Brevet FR2723661A1 — publié le 19960216

INSTALLATION POUR LA MISE EN PLACE D'ASSEMBLAGE DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE Domaine technique L'invention concerne une installation pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire. Elle se rapporte plus précisément à un outil permettant le guidage des assemblages lors de cette mise en place. Techniques antérieures Comme on le sait, la cuve d'un réacteur comprend des éléments ou assemblages de crayons combustibles verticaux, disposés côte à côte sur une plaque support dite "plaque de coeur", qui présente une pluralité d'emplacements, de forme carrée, disposés côte à côte dans une forme générale géométrique essentiellement orthogonale régulière. Cette plaque est équipée d'un réseau de trous appelés "trous d'eau", destinés à permettre la circulation de l'eau selon la longueur des assemblages. Chaque assemblage est posé sur un emplacement précis de la plaque de coeur qui, à cet effet, présente des tenons mâles coopérant avec des trous femelles placés à cet effet sur la face inférieure de l'assemblage. Pour homogénéiser le rayonnement d'énergie dans le volume du coeur, on dispose les assemblages sur la plaque de coeur en fonction de leur degré d'usure. Typiquement, on fractionne la plaque de coeur en trois zones. On place les éléments neufs en périphérie, les élements ayant subi un cycle d'expoitation en zone médiane et les éléments les plus usagés au centre du coeur, tout ceci pour éviter de créer une zone chaude au centre du réacteur. Lors du remplacement périodique, on retire pour retraitement les assemblages épuisés et on les remplace par les assemblages provenant de la zone médiane. Les assemblages retirés de cette deuxième zone sont remplacés par les assemblages provenant de la périphérie, lesquels sont remplacés par des assemblages neufs. Si les assemblages neufs ne présentent pas de déformation, en revanche, les assemblages usagés sont souvent déformés. De la sorte, la mise en place des assemblages usagés est souvent gênée par les frottements avec les assemblages adjacents. Dans les documents FR-A-2 588 689 et FR-A-2 614 128, on a proposé d'utiliser des outils de guidage pour aider la mise en place des assemblages dans les tenons de la plaque de coeur. Ces outils fonctionnent sur le principe de la coopération de la gravité et de plans inclinés pour obtenir, lors de la descente de l'assemblage, un guidage du pied de celui-ci vers le position souhaitée, l'assemblage n'étant transféré que par la tête. Les phénomènes de déformation sont de plus en plus fréquents et accentués à cause de l'allongement des cycles d'irradiation et l'évolution des méthodes de fabrication des assemblages. Si auparavant les déformations se présentaient sous forme de flambage des gaines entrainant la déformation en arc de cercle communément appelée "banane", il est de plus en plus fréquent d'observer des déformations aléatoires et de formes très diverses. Les solutions proposées ne fonctionnent qu'avec le seul déplacement de la tête de l'assemblage, et peuvent être mal adaptées au positionnement d'assemblages très déformés. En outre, elles entraînent un fléchissement de l'assemblage entre tête et pied. Or ce fléchissement est limité par des impératifs de tenue de l'assemblage, ce qui impose des manoeuvres successives générant des pertes de temps. Récemment, on a proposé de guider l'extrémité libre des assemblages en fin de course au moyen d'un dispositif automatique qui se déplace seul sur la plaque de coeur. Ce dispositif, qui permet de gagner du temps, est malheureusement couteux, lourd en maintenance et peut présenter parfois des problèmes de fiabilité. Exposé de l'invention L'objet de l'invention est de pallier tous ces différents inconvénients. Elle vise un outil de guidage simple et rustique, qui assure le déplacement du pied de l'assemblage en synchronisme avec le déplacement de la tête de l'assemblage. L'invention concerne une installation pour la mise en place côte-à- côte d'assemblages de combustibles nucléaires sur une plaque de coeur d'un réacteur, présentant une pluralité d'emplacements contigus comportant chacun des pions mâles de positionnement et des trous femelles d'eau, comprenant: - une machine de chargement avec un chariot de commande, - un mat principal télescopisque, fixé par son extrémité supérieure au chariot et portant à son extrémité inférieure un grappin permettant la prise d'un assemblage à positionner, et apte à se translater selon un plan parallèle à la plaque de coeur, - un mat secondaire télescopique, fixé parallèlement au mat principal, - un outil de guidage du pied des assemblages, caractérisée - en ce que l'outil de guidage est fixé à l'extrémité inférieure du mat secondaire, - et en ce que l'extrémité inférieure du mat secondaire présente des moyens pour assurer positivement le déplacement du pied de l'assemblage en synchronisme avec le déplacement de translation de la tête de l'assemblage, tout en prenant appui sur la plaque de coeur. En d'autres termes, l'invention consiste à utiliser un second mat télescopique, parallèle au mat principal, et dont l'extrémité inférieure comporte un outil dont une partie prend appui sur la plaque de coeur et et dont l'autre partie, lors du déplacement du mat principal, déplace le pied de l'assemblage vers la position souhaitée. Il s'ensuit un meilleur guidage, un bon positionnment de l'assemblage mis en place et l'absence de fléchissement entre tête et pied de l'assemblage pendant cette opération. Dans une forme pratique de réalisation, le moyen pour assurer le déplacement du pied de l'assemblage comprend: - un arbre de commande coaxial au mat secondaire apte à tourner autour de l'axe du mat et dont la rotation est commandée en synchronisme avec le déplacement du mat principal, - et l'outil de guidage est formé de deux parties, à savoir: * une semelle, solidaire de l'extrémité inférieure du mat secondaire, comportant une équerre de guidage du pied de l'assemblage à positionner, présentant en outre un secteur denté parallèle à la plaque de coeur, solidaire de l'arbre de commande, * un socle coopérant avec la semelle par une liaison glissière et une liaison crémaillère, présentant sur sa face inférieure des tenons mâles destinés à coopérer avec les trous d'eau de la plaque de coeur. Autrement dit, le mat principal est équipé d'un deuxième mat dont l'extrémité comprend un outil en deux parties pouvant coulisser l'une par rapport à l'autre. La première partie: le socle est posé sur la plaque de coeur, enfichée dans des trous d'eau et constitue un point fixe. L'autre partie, la semelle, est fixée rigidement sur le second mat et est mobile par rapport au socle. Elle comprend deux plans perpendiculaires à la plaque de coeur formant une équerre apte à pousser le pied de l'assemblage. En outre, le second mat est creux et comporte un arbre de commande dont l'extrémité inférieure est équipée d'un secteur denté. Lors de la rotation de l'arbre de commande, le secteur denté en tournant prend appui sur une crémaillère située sur le socle, entrainant le déplacement de la semelle. La rotation appropriée de cet arbre de commande permet donc lors du déplacement du mat principal, tout en prenant appui sur la plaque de coeur, de transmettre un effort au pied de l'assemblage et, partant, de l'amener vers la position souhaitée. Dans une forme pratique, ce second mat est en lieu et place de la perche dite "perche caméra" equipant la majorité des installations, mais dont l'utilisation a généralement été abandonée. Avantageusement, en pratique: - le mouvement de rotation de l'arbre de commande est assurée par un vérin fixé au chariot et dont le piston coopère avec un bras relié à l'extrémité supérieure de l'arbre de commande; - la liaison glissière est constituée par au moins un axe disposé sur la face du socle en regard avec la semelle et parallèle à la plaque de coeur, la semelle coulissant le long de cet axe; - la liaison crémaillère est formée d'une crémaillère proprement dite, placée sur le socle en regard de la semelle pour coopérer avec le secteur denté. Description sommaire des dessins La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une vue générale de la machine de chargement. La figure 2 est un schéma montrant les mouvements et les liaisons principaux entre les différents éléments. La figure 3 est une vue de dessus du socle et de la semelle. La figure 4 est une vue en perspective d'une manière de réaliser la semelle. La figure 5 est une vue en perspective d'une manière de réaliser le sodle. La figure 6 est une vue de coté du même socle. Manière de réaliser l'invention En se référant à la figure 1, la référence (1) désigne la machine qui se déplace de manière connue sur une voie (2) de roulement. Cette machine (1) présente deux poutres (3,4) le long desquelles va se déplacer horizontalement un chariot (5) portant l'outil de manutention. Cet outil est formé essentiellement d'un treuil non représenté car il est disposé dans la machinerie (6) et d'un ensemble tube fixe (7)- tube télescopique (8) coaxiaux. L'extrémité du tube télescopique (8) est équipée de moyens de préhension (9), à savoir un grappin. L'invention se caractérise par l'utilisation d'un deuxième bras télescopique (10) fixé parallèlement au tube (7) formant le mat principal par des attaches rigides (11,12). Ce deuxième tube télescopique remplace avantageusement la perche sur laquelle est fixée une caméra dans les installations existantes. Ce deuxième mat (10) comprend un arbre de commande (13) qui est relié, à son extrémité supérieure, au bati du chariot par un vérin (14). A l'autre extrémité, le mat secondaire (10) est rattaché à l'outil de guidage (15), objet de l'invention. La figure 2 est une représentation schématique simplifiée de l'installation. Elle ne montre ni les formes précises, ni les dimensions, ni le nombre exact des différents éléments intervenant dans l'installation. Certaines parties ont été grossies pour faciliter la compréhension. Cette figure illustre les liaisons mécaniques entre les diverses pièces agissant lors de la mise en place des assemblages. La plaque de coeur (20) telle que représentée, comprend un quadrillage de trous d'eau (21) et de pions de centrage (22). Chaque emplacement (23) reçoit un assemblage (24). L'installation comprend en tant qu'organes principaux: - le chariot (5), le mat principal (37) équipé d'un grappin (9), - un mat secondaire (10) comprenant un arbre de commande (13), - un outil de guidage (15) composé de deux parties, à savoir - un socle (27) équipé de tétons (34,35) de positionnement, - et une semelle (29) équipée d'une équerre de poussée (30). L'installation selon l'invention permet de déplacer les assemblages (24) simultanément par leur tête (25) et leur pied (26). Le chariot (5) permet le déplacement du mat principal (7) dont l'extrémité inférieure comprend le grappin (9) qui agrippe la tête (25) de l'assemblage (24). Le mat secondaire (10) est fixé parallèlement au mat principal (7). Sa partie inférieure est fixée rigidement à la semelle (29) de l'outil (15). Le mat secondaire (10) est creux et contient un arbre de commande (13) destiné à tourner à l'intérieur du mat secondaire (10). La mise en rotation est assurée grace au vérin (14) qui est relié, d'une part à un bras (33) 8 2723661 solidaire de l'extrémité supérieure de l'arbre de commande (11), et d'autre part, à une partie du chariot (5). L'extrémité inférieure de l'arbre de commande (11) est reliée à des paliers (40,41) lui permettant de pivoter par rapport à la semelle (29) de l'outil (15). Au niveau de la semelle (29), l'arbre de commande (11) comporte un secteur denté (42) qui lui est perpendiculaire. Ainsi, lors de la rotation de l'arbre de commande (11), le secteur denté (42) pivote par rapport à la semelle (29). La semelle (29) présente à l'extrémité dirigée vers l'assemblage (24), une équerre (30) composée de deux plans verticaux orthogonaux (31,32) destinés à venir pousser les faces verticales du pied (26) de l'assemblage (24). L'autre partie de l'outil (15) est constituée par le socle (27). Celui-ci présente en partie inférieure deux tétons (34, 35) tronconiques et destinés à pénétrer dans les trous d'eau (21) pour ancrer le sodcle (27) sur la plaque de coeur (20) et ainsi créer un point fixe qui sert d'appui lors de la phase de déplacement de l'assemblage (24). Le sodcle (27) est relié à la semelle (29) par une liaison glissière (43) ayant pour axe la direction de déplacement de l'assemblage. Ainsi, lorsque le socle (27) est endenché dans la plaque (20) de coeur, la semelle (29) peut se déplacer selon la direction souhaitée. En outre, le sodcle (27) comporte, sur sa face verticale en regard de la semelle (29), une crémaillère (44) horizontale destinée à coopérer avec le secteur denté (42) porté par l'arbre de commande (13). Ainsi, lorsque le secteur denté (42) pivote (dans le sens indiqué par la flèche A), il prend appui sur la crémaillère (44) et l'arbre de commande (13) se déplace par rapport au socle (27) selon une direction parallèle à la crémaillère (44) (symbolisé par la flèche S). Il s'ensuit que le mat secondaire (10) qui contient l'arbre de commande (10), se déplace dans le même direction et donc entraine la semelle (29). Autrement dit et comme illustré à la figure 3, la rotation de l'arbre de commande (13) (flèche A) entraine le déplacement de la semelle (29) par rapport au socle (27) selon une direction parallèle à la crémaillère (44) (flèche S). Les figures 4,5 et 6 illustrent des manières de réaliser la semelle (29) et le sodcle (27). La semelle (29) comprend: - deux parties planes (50,51), parallèles à la plaque de coeur (20) et placés de part et d'autre du secteur denté (42), deux plans (31,32) formant l'équerre (30) destinée à pousser le pied (26) de l'assemblage (24), - des longerons (52,53,54) portant des trous (55,56,57,58) destinés à coulisser autour des axes (59,60) portés par le socle (27) et formant la liaison glissière (43), - deux paliers (40,41) destinés à assurer le pivotement de l'arbre de commande (13) par rapport à la semelle (29). Le socle (27) comprend: - une face verticale (61) portant - la crémaillère (44) placée au centre de la face, horizontalement et en regard de la semelle (29), - les longerons (62-65) implantés perpendiculairement à la face (61) et percés de trous (66-69) destiné à recevoir les axes (59,60) de la liaison glissière (43). - une face horizontale (70) implantée perpendiculairement au bas de la face verticale (61), l'ensemble étant rigidifié par deux équerres (71, 72), - deux tétons (34,35) implantés perpendiculairement à la face horizontale (70) et ayant une forme légèrement tronconique pour assurer un bon centrage lors de leur pénétrations dans les trous d'eau (21). Le fonctionnement de l'installation peut être illustré en décrivant la manoeuvre de dépose d'un assemblage. Après la prise par le mat principal (7), de l'assemblage (24), celui-ci est descendu grâce à l'allongement du bras télescopique (8), de manière décalée par rapport aux assemblages déjà positionnés, afin d'éviter les frottements induits par les déformations. La descente peut s'effectuer à une vitesse de comprise entre 6 et 15 m/mn. L'assemblage (24) se retouve à la verticale de l'emplacement situé en diagonale de l'emplacement final. Dans le même temps, le second mat (10), lui aussi télescopique est allongé jusqu'à proximité de la plaque de coeur. L'outil (15) est alors prêt à toucher la plaque (20). La position du socle (27) est telle que les tétons (34,35) sont au dessus des trous d'eau. La forme tronconique des tétons (34,35) facilite le centrage. A partir de ce moment, le socle (27) est enclenché dans la plaque de coeur (20) et constitue un point fixe. Le mat principal (8) est descendu de telle sorte que le pied (26) de l'assemblage (24) ne touche pas les pions de positionnement (22). L'équerre (30) de poussée est en regard de deux des faces verticales du pied (26) de l'assemblage (60). Ensuite, s'enclenche la phase d'approche finale (voir figure 2). Le chariot (5) est déplacé de sorte à amener l'assemblage au dessus de sa position souhaitée (suivant la flèche F). Dans ce même mouvement, le second arbre est entrainé dans sa partie haute par le mat principal. Le vérin (14) est alors actionné (suivant la flèche V) de sorte que l'arbre de commande (13) pivote dans le second arbre (10) (suivant la flèche A), entraine la rotation du secteur denté (42) (suivant la flèche A), qui prend appui sur la crémaillère (44) du socle (27) qui constitue le point fixe du mouvement. Il s'ensuit que la semelle (29) se translate (suivant la flèche S) et pousse, grâce à l'équerre (30), le pied (26) de l'assemblage (24) selon une diagonale parallèle à celle parcourue par la tête (25). En dernier lieu, le mat principal termine la descente pour engager le pied (26) de l'assemblage (24) dans les pions (22) de la plaque (20). Cette opération est garantie par un positionnement rigoureux obtenu grâce au guidage préalable du pied (26). Il découle de la description qui précède que l'installation selon l'invention présente l'avantage principal de permettre un guidage du pied des assemblages en synchronisme avec le déplacement de la tête des mêmes assemblages et ceci en prenant appui sur la plaque de coeur.Il s'ensuit que cette installation permet de manipuler des assemblages ayant subi des déformations relativement importantes. En outre, elle n'applique pas de fléchissement aux assemblages à déplacer et donc simplifie les manoeuvres de dépose et partant, permet de gagner du temps sur la mise en place des assemblages et ainsi, de réduire la durée des opérations de maintenance. Enfin, l'architecture de l'installation permet un contrôle de la position du pied et de la tête de l'assemblage, ce qui permet en cas de défaut, d'agir sur le dispositif de commande de la machine de chargement pour assurer un déplacement adéquat. 1i2 2723661 1 2 REVENDICATIONS 1/ Installation pour la mise en place côte-à-côte d'assemblages (24) de combustible nucléaire sur une plaque de coeur (20) d'un réacteur, présentant une pluralité d'emplacements (23) contigus comportant chacun des pions mâles (22) de positionnement et des trous femelles d'eau (21), comprenant: - une machine de chargement (1) avec un chariot de commande (5), - un mat principal télescopisque (7,8), fixé par son extrémité supérieure au chariot (5) et portant à son extrémité inférieure, un grappin (9) permettant la prise d'un assemblage (24) à positionner, et apte à se translater selon un plan parallèle à la plaque de coeur (20), un mat secondaire (10) télescopique, fixé parallèlement au mat principal (7), - un outil de guidage (15) du pied (26) des assemblages (24), caractérisée - en ce que l'outil de guidage (15) est fixé à l'extrémité inférieure du mat secondaire (10), - et en ce que l'extrémité inférieure du mat secondaire (10) présente des moyens pour assurer positivement le déplacement du pied (26) de l'assemblage (24) en synchronisme avec le déplacement de translation de la tête (25) de l'assemblage (24) tout en prenant appui sur la plaque de coeur (20). 2/ Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen pour assurer le déplacement du pied (26) de l'assemblage (24) comprend: un arbre de commande (13) coaxial au mat secondaire (10) apte à tourner autour de l'axe du mat (10) et dont la rotation est commandée en synchronisme avec le déplacement du mat principal (7), - et un outil de guidage (15) formé de deux parties, à savoir: * une semelle (29), solidaire de l'extrémité inférieure du mat secondaire (10), comportant une équerre (30) de guidage du pied (26) de l'assemblage à positionner, présentant en outre un secteur denté (42) parallèle à la plaque de coeur (20), solidaire de l'arbre de commande (13), * un socle (27) coopérant avec la semelle (29) par une liaison glissière (43) et une liaison crémaillère (42,44), présentant sur sa face inférieure des tétons mâles (34, 35) destinés à coopérer avec les trous d'eau (21) de la plaque de coeur (20). 3/ Installation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le mouvement de rotation de l'arbre de commande (13) est assurée par un vérin (14) fixé au chariot (5) et dont le piston coopère avec un bras (33) relié à l'extrémité supérieure de l'arbre de commande (13). 4/ Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la liaison glissière (43) est constituée par au moins un axe (59,60) diposé sur la face du socle (27) en regard avec la semelle (29) et parallèle à la plaque de coeur (20), la semelle (29) coulissant le long de cet arbre (59,60). 5/ Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la liaison crémaillère est formée d'une crémaillère (44) proprement dite, placée sur le socle (27) en regard de la semelle (29) pour coopérer avec le secteur denté (42).