Bras de mamltention
La présente invention est relative à un bras permettant d'effectuer la manutention et le transfert des éléments de combustible d'un réacteur nucléaire par l'intermédiaire d'une pince de préhension montée à l'extrémité de ce bras.
Elle a pour but, surtout, au moyen d'un ensemble mécanique de conception simple, d'autoriser toutes les manutentions à envisager sur ces éléments de combustible pour le fonctionnement correct du réacteur, en permettant en particulier de retirer ces éléments, lorsqu'ils sont usés, hors du coeur du réacteur pour les entreposer dans une zone de stockage prévue à la périphérie de celui-ci, puis après une période de désactivation, de reprendre ces mêmes éléments dans cette zone pour les amener dans une autre région ou poste de déchargement à partir duquel un autre dispositif de manutention procède à leur sortie et à leur transfert de l'intérieur à l'extérieur du réacteur.
Bien entendu, le bras de manutention considéré permet d'effectuer les transferts des éléments combustibles neufs en sens inverse, notamment pour assurer leur introduction dans le coeur à la place des éléments usés préalablement retirés.
A cet effet, ce bras de manutention, comportant un corps tubulaire principal vertical, traversant un bouchon de fermeture de l'enceinte de protection du réacteur et reposant par l'intermédiaire de galets sur une couronne de roulement fixe autorisant une rotation dudit corps autour de son axe, un tube creux monté coaxialement à l'intérieur dudit corps et solidaire à son extrémité inférieure d'un chariot comportant une potence horizontale traversant la paroi latérale dudit corps, ladite potence supportant à son extrémité extérieure audit corps le boîtier d'une pince de préhension des éléments de combustible, une tige de commande montée dans l'axe du tube creux, articulée à son extrémité inférieure sur un fléau transversal pivotant autour d'une chape fixe à l'intérieur de ladite potence,
ledit fléau agissant sur une tige-poussoir disposée à l'intérieur du boîtier de pince pour coopérer avec des mors articulés sur ledit boîtier, se caractérise en ce que des moyens sont prévus à l'extérieur dudit corps tubulaire hors de ladite enceinte de protection pour commander le déplacement axial dudit tube creux et des moyens pour commander, indépendamment de la position dudit tube creux, le déplacement de ladite tige provoquant le pivotement dudit fléau et de ladite tige-poussoir.
Sur le dessin annexé à titre d'exemple:
la fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un bras de manutention suivant l'invention,
la fig. 2 est une vue en coupe du bras de manutention selon la coupe II-II de la fig. 1,
la fig. 3 est une vue en coupe à plus grande échelle d'un détail de réalisation du bras de manutention, illustrant notamment les organes d'étanchéité qu'il comporte à la traversée de l'enceinte de protection du réacteur.
Comme on le voit sur la fig. 1, le bras de manutention, désigné dans son ensemble par la référence 1, est monté à l'intérieur d'un bouchon 2 ayant de préférence une forme oblongue pour faciliter le démontage vertical du bras, avec le moindre encombrement. Ce bouchon 2 est engagé dans un second bouchon 3, monté tournant autour de son axe et fermant un orifice de dimensions correspondantes prévu dans l'enceinte de protection d'un réacteur nucléaire (non représenté). A travers le bouchon 2, sont ménagés deux alésages verticaux 4 et 5 dont le premier est réservé à la mise en place du bras 1, tandis que le second, normalement fermé sur toute sa hauteur, est réservé à l'introduction exceptionnelle d'appareillages d'intervention sur la pince de préhension 6 montée à l'extrémité du bras et dont le détail de réalisation sera explicité plus loin.
Le bras de manutention 1 se compose principalement d'un corps tubulaire cylindrique et vertical 7, engagé dans l'alésage 4 du bouchon 2 et reposant sur un redan 8 ménagé dans celui-ci à sa partie supérieure.
Le corps tubulaire 7 est associé à une pièce 9 formant épaulement de support pour un roulement 10 autorisant la rotation du corps 7 autour de son axe, le roulement étant par ailleurs maintenu en appui sur un bâti fixe 11 monté à l'intérieur du bouchon 2. L'ensemble des pièces précédentes sera d'ailleurs décrit plus en détail par la suite en relation avec la fig. 3. A l'intélieur du corps tubulaire 7 est monté un bloc 12 de protection vis-à-vis des rayonnements radioactifs, réalisé en un matériau dense approprié et s'étendant sur une hauteur suffisante pour éviter le passage à travers le corps tubulaire 7 de ces rayonnements provenant du coeur qui est situé sous le bouchon 2. Ce bloc 12 repose sur le corps tubulaire 7 au niveau du redan 8 et comporte axialement un alésage 13 dans lequel est monté un tube creux 14.
Ce tube creux est rendu solidaire à sa partie inférieure d'un chariot 15, comportant une première partie verticale 16 coaxiale au corps tubulaire 7 et une seconde partie formée d'une potence transversale 17 s'étendant à l'extérieur du corps 7 et traversant celui-ci par une fente verticale 18 convenablement ménagée dans sa surface latérale. A l'intérieur du tube 14, est montée une tige verticale 19 dont l'ex trémité supérieure 20 déborde légèrement du tube tandis que son extrémité inférieure est articulée autour d'un axe 21 sur un fléau transversal 22 monté à l'intérieur de la potence 17.
Ce fléau est lui-même pivotant autour d'un axe 23 supporté par une chape 24 solidaire de cette potence, l'autre extrémité du fléau étant reliée par une liaison à rotule (non représentée), à une tige-poussoir 25 disposée dans l'axe du boîtier 26 de la pince 6, cette tige-poussoir agissant par un système de came (également non représenté), sur les mors 27 de cette pince, pour réaliser la préhension des éléments de combustible dans le coeur du réacteur. Avantageusement, cette pince 6 peut être réalisée conformément aux dispositions envisagées dans la demande de brevet.
A sa traversée de l'extrémité supérieure de la partie 16 du chariot 15, la tige 19 est associée à un soufflet d'étanchéité 28 en acier inoxydable, notamment, dont un bord est solidarisé du chariot dans sa région proche de l'extrémité du tube creux 14. Par ailleurs, dans le bloc de protection, est montée une garniture 29 venant s'appliquer contre la surface extérieure du tube creux 14 pour assurer le raclage de la surface de celui-ci lorsqu'il se trouve remonté par des moyens décrits plus loin, dans le but d'éviter tout entraînement vers l'extérieur du réacteur de produits radioactifs en provenance du coeur ou de son agent de refroidissement.
La garniture 29 est de préférence montée à l'extrémité d'un manchon cylindrique 30 entourant le tube creux 14, ce manchon étant muni à sa partie supérieure d'une bride de raccordement avec une couronne 31 démontable, supportée par un tube 32 solidarisé de l'extrémité du corps 7. La couronne 31 est destinée à recevoir un capot d'étanchéité (non représenté) venant coiffer l'extrémité du tube creux 14 et de la tige axiale 19, en dehors des périodes de fonctionnement du bras de manutention.
Le chariot 15 monté à l'extrémité inférieure du corps tubulaire 7 et dont la fig. 2 illustre une vue en coupe transversale comporte une série de quatre galets répartis deux à deux de chaque côté de la partie verticale 16 de ce chariot, en étant également deux à deux superposés de manière à coopérer avec des pièces du guidage verticales 33 et 34 prévues contre la surface interne du corps 7. Avantageusement, les galets 35 du chariot 15 qui coopèrent avec les pièces de guidage 33 présentent une forme sensiblement hémisphérique, tandis que les galets 36 associés aux pièces de guidage 34 comportent de préférence une gorge interne dans laquelle s'engagent des saillies 37 de pièces réalisant l'alignement des galets et par suite le positionnement du chariot dans l'axe du corps tubulaire 7.
Ce dernier est associé à une lunette cylindrique 38 entourant la pince 6 et destinée à réaliser le guidage du boîtier 26 de celle-ci dans ses mouvements consécutifs au coulissement du tube creux 14. Cette lunette 28 est supportée par le corps 7 par l'intermédiaire d'entretoises 39 et de tirants 40 et comporte à sa partie supérieure un évasement 41 permettant de centrer le corps de pince au cours de la descente de celle-ci accompagnant le mouvement du chariot 15 dans le corps tubulaire 7. En outre, elle présente dans sa surface latérale une fente 42 ouverte vers le haut, autorisant le passage de la potence 17 supportant la pince, cette fente 42 étant uniquement fermée à sa partie inférieure 43 et comportant latéralement des glissières 44 guidant la potence sans frottement dans son mouvement, sauf en cas d'effort latéral inhabituel.
En outre, la partie inférieure de la lunette 38 comporte avantageusement une bague circulaire (non représentée) prévue pour éviter la remontée possible d'un élément de combustible hors du coeur du réacteur, susceptible d'accompagner intempestivement l'élément en prise avec les mors 27 de la pince.
A sa partie supérieure, le corps tubulaire 7 est réuni à un machon cylindrique 45 se prolongeant vers le haut et associé dans sa surface extérieure à une couronne dentée 46 engrenant avec un pignon 47, luimême fixé sur l'arbre de sortie 48 d'un groupe motoréducteur 49 à limiteur de couple, porté par un support 50 solidarisé avec la pièce 11 logée dans le bouchon 2.
Comme on le voit plus en détail sur la fig. 3, illustrant à plus grande échelle une vue en coupe du bras de menutention, l'étanchéité entre le corps tubulaire 7 et le manchon cylindrique 45 qui lui est lié par une série de pions verticaux 51, est réalisée au moyen de deux séries de joints dynamiques 52 et 53, montés entre un support 54 solidarisé par des vis 55 de la pièce 11 et une bague de maintien 56 d'une part, et une glace de frottement 57 rapportée sur l'épaulement 9 prévu à l'extrémité du corps 7 d'autre part. Avantageusement, un barrage d'un gaz neutre approprié, constitué de préférence par de l'argon, est prévu entre les joints 52 et 53, ce barrage étant réalisé par l'intermédiaire d'une canalisation d'alimentation 58 traversant la pièce 54.
D'autres tubulures d'amenée du gaz de barrage peuvent être également prévues telles que celles désignées par les références 59 et 60, respectivement dans le manchon 45 et la pièce 54, pour compléter l'efficacité de joints statiques 61 et 62.
Le roulement 10 se compose de galets 63 supportés par deux coussinets 64 et 65, respectivement solidarisés par des vis 66 et 67, le premier du manchon 45, et le second de la pièce fixe 54, ces galets autorisant, comme déjà indiqué, la rotation relative de l'ensemble du corps tubulaire 7 et des pièces qui lui sont liées autour de son axe à l'intérieur du bouchon de protection 2. Cette rotation peut être contrôlée au moyen d'une graduation 68 portée par un rebord 69 de la couronne dentée 46 et défilant devant un repère fixe 70 montée sur une collerette 71, rapportée sur le support 50 du groupe moto-réducteur 49.
Avantageusement, un soufflet statique d'étanchéité 72 entoure cet ensemble, ce soufflet étant solidarisé par sa partie supérieure de la collerette 71 et venant s'appuyer à son extrémité inférieure contre la pièce 11; des alimentations en gaz neutre de barrage 73 sont également prévus en ces endroits.
En se reportant à nouveau à la fig. 1, on voit que le manchon 45 est associé à un échangeur de chaleur 74 en alliage léger comportant une série d'ailettes verticales 75, cet échangeur permettant d'évacuer par convection naturelle la majeure partie des calories remontant du coeur du réacteur vers la partie supérieure du bras, en particulier par l'intermédiaire du tube creux 14 et de la tige axiale 19 qu'il contient. Cet échangeur 74 a ainsi pour but d'éviter un échauffement excessif du roulement 10 et, en particulier, de son coussinet intérieur 64. En effet, ce roulement est de préférence monté avec des jeux faibles pour obtenir une grande précision dans le positionnement du bras, ce qui rend particulièrement gênant les écarts trop importants de température qui risquent de provoquer des grippages ou même un blocage complet.
Au-dessus du manchon 45 est monté un sas 76 ou boîte à gant , formé d'une virole cylindrique percée de trous (non représentés) pour la mise en place de hublots, de ronds de gant et de dispositifs d'éclairage notamment. Ce sas permet d'effectuer toutes les opérations manuelles nécessaires sur l'extrémité du tube creux 14 et de la tige 19 afin d'autoriser en particulier leur accouplement avec leurs moyens de commande décrits ci-après. A sa partie supérieure, le sas 76 comporte une trappe 77 représentée sur la fig. 1 en position ouverte, la position fermée étant schématisée par des traits mixtes, cette trappe 77 permettant la fermeture du sas une fois le capot de protection mis en place sur la couronne 31.
Le sas 76 se prolonge vers le haut au moyen d'une cheminée cylindrique 78 étanche, fixée sur le sas par l'intermédiaire de joints statiques (non représentés), cette cheminée comportant à son
extrémité supérieure un anneau de manutention 79 et dans sa surface latérale une bride circulaire 80. Cette
cheminée est réservée notamment, à la mise en place
et au support d'un treuil 81 sur le tambour 82 duquel
s'enroule un câble 83 dont l'extrémité est rendue solidaire d'un plateau 84. Aux extrémités de ce plateau,
sont articulés deux longues mâchoires 85 et 86 dont les
extrémités formant pinces, sont aptes à venir saisir
entre elles le bord supérieur du tube creux 14. En
outre, au centre du plateau 84, est articulé le corps
d'un vérin hydraulique ou électrique 87 dont la tige 88
est solidarisée de l'extrémité 20 de la tige 19 au moyen d'une goupille spéciale.
Ce vérin est relié à un câble
souple d'alimentation (non représenté) et comporte un
limiteur de couple et des butées de fins de course.
Enfin, l'équipement du bras de manutention se
complète au moyen d'une virole cylindrique extérieure
89, indépendante des organes précédents et susceptible
de s'adapter sur un rebord de la bride 80 de la che
minée 78. Cette virole est entourée par une hotte 90
ouverte à ses deux extrémités, qui comporte un joint
91 glissant sur la surface externe de la virole, et qui
repose par sa partie inférieure contre l'extrémité du
bouchon 2, la virole et la hotte étant destinées à autoriser, comme décrit plus loin, certaines manoeuvres exceptionnelles du bras en cas de blocage d'un élément combustible à l'extrémité de la pince 6.
Le bras de manutention dont les éléments principaux sont explicités ci-dessus, est mis en oeuvre de la façon suivante: comme déjà indiqué, le bras considéré est essentiellement destiné à affectuer le transfert d'éléments de combustible depuis le coeur du réacteur vers une zone de stockage, ou inversement à autoriser la prise d'un élément dans cette zone pour l'introduire ensuite dans le coeur. A cet effet, le bras de manutention doit être susceptible de réaliser un certain nombre de mouvements d'orientation et de déplacement de la pince dont il est muni, soit pour l'amener au-dessus de l'élément de combustible à saisir, soit pour déterminer la descente de la pince, soit enfin pour commander le mouvement de ses mors.
En ce qui concerne le positionnement de l'extrémité du bras, il est aisément obtenu par la rotation relative du bochon 3 et du corps tubulaire 7. Dans l'une quelconque des positions ainsi obtenues, le mouvement de descente ou inversement de montée de la pince 6, nécessaire pour réaliser la mise en place ou le retrait d'un élément de combustible, est obtenu par l'intermédiaire du tube creux 14 et du chariot 15 dont le déplacement axial par rapport au corps tubulaire 7 est commandé par le treuil 81 entraînant le câble 83 et le plateau 84, celui-ci entraînant le tube 14 saisi par les mâchoires 85 et 86. Un dynamomètre (non représenté) permet de doser les efforts exercés et de détecter les anomalies susceptibles de se produire pendant les manoeuvres. En outre, un indicateur de niveau contrôle la position du tube creux dans la cheminée.
Ces mouvements du tube creux 14 déterminent ceux du chariot 15 dont il est solidaire et, par l'intermédiaire de la potence 17, du boîtier 26 de la pince 6.
Pour un déplacement de haut en bas du tube, la pince 6 est descendue vers le coeur puis, guidée par la partie conique 41 de la lunette 38, pénètre dans celle-ci jusqu'à fin de course correspondant à la butée du chariot 15 contre le fond du corps tubulaire 7. A cet instant, la commande des mors 27 de la pince 6 peut être obtenue par action directe sur la tige 19 au moyen du vérin 87, ce déplacement de la tige faisant pivoter le fléau 22 qui détermine en sens inverse le mouvement de la tige-poussoir 25 et le pivotement des mors selon le processus indiqué dans la demande de brevet antérieure déjà mentionnée.
Par la combinaison de ces différents mouvements, on voit qu'il est ainsi possible d'effectuer avec le bras selon l'invention toutes les manutentions nécessaires des éléments de combustible à l'intérieur du coeur du réacteur. En fin d'opération, le tube creux 14 et sa tige 19 peuvent être désaccouplés à travers le sas 76 de leurs organes de commande respectifs, ceux-ci étant ensuite remontés dans la cheminée 78 tandis qu'un capot de protection est placé sur la couronne 31, I'ensemble du bras restant dans cette position pendant le fonctionnement du réacteur. En outre, il est à noter qu'au cours de manutentions, les risques de fuites vers l'extrémité supérieure du bras de produits radioactifs sont toujours réduits au minimum, grâce notamment à la garniture 29 qui porte sur le tube creux 14.
En par
ticulier, dans le cas où le bras considéré est utilisé dans un réacteur dont le coeur baigne dans du sodium liquide, cette garniture de raclage évite toute remontée de dépôts de sodium sur la surface du tube 14. En outre, les joints dynamiques d'étanchéité (fig. 3) et les différents barrages de gaz neutre associés à ces joints évitent tout passage des vapeurs de sodium, tout en permettant un contrôle continu de l'efficacité de ces joints.
Toutefois, au cours des diverses opérations de manutention, peut éventuellement se produire le blocage d'un élément combustible coincé entre les éléments qui l'entourent, par suite notamment des déformations des structures du coeur dues au fonctionnement, ce blocage pouvant intervenir alors que l'élément est déjà engagé dans la lunette de guidage 38. Dans cette éventualité, le corps tubulaire 7 ne peut plus tourner autour de son axe et se trouve immobilisé.
Pour effectuer la manoeuvre de déblocage, on utilise la virole 89 et la hotte 90 de la façon suivante, après avoir monté les pièces comme illustré sur la fig. 1, la virole 89 reposant sur la bride 80 de la cheminée 78.
Après avoir, par l'intermédiaire de glissières (non représentées) bloqué en rotation le roulement 10, on retire les vis de fixation 55 solidarisant la pièce 54 avec la pièce fixe 11. A ce stade des opérations, on relie l'anneau supérieur 79 de la cheminée 78 sur le crochet du treuil d'un pont roulant, centré sur l'axe de l'ensemble du bras et on soulève à vitesse réduite celui-ci, la virole 89 suivant le mouvement en glissant contre la hotte de protection étanche 90 sur le joint 91 de cette dernière. On soulève donc ainsi tout le corps tubulaire et par suite la lunette 38 jusqu'à une hauteur suffisante pour la dégager de l'élément combustible bloqué. On provoque alors une rotation de l'ensemble d'un angle suffisant pour amener la lunette 38 en dehors de la zone précédente et on ramène ensuite le bras en position première, les vis 55 le solidarisant à nouveau du bouchon 2.
On procède alors au déblocage final en enlevant un par un les éléments combustibles voisins de l'élément qui a donné lieu à l'incident, celuici étant ensuite retiré sans risque de nouveau coincement.