Brevet FR2734391A1 — publié le 19961122

1i 2734391 PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA MANUTENTION D'ASSEMBLAGES DE COMBUSTIBLES NUCLEAIRES AU SEIN D'UN COEUR DE REACTEUR. L'invention concerne un procédé et un dispositif destinés à permettre la manutention d'assemblages de combustibles nucldéaires au sein d'un coeur de réacteur, et plus spécifiquement, le chargement d'un tel réacteur. De manière connue, le coeur d'un réacteur nucldéaire est constitué de crayons ou aiguilles de combustibles regroupés afin de former des assemblages, susceptibles d'être manipulés indépendamment les uns des autres. Ces assemblages sont positionnés côte à côte, généralement verticalement, au sein d'une structure interne et rigide, à savoir la cuve du réacteur comprenant sensiblement vers le fond un sommier ou plaque de coeur, pourvu de réceptacles contigus dénommés emplacements, destinés à recevoir le pied desdits assemblages ainsi constitués. Par ailleurs, ce sommier ou plaque de coeur est également pourvu d'orifices traversants destinés à permettre d'assurer la circulation au sein même des assemblages d'un fluide de refroidissement et/ou de ralentissement des neutrons émis lors de réactions nucléaires assurant le dégagement d'énergie. Si la mise en place de ces assemblages lors de la première mise en service d'un réacteur ne pose pas de difficulté particulière, en revanche, il en est différemment dès lors que l'on procède au remplacement, généralement partiel, de ces assemblages après utilisation. En effet, on observe, après une certaine période d'irradiation, que les assemblages peuvent présenter différents types de déformation, tels que notamment des vrillages, des déformations en arc de cercle ou "bananes", des flambages, de sorte que leur déplacement et leur repositionnement au sein dudit coeur s'avère le plus souvent délicat. Classiquement, et afin d'homogénéiser le rayonnement d'énergie dans le fond du coeur, on dispose en effet les assemblages sur le sommier en fonction de leur degré d'usure ou d'irradiation. Typiquement, on frac- tionne la plaque de coeur en trois zones et l'on positionne les assemblages neufs en périphérie, les assemblages ayant subi un premier cycle d'exploi- tation en zone médiane, et les assemblages les plus usagés au centre du coeur, et ceci afin d'éviter de créer une zone chaude au centre du coeur. Compte tenu des déformations engendrées au niveau des différents assemblages après un ou plusieurs cycles d'exploitation, leur réinsertion en d'autres sites du coeur au niveau du sommier peut poser problème notamment compte tenu d'interférences en volume avec les assemblages voisins. Afin de s'affranchir de ces problèmes de frottement et d'interférence, on a par exemple proposé dans les documents FR-A-2 588 689 et FR-A-2 614 128, d'utiliser des outils de guidage, afin d'aider à la mise en place des assemblages dans les orifices prévus à cet effet au sein du sommier. Ces outils fonctionnent selon le principe de la coopération de la gravité et de plans inclinés pour obtenir, lors du chargement, un guidage du pied de chacun des assemblages vers la position souhaitée, l'assemblage n'étant transféré que par la tête. Par ailleurs, compte tenu des déformations observées des assemblages irradiés, de forme de plus en plus souvent aléatoire, on a également proposé d'associer à ce guidage par la tête de l'assemblage, un guidage par le pied de celui-ci. On a par exemple décrit dans la demande FR 94.10134 du Demandeur, une telle installation assurant le déplacement de la tête et du pied de l'assemblage en synchronisme. Cet outil utilise comme principe de fonctionnement l'utilisation d'un positionnement décalé de la machine de chargement lors du mouvement vertical et d'un outil permettant d'améliorer fortement les conditions de mise en place d'assemblages de combustibles grâce au guidage par le pied. Si incontestablement, cette nouvelle machine remplit l'objectif qui lui est imparti pour un grand nombre d'assemblages, en revanche, compte tenu de son principe même de fonctionnement, son utilisation induit la neutralisation de certains emplacements du sommier qui ne peuvent être remplis avec un tel outil. De fait, typiquement, environ 25 % des emplacements du sommier ne peuvent être remplis avec un tel outil. De fait, et afin de permettre le remplissage de ces emplacements, on a proposé d'adjoindre aux machines traditionnelles des outils spécifiques et accessoires, mais dont l'utilisation demande des précautions particulières, lourdes à mettre en oeuvre, notamment dans l'eau ou dans le liquide de refroidissement et/ou de ralentissement. Par ailleurs, on peut noter qu'à titre général, tous les sytèmes d'outil ou accessoires d'aide à la mise en place des assemblages de combustibles neutralisent une partie de ces emplacements, et partant, interdisent une optimisation du remplissage de l'ensemble desdits emplacements. L'invention propose de s'affranchir de ces inconvénients. Elle vise tout d'abord un procédé pour charger le coeur d'un réacteur nucléaire quel que soit l'état de déformation des assemblages qui le constituent et quel que soit l'emplacement à remplir. Ce procédé consiste, après avoir couplé l'extrémité du mât télescopi- que solidaire de la machine de manutention à l'extrémité supérieure d'un assemblage de combustibles nucléaires, à incliner ledit mât, et partant l'assemblage correspondant auquel il est couplé, de telle sorte à présenter en premier lieu le pied dudit assemblage à l'emplacement souhaité du sommier, puis à induire le redressement dudit assemblage jusqu'à une position verticale en synchronisant le rétablissement de la verticalité du mât avec le déplacement de la machine de chargement. De la sorte, quel que soit le degré de déformation de l'assemblage ou des assemblages environnants, dès lors que l'on procède à la présentation du pied de l'assemblage à l'emplacement du sommier susceptible de le recevoir, on n'est plus confronté aux problèmes de frottements et d'interférences avec les assemblages environnants. On peut donc de manière très simple remplir le sommier d'un coeur de réacteur sans plus se soucier des déformations des assemblages de combustibles déjà irradiés. L'invention concerne également le dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Ce dispositif pour la manutention d'assemblages de combustibles nucléaires, notamment dans le coeur d'un réacteur nucléaire comportant un sommier ou plaque de coeur destiné à recevoir lesdits assemblages selon une orientation verticale, ledit sommier étant muni de zones de réception contigues ou emplacements des pieds desdits assemblages et comprenant également des orifices destinés à permettre la circulation d'un fluide de refroidissement et/ou de ralentissement des neutrons, comprend: 20. une machine de manutention susceptible de se déplacer dans un plan horizontal au-dessus du coeur de réacteur, et munie d'un chariot de commande, également susceptible de se déplacer selon une direction horizontale; un mât télescopique, fixé par son extrémité supérieure audit chariot, et muni à son extrémité inférieure d'un organe de fixation et de couplage à l'extrémité supérieure d'un assemblage de combustibles. Il se caractérise en ce que le chariot est muni d'une pluralité d'organes, susceptibles d'agir sur l'assiette du mât télescopique, de telle sorte à incliner celui-ci par rapport à la verticale. Selon l'invention, la solidarisation du mât télescopique au chariot s'effectue au moyen d'une réhausse constituée de deux parties, respective- ment une partie inférieure solidaire du chariot, et une partie supérieure solidaire de la partie supérieure du mât, lesdites parties coopérant l'une avec l'autre de telle sorte à interdire tout mouvement de l'une par rap- port à l'autre durant le fonctionnement normal de la machine, mais sus- ceptible de pouvoir s'écarter l'une de l'autre selon une direction verticale ou une direction voisine, de telle sorte à aboutir à une inclinaison de la partie supérieure par rapport à la partie inférieure de ladite réhausse. Toujours selon l'invention, ce déplacement est assuré au moyen d'une came logée au sein d'une butée, susceptible de se translater verticalement au sein d'un boitier de guidage, ladite butée agissant sur la partie supérieure de la réhausse sous l'action de ladite came. Selon l'invention, ces organes de modification d'assiette sont au nombre de quatre, sont répartis à 90 l'un par rapport à l'autre et sont susceptibles d'agir soit individuellement soit simultanément afin d'assurer l'inclinaison du mât télescopique, et partant de l'assemblage auquel il est couplé selon huit directions réparties à 45 l'une de l'autre. Selon une variante de l'invention, ces mécanismes à came sont remplacés par des vérins disposés également à 90 les uns par rapport aux autres, et suscetibles d'être actionnés deux par deux. La partie supérieure de la réhausse comporte en périphérie une couronne dentée au sein de laquelle est susceptible d'engrener un pignon denté, afin d'assurer la rotation du mât et de l'assemblage de combustibles auquel il est couplé. Cette rotation peut être utilisée, le cas échéant, pour parfaire la présentation du pied de l'assemblage de combustibles en regard de son emplacement, notamment en cas de vrillage. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une représentation schématique en perspective du dispositif conforme à l'invention, agissant selon le procédé traditionnel. La figure 2 est une représentation analogue à la figure 1 dans laquelle le dispositif conforme à l'invention fait travailler le mât selon une direction inclinée par rapport à la verticale. La figure 3 est une vue schématique du dessus du chariot de commande du dispositif conforme à l'invention. La figure 4 est une vue partielle latérale du chariot de commande de la figure 3. Les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en section des organes d'inclinaison du mât du dispositif conforme à l'invention. On a donc représenté sur la figure 1 un schéma de principe représentant la machine de manutention mettant en oeuvre le dispositif de l'invention. Cette machine (1) comporte une structure ou pont (2) munie de galets (3) de circulation sur des rails portés par les bords (4) de la piscine dans laquelle est plongée la cuve (non représentée) d'un réacteur nucléaire de type par exemple à eau pressurisée (PWR). On a par ailleurs représenté par (9) le niveau supérieur de la piscine, contenant de l'eau aggissant comme liquide de refroidissement et comme ralentisseur de neutrons. De manière connue, la structure (2) porte elle-même des rails de guidage d'un chariot (5), mobile selon une direction perpendiculaire à la direction de déplacement de la structure. Le chariot (5) porte un mât vertical (7) par l'intermédiaire d'un mécanisme (6) d'entraînement en rotation autour de l'axe dudit mât, ce mécanisme (6) étant typiquement constitué d'une couronne dentée, que l'on peut mieux observer sur la figure 4. Le mât (7) est solidaire du chariot et comprend différents organes de commande et de contrôle (non représentés) permettant le déploiement et le reploiement d'un tube télescopique (8), coaxial avec le mât (7). L'extrémité inférieure du tube télescopique (8) comporte un grapin ou système de préhension équivalent (11), destiné à saisir l'extrémité supérieure d'un assemblage (10) d'éléments combustibles (12), afin de permettre soit son chargement, soit son déchargement respectivement à l'intérieur et hors du coeur du réacteur. Ces assemblages de combustibles sont en soi connus et comportent à leur extrémité inférieure un pied (15), susceptible de coopérer avec des pions de positionnement (14), ménagés au sein d'un sommier (13), lui- même positionné sensiblement dans le fond de la cuve du réacteur. Ces assemblages (10) sont positionnés côte à côte selon une direction verticale et sont agencés sensiblement selon une section octogonale, comportant typiquement 156 assemblages pour un réacteur de 900 MWe. Lesdits assemblages sont agencés de telle sorte que le fluide de refroidissement, l'eau dans l'exemple décrit, puisse circuler entre les aiguilles (12) constitutives desdits assemblages (10). Comme on peut le voir sur la figure 1, lorsque l'on procède au chargement d'assemblages de combustibles neufs, c'est-à-dire n'ayant pas encore été irradiés lors d'un ou de plusieurs cycles d'exploitation du réacteur, ceux-ci ne présentent pas de déformations, et ce changement peut s'effectuer de manière traditionnelle en amenant les assemblages au niveau de leur emplacement correspondant au sein du sommier (13) de manière verticale. Cependant, lorsqu'il s'agit de procéder au renouvellement, notamment par tiers desdits assemblages lorsque le coeur du réacteur a déjà fonctionné, compte tenu des nombreuses déformations desdits assemblages, un tel acheminement n'est plus possible. Aussi, et selon le procédé conforme à l'invention, afin de permettre le chargement des assemblages, on incline le mât (7) et partant le tube télescopique (8) et l'assemblage (10) auquel il est couplé, de telle sorte à présenter tout d'abord le pied (15) de l'assemblage considéré au niveau de l'emplacement du sommier (13) auquel il est affecté, c'est à dire que les pions dudit emplacement sont engagés en partie dans les orifices prévus à cet effet dans le pied dudit assemblage. Cette inclinaison de l'assemblage permet ainsi de s'affranchir des déformations éventuelles des assemblages voisins pour la mise en place de l'assemblage considéré, et donc élimine toute interférence de frottement ou volumique dûe à de telles déformations. Une fois ledit assemblage (10) présenté au niveau de l'emplacement auquel il est affecté, c'est à dire, et comme déjà dit, une fois les pions de positionnement dudit emplacement engagés au sein du pied de l'assemblage, celui-ci est redressé en rapprochant le tube télescopique (8) et le mât (7) de la verticale, tout en réalisant en synchronisme la translation du chariot (5) voire de la structure (2) pour ramener l'assemblage (10) considéré selon une position verticale. Compte tenu de la puissance des moteurs mis en oeuvre au niveau du chariot et/ou de la structure (2), il est ainsi possible de lutter contre la résistance opérée par la déformation d'assemblages voisins ou inhérente à la propre déformation de l'assemblage manutentionné. Il va être décrit maintenant plus en détail le mécanisme d'inclinaison du mât télescopique (7, 8) conformément à l'invention, et ce en liaison avec les figures 3 à 6. Le mât (7) est solidarisé au chariot (5) par le biais d'une réhausse constituée de deux parties, respectivement une partie supérieure (25) soli- daire du mât (7), et une partie inférieure (26) solidaire du chariot (5). Ces deux parties sont étroitement imbriquées l'une dans l'autre, mais peu- vent cependant s'écarter selon une direction verticale l'une par rapport à l'autre. Pour ce faire, le chariot (5) comporte quatre organes de modifica- tion d'inclinaison (17, 19,20, 21), répartis à 90 deux à deux, et de manière régulière autour du mât (7) ainsi qu'on peut l'observer sur la figure 3. Ces organes comportent chacun une butée (27), susceptible de se translater verticalement au sein d'un boitier de guidage (28) solidaire de la partie inférieure (26) de la réhausse. La face supérieure de cette butée est susceptible de coopérer avec la partie supérieure (25) de la réhausse du mât (7). Cette butée (27) est percée d'une lumière (29), s'étendant sensiblement horizontalement et constituée de deux disques non concentriques. Une came (30), solidaire d'un axe horizontal (16), est susceptible de touner, sous l'action de cet axe au sein de cette lumière. Compte tenu du profil particulier de la lumière (29), on aboutit par rotation de la came au sein de cette lumière à une position haute (figure ) et à une position basse (figure 6) de la butée, induisant respectivement le réhaussement et le maintien en position de repos (correspondant à l'horizontale) de la partie supérieure (25) de la réhausse. L'axe (16) est mû en rotation au moyen d'un levier (31) susceptible de décrire un arc de cerdcle d'environ 90 ainsi qu'on peut l'observer sur la figure 4. Ce levier est lui-même mû par l'action d'un vérin (32) lui-même actionné par un moteur électrique à courant continu (33). Chacun des ensembles moteur (31, 32, 33) de chaque organe de modification d'inclinaison (17, 19, 20, 21) a été représenté sur la figure 3 par les références (18, 22,23, 24). L'action de ces cames et corollairement celle des butées (27) est limitée d'une part par la course de la butée bien sûr, mais également par la coopération entre la partie inférieure (26) et la partie supérieure (25) de la réhausse par l'intermédiaire d'un ressort taré (34) intégré au sein d'un logement (35) ménagé au sein de la partie supérieure (25) de la réhausse, et coopérant avec la partie inférieure (26) comme on peut bien l'observer sur les figures 5 et 6. De plus, ce ressort maintient les positions relatives des parties supérieures (25) et inférieures (26) en position de repos (c'est à dire en situation normale). Chacun des organes de modification d'inclinaison (17, 19, 20, 21) est susceptible d'être actionné indépendamment l'un de l'autre, voire simultanément en couple en fonction de l'inclinaison souhaitée et de la direction de cette inclinaison. De la sorte, si par exemple les deux organes (17, 19) sont actionnés simultanément, il est possible d'obtenir l'inclinaison du mât (7) selon la direction Y représentée sur la figure 3. En revanche, si les organes (17, 19, 21) sont actionnés, l'inclinaison obtenue s'effectuera selon la bissectrice de l'angle (-X, O, Y). Selon une variante de l'invention non représentée, les mécanismes à came et butée ci-dessus décrits peuvent être remplacés par quatre vérins positionnés à chacun des angles du chariot de commande (5), à l'instar desdits mécanismes, et peuvent alors être actionnés deux à deux. De la sorte, on comprend qu'il est ainsi aisément possible d'obtenir une inclinaison du mât (7) et partant de l'assemblage de combustibles (10) selon les huit directions essentielles, à savoir selon les axes (OX), (OY), (O- X) et (O-Y), et selon les bissectrices correspondantes. En outre, de par le pilotage simultané du chariot (5) et de la structure (2), lorsque le pied de l'assemblage considéré est sensiblement en regard de l'emplacement du sommier qui lui est attribué, on aboutit à un positionnement précis dudit assemblage et à sa mise en place selon une direction verticale, c'est à dire d'aplomb, indépendamment du degré de déformation des assemblages immédiatement adjacents, ou de l'assemblage en cours de positionnement. De plus, en cas de vrillage dudit assemblage, la rotation possible du mât télescopique (7, 8) par le biais de la couronne dentée (6) permet de faciliter la présentation dudit assemblage au niveau de l'emplacement considéré. - De la sorte, il est ainsi possible, quel que soit le degré de déformation des assemblages de combustibles, de remplir la totalité du sommier au sein d'un coeur de réacteur à l'aide d'un mécanisme simple à mettre en oeuvre tout en optimisant la vitesse de chargement et de déchargement dudit coeur, donc en diminuant la durée d'interruption de fonctionnement du réacteur considéré et en optimisant le fonctionnement du parc des centrales. 1 2 REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la manutention d'assemblages de combustibles nucléaires au sein du coeur d'un réacteur nucléaire, mettant en oeuvre une machine de chargement susceptible de se déplacer selon un plan horizontal surplombant ledit réacteur, et munie d'un mât et d'un tube télescopique coaxiaux, destinés à saisir lesdits assemblages par leur extrémité supérieure, caractérisé en ce qu'il consiste à incliner ledit mât, et partant l'assemblage correspondant auquel il est couplé, de telle sorte à présenter en premier lieu le pied dudit assemblage à l'emplacement souhaité du sommier de réception desdits assembalges au sein du coeur du réacteur, puis à induire le redressement dudit assemblage jusqu'à une position verticale de telle sorte à faire basculer le pied dudit assemblage au sein de l'emplacement considéré tout en synchronisant le rétablissement de la verticalité du mât avec le déplacement de la machine de chargement. 2/ Dispositif pour la manutention d'assemblages (10) de combustibles nucléaires, notamment dans le coeur d'un réacteur nucléaire comportant un sommier (13) destiné à recevoir lesdits assemblages selon une orientation verticale, ledit sommier étant muni de zones ou de réception ou emplacements contigus des pieds desdits assemblages et comprenant également des orifices destinés à permettre la circulation d'un fluide de refroidissement et/ou de ralentissement des neutrons, comprenant: une machine de manutention (1, 2) susceptible de se déplacer dans un plan horizontal au-dessus du coeur de réacteur, et munie d'un chariot de commande (5), également susceptible de se déplacer selon une direction horizontale; un mât télescopique (7, 8), fixé par son extrémité supérieure audit chariot (5), et muni à son extrémité inférieure d'un organe de fixation et de couplage (11) à l'extrémité supérieure d'un assemblage de combustibles, caractérisé en ce que le chariot (5) est muni d'une pluralité d'organes (17, 19, 20, 21), susceptibles d'agir sur l'assiette du mât télescopique, de telle sorte à incliner celui-ci par rapport à la verticale. 3/ Dispositif pour la manutention d'assemblages (10) de combustibles nucléaires selon la revendication 2, caractérisé en ce que les organes de modification d'assiette (17, 19, 20, 21) sont au nombre de quatre, répartis à 90 l'un par rapport à l'autre sur le chariot (5) et autour du mât télescopique (7, 8), et sont susceptibles d'agir soit individuellement soit simultanément afin d'assurer l'inclinaison du mât télescopique, et partant de l'assemblage auquel il est couplé selon huit directions réparties à 45 l'une de l'autre. 4/ Dispositif pour la manutention d'assemblages (10) de combustibles nucléaires selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la solidarisation du mât télescopique (7, 8) au chariot de commande (5) s'effectue au moyen d'une réhausse constituée de deux parties, respectivement une partie inférieure (26) solidaire du chariot (5), et une partie supérieure (25) solidaire de la partie supérieure du mât (7), lesdites parties coopérant l'une avec l'autre de telle sorte à interdire tout mouvement de l'une par rapport à l'autre en fonctionnement normal dudit dispositif, ladite partie supérieure (25) étant susceptible de s'écarter de la partie inférieure (26) selon une direction verticale ou une direction voisine, de telle sorte à permettre son inclinaison relativement à ladite partie inférieure. 14 2734391 / Dispositif pour la manutention d'assemblages (10) de combustibles nucléaires selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'écartement de la partie supérieure (25) par rapport à la partie inférieure (26) de la réhausse s'effectue sous l'action d'une butée (27), susceptible de se translater verticalement au sein d'un boîtier de guidage (28) solidaire de ladite partie inférieure (26), la translation de ladite butée (27) s'effectuant sous l'action de la rotation d'une came (30) au sein d'une lumière (29) ménagée au sein de ladite butée (27), ladite butée (27) coopérant avec la partie supérieure de la réhausse (25) par sa face supérieure. 6/ Dispositif pour la manutention d'assemblages (10) de combustibles nucléaires selon la revendication 5, caractérisé en ce que la rotation de la came (30) au sein de la lumière (29) de la butée (27) s'effectue sous l'action d'un axe horizontal (16), lui-même mû en rotation au moyen d'un levier (31), dont l'actionnement est assuré par un ensemble moteur électrique (33) - vérin (32). 7/ Dispositif pour la manutention d'assemblages (10) de combustibles nucléaires selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'écartement de la partie supérieure (25) par rapport à la partie inférieure (26) de la réhausse s'effectue sous l'action d'un vérin à actionnement vertical.