Brevet FR2683084A1 — publié le 19930430

APPAREIL DESTINE A ASSEMBLER UN ASSEMBLAGE DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE Cette invention se rapporte à un appareil de chargement de barres de combustible dans un ensemble de combustible destiné à être utilisé dans un réacteur nucléaire, tel qu'un réacteur à eau pressurisé ou équivalent. Un assemblage de combustible conventionnel tel que celui divulgué par le brevet US 5 068 081 et représenté sur la figure 3 est connu. Sur cette figure, les références 1 et 2 se réfèrent à des extrémités supérieure et inférieure respectivement qui sont disposées verticalement et espacées de manière opposées et plusieurs tubes de guidage de barre de commande fixés rigidement 3 (appelés par la suite tubes de guidage 3) se trouvent entre l'extrémité supérieure 1 et l'extrémité inférieure 2 Plusieurs grilles 4 sont disposés verticalement et espacées l'une de l'autre dans la section médiane des tubes de guidage de barre de commande 3. Les grilles 4 sont constituées par plusieurs bandes 7 réalisées à partir de bandes de métal minces et ayant des fentes 8 formées dans la direction longitudinale comme cela est représenté sur la figure 4 Les fentes 8 sont interconnectées afin de former une structure en treillis comme cela est représenté sur la figure 5 et chaque espace délimité par les bandes est connu sous le nom de cellule de grille 5 Chaque cellule de grille 5 est pourvue de bossages 9 et de ressorts 10 formés sur les parois opposées des cellules de grille 5 Une barre de combustible 6 insérée dans une cellule de grille 5, comme cela est représenté sur la figure 6, est pressée contre le bossage 9 par le ressort 10, maintenant ainsi fermement la barre de combustible 6 dans la cellule de grille 5. Il existe différentes approches pour les étapes impliquées dans l'assemblage d'un tel assemblage Par exemple, dans le premier procédé, comme cela est représenté sur la figure 1, les grilles 4 sont disposées avec un espacement prédéterminé, et les tubes de guidage 3 et un tube d'instrumentation sont insérés dans et fixés sur des cellules de grille désignées 5 de chacune des grilles 4 respectivement, suivis par l'insertion des barres de combustible 6 dans les autres cellules de grille 5 de chacune des grilles 4 qui sont supportées par les tubes de guidage 3 Dans le deuxième procédé, les barres de combustible 6 sont insérées et maintenues fermement dans les cellules de grille 5 en premier, suivies par l'insertion des tubes de guidage 3 et d'un tube d'instrumentation dans les autres cellules de grille 5 des grilles 4, suivie par une étape de fixation rigide des tubes de guidage 3 sur les grilles. Un procédé d'insertion des barres de combustible 6 dans les cellules de grille 5 en utilisant un dispositif de chargement à traction est connu, par exemple grâce à la publication soumise à l'inspection publique de demande de brevet japonais H 2-181 699 qui implique l'utilisation de moyens de clavette afin de désactiver les ressorts 10, suivie par l'extension de tiges de traction d'un dispositif de traction à travers les cellules de grille 5, la saisie des extrémités des barres de combustible 6 logées dans un magasin de barres de combustible avec le dispositif de saisie fixé aux tiges de traction, et le chargement de l'assemblage de combustible avec des barres de combustible 6 en tirant les barres de combustible 6 dans les cellules de grille 5 des grilles 4. Il existe des problèmes de chargement des barres de combustible 6 en utilisant les tiges de traction une fois que les tubes de guidage 3 (et un tube d'instrumentation) sont fixés sur les grilles 4. L'un des problèmes est l'interférence mécanique qui apparaît entre les tiges de traction et les tubes de guidage 3 installés lorsque l'on essaie de charger les barres de combustible 6 dans les grilles 4. L'interférence mécanique est due au fait que certaines cellules de grille 5 sont déjà occupées par les parties d'inserts cylindriques des tubes de guidage 3 disposées à l'entrée des grilles Dans un tel système, les tiges de traction correspondant aux cellules de grille 5 occupées par les tubes de guidage 3 ne doivent pas être activées, et seules les tiges de traction qui correspondent aux barres de combustible 6 devant être tirées dans les cellules de grille 5 doivent être activées Le résultat est que le mécanisme de chargement devient complexe du fait de la nécessité d'un dispositif de commande spécial destiné à sélectionner les tiges de traction correctes Par ailleurs, du fait que l'agencement des tubes de guidage dans les grilles est différent pour chaque niveau de cellules de grille, l'actionnement des tiges de traction doit être ajusté pour chaque niveau de cellules de grille, ce qui conduit à une opération d'installation de barres de combustible longue et délicate. La présente invention a été faite au vu des problèmes des dispositifs de chargement de barres de combustible conventionnels du type à tiges de traction, et un but de l'invention est de présenter un appareil de chargement du type à tiges de traction ayant une construction mécanique simple et qui fonctionne rapidement et de façon efficace pour charger les barres de combustible dans l'assemblage de combustible, sans la nécessité d'un dispositif de sélection spécial. L'appareil d'assemblage de la présente invention comporte, en partant du côté d'entrée de barre de combustible de l'appareil d'assemblage: (a) un magasin de barres de combustible aligné sur un axe et disposé sur l'extrémité du côté d'entrée de l'appareil afin de loger des barres de combustible s'étendant longitudinalement en alignement parallèle; (b) des cadres de support alignés sur l'axe, afin de supporter les grilles de telle sorte que les cellules de grille sont dirigées dans la direction des barres de combustible s'étendant longitudinalement; et (c) un dispositif de chargement à traction destiné à charger des barres de combustible, aligné sur l'axe et disposé de façon librement rotative sur l'extrémité du côté de sortie de l'appareil opposée au magasin de barres de chargement, le dispositif de chargement à traction ayant: plusieurs tiges de traction pourvues de moyens de saisie fixés à l'extrémité de celles-ci afin de saisir et charger les barres de combustible dans l'assemblage de combustible; dans lequel (d) les cellules de tube, destinées à insérer les tubes de guidage de barre de commande, sont situées dans la structure en treillis de la grille de telle sorte que les emplacements des cellules de tube dans un quadrant des grilles correspondent aux emplacements des cellules de tube dans les trois quadrants restants lorsque le premier quadrant est entraîné en rotation par pas de 900 autour de l'axe des grilles; et (e) le dispositif de chargement à traction est pourvu de: plusieurs tiges de traction d'une longueur suffisante pour atteindre l'extrémité du côté d'entrée des barres de combustible par translation longitudinale le long de l'axe, alignées et en correspondance avec les emplacements des cellules de barres de combustible destinées à maintenir fermement les barres de combustible. Selon l'appareil d'assemblage de la présente invention, il est possible de charger un quart de toutes les barres de combustible nécessaires pour l'assemblage de combustible en une opération de chargement, simplement en insérant les tiges de traction dans le magasin de barres d'alimentation et, après saisie des extrémités des barres de combustible, en chargeant les barres de combustible dans les cellules de grille en rétractant les tiges de traction dans le dispositif de chargement. Dans la suite d'étape ci-dessus, il n'est pas nécessaire de sélectionner les tiges de traction devant être activées, chaque fois que le dispositif de chargement est tourné de 900 autour de l'axe pour le chargement, de façon à éviter les cellules de grille qui sont occupées par les tubes de guidage du fait que les tiges de traction sont déjà disposées de façon à correspondre aux cellules de grille qui sont prévues pour les barres de combustible. Une fois qu'un quart des barres requises est chargé dans l'assemblage de combustible, le dispositif de chargement à traction est entrainé en rotation sur 900, et la séquence de chargement des tiges de traction est répétée de façon à charger les barres de combustible dans le quadrant suivant des grilles En répétant les étapes ci-dessus pour les deux quadrants restants de la grille, toutes les barres de combustible sont chargées dans l'assemblage de combustible Une telle opération de chargement simplifiée est rendue possible en dupliquant les emplacements assignés des cellules de tube dans un quadrant d'une grille de manière exacte pour les trois quadrants restants, de sorte que pour chaque rotation de 900 du dispositif de chargement à traction, les tiges de traction sont disposées de façon à correspondre aux cellules de grille assignées aux barres de combustible dans la grille, en insérant ainsi les barres de combustible uniquement dans les cellules de grille assignées aux barres de combustible L'appareil de chargement de l'invention simplifie ainsi le processus de chargement en ne nécessitant pas l'utilisation d'un dispositif de sélection de tige de traction qui est nécessaire dans les dispositifs de chargement de barres de combustible du type à tige de traction conventionnel. La figure 1 est un dessin schématique d'une première forme de réalisation de l'appareil d'assemblage de la présente invention. La figure 2 est une vue en coupe agrandie de la coupe suivant la ligne AA représentée sur la figure 1. La figure 3 est une vue de côté d'un assemblage de combustible conventionnel. La figure 4 est une vue de face d'une bande utilisée pour former les cellules de grille des grilles. La figure 5 est une vue en coupe d'un assemblage de combustible contenant plusieurs barres de combustible et plusieurs tubes de guidage qui maintiennent l'assemblage de combustible. La figure 6 est une vue partielle agrandie d'une cellule de grille maintenant fermement une barre de combustible. Une première forme de réalisation va être expliquée en se référant aux figures 1 et 2 Dans l'explication qui suit, les sections constitutives qui sont communes à l'assemblage de combustible conventionnel portent les mêmes références numériques et leurs explications sont omises Dans les descriptions qui suivent, la direction est repérée par rapport à la direction de déplacement des barres de combustible qui se déplacent longitudinalement de la droite vers le gauche de l'illustration sur la figure 1 Par conséquent, le côté droit d'un composant ou d'un appareil est appelé le côté d'entrée et le côté gauche de celui-ci le côté de sortie. L'appareil d'assemblage de la première forme de réalisation comporte, en partant du côté d'entrée de barres de combustible de l'appareil d'assemblage: (a) un magasin de barres de combustible 30 qui renferme plusieurs barres de combustible parallèles s'étendant longitudinalement 6, disposé au niveau de l'extrémité d'entrée de l'appareil d'assemblage (droit sur la figure 1); (b) sept cadres de support de grille 20 (appelés cadres de support 20) qui supportent les grilles 4 de telle sorte que les cellules de grille 5 sont dirigées dans la direction des barres de combustible longitudinales 6; et (c) plusieurs tiges de traction 40, logées dans un dispositif de chargement à traction 50, disposées sur l'extrémité de sortie de l'appareil avec les cadres de support de grille 20 entre eux, afin de saisir les extrémités des barres de combustible 6 sur leur côté de sortie (extrémité gauche sur la figure 1). Chacune des grilles 4 est divisée, comme cela est représenté sur la figure 5, en quatre quadrants carrés 4 a, 4 b, 4 c et 4 d, formés par les deux lignes orthogonale 1 et m qui passent par l'axe O de l'appareil d'assemblage coaxial à l'axe O des grilles 4 Quatre cellules de grille pour des tubes de guidage 5 a (appelées cellules de tube 5 a, c'est-àdire les cellules de grille 5 destinées à l'insertion des tubes de guidage 3) sont réparties de manière symétrique dans chacun des quadrants de manière à ce que les emplacements des cellules de tube 5 a dans un quadrant coïncident exactement avec tous les autres quadrants lorsqu'un quadrant quelconque est entratné en rotation par pas de 900 autour de l'axe O En d'autres termes, les cellules de tube 5 a sont disposées de manière symétrique autour de l'axe central O Les tiges de traction 40 sont positionnées de telle sorte qu'elles correspondent aux emplacements des barres de combustible 6 dans le magasin de barres de combustible , et aux cellules de barres de combustible 5 b (c'est- à-dire les cellules de grille 5 qui sont assignées au maintien des barres de combustible 6) dans chacun des quatre quadrants En d'autres termes, les barres de combustible 6 sont placées dans des cellules de barres de combustible 5 b spécifiques du quadrant en évitant la duplication avec les cellules de tube 5 a Le groupe de tiges de traction 40 disposé dans un quadrant peut tourner d'un seul bloc autour de l'axe O à l'aide d'un dispositif de rotation disposé sur le dispositif de chargement à traction 50 qui supporte toutes les tiges de traction 40 comme cela est représenté sur la figure 1 La longueur des tiges de traction 40 est telle qu'elles peuvent atteindre les barres de combustible 6 logées dans le magasin de barres de combustible 30 à travers les cellules de grille 5 par libre translation le long de la direction longitudinale et par l'intermédiaire d'une base longitudinale 57. Les cadres de support 20 sont disposés avec un espacement donné sur une base rotative 21 qui s'étend dans la direction de barres de combustible La base rotative 21 peut être soulevée à l'aide de moyens motorisés jusqu'à une position verticale lorsque l'opération de chargement de barres de combustible est terminée. Les extrémités des tiges de traction 40 (à l'extrémité d'entrée) sont pourvues d'un dispositif de saisie 41 destiné à saisir les barres de combustible 6, et sont en outre pourvues de plusieurs plaques de maintien 42 destinées à maintenir les barres de combustible en alignement spécifique. Le dispositif de chargement à traction 50 comporte: (a) Une base en forme de L allongée 51 dont la section est représentée sur la figure 2 et disposée dans la direction longitudinale qui supporte les tiges de traction 40 par l'intermédiaire des plaques de maintien 42; (b) des rails de guidage 52 disposés sur les deux sections de bord de la base en forme de L allongée 51 s'étendant dans la direction longitudinale; (c) des parties de guidage 53 qui dépassent des deux surfaces latérales des plaques de maintien 42 dirigées vers la base allongée 51 et engagent de façon coulissante les rails de guidage 52; (d) un moteur 55 qui est disposé à l'extrémité de sortie de la base allongée 51 (extrémité gauche sur la figure 1) afin d'entraîner en rotation la plaque en forme de L allongée 51 par l'intermédiaire d'un engrenage 54 autour de l'axe O coaxial à l'axe O des grilles 4; (e) une base de transfert 56, représentée sur la figure 1, qui est disposée à proximité de l'extrémité de sortie des tiges de traction 40, renfermant un moteur linéaire qui déplace l'ensemble des tiges de traction 40 en direction des grilles 4; (f) une base longitudinale 57 qui s'étend sur la base allongée 51 de manière longitudinale entre la base de transfert 56 et la base allongée 51; (g) un rail rotatif en forme d'anneau 58 qui tourne dans la direction périphérique, disposé à proximité de chaque extrémité des tiges de traction 40, afin de guider les déplacements rotatifs de la base allongée 51 et les tiges de traction 40 qui tournent autour de l'axe O au moyen du moteur 55 et de l'engrenage 54; (h) un guide de rotation périphérique (non représenté), disposé entre les rails rotatifs 58 et à la fois la base longitudinale 57 et la plaque de support 42, fixé de façon détachable à la base longitudinale 57 et à la plaque de support 42 de façon à ne pas interférer avec le déplacement des tiges de traction 40 avec les rails rotatifs 58; et (i) des supports de rail 59 procurant un support aux rails rotatifs 58. Le fonctionnement de l'appareil d'assemblage de la forme de réalisation va être expliqué ci-après. Tout d'abord, en actionnant le moteur linéaire fixé à la base de transfert 56, les tiges de traction 40 sont déplacées en translation en direction des grilles 4 le long de la base longitudinale 57 (c'est-à- dire le long de la base allongée 51), et après être passées à travers les cellules de grille 5 de la grille 4 afin d'atteindre les extrémités terminales à l'extrémité du côté de sortie des barres de combustible 6 logées dans le magasin de barres de combustible 30. Les dispositifs de saisie 41 viennent alors en contact il avec et saisissent les extrémités terminales des barres de combustible 6. Les tiges de traction 40 peuvent passer à travers les cellules de grille 5 des grilles 4 sans interférence aucune avec les tubes de guidage 3 du fait que toutes les tiges de traction 40 dans un quadrant particulier correspondent aux cellules de barres de combustible assignées 5 b pour les barres de combustible 6 disposées à l'intérieur du quadrant particulier des grilles 4. Le moteur linéaire est ensuite de nouveau actionné afin de rétracter les tiges de traction 40 de façon à tirer les barres de combustible 6 saisies par les tiges de traction 40 dans les cellules de barres de combustible 5 b des grilles 4 Il est ainsi possible de charger un quart de toutes les barres de combustible 6 en une opération en rétractant simplement les tiges de traction 40. Une fois que les barres de combustible 6 sont positionnées correctement dans les cellules de barres de combustible 5 b des grilles 4, les dispositifs de saisie 41 relâchent les barres de combustible 6 et les tiges de traction 40 sont rétractés légèrement en direction du côté de sortie afin de les ramener vers leur position d'origine Ensuite, au moyen du moteur 55 du dispositif de chargement à traction 50 (par l'intermédiaire de l'engrenage 54, de la base allongée 51 et de la plaque de support 42), les tiges de traction 40 sont entraînées en rotation autour de l'axe O (voir la figure 1) sur 900 Avec cette procédure, les tiges de traction 40 dans le quadrant voisin le plus proche sont amenées à se déplacer vers des positions de chargement (voir la figure 5) de façon à permettre le chargement des barres de combustible 6 disposées dans le quadrant du magasin de barres de combustible 30 dans le quadrant correspondant des grilles 4 de l'assemblage de combustible. Dans la présente forme de réalisation, les cellules de grille 5 des grilles 4 sont divisées en quatre quadrants 4 a, 4 b, 4 c et 4 d et les cellules de grille 5 dans chaque quadrant sont assignées de manière telle que, lorsque les tiges de traction 40 sont entraînées en rotation sur un angle de 900, les emplacements des cellules de tube 5 a dans un quadrant correspondent toujours aux cellules de tube 5 a dans le quadrant suivant Du fait de cet agencement, lorsque les tiges de traction 40 dans un quadrant sont entraînées en rotation sur 900 pour le chargement, les emplacements des tiges de traction 40 correspondent toujours aux cellules de barres de combustible 5 b, permettant ainsi aux tiges de traction 40 d'éviter l'alignement avec les cellules de tube 5 a. Les tiges de traction 40 peuvent alors être actionnées afin de charger les barres de combustible 6 dans le quadrant suivant dans les cellules de barres de combustible 5 b des grilles 4. En répétant les étapes de processus ci-dessus pour d'autres quadrants, toutes les barres de combustible 6 dans le magasin de barres de combustible 30 peuvent être chargées dans les grilles 4 d'un assemblage de combustible. Selon la présente forme de réalisation, seules deux étapes opérationnelles principales, la traction des barres de combustible 6 par les tiges de traction 40 et la rotation des tiges de traction 40, sont nécessaires pour charger toutes les barres de combustible 6 dans l'assemblage de combustible. L'appareil d'assemblage est simplifié du fait que l'appareil de chargement ne dépend pas d'un dispositif complexe tel qu'un sélecteur de tiges de traction. L'opération d'assemblage est réalisée rapidement et de façon efficace du fait que toutes les barres de combustible 6 sont chargées dans l'assemblage de combustible en quatre étapes de rotation, permettant ainsi de raccourcir le temps d'assemblage. Il est à noter que la présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation particulière présentée et que d'autres variantes de l'invention sont possibles. REVENDICATIONS 1 Appareil destiné à assembler un assemblage de combustible comportant plusieurs grilles ( 4) d'une structure en treillis, alignées sur un axe (O) dudit appareil et contenant plusieurs cellules de grille ( 5) dans lesquelles sont insérées des barres de combustible ( 6) et des tubes de guidage de barre de commande ( 3), lesdites cellules de grille ( 5) consistant essentiellement en: plusieurs cellules de tube ( 5 a)disposées dans des emplacements prédéterminés dans lesdites grilles ( 4) afin d'insérer des tubes de barre de commande ( 3) passant à travers lesdites grilles ( 4), plusieurs cellules de barre de combustible ( 5 b) disposées dans les emplacements restants desdites grilles ( 4) afin de maintenir plusieurs barres de combustible ( 6) passant à travers lesdites grilles ( 4); ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte, dans l'ordre à partir de l'extrémité du côté d'entrée dudit appareil: (a) un magasin de barres de combustible ( 30) aligné sur ledit axe (O) et disposé sur ladite extrémité du côté d'entrée afin de loger lesdites barres de combustible ( 6) s'étendant longitudinalement en alignement parallèle; (b) des cadres de support ( 20) alignés sur ledit axe, afin de supporter lesdites grilles ( 4) de telle sorte que lesdites cellules de grille ( 5) sont dirigées dans la direction des barres de combustible ( 6) s'étendant longitudinalement; et (c) un dispositif de chargement à traction ( 50) destiné à charger des barres de combustible ( 6), aligné sur ledit axe et disposé de façon librement rotative sur une extrémité du côté de sortie dudit appareil opposée audit magasin de barres de chargement ( 30), le dispositif de chargement à traction ( 50) ayant: plusieurs tiges de traction pourvues de moyens de saisie ( 41) fixés à l'extrémité de celles-ci afin de saisir et charger lesdites barres de combustible ( 6) dans l'assemblage de combustible; et en ce que (d) lesdites cellules de tube ( 54) sont situées dans ladite structure en treillis de telle sorte que les emplacements desdites cellules de grille ( 5) dans un quadrant desdites grilles ( 4) correspondent aux emplacements des cellules de tube ( 5 a) dans les trois quadrants restants lorsque ledit premier quadrant est entraîné en rotation par pas de 900 autour de l'axe desdites grilles ( 4); et (e) ledit dispositif de chargement à traction ( 50) est pourvu de: plusieurs tiges de traction ( 40) d'une longueur suffisante pour atteindre l'extrémité du côté d'entrée desdites barres de combustible ( 6) par translation longitudinale en direction dudit magasin de barres de combustible ( 30) le long dudit axe, lesdites tiges de traction ( 40) étant alignées et en correspondance avec les emplacements desdites cellules de barres de combustible ( 5 b). 2 Appareil destiné à assembler un assemblage de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits cadres de support ( 20) sont disposés sur une surface supérieure d'une base rotative ( 21) s'étendant longitudinalement dans la direction des barres de combustible ( 6), et en ce que ladite base rotative ( 21) entraine en rotation ladite surface supérieure de ladite base rotative ( 21) de manière réversible d'une position horizontale vers une position verticale. 3 Appareil destiné à assembler un assemblage de combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif de chargement de tiges de traction ( 50) est pourvu d'une base allongée ( 51) qui s'étend longitudinalement dans la direction desdites tiges de traction ( 40) et d'une base de transfert ( 56) transférant le long de ladite base allongée dans la direction longitudinale.