Brevet FR2673031A1 — publié le 19920821

L'invention concerne un procédé et un dispositif de remplacement d'une broche de centrage d'un assemblage combustible fixée sur la Plaque Supérieure de Coeur (PSC) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un coeur constitué par des assemblages combustibles de forme prismatique juxtaposés et placés verticalement. Le coeur disposé à l'intérieur de la cuve du réacteur se situe en-dessous d'une structure appelée Equipements Internes Supérieurs (EIS). Les EIS comportent en particulier, à leur partie inférieure, une plaque plane appelée Plaque Supérieure de Coeur (PSC), traversée par des ouvertures venant en appui sur la partie supérieure des assemblages combustibles dont elle assure le maintien dans la direction axiale. Le maintien en position des assemblages combustibles par rapport à cette PSC est assuré en particulier par des broches de centrage dont la partie saillante sous la PSC vient s'engager, lors de la mise en place des EIS, dans des ouvertures correspondantes prévues dans l'embout supérieur des assemblages combustibles. Au cours des phases d'arrêt du réacteur, par exemple pour le rechargement du coeur et pour l'entretien ou la réparation de composants, on est amené à sortir les EIS de la cuve pour les placer sur un stand de stockage et d'entretien disposé dans la piscine réacteur. Pendant la manutention des ElS, il peut se produire des incidents se traduisant par une détérioration des broches de centrage en saillie sous la PSC. I1 est alors nécessaire d'effectuer une intervention sur les broches de centrage détériorées afin de permettre la remise en place des EIS sur le coeur, à l'issue des opérations de rechargement ou de maintenance. Cette intervention peut consister à sectionner sous eau, par une opération commandée à distance, la partie saillante des broches de centrage détériorées. La PSC peut alors reprendre sa place sur le coeur, mais la suppression de broches de centrage risque d'entraîner un maintien défectueux des assemblages combustibles correspondants. On connaît également un procédé de remplacement de broches de centrage détériorées qui est mis en oeuvre après avoir retourné les EIS sur leur stand de stockage à l'intérieur de la piscine, de façon à placer la PSC en position supérieure sous une faible hauteur d'eau. L'intervention consiste à usiner et à extraire les broches détériorées de manière manuelle, puis à remettre en place et fixer les broches de remplacement. Le contrôle et la conduite des opérations sont facilités dans la mesure où la zone d'intervention est rendue accessible. Cependant, ce procédé entraîne l'intervention d'opérateurs à proximité de composants fortement irradiés. Les broches de centrage des assemblages combustibles comportent, en plus de leur partie saillante de centrage, un fût ayant une partie lisse emmanchée à l'azote liquide (frettage) dans un alésage traversant la PSC, et terminé par une partie filetée sur laquelle est vissé un écrou de fixation et de serrage de la broche sur la PSC venant se loger dans une ouverture ménagée au sommet de l'alésage. Dans le cas où le remplacement doit être effectué à distance sans retournement des EIS, il est extrêmement difficile de réaliser un perçage de la broche suivant la direction exacte de l'axe de l'alésage de la PSC. En outre, l'usinage préalable à l'extraction de la broche détériorée doit être réalisé sans endommager la surface interne de l'alésage de la PSC dont la géométrie détermine la mise en position correcte de la broche de remplacement. On ne connaissait pas jusqu'ici de procédé et de dispositif permettant de réaliser une telle opération de manière satisfaisante. Le but de l'invention est donc de proposer un procédé d'extraction et de remplacement d'une broche de centrage d'un assemblage combustible fixée sur la Plaque Supérieure de Coeur (PSC) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, la broche comportant une partie de centrage saillante sous la PSC et un fût engagé dans un alésage cylindrique traversant la PSC et ayant une partie filetée coopérant avec un écrou pour la fixation de la broche, l'extraction et le remplacement étant effectués sous eau et à distance en réalisant un usinage du fût de la broche, de manière parfaitement contrôlée sans endommager l'alésage de la PSC afin d'en permettre l'extraction, puis en réalisant une reprise d'usinage de l'alésage selon son axe de perçage original dans la PSC afin de recevoir une broche de remplacement. Dans ce but, - on réalise le perçage d'un avant-trou, dans une direction sensiblement axiale, dans le fût de la broche et dans la partie centrale de l'écrou en prise avec la partie filetée du fût de la broche, le diamètre de l'avant-trou étant sensiblement inférieur au diamètre de l'alésage traversant la plaque supérieure de coeur, - on enlève l'écrou de son logement de la PSC, - on effectue des mesures de diamètre de l'alésage de la PSC, à l'intérieur de l'avant-trou précédemment réalisé, et on en déduit la position exacte de l'axe de l'alésage traversant la PSC, - on effectue un réalésage de l'avant-trou précédemment réalisé, suivant l'axe de l'alésage traversant la PSC, à un diamètre supérieur au précédent et légèrement inférieur à celui de l'alésage de la PSC de façon à ne laisser du fût de la broche qu'une mince paroi de métal au contact de l'alésage, - on extrait la broche de l'alésage en lui appliquant un effort de poussée de direction axiale dans le réalésage, permettant de conserver intact l'alésage traversant la PSC, - on réalise un usinage de l'alésage traversant la PSC selon son axe réel pour y ménager une portée conique, - on monte dans l'alésage à portée conique ainsi réalisé une broche de remplacement sensiblement identique à la broche de centrage initiale. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux figures jointes en annexe, un exemple de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et un dispositif permettant cette mise en oeuvre. La figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical d'une broche de centrage d'un assemblage combustible fixée sur la PSC d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. La figure 2 est une vue en élévation et en coupe partielle par un plan vertical d'un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La figure 3 est une vue en coupe analogue à la figure 1 de la broche de centrage, à l'issue de la phase de perçage. La figure 4 est une vue en coupe analogue à la précédente, de la broche de centrage à 1 issue de la phase de réusinage. Les figures 5 et 6 sont des vues en coupe par un plan vertical des broches de remplacement venant se centrer et se fixer dans un alésage de PSC réusiné pour comporter une portée conique. Sur la figure 1, on voit une broche de centrage 1 d'un assemblage combustible de réacteur nucléaire à eau sous pression fixée dans l'alésage 6 percé perpendiculairement au travers de la PSC 5 horizontale. La broche 1 comporte une partie de centrage saillante sous la PSC 5 et un fût 2 fretté par emmanchement à la température de l'azote liquide dans l'alésage 6. Ce fût 2 se termine par une partie filetée 3 recevant un écrou de serrage 4 qui vient prendre réaction sur la PSC 5 au fond du logement 8 et comporte également un rétrécissement diamétral 7 à sa jonction avec la broche 1, de façon à pouvoir placer l'épaulement de cette dernière au contact de la PSC 5. L'extraction et le remplacement d'une broche 1 qui a été endommagée sont effectués sous eau, les EIS étant placés sur leur stand de stockage et de réparation au fond de la piscine du réacteur. La PSC 5 constituant la partie inférieure des EIS se trouve en position horizontale entre 0,3 et 1 mètre au-dessus du fond de piscine, et sous une hauteur d'eau de 10 à 12 mètres. Les différentes phases du procédé peuvent être mises en oeuvre par le dispositif représenté sur la figure 2. Le dispositif d'intervention désigné de manière générale par le repère 10 comporte une platine 12 fixée à la partie inférieure d'une perche 11 de grande longueur par des colonnes verticales 13. La perche 11 permet d'effectuer la mise en place du dispositif d'intervention 10 sur la PSC 5 depuis le niveau supérieur de la piscine. La platine 12 porte des pions de positionnement tels que 16 destinés à venir s'engager dans les trous 15. Les pions 16 ont une longueur telle qu'ils viennent au contact avec la surface des trous 15 dans leur partie inférieure, qui n'est pas en contact avec les pions de centrage des guides de grappe. La platine 12 comporte également des plots 17 venant reposer sur la PSC 5 autour de l'ouverture 14, destinés à positionner la platine 12 parallèlement à la PSC 5. La fixation du dispositif 10 sur la plaque 3 est assurée par deux doigts 18 montés pivotants sur la platine 12, actionnés par une tige 19 montée mobile verticalement à l'intérieur de la perche 11 et traversant la platine 12 de manière étanche. La tige 19 est actionnée depuis le niveau supérieur de la piscine pour commander les doigts en position ouverte 18a et en position de bridage 18b dans laquelle l'extrémité des doigts vient en appui sur la face inférieure de la PSC 5. La plaque 2 est traversée par des ouvertures telles que l'ouverture 14 de forme carrée, dans une position située à l'aplomb d'une position d'un assemblage de combustible du coeur. La plaque supérieure de coeur peut recevoir un guide de grappe de contrôle au niveau de l'ouverture 14. Le guide de grappe comporte des pions de positionnement qui sont engagés dans des trous tels que 15 situés au voisinage du bord de l'ouverture 14. Après démontage d'un guide de grappe, le dispositif d'intervention 10 peut être mis en place pour réaliser l'extraction d'au moins une broche de centrage telle que la broche 1 fixée sur la plaque supérieure de coeur. La platine 12 porte, par l'intermédiaire de deux tables 21 et 22 à mouvements croisés, un support 23 constituant une équerre 24 sur la partie verticale de laquelle est monté un support d'outillage 25 par l'intermédiaire d'une glissière verticale motorisée 26. Les tables 21 et 22 sont motorisées et superposées pour permettre le déplacement du support 23 selon deux directions X et Y. Les tables 21 et 22 sont disposées à l'intérieur d'une enceinte étanche souple 20 permettant d'en isoler le mécanisme de précision de l'eau de la piscine. Suivant les phases du procédé, on peut venir placer à distance depuis la surface de la piscine du réacteur différents outillages 27 sur le porte-outil 25, sans interférer avec la fixation du dispositif 10 sur la PSC 5. L'axe 28 de la broche 29 de l'outil 27 se trouve placé sensiblement dans le prolongement de l'axe de la broche 1, lorsque le dispositif 10 est placé en position d'intervention sur la PSC 5. Pour mettre en oeuvre le procédé suivant l'invention; on fixe sur la plaque 5 le dispositif d'intervention 10 dont l'outil 27 est constitué par un moyen de perçage tel qu'une tête d'électro-érosion, alimentée en courant électrique par des câbles reliés à la perche 11, afin de réaliser le perçage de la broche 01. Comme il est visible sur la figure 3, la tête d'électro-érosion permet de réaliser dans le fût 2 de la broche 1 le perçage d'un avant-trou borgne 30 d'un diamètre sensiblement inférieur à celui du rétrécissement 7 du fût 2, mais supérieur au diamètre de la partie filetée 3. Le fût 2 de la broche 1 est percé sur toute sa longueur, l'avant-trou borgne 30 atteignant la partie massive de la broche. De préférence, la partie inférieure du perçage 30 est réalisé de manière à préserver une épaisseur de matériau suffisante au niveau de la jonction 7 entre la partie de centrage et le fût de la broche 1. Le diamètre de perçage permet l'élimination complète de la partie filetée du fût et du filetage de l'écrou 4 qui se trouve ainsi séparé de la broche après perçage. Pour réaliser cet avant-trou, il n'est pas nécessaire de réaliser un alignement parfait entre l'axe 28 de l'outil 27 et l'axe de la broche 1. En effet, l'épaisseur résiduelle du matériau est suffisante pour garantir un perçage sans porter atteinte à la paroi de l'alésage 6 dans la PSC 5, étant donné la précision obtenue lors de la mise en position du dispositif 10 sur la PSC 5. Après perçage de l'avant-trou 30, on place un nouvel outil 27 sur le porte-outil 25, pour réaliser l'extraction et la récupération de l'écrou 4. Le dispositif 10 est ensuite équipé d'un outil de mesure sans contact, tel un dispositif comportant un transducteur d'ultrasons ou une sonde à courants de Foucault. La sonde est introduite dans l'avant-trou 30 et on réalise des mesures de diamètre de l'alésage 6 à différents endroits suivant la circonférence et suivant la longueur de l'avant-trou. On en déduit par calcul la position exacte de l'axe de l'alésage 6. Le dispositif 10 est alors équipé d'une tête d'électro-érosion et le support 23 est déplacé grâce aux tables à mouvements croisés 21 et 22, de manière que l'axe 28 du porte-outil 25 se trouve dans le prolongement de l'axe de l'alésage 6 de la broche 5 dont la position a été déterminée. La tête d'électro-érosion permet de réaléser l'avant-trou 30 de manière à obtenir un alésage 40 (figure 4) dont le diamètre est supérieur au diamètre de l'avanttrou et légèrement inférieur au diamètre de l'alésage 6. On ne conserve qu'une mince peau tubulaire de métal 41 ayant une épaisseur de quelques dixièmes de millimètre. Cet usinage précis de la broche en évitant de détériorer la surface interne de l'alésage 6 est rendu possible par le fait que l'axe d'usinage coïncide parfaitement avec celui de l'alésage. La tête d'électro-érosion est alors remplacée par un outil d'extraction de la broche 1, qui vient exercer une force de direction axiale par poussée dans l'alésage 40 pour extraire la broche 1 sans endommager la paroi interne de l'alésage 6 de la PSC. L'alésage 6 de PSC étant ainsi dégagé intact, une broche de remplacement peut y être placée et fixée. I1 est cependant techniquement difficile d'envisager sous eau le montage d'une broche identique à la broche 1 existante, par frettage à l'azote liquide du fût 2 dans l'alésage 6 de PSC. On utilisera donc le même dispositif 10 équipé d'une tête d'usinage 27 sur le porte-outil 25 pour réaliser selon l'axe de l'alésage 6 une portée conique dans l'alésage 6 de la plaque 5. L'intérêt de cette portée conique est qu'elle facilite la mise en place à distance d'une broche de remplacement, de même que son centrage et sa fixation par simple serrage. La figure 5 illustre une broche de remplacement identique à celle extraite, où l'alésage 6 de la PSC 5 a été usiné avec une portée conique 50 à partir du fond du logement 8 de l'écrou de fixation 4. La broche de remplacement 1 est alors engagée dans l'alésage par dessous la PSC, son fût lisse 2 recevant une bague 51 mise en place au moyen du dispositif 10. Cette bague conique 51 est serrée par un écrou de fixation 4 vissé sur la partie filetée 3 de la broche et prenant réaction sur la bague conique 51 pour la loger dans l'alésage conique 50. La réaction de serrage est prise comme pour la broche initiale par l'épaulement de la broche de remplacement au contact sous la PSC 5, et par l'appui de la bague conique 51 dans l'alésage conique 50. La figure 6 illustre un autre type d'usinage d'une portée conique dans l'alésage 6 de la PSC 5, pour recevoir un autre type de broche de remplacement. La portée conique 60 est ici réalisée à partir de la base de l'alésage 6, pour recevoir directement une broche de remplacement 61 montée par dessous la PSC 5. Le fût à portée conique 62 de cette broche s'engage dans l'alésage conique 60 et est maintenu par un écrou de fixation 64 mis en place et vissé sur le filetage 63 en tête de broche 61. La réaction de serrage est ici prise par la portée conique en opposition avec l'effort de serrage de l'écrou 64 épaulé en fond de logement 8 de la PSC 5. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi que le perçage et le réalésage du fût de la broche peuvent être réalisés par une technique d'usinage différente de l'électro-érosion. Il faut toutefois utiliser un procédé d'usinage qui puisse être utilisé sous eau et commandé à distance. Le dispositif d'intervention peut présenter une structure différente de celle qui a été décrite et comporter des moyens de positionnement et de fixation sur la plaque supérieure de coeur coopérant avec d'autres élé- ments de cette plaque. Enfin, l'invention peut s'appliquer à l'extraction à distance et sous eau de toute broche analogue à la broche de centrage fixée dans une ouverture d'un élément tel qu'une plaque. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'extraction et de remplacement d'une broche de centrage (1) d'un assemblage combustible fixée sur la plaque supérieure de coeur (PSC) (5) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, la broche (1) comportant une partie de centrage saillante sous la PSC (5) et un fût (2) engagé dans un alésage cylindrique (6) traversant la PSC (5) et ayant une partie filetée (3) coopérant avec un écrou (4) pour la fixation de la broche, l'extraction et le remplacement étant effectués sous eau et à distance en réalisant un usinage du fût (3) de la broche puis un usinage de l'alésage (6) de la PSC (5), caractérisé par le fait - qu'on réalise le perçage d'un avant-trou (30), dans une direction sensiblement axiale, dans le fût (2) de la broche (1) et dans la partie centrale de l'écrou (4) en prise avec la partie filetée (3) du fût de la broche, le diamètre de l'avant-trou (30) étant sensiblement inférieur au diamètre de l'alésage (6) traversant la plaque supérieure de coeur (5), - qu'on enlève l'écrou (4) de son logement (8) de la PSC (5), - qu'on effectue des mesures de diamètre de l'alésage (6) de la PSC (5), à l'intérieur de l'avant-trou (30) précédemment réalisé, et qu'on en déduit la position exacte de l'axe de l'alésage (6) traversant la PSC (5), - qu'on effectue un réalésage (40) de l'avant-trou (30) précédemment réalisé, suivant l'axe de l'alésage (6) traversant la PSC (5), à un diamètre supérieur au précédent-et légèrement inférieur à celui de l'alésage (6) de la PSC (5) de façon à ne laisser du fût (2) de la broche (1) qu'une mince paroi de métal au contact de l'alésage (6), - qu'on extrait la broche (1) de l'alésage (6) en lui appliquant un effort de poussée de direction axiale dans le réalésage (40), permettant de conserver intact l'alésage (6) traversant la PSC (5). - qu'on réalise un usinage de l'alésage (6) traversant la PSC (5) selon son axe réel pour y ménager une portée conique (50, 60), - et qu'on monte dans l'alésage à portée conique ainsi réalisé une broche de remplacement sensiblement identique à la broche de centrage initiale (1). 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la broche de remplacement comporte un épaulement qui vient en appui sur la plaque supérieure de coeur (5) et que son maintien est assuré par une bague à portée conique (51) coopérant avec la portée conique (50, 60) de l'alésage (6) et un écrou de fixation (4). 3.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la broche de remplacement (61) comporte une portée conique (62) venant se loger dans la portée conique de l'alésage et que son maintien est assuré par un écrou de fixation (64) venant en appui sur la plaque supérieure de coeur (5). 4.- Procédé suviant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le perçage et le réalésage de l'avant-trou (30) sont réalisés par électro-érosion. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que, à l'issue du réalésage (40) de l'avant-trou (30), il ne subsiste du fût (2) de la broche (1) dans l'alésage (6) de la PSC (5) qu'une peau métallique tubulaire d'une épaisseur de l'ordre du dixième de millimètre. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les mesures de diamètre de l'alésage (6) de la PSC (5) pour le calcul de la position géométrique réelle de son axe sont réalisées sans contact par une méthode par ultrasons ou courants de Foucault. 7.- Dispositif d'extraction et de remplacement d'une broche de centrage (1) d'un assemblage combustible fixée sur la PSC (5) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, les opérations étant effectuées sous eau et commandées à distance, caractérisé par le fait qu'il comporte - une perche (11) de manoeuvre de grande longueur, - une platine (12) fixée à l'une des extrémités de la perche (11), - des moyens (16, 17, 18) de positionnement et de fixation de la platine (12) sur la PSC (5), - un support (23, 24) dont une partie (24) est parallèle à la direction axiale de la perche (11), reposant sur la platine (12) par l'intermédiaire de moyens de réglage (21, 22) de la position du support (23, 24) dans deux directions perpendiculaires à la direction axiale de la perche, un porte-outil (25) monté mobile sur le support (23, 24) dans une direction parallèle à la direction axiale de la perche (11), - et au moins quatre outils (27) de perçage de la broche (1) à deux diamètres d'alésage différents, de mesure du diamètre de l'alésage (6), d'usinage d'une portée conique dans l'alésage (6) de la PSC (5), et de préhension et de vissage, susceptibles d'être fixés à distance sous eau de manière interchangeable sur le porte-outil (25). 8.- Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que les moyens (61, 17, 18) de positionnement et de fixation de la platine (12) sur la plaque supérieure de coeur (5) comportent deux pions (16) de centrage coopérant avec deux trous (15) de la PSC (5) et au moins deux doigts de bridage pivotants (18) coopérant avec une tige d'actionnement à distance disposée suivant la direction axiale de la perche (11). 9.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé par le fait que les moyens (21, 22) de réglage de la position du porte-outil (25) sont constitués par deux tables à mouvements croisés superposées. 10.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7, 8 et 9, caractérisé par le fait que les outils (27) de perçage sont constitués par des têtes d' électro-érosion. 11.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisé par le fait que les moyens de mesure de diamètre de l'alésage (6) de la PSC (5) sont constitués par au moins un transducteur d'ultrasons ou une sonde à courants de Foucault.