BE1005865A3 - Procede d'assemblage d'un jeu de combustible nucleaire et equipement pour ce procede. - Google Patents

Abstract

Un équipement d'assemblage et un procédé d'assemblage d'un jeu decombustible nucléaire est divulgué, grâce auquel il est possible de réduire les défauts ou griffes à la surface des barres de combustible. Les barres de combustible sont insérées dans les cellules des grilles de soutien, les grilles de soutien étant installées à proximité l'une de l'autre. Il est dès lors possible de réduire notablement le déplacement vers le bas de la partie d'extrémité de la barre de combustible. Classiquement, la partie d'extrémité ou surface inférieur de la barre de combustible vient inévitablement en contact avec la série de grilles de la grille de soutien de sorte que des griffes peuvent être formées à la surface de la barre de combustible, ce qui détériore la qualité du jeu de combustible, ce qui détériore la qualité du jeu de combustible. Cependant, selon le présent procédé et le présent équipement, il est possible d'éviter les chocs mutuels des barres de combustible et des grilles de soutien de sorte que le nombre de griffes formées à la surface des barres de combustible peut être réduit notablement.

Description

Procédé d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire et équipement pour ce procédé

La présente invention concerne un procédé d'assemblage et un équipement d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire utilisé dans des réacteurs nucléaires tels que les réacteurs à eau pressurisée.

Un jeu de combustible nucléaire classique existant est représenté en figure 6.

En figure 6, les références numériques 1 et 2 désignent respectivement un nez supérieur et un nez inférieur qui sont positionnés en positions mutuellement écartées dans le sens vertical et disposés de manière à se faire face. Un ensemble de tubes de guidage 3 pour barres de contrôle s'étendent entre le nez supérieur 1 et le nez inférieur 2 et y sont attachés fixement. Un ensemble de grilles de soutien 4 est fixé en position intermédiaire sur les tubes de guidage 3 de barres de contrôle de manière à être positionnés à écartement mutuel vertical.

Comme le représentent les figures 7 à 9, ladite grille de soutien 4 est configurée de sorte qu'un ensemble de bandes 7 sont assemblées perpendiculairement l'une à l'autre en forme de grille par assemblage mutuel de fentes 8 formées à intervalles égaux suivant la direction longitudinale de la bande, ce qui forme un ensemble de cellules 5 de grille dans chaque grille. Sur les parois desdites cellules 5 de grille sont prévues une paire de bosses 9 et une paire de ressorts 10 qui sont agencés de manière à se faire face et servent à maintenir une barre de combustible 6. La barre de combustible 6 insérée dans la cellule de grille 5 est maintenue dans la grille 4 en étant repoussée contre les bosses 9 par les ressorts 10.

Selon le procédé classique d'insertion de la barre de combustible 6 dans la cellule 5 de grille du jeu de combustible ci-dessus décrit, un ensemble de grilles de soutien 4 (normalement huit grilles de soutien) dont les cellules 5 de grille sont orientées dans une direction horizontale sont alignées dans la direction horizontale de manière à être écartées l'une de l'autre d'un intervalle prescrit; des éléments de clavette sont insérés dans la grille de soutien 4 de manière à écarter les ressorts 10 des bosses 9; à ce moment, un ensemble de barres de combustible 6 est inséré horizontalement dans les cellules 5 de grille pour effectuer l'assemblage du jeu de combustible.

Cependant, la barre de combustible habituellement utilisée comprend un tube enduit de zircalloy possédant une forme cylindrique, d'une longueur de 4 mètres au moins, et d'un diamètre extérieur d'environ 10 mm. Pour cette raison, lorsque l'on insère horizontalement la barre de combustible 6 dans la cellule 5 de grille selon le procédé ci-dessus, le bout de la barre de combustible 6 s'abaisse légèrement du fait de son propre poids et peut heurter la grille de soutien 4, et des griffes peuvent être formées à la surface de la barre de combustible 6 du fait que la surface inférieure de la barre de combustible 6 vient en contact avec la grille de soutien 4, ce qui est indésirable si l'on veut produire un jeu de combustible de qualité et de fiabilité élevées.

Par conséquent, l'objet de la présente invention est de proposer un procédé d'assemblage et un équipement d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire dans lequel les barres de combustible puissent être insérées dans les cellules de grille de la grille de soutien sans formation de griffes sur les barres de combustible.

Dans un aspect de la présente invention, on propose un procédé d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire dans lequel un ensemble de barres de combustible est inséré dans des cellules correspondantes de grille de chacune d'un ensemble de grilles de soutien écartées linéairement l'une de l'autre, le procédé comprenant les étapes de : agencer préalablement l'ensemble des grilles de soutien l'une à côté de l'autre; transférer les barres de combustible depuis un magasin de combustible et dans l'ensemble des grilles de soutien en insérant successivement les barres de combustible provenant d'une grille de soutien disposée d'un côté dans une grille de soutien disposée de l'autre côté; et extraire les barres de combustible hors du magasin de combustible tout en séparant l'ensemble des grilles de soutien et en les disposant en deux positions prescrites.

Dans un autre aspect de la présente invention, on propose un équipement d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire dans lequel un ensemble de grilles de soutien est aligné, les grilles étant agencées à proximité l'une de l'autre, et de nombreuses barres de combustible sont successivement insérées dans les cellules correspondantes de grilles de chacune des grilles de soutien, depuis la grille de soutien située d'un côté jusqu'à la grille de soutien située de l'autre côté, l'équipement comprenant : un mécanisme de maintien destiné à maintenir les barres de combustible insérées à travers les cellules de grilles de l'ensemble des grilles de soutien, et ce en position immobile par rapport à la grille de soutien située de l'autre côté; un mécanisme de transfert destiné à déplacer l'ensemble des grilles de soutien et le mécanisme de soutien de manière à augmenter l'écartement entre des grilles de soutien adjacentes; et un mécanisme de positionnement destiné à placer l'ensemble des grilles de soutien en des positions prescrites.

D'autres objets et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description ci-dessous du mode de réalisation préféré de la présente invention, et ce en référence aux dessins annexés.

Dans ces dessins : la figure 1 est une vue en perspective représentant la structure de l'équipement d'assemblage du jeu de combustible selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en perspective représentant des parties essentielles du mécanisme de transfert utilisé dans le mode de réalisation; la figure 3 est une vue en perspective représentant une autre partie du mécanisme de transfert; la figure 4 est une vue frontale représentant les parties principales du mécanisme de positionnement utilisé dans le mode de réalisation; la figure 5 est une vue en perspective représentant l'équipement d'assemblage du jeu de combustible dans les conditions de fonctionnement; la figure 6 est une vue latérale d'un jeu classique de combustible; la figure 7 est une vue frontale d'une bande utilisée pour construire la grille de soutien du jeu de combustible; la figure 8 est une vue en plan représentant les cellules de grille de la grille de soutien, dans lesquelles les barres de combustible sont insérées; et la figure 9 est une vue agrandie d'une cellule de grille de la grille de soutien représentée en figure 8.

[A] Structure de l'équipement d'assemblage

La structure de l'équipement d'assemblage selon un mode de réalisation de la présente invention est ici présentée en référence aux figures 1 à 5. Des pièces identiques à celles du jeu de combustible nucléaire décrit plus haut sont désignées par les mêmes références numériques et on a omis de les décrire en détail.

L'équipement d'assemblage selon le présente mode de réalisation comprend : un magasin 20 de combustible, en forme de parallélépipède rectangle, qui loge un ensemble de barres de combustible 6 parallèles; deux bases 30 soutenant le magasin 20 par la base de celui-ci; un mécanisme de poussée 40 agencé d'un côté (côté gauche en figure 1) des barres de combustible 6 logées dans le magasin de combustible 20, et qui repousse ces barres de combustible dans la direction de l'autre côté (côté droit en figure 1 ); neuf éléments de soutien 50 alignés de l'autre côté du magasin de combustible 20 et qui maintiennent de manière amovible les grilles de soutien 4; un mécanisme de retenue 60 fixé à l'autre surface (surface située du côté droit en figure 1 ) de l'élément de soutien 50 agencé de l'autre côté, et qui fixe les barres de combustible 6 à l'élément de soutien 5 en maintenant les barres de combustible 6 immobiles par rapport à la grille de soutien 4 disposée de l'autre côté; un mécanisme de transfert 70 agencé du côté de la surface inférieure des éléments de soutien 50 et pouvant déplacer l'élément de soutien 50 et le mécanisme de retenue 60 vers l'avant et vers l'arrière dans le sens horizontal (de gauche à droite et inversement en figure 1 ); et un mécanisme de positionnement 80 destiné à positionner chacune des grilles de soutien 4 et possédant des saillies formées sur la surface supérieure du mécanisme de transfert 70 faisant face à la surface inférieure des éléments de soutien 50 (voir figure 4).

Le magasin à combustible 20 ci-dessus décrit possède une longueur plus courte que la longueur des barres de combustible 6 de sorte qu'une extrémité de chaque barre de combustible 6 déborde hors du magasin de combustible 20.

Le mécanisme de poussée 40 comprend un socle 41 qui possède une surface supérieure 41a définissant une surface inclinée 41 parallèle à la surface latérale du magasin de combustible 20; quatre plaques 42 d'insertion par poussée de forme globalement rectangulaire disposée sur la surface inclinée 41 de manière à faire face à une extrémité des barres de combustible 6; et un mécanisme d'entraînement (non représenté) qui déplace individuellement les plaques 42 d'insertion par poussée vers l'avant et vers l'arrière dans la direction axiale des barres de combustible 6.

Des deux côtés des éléments de soutien 50 sont formées des brides 51 traversées chacune par un trou dans lequel pénètre une tige de cylindre d'un dispositif 83 à cylindre pneumatique (décrit plus loin en détail).

Le mécanisme de soutien 60 comprend un élément de succion 61 dont la forme générale est celle d'un carré et possédant un ensemble de creux 61a formés dans une de ses faces et possédant des ouvertures de succion de sorte que les autres extrémités des barres de combustible 60 pénètrent dans ses creux 61 a, et qui est fixé de manière amovible à la surface de l'élément de soutien 50, de l'autre côté, ainsi qu'un dispositif à vide 61 b telle qu'une pompe à vide prévu sur l'élément de succion 61 pour réduire la pression interne dans les creux 61a jusqu'à une pression négative, de sorte que les barres de combustible 6 enfoncées dans les creux 61a soient maintenues contre l'élément de succion 61.

Le mécanisme de transfert 70 comprend un socle 71 présentant la forme d'un plateau allongé et disposé en dessous des éléments de soutien 50 de manière à s'étendre le long des barres de combustible 6; un arbre 72 monté à rotation dans la partie centrale de la surface supérieure du socle 71, dans le sens de la longueur de celui-ci; des rails 73, respectivement fixés des deux côtés de cet arbre 72 et destinés à soutenir les éléments de soutien 50; un moteur 74, fixé sur la surface inférieure du socle 71, d'un côté de celui-ci, pour faire tourner l'arbre 72 à l'aide d'engrenages 74a et 72a; des paliers supérieurs 75 fixés sur la surface inférieure de chaque élément de soutien 50 et présentant un sillon semi-circulaire 75a destiné à loger la partie supérieure de l'arbre 72, comme représenté en figure 2; des paliers inférieurs 76 fixés à chaque palier supérieur 75 par un boulon et dotés d'un autre sillon semi-circulaire 76a destiné à loger la partie inférieure de l'arbre 72; et un total de six rouleaux cylindriques 77 disposés à rotation libre dans l'espace intérieur formé par les sillons 75a et 76a. Ainsi que le montre le plus clairement la figure 3, deux jeux de trois rouleaux 77 sont disposés de manière à ce que chaque rouleau soit écarté axialement de l'arbre 72 et que trois rouleaux de chaque jeu soient respectivement agencés en trois positions équidistantes sur la circonférence de la périphérie extérieure de l'arbre 72. En figure 2, on a omis de représenter le socle 71 pour des raisons de simplicité.

Ainsi que le représente la figure 3, les rouleaux 77 ci-dessus mentionnés sont agencés de sorte qu'un axe de chaque rouleau 77 soit incliné par rapport à l'axe de l'arbre 72. En faisant tourner le rouleau 77 à l'aide de l'arbre 72, il est possible de produire une composante de force dans la direction axiale de l'arbre 72 grâce à laquelle on peut produire la force de poussée des éléments de soutien 50.

Ainsi que le représente la figure 4, le mécanisme de positionnement 80 mentionné plus haut comprend une saillie 81 en forme de plaque s'étendant depuis la surface inférieure de chaque élément de soutien 50; des éléments d'ajustement 82 disposés sur la surface supérieure du socle 71, dans la direction de la largeur, en des positions permettant d'arrêter l'élément de soutien 50 de manière à le faire correspondre avec des saillies 81 ; un dispositif 83 à cylindre pneumatique fixé sur la surface intérieure du socle 71 du côté latéral des éléments d'ajustement 82, en vue d'accrocher une barre de cylindre dans un trou traversant 52 disposé en position appropriée sur l'élément de soutien 50, en traversant le trou 52 de l'élément de soutien 50. Les saillies 81 formées sur les éléments de soutien 50 sont disposées en différentes positions mutuellement écartées dans le sens transversal de ceux-ci. Ainsi, lorsque l'on déplace l'élément de soutien 50 dans la direction axiale de l'arbre 72, chaque saillie 81 traverse certains éléments d'ajustement 82 et ne vient en contact avec son élément d'ajustement correspondant que lorsque le déplacement de l'élément de soutien 50 est interrompu. Ainsi, il est possible de localiser chacun des éléments de soutien 50 en la position recherchée, de sorte que l'opération de positionnement peut s'effectuer de manière à positionner les éléments de soutien 50 en positions appropriées.

[B] Procédé d'assemblage Décrivons maintenant le procédé d'assemblage du jeu de combustible à l'aide de l'équipement d'assemblage présentant la configuration ci-dessus.

Tout d'abord, dans la situation initiale, les éléments de soutien 50 et les grilles de soutien 4 sont installés à proximité l'un de l'autre comme représenté en figure 1.

Ensuite, en déplaçant successivement dans d'autres directions les plaques 42 d'insertion par poussée prévues dans le mécanisme de poussée 40, les barres de combustible 6 sont successivement enfoncées et insérées dans les cellules 5 de grilles des grilles de soutien 4. Cette opération d'insertion est terminée lorsque l'autre extrémité des barres de combustible 6 est enfoncée dans les creux 61 a de l'élément de succion 61 du mécanisme de maintien 60 qui est monté sur l'élément de soutien 50 situé de l'autre côté.

Dans le procédé classique d'assemblage du jeu de combustible, lorsque l'on insère la barre de combustible 6 dans la grille de soutien 4, le bout de la barre de combustible 6 s'affaisse du fait de son propre poids de sorte que sa surface inférieure vient en contact avec la grille de soutien 4, ce qui présente le désavantage de la formation éventuelle de griffes à la surface de la barre de combustible 6. Par contraste, selon le présent procédé, la barre de combustible 6 est insérée dans la grille de soutien 4 dans des conditions telles qu'elles sont proches l'une de l'autre, ce qui réduit l'amplitude de l'affaissement de la barre de combustible 6. Il est ainsi possible de réduire les griffes formées à la surface de la barre de combustible 6. En d'autres termes, le présent procédé est avantageux en ce que la qualité du jeu de combustible est améliorée.

Selon le présent équipement d'assemblage utilisant les plaques 42 d'insertion par poussée grâce auxquelles les barres de combustible 6 sont insérées dans la grille de soutien 4, il est possible d'insérer simultanément la totalité des barres de combustible 6 dans les grilles de soutien 4 en entraînant simultanément toutes les plaques 42 d'insertion par poussée, de sorte que l'opération d'insertion des barres de combustible peut être effectuée de manière efficace.

Ensuite, en actionnant le dispositif à vide prévu dans le mécanisme de maintien 60, la pression interne de l'élément de succion 61 est réduite jusqu'à une pression négative de manière à maintenir les barres de combustible 6 immobiles dans les creux 61a. Ainsi, les barres de combustible 6 peuvent être maintenues immobiles par rapport à la grille de soutien 4 située de l'autre côté à l'aide de l'élément de succion 61 fixé à l'élément de soutien 50.

Ensuite, en actionnant le moteur 74 du mécanisme de transfert 70, l'arbre 72 est mis en rotation à l'aide des engrenages 72a, 74a, et par conséquent les rouleaux 77 sont mis en rotation. Cette rotation des rouleaux 77 produit la force de poussée qui est exercée sur les éléments de soutien 50 par l'intermédiaire des paliers 75, 76 situés dans la direction axiale de l'arbre 72, de sorte que chacun des éléments de soutien 50 peut être déplacé en direction de l'autre côté. En déplaçant l'élément de soutien 50 situé le plus à droite, les barres de combustible 6 fixées à cet élément de soutien 50 peuvent être déplacées en direction de l'autre côté. Ainsi, les barres de combustible 6 peuvent être extraites hors du magasin de combustible 20.

Du fait que le présent équipement d'assemblage prévoit le mécanisme de positionnement 80 dans lequel la saillie 81 est formée en dessous de chaque élément de soutien 50 et l'élément d'ajustement 82 est formé sur la surface supérieure du socle 71, la saillie 81 est en contact avec son élément d'ajustement 82 correspondant au cours du déplacement des éléments de soutien 50, de sorte que chaque élément de soutien 50 peut être arrêté et positionné en la position voulue. Ainsi, les éléments de soutien 50 peuvent être écartés l'un de l'autre et par conséquent les grilles de soutien 4 peuvent être chacune positionnée en l'emplacement voulu en fournissant l'écartement mutuel recherché, ce qui permet de réaliser le jeu de combustible prescrit (voir figure 5). Soit dit en passant, dans les situations où la saillie 81 de l'élément de soutien 50 s'ajuste à l'élément d'ajustement 82, les rouleaux 77 glissent sur la surface d'arbre 72 dans la direction périphérique de celui-ci et ces deux rouleaux se déplacent l'un par rapport à l'autre. Dès lors, lorsque le déplacement de l’élément de soutien 50 est interrompu, il est possible de poursuivre la rotation de l'arbre 72 ce qui permet de déplacer les autres éléments de soutien 50 et de les placer en leur position prescrite.

Ainsi que décrit ci-dessus, après avoir installé tous les éléments de soutien 50 en leur position prescrite, le moteur 74 est arrêté et à ce moment les cylindres pneumatiques 83 du mécanisme de positionnement 80 sont actionnés de manière à faire pénétrer les tiges dans les trous traversants 52 formés dans les brides 51 des éléments de soutien 50 de manière à immobiliser les éléments de soutien 50 par rapport au socle 71.

Ensuite, le fonctionnement du dispositif à vide prévu dans le mécanisme de retenue 60 est interrompu de manière à écarter l'élément de succion 61 de l'élément de soutien 50 disposé de l'autre côté. A ce moment, comme dans le procédé classique, les grilles de soutien 4 et les barres de combustible 6 sont enlevées d'un bloc des éléments de soutien 50 de manière à pouvoir être transportées et traitées dans l'étape suivante.

Ensuite, lorsque l'on assemble un autre jeu de combustible, les grilles de soutien 4 sont montées sur chaque élément de soutien 50, les tiges des cylindres pneumatiques 83 sont extraites des trous 52 traversant les éléments de soutien 50; et à ce moment, le moteur 74 est mis en rotation dans le sens inverse de manière à rapprocher à nouveau les éléments de soutien 50 les uns des autres. De plus, les plaques 42 d'insertion par poussée du mécanisme de poussée 40 sont renvoyées en leur position initiale. A ce moment, un autre magasin de combustible 20 entreposant les barres de combustible 6 est placé sur les parties supérieures des bases 30. Les opérations ci-dessus décrites sont ensuite répétées.

Cependant, certains équipements classiques d'assemblage prévoient un piston (par exemple, une barre d'insertion par traction) qui saisit le bout de la barre de combustible 6 et tire la barre de combustible 6 dans la grille de soutien 4 de manière à insérer la barre de combustible 6 dans la grille de soutien 4. Dans ce cas, une partie décalée est formée à la partie extrême de la barre de combustible 6 pour permettre à ce piston de saisir fermement la barre de combustible 6. Par contraste, le présent équipement d'assemblage prévoit un mécanisme de retenue 60 actionné par vide qui permet de saisir fermement la partie extrême de la barre de combustible 6 et d'insérer des barres de combustible 6 dans la grille de soutien 4. Il n'est donc pas nécessaire de prévoir une partie spécialement décalée sur l'extrémité de la barre de combustible 6, ce qui simplifie l'opération de fabrication des pièces de construction de la barre de combustible.

Enfin, cette invention peut être pratiquée ou réalisée d'autres manières sans quitter l'esprit de ses caractéristiques essentielles telles que décrites ci-dessus. Pour cette raison, le mode de réalisation préféré ici décrit est donné à titre d'illustration et non à titre restrictif, le domaine couvert par l'invention étant donné dans les revendications annexées, et toutes les variantes restant dans le cadre des revendications sont sensées être couvertes par celles-ci.

Claims (4)

1. Procédé d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire, dans lequel un ensemble de barres de combustible sont insérées dans des cellules respectives de grilles de chacune d'un ensemble de grilles de soutien alignées à écartement mutuel, ledit procédé comprenant les étapes de : agencer préalablement l'ensemble des grilles de soutien l'une à côté de l'autre; transférer les barres de combustible depuis un magasin de combustible et dans l'ensemble des grilles de soutien en insérant successivement les barres de combustible provenant d'une grille de soutien disposée d'un côté dans une grille de soutien disposée de l'autre côté; et extraire les barres de combustible hors du magasin de combustible tout en séparant l'ensemble des grilles de soutien et en les disposant en deux positions prescrites.

2. Equipement d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire, dans lequel un ensemble de grilles de soutien sont alignées et agencées à proximité l'une de l'autre, de nombreuses barres de combustible étant successivement insérées dans les cellules respectives de chacune des grilles de soutien desdits ensembles de grilles de soutien, à partir de la grille de soutien disposée d'un côté et en direction de la grille de soutien disposée de l'autre côté, ledit équipement comprenant : un mécanisme de maintien destiné à maintenir les barres de combustible insérées à travers les cellules de grilles de l'ensemble des grilles de soutien, et ce en position immobile par rapport à la grille de soutien située de l'autre côté; un mécanisme de transfert destiné à déplacer l'ensemble des grilles de soutien et le mécanisme de soutien de manière à augmenter l'écartement entre des grilles de soutien adjacentes; et un mécanisme de positionnement destiné à placer l'ensemble des grilles de soutien en des positions prescrites.

3. Equipement d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire selon la revendication 2, dans lequel ledit mécanisme de maintien comprend un élément de succion possédant un ensemble de creux formés dans une de ses surfaces, et un dispositif à vide relié auxdits éléments de succion en vue de réduire la pression interne dudit élément de succion de sorte qu'une partie de bout de chacune desdites barres de combustible soit maintenue dans un desdits creux par succion sous vide.

4. Equipement d'assemblage d'un jeu de combustible nucléaire selon la revendication 2, comprenant en outre un mécanisme de poussée possédant un ensemble de plaques d'insertion par poussée disposées chacune en position adjacente à une extrémité desdites barres de combustible, chacune desdites plaques d'insertion par poussée pouvant être déplacées en direction desdites grilles de soutien de sorte que lesdites barres de combustible sont poussées hors dudit magasin de combustible et dans lesdites grilles de soutien.