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Equipement d'assemblage de jeu de combustible nucléaire
Cette invention concerne un équipement de chargement de barres de combustible dans un jeu de combustible utilisé dans un réacteur nucléaire tel qu'un réacteur à eau pressurisée ou similaire.
On connaît un jeu de combustible classique tel que celui divulgué dans le brevet US-5 068 081, représenté en figure 3.
Dans cette figure, les références numériques 1 et 2 désignent respectivement un nez supérieur et un nez inférieur qui sont disposés verticalement et écartés en opposition et possèdent un ensemble de tubes de guidage 3 de barres de contrôle (ci-dessous désignés sous le terme de tubes de guidage 3) rigidement fixés entre le nez supérieur 1 et le nez inférieur 2. Dans la section médiane du tube de guidage 3, un ensemble de grilles 4 sont disposées verticalement et écartées l'une de l'autre.
Les grilles 4 sont constituées d'un ensemble de bandes 7 faites de fines bandes de métal possédant des fentes 8 formées dans la direction longitudinale, comme représenté en figure 4. Les fentes 8 sont entrecroisées pour former une structure réticulée comme représenté en figure 5, et chaque espace délimité par les bandes est désigné sous le terme de cellule 5 de grille. Chaque cellule 5 de grille est dotée de bosses 9 et de ressorts 10 formés sur les parois opposées des cellules 5 de grille. Une barre de combustible 6 insérée dans une cellule 5 de grille, représentée en figure 6, est comprimée contre la bosse 9 par le ressort 10, ce qui maintient la barre de combustible 6 fermement dans la cellule 5 de grille.
Il existe différentes approches aux étapes impliquées dans l'assemblage de tels
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jeux. Par exemple, dans le premier procédé, tel que représenté en figure 1, les grilles 4 sont disposées à des intervalles prescrits et les tubes de guidage 3 et le tube d'instrumentation sont insérés et fixés dans des cellules 5 déterminées de chacune des grilles 4, respectivement, avec ensuite insertion des barres de combustible 6 dans les autres cellules 5 de chacune des grilles 4 qui sont soutenues par les tubes de guidage 3.
Dans le second procédé, les barres de combustible 6 sont tout d'abord insérées et fermement maintenues dans les cellules 5 de grille, avec ensuite insertion des tubes de guidage 3 de barres de contrôle et d'un tube d'instrumentation dans les autres cellules 5 des grilles 4, et enfin une étape de fixation rigide de tube de guidage 3 aux grilles.
On connaît un procédé d'insertion des barres de combustible 6 dans la cellule 5 de grille à l'aide d'un chargeur d'insertion par traction, par exemple dans la publication ouverte de demande de brevet japonais H2-181 699, qui implique le recours à des moyens de clavette pour désactiver les ressorts 10, avec ensuite extension des barres d'insertion par traction d'un dispositif d'insertion par traction à travers les cellules 5, l'accrochage des bouts des barres de combustible 6 logées dans un magasin de barres de combustible à l'aide du dispositif d'accrochage fixé aux barres d'insertion par traction et le chargement des barres de combustible 6 dans le jeu de combustible par traction des barres de combustible 6 dans les cellules 5 des grilles 4.
Il existe des problèmes au cours du chargement des barres de combustible 6 à l'aide de barres d'insertion par traction après que les tubes de guidage 3 (et un tube d'instrumentation) ait été fixé aux grilles 4. Un des problèmes est l'interférence mécanique qui se produit entre les barres d'insertion par traction et le tube de guidage 3 installé lorsque l'on tente de charger les barres de combustible 6 dans les grilles 4. L'interférence mécanique est due au fait que certaines cellules 5 de grille sont déjà occupées par les pièces cylindriques d'insertion des tubes de guidage 3 disposés à l'entrée des grilles.
Dans un tel système, les barres d'insertion par traction correspondant aux cellules 5 de grille occupées par les tubes de guidage 3 ne doivent pas être activées, et seules les barres d'insertion par traction correspondant aux barres de combustible 6 devant être tirées dans les cellules 5 de grille devraient être activées. Le résultat en est que le mécanisme de chargement devient complexe à cause de la nécessité d'un dispositif spécial de contrôle destiné à sélectionner les barres d'insertion par
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traction correctes.
En outre, du fait que l'agencement de tubes de guidage dans les grilles est différent pour chaque étage de cellules de grille, l'actionnement des barres d'insertion par traction doit être réglé pour chaque étage de cellules de grille, ce qui conduit à une opération longue et compliquée d'installation des barres de combustible.
La présente invention fut effectuée compte tenu de ces problèmes des dispositifs classiques de chargement de barres de combustible du type à barres d'insertion par traction, et un objet de l'invention est de proposer un équipement de chargement du type à barres d'insertion par traction possédant une structure mécanique simple et fonctionnant efficacement et rapidement pour charger les barres de combustible dans le jeu de combustible, sans présenter la nécessité de posséder un dispositif spécial de sélection.
L'équipement d'assemblage de la présente invention comprend, depuis le côté entrée des barres de combustible dans l'équipement d'assemblage : (a) un magasin de barres de combustible alignées autour d'un axe central et disposé à l'extrémité côté entrée de l'équipement et destiné à loger des barres de combustible s'étendant longitudinalement en alignement parallèle ;
(b) des cadres de soutien alignés autour de l'axe central, destinés à soutenir les grilles de sorte que les cellules de grille soient tournées dans la direction des barres de combustible s'étendant longitudinalement ; et (c) un chargeur à insertion par traction destiné à charger les barres de combustible, alignées autour de l'axe central et disposé à rotation libre à l'extrémité côté sortie de l'équipement, en face du magasin de barres de combustible, le chargeur à insertion par traction possédant : un ensemble de barres d'insertion par traction dotées de moyen d'accrochage fixées à leur extrémité en vue d'accrocher et de charger les barres de combustible dans le jeu de combustible, dans lequel :
(d) les cellules pour tubes, destinées à recevoir les tubes de guidage de barres de contrôle étant situées dans la structure en réseau de la grille de telle sorte que les emplacements des cellules pour tubes dans un quadrant des grilles correspondent aux emplacements de cellules pour tubes dans les trois autres quadrants, lorsque le premier quadrant est tourné par pas de 90 degrés autour de l'axe central des grilles ; et
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(e) le chargeur à insertion par traction est doté de : un ensemble de barres d'insertion par traction d'une longueur suffisante pour atteindre l'extrémité côté entrée des barres de combustible en se déplaçant longitudinalement le long de l'axe central, alignées et en correspondance avec les emplacements des cellules pour barres de combustible, pour y maintenir fermement les barres de combustible.
Selon l'équipement d'assemblage de la présente invention, il est possible de charger un quart de toutes les barres de combustible prescrites pour le jeu de combustible en une seule opération de chargement, par simple insertion des barres d'insertion par traction dans le magasin de barres de combustible et, après accrochage des extrémités des barres de combustible, chargement des barres de combustible dans les cellules de grille par rétraction des barres d'insertion par traction dans le chargeur.
Dans la séquence d'étapes ci-dessus, il n'est pas nécessaire de sélectionner les barres d'insertion par traction à activer chaque fois que le chargeur est tourné de 90 degrés autour de l'axe central en vue du chargement, de manière à éviter que les cellules de grille occupées par les tubes de guidage, car les barres d'insertion par traction sont déjà disposées de manière à correspondre aux cellules de grille qui sont destinées aux barres de combustible.
Après qu'un quart des barres prescrites ait été chargé dans le jeu de combustible, le chargeur à insertion par traction est tourné de 90 degrés, et la séquence de chargement des barres d'insertion par traction est répétée pour charger les barres de combustible dans le quadrant suivant des grilles. La répétition des étapes cidessus pour les deux quadrants restants de la grille permet de charger toutes les barres de combustible dans le jeu de combustible.
Une telle opération de chargement simplifiée est rendue possible en reproduisant les emplacements prescrits des cellules pour tubes d'un quadrant d'un grille de manière identique dans les trois autres quadrants, de sorte que pour chaque rotation de 90 degrés du chargeur à insertion par traction, les barres d'insertion par traction sont disposées de manière à correspondre aux cellules de grille prescrites pour les barres de combustible dans la grille, et en insérant donc les barres de combustible uniquement dans les cellules de grille prescrite pour les barres de combustible.
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L'équipement de chargement inventé simplifie donc l'opération de chargement en ne requérant pas le recours à un sélecteur de barres d'insertion par traction qui est nécessaire dans les chargeurs classiques de barres de combustible du type à barres d'insertion par traction.
La figure 1 est un dessin schématique d'un premier mode de réalisation de l'équipement d'assemblage de la présente invention, la figure 2 est une vue agrandie en section transversale de la section suivant la ligne A-A de la figure 1, la figure 3 est une vue latérale d'un jeu classique de combustible, la figure 4 est une vue frontale d'une bande utilisée pour former les cellules des grilles, la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un jeu de combustible contenant un ensemble de barres de combustible et un ensemble de tube de guidage qui maintiennent ensemble jeu de combustible, et la figure 6 est une vue partielle agrandie d'une cellule de grille maintenant fermement une barre de combustible.
Le premier mode de réalisation est expliqué en référence aux figures 1 et 2. Dans l'explication ci-dessous, les parties de composants qui sont communes au jeu classique de combustible reçoivent les mêmes références numériques et leur explication est omise. Dans les descriptions qui suivent, la direction est donnée en référence à la direction de déplacement des barres de combustible qui se déplacent longitudinalement de la droite vers la gauche de l'illustration de la figure
1. Dès lors, le côté droit d'un composant ou d'un équipement est désigné comme le côté entrée et son côté gauche comme le côté sortie.
L'équipement d'assemblage du premier mode de réalisation comprend, depuis le côté entrée des barres de combustible de l'équipement d'assemblage : (a) un magasin 30 à barres de combustible qui longe un ensemble de barres de combustible 6 parallèles s'étendant longitudinalement et disposées du côté entrée de l'équipement d'assemblage (à droite en figure 1) ;
(b) sept cadres 20 de soutien de grille (désignés sous le terme de cadres de soutien 20) qui soutiennent les grilles 4 de manière à ce que les cellules 5 de grille
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soient tournées dans la direction longitudinale des barres de combustible 6 ; et (c) un ensemble de barres 40 d'insertion par traction logées dans un chargeur 50 d'insertion par traction disposé du côté sortie de l'équipement, avec les cadres de soutien 20 en position intermédiaire, en vue de saisir les bouts des barres de combustible 6 du côté de leur sortie (côté gauche de la figure 1).
Chacune des grilles 4 est divisée comme représenté en figure 5, en quatre quadrants carrés 4a, 4b, 4c et 4d formés par les deux lignes perpendiculaires L-M traversant l'axe central 0 de l'équipement d'assemblage, coaxialement avec l'axe central 0 des grilles 4.
Quatre cellules de grille pour tubes de guidage 5a (désignées sous le terme de cellule pour tubes Sa, c'est-à-dire les cellules 5 de grille destinées à l'insertion des tubes de guidage 3) sont distribuées symétriquement dans chacun des quadrants de telle sorte que les emplacements des cellules pour tubes 5a dans un quadrant coïncide exactement avec tous les autres quadrants lorsqu'un quadrant quelconque est tourné par pas de 90 degrés autour de l'axe central O. En d'autres termes, les cellules pour tubes 5a sont disposées symétriquement autour de l'axe central O. Les barres 40 d'insertion par traction sont positionnées de manière à correspondre aux emplacements des barres de combustible 6 dans le magasin 30 à barres de combustible,
et aux cellules 5b pour barres de combustible (c'est-à-dire les cellules 5 de grille prescrites pour maintenir des barres de combustible 6) dans chacun des quatre quadrants. En d'autres termes, les barres de combustible 6 sont disposées dans des cellules 5b spécifiques pour barres de combustible du quadrant, ce qui évite la répétition avec les cellules pour tube Sa. Le groupe de barres 40 d'insertion par traction disposées dans un quadrant peut tourner d'un bloc autour de l'axe central 0 à l'aide d'un dispositif de rotation disposé sur le chargeur 50 d'insertion par traction qui soutient toutes les barres 40 d'insertion par traction comme représenté en figure 1.
La longueur des barres 40 d'insertion par traction est telle qu'elles puissent atteindre les barres de combustible 6 logées dans le magasin 30 de barres de combustible à travers les cellules 5 de grille en se déplaçant librement le long de la direction longitudinale, via un socle longitudinal 57.
Les cadres de soutien 20 sont disposés à intervalle donné sur un socle tournant 21 qui s'étend dans la direction des barres de combustible. Le socle tournant 21 peut être relevé par des moyens d'entraînement en une position verticale lorsque
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l'opération de chargement des barres de combustible est terminée.
Les bouts des barres 40 d'insertion par traction (côté entrée) sont dotés d'un dispositif de saisie 41 destiné à saisir les barres de combustible 6 et sont en outre dotés d'un certain nombre de plaques de maintien 42 destinées à maintenir les barres de combustible en alignement particulier.
Le chargeur 50 d'insertion par traction comprend : (a) un socle 51 allongé en forme de L dont la section transversale est dotée en figure 2, disposé dans la direction longitudinale et soutenant les barres 40 d'insertion par traction via des plateaux de soutien 42 ; (b) des rails de guidage 52 disposés sur les deux parties de bord du socle 51 allongé en forme de L, et s'étendant dans la direction longitudinale ; (c) des pièces de guidage 53 qui débordent des deux surfaces latérales des plateaux de soutien 42 tournés vers le socle allongé 51 et accrochant à glissement les rails de guidage 52 ; (d) un moteur 55 disposé du côté sortie du socle allongé 51 (extrémité de gauche de la figure 1) en vue de faire tourner le socle 51 via un engrenage 54 autour de l'axe central 0 coaxial à l'axe central 0 des grilles 4 ;
(e) un socle de transfert 56, représenté en figure 1, qui est disposé à proximité de l'extrémité de sortie des barres 40 d'insertion par traction, et logeant un moteur linéaire qui déplace l'ensemble des barres 40 d'insertion par traction en direction des grilles 4 ; (f) un socle longitudinal 57 qui s'étend sur le socle allongé 51 longitudinalement entre le socle de transfert 56 et le socle allongé 51 ; (g) un rail 58 tournant en forme d'anneau qui tourne dans la direction périphérique, et disposé à proximité de chaque extrémité des barres 40 d'insertion par traction en vue de guider les déplacements de rotation du socle allongé 51 et les barres 40 d'insertion par traction tournant autour de l'axe central 0 à l'aide du moteur 55 et des engrenages 54 ;
(h) un guide périphérique de rotation (non représenté) disposé entre les rails tournants 58 et à la fois le socle longitudinal 57 et le plateau de soutien 42, attaché de manière amovible au socle longitudinal 57 et au plateau de soutien 52 de manière à ne pas interférer avec le déplacement des barres 40 d'insertion par traction avec les rails tournants 58 ; et
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(i) des soutiens 59 de rail fournissant un soutier au rail tournant 58.
Le fonctionnement de l'équipement d'assemblage du mode de réalisation est expliqué ci-dessous.
Tout d'abord, en actionnant le moteur linéaire fixé au socle de transfert 56, les barres 40 d'insertion par traction sont déplacées en direction des grilles 4 le long du socle longitudinal 57 (c'est-à-dire le long du socle allongé 51), et après passage à travers les cellules 5 des grilles 4 pour atteindre les côtés extrémité de sortie des barres de combustible 6 logées dans le magasin 30 de barres de combustible. A ce moment, les dispositifs de saisie 41 touchent et saisissent les bouts des barres de combustible 6.
Les barres 40 d'insertion par traction peuvent traverser les cellules 5 des grilles 4 sans aucune interférence avec aucun des tubes de guidage 3 du fait que toutes les barres 40 d'insertion par traction d'un quadrant particulier correspondent aux cellules 6b prévues pour les barres de combustible 6 et disposées dans le quadrant en question des grilles 4.
Ensuite, le moteur linéaire est à nouveau actionné pour rétracter les barres 40 d'insertion par traction de manière à extraire les barres de combustible 6 saisies par les barres 40 d'insertion par traction dans les cellules 5b pour barres de combustible des grilles 4. Il est ainsi possible de charger un quart de toutes les barres de combustible 6 en une seule opération par simple rétraction des barres 40 d'insertion par traction.
Après que les barres de combustible 6 aient été positionnées convenablement dans les cellules 5b à barres de combustible des grilles 4, les dispositifs de saisie 41 lâchent les barres de combustible 6 et les barres 40 d'insertion par traction sont rétractées légèrement en direction du côté sortie pour les renvoyer vers leur position originelle. A ce moment, à l'aide du moteur 55 du chargeur 50 d'insertion par traction (et via les engrenages 54, le socle allongé 51 et le plateau de soutien 42), les barres 40 d'insertion par traction sont tournées autour de l'axe central 0 (voir figure 1) de 90 degrés.
Par cette procédure, les barres 40 d'insertion par traction situées dans le quadrant voisin sont déplacées vers les
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emplacements de chargement (voir figure 5) de manière à permettre le chargement des barres de combustible 6 disposées dans le quadrant du magasin 30 de barres de combustible correspondant au quadrant en question des grilles 4 du jeu de combustible.
Dans le présent mode de réalisation, les cellules 5 des grilles 4 sont divisées en quatre quadrants 4a, 4b, 4c et 4d et les cellules 5 de grilles de chaque quadrant sont positionnées de telle sorte que lorsque les barres 40 d'insertion par traction sont tournées d'un angle de 90 degrés les emplacements des cellules 5a pour tubes d'un quadrant correspondent toujours aux cellules 5a pour tube du quadrant suivant. Grâce à cet agencement, lorsque les barres 40 d'insertion par traction d'un quadrant sont tournées de 90 degrés en vue du chargement, les emplacements des barres 40 d'insertion par traction correspondent toujours aux cellules 5b pour barres de combustible, ce qui permet aux barres 40 d'insertion par traction d'éviter de s'aligner sur des cellules 5a pour tube.
Les barres 40 d'insertion par traction peuvent alors être actionnées pour charger les barres de combustible 6 du quadrant suivant dans les cellules 5b pour barres de combustible de grille 4.
En répétant les étapes ci-dessus du procédé pour les autres quadrants, toutes les barres de combustible 6 situées dans le magasin 30 de barres de combustible peuvent être chargées dans les grilles 4 d'un jeu de combustible.
Selon le présent mode de réalisation, seules deux étapes principales d'actionnement, l'insertion par traction des barres de combustible 6 par les barres 40 d'insertion par traction et la rotation des barres 40 d'insertion par traction sont requises pour charger toutes les barres de combustible 6 dans le jeu de combustible. L'équipement d'assemblage est simplifié par le fait que l'équipement de chargement ne dépend pas d'un dispositif complexe tel qu'un sélecteur de barres d'insertion par traction. L'opération d'assemblage est effectué rapidement et efficacement du fait que toutes les barres de combustible 6 sont chargées dans le jeu de combustible en quatre étapes de rotation, ce qui permet de raccourcir la durée de l'assemblage.
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On remarquera que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier présenté et que d'autres variantes de l'invention sont possibles tout en restant à l'intérieur des limites divulguées dans les revendications qui suivent.