Brevet FR2790326A1 — publié le 20000901

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de contrôle sous eau du serrage d'un pion de centrage d'un assemblage combustible sur une plaque support de coeur d'une centrale nucléaire à eau pressurisée. Dans les centrales nucléaires à eau pressurisée, les assemblages combustibles sont fixés, à leur partie infé- rieure, sur une plaque support de coeur disposée dans la cuve du réacteur nucléaire et qui est remplie d'eau. De manière classique, cette plaque support de coeur comporte des orifices de passage d'eau ainsi que des organes de centrage des éléments combustibles. Les organes de centrage de chaque élément com- bustible sont constitués par deux pions qui sont le plus souvent fixés sur la plaque support de coeur par vissage. A intervalles réguliers, le vissage des pions de centrage des éléments combustibles doit être contrôlé afin d'éviter qu'un de ces pions se dévisse et circule dans le circuit primaire jusqu'à une boîte à eau d'un générateur de vapeur. L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif permettant de réaliser le contrôle des pions de centrage des assemblages combustibles à distance et sous eau. L'invention a donc pour objet un procédé de con- trôle sous eau du serrage d'un pion de centrage d'un assem- blage combustible sur une plaque support de coeur d'une cen- trale nucléaire à eau pressurisée, caractérisé en ce que: - on produit un choc sur le pion à contrôler, - on enregistre le signal temporel produit lors de ce choc et détecté par un capteur de vibrations placé à proximité dudit pion, - on traite et on analyse en séries de Fourier le signal délivré par le capteur et on sélectionne la valeur de la fréquence propre obtenue par analyse spectrale du si- gnal délivré par ledit capteur de vibrations correspondant à la valeur maximale du spectre de réponse obtenu par les transformées de Fourier du signal temporel, - et on compare la valeur de la fréquence propre obtenue par analyse à une valeur de référence pour détermi- ner si ledit pion de centrage est convenablement serré sur la plaque support de coeur. Selon une autre caractéristique de l'invention, on place le capteur de vibrations directement sur le pion de centrage. L'invention a également pour objet un dispositif de contrôle sous eau du serrage d'un pion de centrage d'un assemblage combustible sur une plaque support de coeur d'une centrale nucléaire à eau pressurisée, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de descente à partir de la surface de l'eau d'un bâti, - une plaque d'appui sur la face supérieure de la plaque support de coeur du bâti, - un marteau monté basculant dans un plan verti- cal entre une position écartée du pion de centrage et une position de contact avec ce pion, - des moyens de positionnement d'un capteur de vibrations à proximité du pion de centrage, - des moyens de commande du basculement du mar- teau pour produire un choc sur ledit pion de centrage, - des moyens d'enregistrement du signal temporel détecté par le capteur de vibrations, - des moyens de traitement et d'analyse en sé- ries de Fourier du signal délivré par le capteur de vibra- tions, - des moyens de sélectionnement de la valeur de la fréquence propre obtenue par l'analyse spectrale du si- gnal délivré par le capteur de vibrations correspondant à la valeur maximale du spectre de réponse obtenu par les trans- formées de Fourier du signal temporel, - et des moyens de comparaison de la valeur de la fréquence propre obtenue par analyse à une valeur de ré- férence pour déterminer si ledit pion de centrage est conve- nablement serré sur la plaque support de coeur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le bâti comporte des moyens de précentrage sur la plaque support de coeur, - les moyens de précentrage sont formés par deux pions fixés sur la face inférieure de la plaque d'appui du bâti et destinés à coopérer avec deux orifices de passage d'eau de ladite plaque support de coeur disposés sur une diagonale d'une zone de réception d'un assemblage combusti- ble, - le marteau est fixé à l'extrémité inférieure d'un balancier monté sur un axe horizontal et dont l'extré- mité opposée comporte un pivot coopérant avec les moyens de commande du basculement dudit marteau, - les moyens de commande du basculement du mar- teau sont formés par un vérin supporté par le bâti et dont la tige de piston comporte un embout déplaçable par ledit vérin entre une première position en contact avec le pivot du balancier pour amener le marteau dans ladite position écartée du pion de centrage et une seconde position dégagée de ce pivot et située au-delà de la première position pour libérer ledit balancier et ledit marteau, - les moyens de positionnement du capteur de vi- brations comprennent une cloche munie d'une empreinte de forme complémentaire au pion de centrage et supportant ledit capteur de vibrations, ladite cloche étant supportée par le bâti et déplaçable entre, d'une part, une position écartée du pion de centrage et, d'autre part, une position de recou- vrement dudit pion, - la cloche est amenée en appui sur le pion de centrage par un vérin porté par le bâti, - la cloche est munie d'une ouverture latérale pour le passage du marteau, - le capteur de vibrations est monté sur un col- lier élastique appliqué sur le pion de centrage au moment de la pose de la cloche sur ledit pion, - le capteur de vibrations est formé par un ac- céléromètre ou un microphone ou tout récepteur adapté à la gamme de fréquence du spectre vibratoire. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, don- née à titre d'exemple et faite en référence aux dessins an- nexés, sur lesquels: - la Fig. 1 est une vue schématique en perspec- tive d'une partie d'une plaque support de coeur d'une cen- traie nucléaire à eau pressurisée, - la Fig. 2 est une vue schématique en élévation d'un dispositif de contrôle du serrage d'un pion de cen- trale, conforme à l'invention, et en cours de positionnement sur la plaque support de coeur, - la Fig. 3 est une vue schématique de dessus du dispositif de contrôle conforme à l'invention, - la Fig. 4 est une vue en perspective de la cloche de positionnement du capteur de vibrations du dispo- sitif de contrôle conforme à l'invention, - la Fig. 5 est une vue en coupe longitudinale de la cloche représentée à la Fig. 4, - les Figs. 6 à 8 sont des vues schématiques en élévation montrant le fonctionnement du dispositif de con- trôle conforme à l'invention, - les Figs. 9 et 10 représentent deux courbes de réponse en fréquence obtenue sous eau respectivement pour un pion de centrage serré et un pion de centrage desserré, - la Fig.ll représente deux courbes montrant la fréquence propre de deux pions de centrage en fonction de l'effort de serrage de chacun de ces pions. Sur la Fig.l, on a représenté schématiquement une partie d'une plaque support de coeur 1 d'une centrale nucléaire à eau pressurisée et qui comporte une multitude d'orifices 2 de passage d'eau traversant cette plaque sup- port de coeur 1. - La plaque support de coeur 1 est fixée à la par- tie inférieure d'une cuve du réacteur nucléaire qui est rem- plie d'eau. Dans l'exemple de réalisation représenté sur les figures, les orifices 2 sont uniformément répartis par groupe de quatre pour former chacun une zone de réception d'un assemblage combustible, non représenté. La zone de réception ainsi définie pour chaque assemblage combustible a la forme d'un carré et comporte deux pions de centrage 3 disposés selon une diagonale de ce carré. Chaque pion de centrage 3 est fixé sur la plaque support de coeur 1 par vissage et est en saillie sur la face supérieure de ladite plaque support de coeur 1, comme repré- senté à la Fig. 2. Le dispositif selon l'invention désigné dans son ensemble par la référence 10 permet de contrôler le serrage de chaque pion de centrage 3 directement sur la plaque de support de coeur 1, c'est à dire en fond de cuve et sous eau. Comme représenté sur les Figs. 2 et 3, le dispo- sitif de contrôle 10 comporte un bâti 11 comprenant une pla- que horizontale 12 d'appui sur la face supérieure de la pla- que support de coeur 1 et qui se présente sous la forme d'un plaque triangulaire. Le bâti 11 comporte également, sur l'un des bords de la plaque d'appui 12, une plaque 13 qui se présente sensiblement sous la forme d'un L et qui s'étend perpendicu- lairement à ladite plaque d'appui 12. Le bâti 11 est équipé à sa partie supérieure d'un élément d'accrochage 14 avec par exemple une perche de manutention, non représentée et qui permet de descendre le dispositif de contrôle 10 depuis la surface de l'eau jusqu'à la plaque support de coeur 1. D'une manière générale, le bâti 11 supporte: - des moyens de précentrage sur la plaque sup- port de coeur 1, - un élément pour produire un choc sur le pion de centrage 3 à contrôler, - des moyens de positionnement d'un capteur de vibrations à proximité du pion de centrage 3, - des moyens de commande de l'élément destiné à produire le choc sur ledit pion de centrage 3. Ainsi que représenté sur les Figs. 2 et 3, les moyens de précentrage du bâti 11 sur la plaque de support de coeur 1 sont formés par deux pions 15 fixés sur la face in- férieure de la plaque d'appui 12 et destinés à coopérer cha- cun avec un orifice 2 de la plaque support de coeur 1 lors de la descente du dispositif de contrôle. Les pions de précentrage 15 sont répartis au- dessous de la plaque d'appui 12 de manière à coopérer avec deux orifices 2 disposés selon une diagonale d'une zone de réception d'un assemblage combustible. L'élément pour produire un choc sur le pion de centrage 3 à contrôler de façon à déterminer si le pion de centrage 3 est convenablement serré sur la plaque support de coeur 1 par analyse des vibrations produites sur ledit pion de centrage 3 lors du choc, sont formés par un marteau 16 fixé à l'extrémité 17a inférieure d'un balancier 17 monté sur un axe horizontal 18 supporté par la plaque 13 du bâti 11. L'extrémité 17b du balancier 17 opposée à celle 17a munie du marteau 16 comporte un pivot 19. L'ensemble formé par le marteau 16, le balancier 17 et le pivot 19 est monté basculant autour de l'axe 18 entre, d'une part, une position écartée du pion de centrage 3 à contrôler et représentée à la Fig. 7 et, d'autre part, une position de contact avec ce pion et représentée à la Fig. 8; Les moyens de commande du basculement du mar- teau 16 et du balancier 17 autour de l'axe 18 sont formés par un vérin 20 supporté par la plaque 13 du bâti 11 et dont la tige de piston 21 comporte un embout 22 déplaçable par ledit vérin 20 de façon à coopérer avec le pivot 19 et com- mander le basculement du marteau 16 autour de l'axe 18. Le dispositif de contrôle 10 est également équi- pé d'un capteur de vibrations 25 disposé à proximité du pion de centrage 3 à contrôler et qui permet, lors du choc pro- duit par le marteau 16 sur ledit pion de centrage 3 de dé- tecter le signal temporel produit lors dudit choc. De préférence, les moyens de positionnement du capteur de vibrations 25 sont constitués par une cloche 26 munie d'une empreinte 27 de forme complémentaire au pion de centrage 3, ainsi que représentée sur les Figs. 4 et 5. Cette cloche 26 comporte une ouverture latérale 26a pour le passage du marteau 16 et une découpe 29 pour le positionnement du capteur de vibrations 25. Ce capteur de vibrations 25 est monté sur un collier élastique 30 qui permet d'appliquer ledit capteur de vibrations 25 sur le pion de centrage 3 au moment de la pose de la cloche 26 sur ledit pion 3. L'ensemble formé par le capteur de vibrations 25 et le collier élastique 30 est maintenu en position dans la cloche 26 au moyen d'un couvercle 31 fixé sur la partie in- férieure de ladite cloche 26 au moyen de vis, non représen- tées. Par ailleurs, la cloche 26 comporte un passage 32 pour le positionnement du fil de liaison 33 du capteur de vibrations 25 avec les différents moyens d'analyse et d'en- registrement du signal détecté par ledit capteur 25. Le fil de liaison 33 est maintenu dans le loge- ment 32 par un jonc 34. La cloche 26 supportant le capteur de vibrations est portée par la plaque 13 du bâti 11 au moyen d'un sup- port 28 fixé sur ladite plaque 13. Lors de la pose du bâti 11 sur la plaque support de coeur 1, la cloche 26 coiffe complètement le pion de cen- trage 3. Pour maintenir cette cloche 26 dans sa position de recouvrement du pion de centrage 3, la plaque 13 du bâti 11 supporte un vérin 35 dont la tige de piston 36 est située dans l'axe de ladite cloche 26. La tige de piston 36 du vérin 35 comporte, à son extrémité libre, un élément 37 d'appui sur la tête 26b de la cloche 26. Enfin, le dispositif de contrôle comporte: - des moyens d'enregistrement du signal temporel détecté par le capteur de vibrations 25, - des moyens de traitement et d'analyse en sé- ries de Fourier du signal délivré par la capteur de vibra- tions 25, - des moyens de sélectionnement de la valeur de fréquence propre obtenue par l'analyse spectrale du signal délivré par le capteur de vibrations 25 correspondant à la valeur maximale du spectre de réponse obtenu par les trans- formées de Fourier du signal temporel, - et des moyens de comparaison de la valeur de la fréquence propre obtenue par analyse à une valeur de ré- férence pour déterminer si ledit pion de centrage 3 est con- venablement serré sur la plaque de support du coeur 1. Ces moyens sont de type connu et couramment uti- lisés pour traiter et analyser ce genre de signal. Le contrôle du serrage du pion de centrage 3 sur la plaque support de coeur 1 est réalisé directement sous eau et de la façon suivante. Tout d'abord, on descend à partir de la surface de l'eau et à l'aide d'une perche de manutention fixée sur l'organe d'accrochage 14, le bâti 11 supportant les diffé- rents éléments pour réaliser le contrôle du serrage du pion 3 à contrôler. Lors de la descente du bâti 11, les pions de précentrage 15 pénètrent progressivement dans les orifices 2 de passage d'eau correspondant jusqu'au moment o la plaque d'appui 12 entre en contact avec la plaque de support de coeur 1. La cloche 26 est maintenue plaquer sur le support 28 par le vérin 35, comme représentée à la Fig. 2. Au moment de la pose du bâti 11 sur la plaque support de coeur 1 représentée à la Fig. 6, la cloche 26 se soulève et se libère du support 28. Au cours de la descente du bâti 11, la cloche 26 vient progressivement se serrer sur le pion de centrage 3. Après cette phase de positionnement, le vérin 35 est actionné pour rentrer la tige 36 et désolidariser la cloche 26 du bâti 11 rendant ainsi cette cloche 26 solidaire du pion de centrage 3 grâce au collier élastique 30. Le basculement du marteau 16 est alors commandé, comme représenté à la Fig. 7. A cet effet, le vérin 20 est actionné de telle manière que l'embout 22 entre en contact avec le pivot 19 du balancier 17 pour amener, par basculement de ce balancier 17 autour de l'axe 18, le marteau 16 dans la position écartée du pion de centrage 3, ainsi que représentée à la Fig. 7. La position de la cloche 26 sur le pion de cen- trage 3 est déterminée pour que l'ouverture 26a se trouve dans le plan de basculement du marteau 16. Sous l'action du vérin 20, l'embout 22 poursuit sa course et passe audelà de l'extrémité du pivot 19, comme représenté à la Fig. 8, ce qui a pour effet de libérer le balancier 17 de telle manière que ce balancier 17 et le marteau 16 pivotent autour de l'axe 18. -Lors de ce basculement, le marteau 16 passe dans l'ouverture 26a de la cloche 26 et entre en contact avec le pion de centrage 3 à contrôler ce qui produit un choc. Lors de ce choc, on enregistre le signal tempo- rel produit et détecté par le capteur de vibrations 25. Ensuite, on traite et on analyse en séries de Fourier le signal délivré par le capteur 25 et on sélec- tionne la valeur de la fréquence propre obtenue par l'ana- lyse spectrale du signal délivré par ledit capteur de vibra- tions correspondant à la valeur maximale du spectre de ré- ponse obtenu par les transformées de Fourier du signal tem- porel. A titre d'exemple, on a représenté à la Fig. 9 une courbe de réponse en fréquence obtenue sous eau avec un pion de centrage 3 serré à 60mN et à la Fig. 10 une coure de réponse en fréquence obtenue sous eau avec un pion de cen- trage 3 desserré. La présence d'un double pic sur la courbe de la Fig. 9 est dû à la détection de deux modes transversaux dif- férents du fait de la présence, à la base du pion, d'un mé- plat de centrage. A l'aide de la courbe représentée à la Fig. 11, on compare la valeur de la fréquence propre obtenue par ana- lyse à une valeur de référence pour déterminer si le pion de centrage 3 contrôlé est convenablement serré sur la plaque de support de coeur 1. A titre d'exemple, une réponse comprise entre 3000 et 4500 Hz garantit un couple de serrage minimum de l'ordre de 10mN, ainsi que représenté à la Fig. 11. Le procédé ainsi mis en oeuvre permet de contr8- ler sous eau le serrage des pions de centrage des assembla- ges combustibles sur la plaque de support de coeur d'une centrale nucléaire à eau pressurisée et de déterminer si ces pions de centrage sont convenablement serrés ou en cours de desserrage. Après le contr1ôle d'un premier pion de centrage, l'embout 22 est ramené dans sa position initiale sous l'ac- tion du vérin 20 en passant au-dessus du pivot 19. Ce retrait est possible du fait que le balancier 17 se trouve au repos dans une position sensiblement verti- cale et écartée de la position de contact sur le pion de centrage 3, comme représentée à la Fig. 2. Ensuite, le dispositif de contrôle 10 est dépla- cé à l'aide de la perche de manutention afin de le position- ner sur un nouveau pion de centrage. Le capteur de vibrations peut être constitué par un accéléromètre ou un microphone ou encore un capteur à ul- trasons ou par tout autre capteur approprié. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle sous eau du serrage d'un pion de centrage (3) d'un assemblage combustible sur une plaque support de coeur (1) d'une centrale nucléaire à eau pressurisée, caractérisé en ce que: - on produit un choc sur le pion de centrage (3) à contrôler, - on enregistre le signal temporel produit lors de ce choc et détecté par un capteur de vibrations (25) pla- cé à proximité dudit pion (3), - on traite et on analyse en séries de Fourier le signal délivré par le capteur 25 et on sélectionne la va- leur de la fréquence propre obtenue par l'analyse spectrale du signal délivré par ledit capteur de vibrations (25) cor- respondant à la valeur maximale du spectre de réponse obtenu par les transformées de Fourier du signal temporel, - et on compare la valeur de la fréquence propre obtenue par analyse à une valeur de référence pour détermi- ner si ledit pion de centrage (3) est convenablement serré sur la plaque support de coeur (1). 2. Procédé de contrôle selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on place le capteur de vibrations (25) directement sur le pion de centrage (3). 3. Dispositif de contrôle sous eau du serrage d'un pion de centrage (3) d'un assemblage combustible sur une plaque support de coeur (1) d'une centrale nucléaire à eau pressurisée, caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens de descente à partir de la surface de l'eau d'un bâti (11), - une plaque (12) d'appui sur la face supé- rieure de la plaque support de coeur (1) du bâti (11), - un marteau (16) monté basculant dans un plan vertical entre une position écartée du pion de centrage (3) et une position de contact avec ce pion (3), - des moyens (26, 27, 35, 36, 37) de positionne- ment d'un capteur de vibrations (25) à proximité du pion de centrage (3), - des moyens (20, 21, 22) de commande du bascu- lement du marteau (16) pour produire un choc sur ledit pion de centrage, des moyens d'enregistrement du signal temporel détecté par le capteur de vibrations (25), - des moyens de traitement et d'analyse en sé- ries de Fourier du signal délivré par le capteur de vibra- tions (25), - des moyens de sélectionnement de la valeur de la fréquence propre obtenue par l'analyse spectrale du si- gnal délivré par le capteur de vibrations (25) correspondant à la valeur maximale du spectre de réponse obtenu par les transformées de Fourier du signal temporel, - et des moyens de comparaison de la valeur de la fréquence propre obtenue par l'analyse à une valeur de référence pour déterminer si ledit pion de centrage (3) est convenablement serré sur la plaque support de coeur (1). 4. Dispositif de contrôle suivant la revendica- tion 3, caractérisé en ce que le bâti (11) comporte des moyens (15) de précentrage sur la plaque support de coeur (1). 5. Dispositif de contrôle suivant la revendica- tion 4, caractérisé en ce que les moyens de précentrage sont formés par deux pions (15) fixés sur la face inférieure de la plaque d'appui (12) du bâti (11) et destinés à coopérer avec deux orifices (2)de passage d'eau de ladite plaque sup- port de coeur (1) disposés sur une diagonale d'une zone de réception d'un assemblage combustible. 6. Dispositif de contrôle selon la revendication 3, caractérisé en ce que le marteau (16) est fixé à l'extré- mité inférieure (17a) d'un balancier (17) monté sur un axe horizontal (18) et dont l'extrémité opposée (17b) comporte un pivot (19) coopérant avec les moyens (20, 21, 22) de com- mande du basculement dudit marteau (16). 7. Dispositif de contrôle selon la revendication 3 ou 6, caractérisé en ce que les moyens de commande du bas- culement du marteau (16) sont formés par un vérin (20) sup- porté par le bâti (11) et dont la tige de piston (21) com- porte un embout (22) déplaçable par ledit vérin (20) entre une première position en contact avec le pivot (19) du ba- lancier (17) pour amener le marteau (16) dans ladite posi- tion écartée du pion de centrage (3) et une seconde position dégagée de ce pivot (19) et située au-delà de la première position pour libérer ledit balancier (17) et ledit marteau (16). 8. Dispositif de contrôle selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens de positionnement du capteur de vibrations (25) comprennent une cloche (26) munie d'une empreinte (27) de forme complémentaire au pion de cen- trage (3) et supportant ledit capteur de vibrations (25), ladite cloche (26) étant supportée par le bâti (11) et dé- plaçable entre, d'une part, une position écartée du pion de centrage et, d'autre part, une position de recouvrement dudit pion (3). 9. Dispositif de contrôle selon la revendication 8, caractérisé en ce que la cloche (26) est amenée en appui sur le pion de centrage (3) par un vérin (35, 36, 37) porté par le bâti (11). 10. Dispositif de contrôle selon les revendica- tions 8 et 9, caractérisé en ce que la cloche (26) est munie d'une ouverture latérale (26a) pour le passage du marteau (16). - 11. Dispositif de contrôle selon les revendica- tions 1 et 8, caractérisé en ce que le capteur de vibrations (25) est monté sur un collier élastique (30) appliqué sur le pion de centrage (3) au moment de la pose de la cloche (26) sur ledit pion (3). 12. Dispositif de contrôle selon l'une quelcon- que des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que le cap- teur de vibrations (25) est formé par un accéléromètre ou microphone ou tout récepteur adapté à la gamme de fréquence du spectre vibratoire.