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DESCRIPTION
Dispositif d'extraction de pièces ou particules étrangères dans des assemblages combustibles d'un réacteur nucléaire
L'invention concerne un dispositif d'extraction de pièces ou particules étrangères dans des assemblages combustibles du coeur d'un réacteur nucléaire placés sous eau dans une piscine.
Les assemblages combustibles des réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau légère et en particulier les assemblages combustibles des réacteurs nucléaires à eau sous pression sont constitués par des faisceaux de crayons de grande longueur maintenus par des plaques entretoises transversales par rapport aux faisceaux et par deux embouts d'extrémité.
L'ossature des assemblages comporte non seulement les plaques entretoises et les embouts mais également des tubes-guides se substituant à certains crayons du faisceau et fixés rigidement sur les entretoises et les embouts.
Le fluide réfrigérant du réacteur constitué par de l'eau circule dans la direction longitudinale des assemblages, entre les crayons, en contact avec leur surface externe.
Pendant le fonctionnement du réacteur. certaines pièces mécaniques de ses structures internes sont susceptibles de se détériorer et de se détacher,
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D'autre part, lors des opérations d'entretien sur le réacteur nucléaire pendant un arrêt, certaines particules ou pièces de faibles dimensions détachées par usinage, lors d'une réparation ou d'une transformation effectuée sur le réacteur, sont sus-
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ceptibles de rester dans la cuve au moment de la remise en service du réacteur, si un nettoyage parfait n'a pas été effectué. De même, pendant les périodes d'entretien du réacteur, des outils ou des accessoires d'outillages de petites dimensions peuvent tomber dans certaines parties peu accessibles des structures du réacteur ou être oubliés par le personnel d'entretien.
Dans tous les cas, les pièces, particules ou outils restant dans la cuve au moment de sa mise en service sont entraînés à grande vitesse par l'eau de refroidissement en circulation et viennent se loger dans les parties du réacteur de structure complexe, susceptibles de les retenir.
En particulier, les pièces ou particules de petites dimensions sont susceptibles de venir se loger et se coincer dans l'espace entre les crayons des assemblages. Il en résulte des risques d'échauffements locaux des crayons combustibles dus aux perturbations dans la circulation du fluide de refroidissement. On observe alors localement. une corrosion accrue et accélérée de la gaine du crayon pouvant conduire à une détérioration et à une perte d'étanchéité de cette gaine.
Il résulte d'une telle perte d'étanchéité une propagation des gaz de fission dans tout le circuit primaire et donc des risques de contamination importants.
Les pièces ou particules étrangères en circulation avec le fluide primaire constituant des corps migrants peuvent également s'amonceler dans l'embout inférieur ou dans l'embout supérieur ou dans les grilles-entretoises de maintien des crayons. Il en résulte des perturbations thermo-hydrauliques de
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la circulation de l'eau de refroidissement qui peuvent entraîner une réduction notable du débit de réfrigérant en contact avec les crayons combustible.
On ne connaissait pas jusqu'ici de dispositif permettant d'extraire des pièces ou particules étrangères logées dans les assemblages d'un réacteur nucléaire et introduisant des perturbations dans son fonctionnement.
Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'extraction de pièces ou particules étrangères dans des assemblages combustibles du coeur d'un réacteur nucléaire placés sous eau dans une piscine, qui permette d'effectuer l'extraction sans risque d'accrochage à l'intérieur de la structure complexe des assemblages.
Dans ce but, le dispositif d'extraction suivant l'invention comporte : - une perche verticale comportant un organe de manutention à son extrémité supérieure, - une pince fixée à une extrémité d'un support de pince monté pivotant autour d'un axe horizontal, à l'extrémité inférieure de la perche, - des moyens de rappel élastique du support de pince pivotant, de manière à rappeler la pince dans une position de préhension éloignée de l'axe vertical de la perche, - et un mécanisme de commande de la pince pour son ouverture et sa fermeture porté par le porte-pince et relié à des moyens d'actionnement à distance par un élément de transmission flexible.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif d'extraction
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suivant l'invention, dans le cas d'assemblages combustibles d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.
La figure 1 est une vue en perspective éclatée d'un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.
La figure 2 est une vue générale en élévation d'un dispositif suivant l'invention.
La figure 3 est une vue en élévation latérale suivant 3 de la figure 2.
La figure 4 est une vue à plus grande échelle avec coupe partielle de la partie inférieure du dispositif suivant l'invention.
La figure 5 et une vue de dessous suivant 5 de la figure 4.
La figure 6 est une vue de dessus suivant 6 de la figure 3.
Sur la figure 1, on voit un assemblage combustible désigné de manière générale par le repère 1.
L'assemblage combustible 1 est constitué par un faisceau de crayons combustibles 2 parallèles de grande longueur maintenus transversalement suivant un réseau régulier par des grilles-entretoises 3.
. Certaines positions dans le réseau sont occupées par des tubes-guides 4 se substituant à certains crayons 2. Les tubes-guides 4 dont la longueur est supérieure à celle des crayons combustibles 2 sont reliés, à leurs extrémités, à l'embout supérieur 5 et à l'embout inférieur 6 de l'assemblage. Les tubes-guides 4 sont également fixés sur les grilles 3, l'ensemble des embouts 5 et 6, des tubes-guides 4 et des grilles-entretoises 3 constituant l'ossature de l'assemblage dans laquelle sont placés les crayons 2.
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L'embout supérieur 5 porte des ressorts 7 sur lesquels la plaque supérieure de coeur vient en appui lorsque l'assemblage 1 est mis en position verticale, comme représenté sur la figure 1, dans le coeur du réacteur.
Les grilles-entretoises 3 sont généralement constituées par des plaquettes en alliage de zirconium entrecroisées et assemblées. Ces grilles-entretoises définissent des cellules recevant chacune un crayon combustible ou un tube-guide. Les crayons combustibles sont maintenus dans les cellules par un ensemble de bossettes constituées par des parties des plaquettes découpées et repoussées et de ressorts rapportés en alliage de nickel. Les plaquettes sont également découpées et pliées pour constituer des ailettes de mélange du fluide réfrigérant dans le prolongement des cellules. Enfin, les grilles-entretoises comportent. sur leur partie périphérique externe, des ailettes de guidage légèrement en saillie.
Les embouts de l'assemblage et en particulier l'embout supérieur 5 comportent également des parties en saillie telles que les ressorts de maintien 7.
L'assemblage combustible comporte donc de nombreuses aspérités qui sont susceptibles de retenir des corps migrants transportés par l'eau de refroidissement du réacteur, à un niveau quelconque de l'assemblage.
L'outillage suivant l'invention qui sera décrit ci-dessous et qui est représenté aux figures 2 à 6 permet d'extraire des pièces ou particules logées dans un assemblage combustible. à un niveau quelconque suivant la hauteur de cet assemblage.
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Le dispositif suivant l'invention permet d'opérer lorsque les assemblages sont placés sous eau, soit dans la piscine du réacteur, soit dans la piscine de désactivation.
Ce dispositif est mis en oeuvre lorsqu'on a détecté la présence d'un corps migrant dans une partie d'un assemblage, par exemple grâce à une caméra vidéo.
Dans le cas où le corps migrant est accessible. par exemple à l'intérieur de la cuve du réacteur, on opère depuis le niveau supérieur du réacteur, pendant les opérations d'entretien de ce réacteur, l'assemblage restant en place.
Dans d'autres cas, l'assemblage pourra être placé dans une zone de la piscine du réacteur ou de la piscine de désactivation, pour pouvoir accéder au corps migrant logé dans une partie de l'assemblage.
Sur la figure 2, on voit le dispositif désigné de manière générale par le repère 10 qui comporte une perche 11 de grande longueur, cette longueur pouvant être par exemple de quatre à huit mètres, suivant la profondeur d'intervention à l'inté- rieur de la piscine renfermant les assemblages combustibles.
Dans la position de service du dispositif, comme représenté sur la figure 2, la perche a son axe ZZ'vertical.
La perche 11 est constituée par des tron- çons successifs lla, llb,.... reliés entre eux par des dispositifs de liaison à vis 12. en nombre suffisant pour atteindre la profondeur voulue.
La perche est reliée à son extrémité supérieure à une poignée ou arceau de manutention 14, par l'intermédiaire d'un axe transversal 15.
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Un second axe 16 parallèle à l'axe 15 est fixé sur l'arceau de manutention au-dessus de l'extrémité supérieure de la perche 11 sur laquelle est fixé rigidement un écrou 17.
Comme il est visible sur les figures 2 et 4, la perche 11 comporte un tronçon inférieur 18 constitué par une pièce pleine comportant une extrémité inférieure usinée sous la forme d'une chape 19. Un support 20 est monté articulé à l'extrémité de la perche 11, par l'intermédiaire d'un axe 21 fixé entre les deux branches de la chape 19 perpendiculairement à l'axe ZZ'de la perche, c'est-à-dire dans une direction horizontale.
Le support 20 porte, à l'une de ses extrémités, une pince 22 par l'intermédiaire d'un portepince 23.
Sur le support 20 est également monté le dispositif de commande 24 de la pince qui sera décrit plus loin.
Un ressort de rappel 25 est intercalé entre la partie antérieure du support 20. au voisinage du porte-pince 23 et la partie inférieure de la perche 11. Le ressort 25 est fixé sur le support de pince par l'intermédiaire d'une vis 26 et sur la perche, par l'intermédiaire d'une vis 27 dont la position peut être réglée par engagement dans l'un des trous taraudés 28 prévus dans le tronçon terminal 18 de la perche.
Un second ressort 23 est intercalé entre l'extrémité du support 20 opposée au porte-pince 23 et l'extrémité inférieure de la perche. Le ressort 29 est fixé sur l'extrémité inférieure de la perche par l'intermédiaire d'une vis 30 qui peut être engagée dans l'un des trous taraudés 31 prévus dans le tron-
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çon inférieur 18 de la perche. La disposition de la vis 30 dans un trou taraudé dans une position déterminée permet de régler la tension du ressort 29.
Le ressort 25 présente une constante élastique supérieure à celle du ressort 29 et sa tension initiale est réglée, de manière que, lorsqu'aucune force ne s'exerce sur l'extrémité de la pince 22, le support 20 soit ramené dans sa position horizontale représentée en traits pleins sur la figure 4. Le ressort 29 agissant de manière antagoniste par rapport au ressort 25 subit alors une traction exerçant un certain rappel vers le haut sur l'extrémité du support 20 opposée à la pince 22.
Si la pince 22 vient en contact avec un obstacle, par exemple lors d'un soulèvement de la perche, le support 20 est susceptible de s'incliner jusqu'à la position 20'représentée en traits mixtes sur la figure 4.
Dans cette position. le ressort 25 est sous tension et le ressort 29 qui concourt au relèvement de la partie arrière du support se trouve détendu dans une certaine mesure.
L'extrémité de la pince 22 peut alors éviter l'obstacle. Lorsque le dispositif a échappé à l'obstacle, la pince 22 est rappelée dans sa position horizontale par le ressort 25, à l-encontre du ressort 29.
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La pince 22 comporte un bec inférieur fixe J-J 22a solidaire du porte-pince 23 et un bec supérieur mobile 22b, monté articulé autour d'un axe 33 sur le bec fixe 22a.
Le bec mobile 22b est relié à son extrémité dirigée vers l'intérieur à un câble d'actionnement 34 relié à une première tige de poussée et de traction
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35 elle-même reliée par l'intermédiaire d'un écrou de réglage 36 à un flexible 37 passant dans la gaine 38 d'un dispositif de commande à distance fixé par des écrous 39 sur le support de pince 20.
Sur la figure 3, on a représenté l'ensemble d'actionnement 40 du dispositif de commande à distance qui peut être fixé par des crochets 41 sur l'axe 15 solidaire de l'arceau 14.
Cet ensemble d'actionnement comporte un support 42 traversé par une ouverture dans laquelle est fixée l'extrémité de la gaine du dispositif de commande à distance. Le flexible 37 est relié à une tige d'actionnement 43 reliée à un bouton de poussée 44 et à une poignée 45 à sa partie supérieure.
Par poussée sur le bouton 44, on peut provoquer l'ouverture rapide de la pince. par l'intermédiaire du flexible 37 de la tige 35 et du câble 34.
Par traction sur la tige. on peut provoquer la fermeture rapide de la pince, par l'intermédiaire des mêmes éléments.
La-signée 45 permet de plus un déplacement lent commandé par une vis micrométrique des éléments de la commande à distance.
On peut réaliser un blocage de la commande et de la pince, par exemple en position de fermeture sur une pièce ou particule dont on réalise 1-extra- tion.
Sur la figure 5, on voit le montage du support 20 de la pince 22 à l'extrémité de la perche 11. par l'intermédiaire d'une vis 47 et d'un ensemble écrou et contre-écrou 46.
Dans le cas où l'on a détecté dans un assemblage un corps migrant qui ne peut être extrait avec la pince disposée à la partie inférieure de la
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perche, on peut effectuer, grâce au montage amovible du support de pince et de la pince, le remplacement de celle-ci par une nouvelle pince de forme et de dimensions appropriées.
De même, par blocage de la vis 47, on peut supprimer toute possibilité de pivotement du support de pince 20 par rapport à la perche.
Sur la figure 6. on voit la partie supérieure du dispositif comportant l'ensemble de commande à distance 40 fixé par l'intermédiaire des ressorts 41 sur l'arceau de manoeuvre 14. L'écrou 17 fixé à la partie supérieure de la perche 11 permet d'orienter cette perche, le porte-pince et la pince dans une direction voulue, lorsqu'un corps migrant a été repéré dans un assemblage. Pour cela, une clé peut être engagée sur l'écrou 17 et l'orientation est effectuée par l'intermédiaire de la clé.
On va maintenant décrire, en se référant à l'ensemble des figures, un mode d'utilisation du dispositif suivant l'invention pour extraire un corps migrant bloqué dans une position quelconque dans un assemblage combustible tel que l'assemblage représenté sur la figure 1.
Dans un premier temps, le corps migrant est repéré grâce à une caméra vidéo descendue sous eau dans la piscine, au voisinage de l'assemblage.
On repère le niveau auquel se trouve le corps migrant, ce niveau pouvant varier de quatre mètres sous le niveau supérieur de la piscine (embout supérieur de l'assemblage) et huit mètre (embout inférieur de l'assemblage).
La réalisation de la perche par des tron- çons amovibles permet de régler la hauteur de cette
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perche en fonction du niveau auquel se trouve le corps à extraire.
La perche est suspendue à un pont roulant se déplaçant au-dessus du niveau de la piscine par l'intermédiaire de son arceau 14.
L'approche et l'orientation de la perche permettant de placer la pince dans une direction d'accès au corps à extraire sont effectuées en contrôlant l'opération au moyen d'une caméra vidéo.
Suivant la longueur de perche utilisée pour l'opération, le flexible du dispositif de commande à distance est placé de manière pratiquement rectiligne en parallèle par rapport à la perche ou enroulé autour de la perche, son extrémité supérieure d'actionnement 40 se trouvant à un niveau situé au-dessus de la piscine.
Un opérateur utilise manuellement l'ensemble d'actionnement 40 pour ouvrir la pince qui est amenée grâce au pont. par des mouvements contrôlés à l'aide de la caméra vidéo. dans une position telle que cette pince puisse se refermer sur une partie du corps à extraire.
L'opérateur effectue alors le serrage de la pince grâce à l'ensemble d'actionnement 40.
On effectue l'extraction du corps étranger par déplacement horizontal du dispositif 10. grâce au pont. puis une extraction hors de la piscine par le- vage de l'ensemble 10 grâce au treuil du pont roulant.
Si. au cours de ces manoeuvres. l'extrémité de la pince ou le corps migrant viennent se bloquer sur un obstacle, le support de pince 20 passe de sa position horizontale 20 à sa position inclinée 20'. ce qui permet généralement de contourner l'obstacle.
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Dans le cas où la manoeuvre s'avérerait impossible, elle pourrait être reprise en utilisant un autre outillage comportant une pince d'une forme adaptée.
Grâce au montage pivotant de la pince, on évite toute détérioration de la pince en service ou d'un élément de l'assemblage combustible dans lequel on effectue l'extraction.
Le dispositif suivant l'invention permet donc d'obtenir une extraction du corps migrant, dans la plupart des cas, sans occasionner de détériorations de la pince ni d'une partie de l'assemblage combustible, lorsque la pince rencontre un obstacle en cours d'extraction.
Il est bien évident que pour faciliter le passage de la pince, en fonction des obstacles repérés préalablement par une caméra vidéo, il est possible de régler les ressorts de rappel du support de pince, de façon à obtenir une amplitude de pivotement et une inclinaison voulue du support de pince et de la pince.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit.
La pince peut avoir toute forme voulue pour réaliser l'extraction dans une zone particulière d'un assemblage combustible.
Au lieu d'un pont roulant, la perche peut être fixée à sa partie supérieure à un chariot ayant une latitude de déplacement dans trois directions non coplanaires (par exemple perpendiculaires entre elles pour constituer un trièdre trirectangle) et associé à des mcyens de déplacement précis dans les trois directions.
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Le support et ses moyens de rappel peuvent avoir une forme différente de celle qui a été décrite. L'amplitude du pivotement peut être réglée à une valeur quelconque, de même que la force de rappel.
Le dispositif de commande à distance de la pince peut être d'un type différent de celui qui a été décrit qui utilise une poussée ou une traction effectuée sur un flexible. On peut envisager une transmission de type hydraulique, pneumatique ou électrique pour assurer la commande d'ouverture et de fermeture de la pince, à partir de moyens d'actionnement situés au-dessus du niveau de la piscine.
L'invention s'applique à l'extraction de tout type de pièces ou particules étrangères dans un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire refroidi à l'eau légère.