire des vibrations de direction longitudinale dans le corps allongé. Le procédé et le dispositif suivant l'inven- tion peuvent être utilisés pour réaliser l'extraction de corps allongés différents de thermocouples et par exem- ple pour réaliser l'extraction de doigts de gant péné- trant dans la cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression à l'intérieur de tubes d'instrumentation tra- versant le fond de la cuve. L'invention peut également être utilisée en dehors du domaine de l'exploitation des réacteurs nuclé- aires. REVENDICATIONS 1. Procédé d'extraction d'un corps allongé ( 3) introduit dans un élément tubulaire ( 4) suivant sa direction axiale, par traction sur une de ses extrémités dans la direction axiale de l'élément tubulaire ( 4) et par mise en vibrations simultanée de ce corps allongé ( 3), caractérisé par le fait qu'on émet des ondes dans un domaine de fréquence proche des ondes ultrasonores depuis l'extrémité du corps allongé ( 3) sur laquelle on exerce la traction et dans sa direction axiale, pour assurer sa mise en vibrations. 2. Procédé d'extraction suivant la revendica- tion 1, caractérisé par le fait qu'on effectue un régla- ge de la fréquence des ondes ultrasonores, de manière à déplacer le long du corps allongé ( 3) les ventres et les noeuds de vibrations engendrés dans le corps allongé ( 3) par les ondes ultrasonores. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les ondes ultrasonores sont émises par impulsions d'une durée réglable. 4. Procédé d'extraction d'un thermocouple introduit dans le coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, par l'intermédiaire d'une colonne de thermocouple ( 4), caractérisé par le fait que la fré- quence des ondes ultrasonores est réglée à une valeur comprise entre 11 et 12,5 k Hz, la force de traction sur le thermocouple ( 3) étant au plus égale à 150 da N et les ondes ultrasonores étant émise par impulsions d'une durée au plus égale à 5 secondes. 5. Dispositif d'extraction d'un corps allongé ( 3) introduit axialement dans un élément tubulaire ( 4, 4 ') comportant un moyen de traction ( 6, 7) ayant des moyens de liaison à une extrémité du corps allongé ( 3) et des moyens de mise en vibrations ( 23) du corps allon- gé, caractérisé par le fait que les moyens de mise en vibrations sont constitués par un générateur d'ultrasons ( 26) associé à un transducteur ( 30) intercalé entre les moyens de liaison du moyen de traction ( 6, 7) et l'ex- trémité du corps allongé ( 3) et disposé suivant l'axe d'actionnement du moyen de traction ( 6, 7). 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le transducteur d'ultrasons ( 30) est monté dans un support ( 23 a) dont une partie est reliée à l'extrémité du corps allongé ( 3) et constitue un guide d'ondes et dont l'autre partie est reliée au dispositif de traction ( 6, 7), les deux parties du support ( 23 a) étant disposées de part et d'autre du transducteur ( 30). 7 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait qu'un moyen de mesure de traction ( 17) est intercalé entre le moyen de traction ( 6, 7) et le transducteur ( 23, 30) relié au corps allongé ( 3). 8 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 5, 6 et 7, caractérisé par le fait que le générateur d'ultrasons ( 26) associé au transducteur ( 30) comporte des moyens de réglage de la fréquence ( 37), des moyens de réglage de niveau de puissance ( 38), un sélec- teur ( 46) du mode de fonctionnement du générateur d'ul- trasons ( 26), soit en continu, soit par impulsions, un moyen de réglage de la durée des impulsions d'ondes ultrasonores ( 40) et des moyens d'affichage ( 41, 42) de la fréquence et du niveau de fréquence de l'émission ultrasonore.