EP3815113A1 - Dispositif d'intervention sur un assemblage de combustible nucléaire - Google Patents

Dispositif d'intervention sur un assemblage de combustible nucléaire

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Publication number
EP3815113A1
EP3815113A1 EP19734367.6A EP19734367A EP3815113A1 EP 3815113 A1 EP3815113 A1 EP 3815113A1 EP 19734367 A EP19734367 A EP 19734367A EP 3815113 A1 EP3815113 A1 EP 3815113A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
intervention
nuclear fuel
fuel assembly
arm
intervention device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP19734367.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pierre Wegeler
Mourad OUNISSI
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva NP SAS
Original Assignee
Framatome SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Framatome SA filed Critical Framatome SA
Publication of EP3815113A1 publication Critical patent/EP3815113A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C19/00—Arrangements for treating, for handling, or for facilitating the handling of, fuel or other materials which are used within the reactor, e.g. within its pressure vessel
    • G21C19/26—Arrangements for removing jammed or damaged fuel elements or control elements; Arrangements for moving broken parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/02—Gripping heads and other end effectors servo-actuated
    • B25J15/0253—Gripping heads and other end effectors servo-actuated comprising parallel grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/04—Gripping heads and other end effectors with provision for the remote detachment or exchange of the head or parts thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J5/00—Manipulators mounted on wheels or on carriages
    • B25J5/02—Manipulators mounted on wheels or on carriages travelling along a guideway
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/02—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type
    • B25J9/04—Programme-controlled manipulators characterised by movement of the arms, e.g. cartesian coordinate type by rotating at least one arm, excluding the head movement itself, e.g. cylindrical coordinate type or polar coordinate type
    • B25J9/046—Revolute coordinate type
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C17/00—Monitoring; Testing ; Maintaining
    • G21C17/06—Devices or arrangements for monitoring or testing fuel or fuel elements outside the reactor core, e.g. for burn-up, for contamination
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • TITLE Device for intervention on a nuclear fuel assembly
  • the present invention relates to a device for intervention on a nuclear fuel assembly placed underwater in a swimming pool.
  • a nuclear fuel assembly for a pressurized water nuclear reactor comprises a bundle of parallel nuclear fuel rods, spaced apart transversely from one another by a support skeleton comprising in particular a lower nozzle and an upper nozzle spaced along a longitudinal axis, guide tubes extending along the longitudinal axis and connecting the lower nozzle and the upper nozzle between them, and retaining grids fixed to the guide tubes by being distributed along said guide tubes.
  • the nuclear fuel rods extend along the longitudinal axis between the lower nozzle and the upper nozzle by passing through the retaining grids which support the nuclear fuel rods longitudinally and keep them transversely apart from one another.
  • the retaining grids consist of interlocking plates delimiting cells intended to be crossed by the guide tubes and the fuel rods.
  • the retaining grids are provided with a peripheral belt carrying projecting guide fins on their lower edge and / or on their upper edge and inclined towards the center of the retaining grid.
  • Each cell of a retaining grid crossed by a respective nuclear fuel rod is generally provided on internal surfaces of the cell with retaining elements, such as springs and / or bosses, for longitudinally supporting and transversely maintaining the nuclear fuel rod crossing this cell.
  • a cooling fluid circulates through the nuclear fuel assembly along the longitudinal axis, passing between the nuclear fuel rods and through the nozzles and the retaining grids.
  • Each cell of a holding grid through which a respective nuclear fuel rod passes can also comprise one or more fins for mixing the cooling fluid.
  • Such debris is entrained by the cooling fluid and can become trapped in the nuclear fuel assemblies, between the nuclear fuel rods, with the risk of damaging these nuclear fuel rods, and in particular ultimately leading to a loss. sealing of a nuclear fuel rod.
  • FR2633769A1 discloses a device for extracting debris from an underwater nuclear fuel assembly, comprising a pole, a clamp mounted at a lower end of the pole and a mechanism for controlling the opening and closing of the clamp remotely.
  • this extraction device is inconvenient to use. Its positioning is imprecise and it does not allow easy access to all the places where debris can get caught in a nuclear fuel assembly, nor guarantee in all situations that the forces applied to the components of the assembly of nuclear fuel do not come to damage elements of the device or of the nuclear fuel assembly and in particular do not come to damage the holding elements of a nuclear fuel rod, for example by application of too great a transverse force on said rod.
  • the peripheral plates can be locally damaged by hooking with an adjoining element of the handling chain, for example a storage cell having a geometric discontinuity or a surface defect, an adjacent fuel assembly ..., during the longitudinal displacement of the nuclear fuel assembly relative to this element, making the nuclear fuel assembly unfit for loading in the state in the nuclear reactor core.
  • an adjoining element of the handling chain for example a storage cell having a geometric discontinuity or a surface defect
  • FR2641 1 18A1 discloses a device for straightening the guide fins of the grids holding a nuclear fuel assembly comprising a pole, an intervention tool comprising a folding means and a support and displacement means for the tool 'intervention.
  • this device for straightening the guide fins is inconvenient. Its positioning is imprecise and it does not have sufficient degrees of freedom to allow effective intervention in all configurations, nor to guarantee in all situations that the forces applied to the components of the nuclear fuel assembly do not come to damage elements of the device or of the nuclear fuel assembly and in particular do not come to damage the holding elements d 'a nuclear fuel rod for example by applying too much transverse force to said pencil.
  • One of the aims of the invention is to propose an intervention device on a nuclear fuel assembly which facilitates interventions without inducing any risk of damage to the elements of the fuel assembly or of the device.
  • the invention provides an intervention device on a nuclear fuel assembly disposed under water, the intervention device comprising an articulated robotic arm comprising a fixing base, a terminal member and at least one arm segment connecting the base to the terminal member, and an intervention member carried by the terminal member, the intervention member being configured to intervene on the nuclear fuel assembly.
  • the robotic arm fitted with an intervention unit makes it possible to move the intervention unit and to orient the intervention unit easily to insert it into the nuclear fuel assembly and intervene on debris trapped in the nuclear fuel assembly, for example between nuclear fuel rods, in a lower nozzle, in an upper nozzle or in a grid of the nuclear fuel assembly or on a component of the nuclear fuel assembly requiring intervention.
  • the robotic arm can be easily controlled remotely, making operations easier.
  • the intervention device may include one or more of the following optional characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination:
  • the robotic arm has an articulated arm segment on the base and an actuator configured to move the arm segment relative to the base;
  • the robotic arm has at least two arm segments hinged together and an actuator configured to rotate each arm segment relative to the other;
  • the robotic arm has exactly two segments of arms hinged together, one being articulated on the base and the other carrying the terminal member; the arm segment carrying the end member extends along an arm segment axis, the intervention member being mobile in rotation relative to this arm segment around an axis of rotation substantially coaxial or parallel with the arm segment axis;
  • the intervention unit is configured to seize debris or a component of the nuclear fuel assembly
  • the intervention unit is configured to deform a debris or component of the nuclear fuel assembly
  • the intervention unit is configured to cut debris or a component of the nuclear fuel assembly
  • the intervention unit is a clamp having two jaws movable relative to one another;
  • the two jaws extend in a direction of extension, the intervention member being movable in rotation relative to the segment of the arm carrying the end member around an axis of rotation substantially parallel to the direction of extension ;
  • the intervention unit is configured to aspirate debris and includes a suction cannula connected to the suction and filtration device;
  • It comprises a support base, the robotic arm being mounted movable in translation relative to the support base in at least one direction of translation;
  • It includes an actuator configured to move the robotic arm in translation relative to the support base in at least one direction of translation;
  • the support base is configured to fit into the upper part of a cell for receiving a nuclear fuel assembly
  • FIG. 1 is an elevational view of a nuclear fuel assembly
  • FIG. 2 is a perspective view of an intervention device on a nuclear fuel assembly, in a first configuration
  • - Figure 3 is a perspective view of the intervention device, in a second configuration
  • - Figure 4 is a perspective view of the intervention device, in a third configuration
  • FIG. 5 to 8 are perspective views of interchangeable intervention members of the intervention device.
  • the nuclear fuel assembly 2 of Figures 1 and 2 includes a bundle of nuclear fuel rods 4 and a support skeleton 6 configured to carry the nuclear fuel rods 4.
  • the nuclear fuel rods 4 extend parallel to each other and to a longitudinal axis L of the nuclear fuel assembly 2.
  • the longitudinal axis L extends vertically when the nuclear fuel assembly 2 is placed in the core of a nuclear reactor. In operation, a coolant flows vertically from bottom to top through the nuclear fuel assembly 2, as shown by arrow F.
  • the support skeleton 6 comprises a lower end piece 8, an upper end piece 10, a plurality of guide tubes 12 and a plurality of retaining grids 14.
  • the lower end piece 8 and the upper end piece 10 are spaced along the longitudinal axis L.
  • the guide tubes 12 extend along the longitudinal axis L and connect the lower end piece 8 and the upper end piece 10 between them, maintaining the spacing between the lower nozzle 8 and the upper nozzle 10.
  • the nuclear fuel rods 4 are received between the lower nozzle 8 and the upper nozzle 10.
  • Each guide tube 12 is open at its upper end to allow the insertion of a control bar (not shown) inside the guide tube 12, through the upper end piece 10.
  • a control bar allows to control the reactivity of the nuclear reactor core into which the nuclear fuel assembly 2 is inserted.
  • the retaining grids 14 are distributed along the guide tubes 12, being spaced apart from one another along the longitudinal axis L. Each retaining grid 14 is rigidly fixed to the guide tubes 12, the guide tubes 12 s extending through each retaining grid 14. Each retaining grid 14 is configured to longitudinally support the nuclear fuel rods 4 while maintaining them in a configuration in which they are spaced from each other.
  • the nuclear fuel rods 4 are preferably positioned laterally at the nodes of a substantially regular imaginary network.
  • Each retaining grid 14 comprises, for example, interlocking internal plates and a peripheral belt, surrounding the internal plates and formed by four peripheral plates 16, thus forming a plurality of cells.
  • Each cell intended to receive a respective nuclear fuel rod 4 is generally provided with holding elements coming into contact with the external surface of the nuclear fuel rod 4 to maintain it longitudinally and transversely.
  • Each cell intended to receive a respective nuclear fuel rod 4 may comprise at least one fin for mixing the coolant projecting upwards from the support grid with respect to the longitudinal axis L of the fuel assembly nuclear 2 and preferably being inclined obliquely upwards and inwards of the cell.
  • each cell comprise for example at least one elastic spring and / or at least one rigid boss, each spring being for example configured to push the nuclear fuel rod 4 in abutment against one or more boss (es).
  • Each retaining grid 14 is generally provided with a peripheral belt, formed for example of peripheral plates 16, carrying guide fins 18 projecting from its lower edge and / or from its upper edge, and inclined towards the center of the retaining grid 14, for guiding the retaining grid 14 with the surrounding objects during handling operations of the nuclear fuel assembly 2.
  • the intervention device 20 is configured to intervene on the assembly of nuclear fuel 2 under water.
  • the nuclear fuel assembly 2 is submerged in a body of water, in a swimming pool at the nuclear power plant.
  • the nuclear fuel assembly 2 is for example suspended in the body of water.
  • the intervention device 20 comprises an articulated robotic arm 22 and an intervention member 24, here a clamp, carried by the robotic arm 22.
  • the robotic arm 22 includes a base 26, located at one end of the robotic arm 22 for fixing the robotic arm 22 on a support, and a terminal member 28 located at the other end of the robotic arm 22, for fixing the intervention member 24 on the robotic arm 22.
  • the robotic arm 22 has at least one arm segment 30, 32 located between the base 26 and the terminal member 28.
  • Each arm segment 30, 32 is elongated along a respective arm segment axis A1, A2.
  • the robotic arm 22 comprises for example several arm segments 30, 32 arranged in series between the base 26 and the end member 28.
  • the arm segment 30 connected to the base 26 is articulated on the base 26, and each arm segment 32 next is articulated on the arm segment 30, 32 previous.
  • the arms segment axes A1, A2 are coplanar and the arm segments 30, 32 are articulated at the base 26 and between them only around distinct and parallel axes of rotation B1, B2, the axes of rotation B1, B2 being substantially perpendicular to the axes of the arm segment A1, A2.
  • the arm segments 30, 32 move in a plane of displacement fixed relative to the base 26, the plane of movement being defined by the axes of arm segment A1, A2.
  • each arm segment 30, 32 is movable in rotation relative to the base 26 or to the other arm segment on which it is mounted, on a stroke of at least 120 °, preferably on a stroke of approximately 180 °.
  • the robotic arm 22 here comprises exactly two arm segments 30, 32, namely a proximal arm segment 30 articulated on the base 26 and a distal arm segment 32, articulated on the proximal arm segment 30 and carrying the end member 28.
  • the proximal arm segment 30 is articulated on the base 26 around a single axis of rotation B1
  • the distal arm segment 32 is articulated on the proximal arm segment 30 around a single axis of rotation B2 distinct and parallel to the axis of rotation B1 of the arm segment 30 relative to the base 26.
  • the intervention member 24 is mounted movable in rotation relative to the arm segment carrying the terminal member 28, here the distal arm segment 32, about an axis of rotation B3 coaxial with or parallel to the axis of extension A2 of this arm segment 32.
  • the axis of rotation of the intervention member 24 relative to the arm segment carrying the terminal member 28 is located in the plane of movement of the arm segments 30, 32
  • the rotation of the intervention member 24 about the axis of rotation B3 makes it possible to orient the intervention member 24 to facilitate its insertion into the nuclear fuel assembly 2, for example between the nuclear fuel rods 4 or in the lower nozzle 8 or the upper nozzle 10.
  • the robotic arm 22 is configured so that the intervention member 24 mounted on the robotic arm 22 is rotatable around the axis of rotation B3 over 360 °.
  • the intervention member 24 is preferably movable in rotation without angular limitation.
  • the intervention agency 24 can perform several turns in one direction as in the other.
  • the robotic arm 22 has at least one actuator 34, 36, 38 for controlling the movements of the robotic arm 22 and, optionally, the movements of the intervention member 24.
  • the robotic arm 22 here has an actuator 34 for controlling the orientation of the proximal arm segment 30 relative to the base 26 and an actuator 36 for controlling the orientation of the distal arm segment 32 relative to the proximal arm segment 30.
  • the robotic arm 22 optionally incorporates an actuator 38 to control the orientation of the intervention member 24 around the axis of rotation B3.
  • the actuator 38 is for example integrated inside the arm segment carrying the intervention member 24, here the distal arm segment 32, which is faired.
  • the intervention device 20 comprises a translation assembly 42 on which the robot arm 22 is mounted, the translation assembly 42 being configured to move the robot arm 22 in translation in a direction of translation T 1.
  • the direction of translation T1 is substantially perpendicular to the plane of movement of the arm segment (s) 30, 32 of the robotic arm 22.
  • the direction of translation T1 is thus substantially parallel to the axis of rotation B1, B2 of each arm segment 30 , 32 relative to the base 26 or to the preceding arm segment.
  • the translation assembly 42 includes an actuator 44 configured to control the movement of the base 26 in translation in the translation direction T1.
  • the actuator 44 is here a linear cylinder, for example a hydraulic cylinder or an electric cylinder.
  • the translation assembly 42 comprises a base 46 and a carriage 48 slidably mounted on the base 46 in the direction of translation T1, the actuator 44 being disposed between the base 46 and the carriage 48 to control the movement of the carriage 48 relative to the base 46.
  • the robotic arm 22 is mounted on the carriage 48 by fixing the base 26 on the carriage 48.
  • the translation assembly 42 defines a robotic "translation table" for moving the robotic arm 22 in translation.
  • the intervention device 20 is designed to be placed on a cell present in the swimming pool and intended to receive an assembly of nuclear fuel 2 under water, for example a storage cell or a descender basket .
  • the intervention device 20 comprises a support base 50 configured to be inserted in the upper part 52 of the cell.
  • a cell generally has the shape of a vertically extending tube with a generally square section.
  • the support base 50 comprises an insertion element 54 intended to be inserted vertically in the upper part 52 of the cell, and a support element 56 supporting the robotic arm 22 in cantilever with respect to the insert 54.
  • the intervention device 20 is held in place by its own weight.
  • the intervention device 20 is placed on the basket of the descender in the high position, that is to say when the upper part 52 of the cell is out of water, to facilitate docking of the device. intervention 20 and the insertion of the insertion element 54.
  • the intervention device 20 is then immersed by lowering the descender, immersing at the same time any power supply and control cables of the intervention device 20, until the intervention device 20 is placed at the desired height with respect to the nuclear fuel assembly 2 and with a sufficient height of water to carry out the intervention in complete safety.
  • the nuclear fuel assembly 2 is for example suspended in the water using a lifting tool.
  • the translation assembly 42 is fixed on the support base 50, more precisely on the support element 56, and the robotic arm 22 is fixed on the translation assembly 42.
  • the translation assembly 42 is fixed on the support base 50 so as to be able to adjust the position of the translation assembly 42 in a translation direction T2 perpendicular to the translation direction T1 of the carriage 48, in several adjustment positions, for example discrete adjustment positions.
  • the support base 50 is for example provided with at least one rail 58, for example two rails 58, each rail 58 extending in the direction of translation T2 and being provided with several fixing orifices 59 distributed the along rail 58.
  • the intervention device 20 comprises a receptacle for depositing the debris extracted from the nuclear fuel assembly 2 and for receiving the debris which could fall during the intervention on the nuclear fuel assembly 2.
  • the receptacle is for example provided in the form of a tray 60 provided with a flange.
  • the intervention device 20 includes a guidance system 62 configured to position the nuclear fuel assembly 2 and the intervention device 20 relative to one another.
  • the guide system 62 is advantageously configured to come to bear on a lateral face of the nuclear fuel assembly 2 at a point or several points spaced along the nuclear fuel assembly 2.
  • the nuclear fuel assembly 2 in operation is suspended under water, attached to an independent lifting tool.
  • the bearing force of the guidance system 62 on the nuclear fuel assembly 2 is limited. Indeed, the nuclear fuel assembly 2 being held in a pendulum fashion, it is pushed back by the guide system 62 when the support force of the guide system 62 increases.
  • the guide system 62 comprises a guide element 64 in the form of a fork with two teeth intended to be applied against a lateral face of the nuclear fuel assembly 2, the nuclear fuel assembly 2 being received between the two teeth.
  • the guide element 64 is here carried by a bracket 66 fixed on the support base 50.
  • the tray 60 is for example provided with a notch formed in an edge of the tray 60 and designed to receive the nuclear fuel assembly 2 to ensure the relative positioning of the intervention device 20 and of the nuclear fuel assembly 2.
  • the intervention device 20 is supported on the nuclear fuel assembly 2 at two points spaced along the nuclear fuel assembly 2.
  • the intervention device 20 is configured to intervene from below the lower end piece 8 of the nuclear fuel assembly 2.
  • the intervention device 20 is provided with an intermediate support 68 having a vertical fixing surface 68A, the base 26 of the robotic arm 22 being fixed on this fixing surface 68A.
  • the robotic arm 22 makes it possible to modify the orientation of the robotic arm 22 with respect to the nuclear fuel assembly 2 to facilitate the work of the robotic arm 22.
  • the robotic arm 22 makes it possible to move the intervention member 24 parallel to the fixing surface 68A, ie here vertically for inserting the intervention member 24 into the lower end piece 8.
  • the intermediate support 68 is here fixed on the carriage 48 of the translation assembly 42.
  • the intervention device 20 comprises a removable receptacle 69 in which the operator will deposit the debris or pieces of components extracted or cut by the intervention member 24.
  • the receptacle 69 is accessible by rotation of the arm segments 30, 32 around the axes of rotation B1, B2.
  • the plate 60 provided with a notch has been replaced by a rectangular or square plate 70, suitable for extending under the nuclear fuel assembly 2 so as to receive the debris or pieces of components which would fall from nuclear fuel assembly 2 during the intervention.
  • the translation assembly 42 has been offset in the second translation direction T2 relative to the support base 50.
  • the device of FIG. 3 allows in particular, by a rotational movement of the terminal member 28 to extract debris of the chip or helical spring type which would have partially passed through the lower end piece 8.
  • the intervention device 20 is configured for intervention on the top of the upper end piece 10 of the nuclear fuel assembly 2.
  • the robotic arm 22 is mounted at the lower end of a handling pole 71 which can be manipulated from the surface of the body of water in which the intervention is carried out.
  • the base 26 is here fixed on a fixing surface 72 facing downwards.
  • the fixing surface 72 is inclined relative to a horizontal plane by an angle between -60 and + 60 ° and preferably between -30 ° and + 30 °.
  • Such a fixing makes it possible to orient the robotic arm 22 so as to intervene in the upper end piece 10, in particular under the edges of the upper end piece 10.
  • the shape of the fixing surface 72 and in particular the angle of inclination can be adapted if necessary.
  • the robotic arm 22 is preferably configured to receive several interchangeable intervention members.
  • the terminal member 28 of the robotic arm 22 is configured for the removable fixing of each intervention member.
  • Each intervention member 24 is provided with a fixing system 74 for fixing the intervention member on the terminal member 28 of the robotic arm 22.
  • the fixing system 74 is for example of the bayonet type allowing a fixing of the intervention member 24 by translation along an axis then rotation about this axis.
  • the system for fixing the intervention member 24 may for example be a mechanical assembly of the tenon and mortise type or dovetail or ball pin, etc. or a screw connection.
  • the intervention member illustrated in FIG. 5 is a clamp 76 configured for gripping debris located between the nuclear fuel rods 4 of the nuclear fuel assembly 2.
  • the clamp 76 comprises a first jaw 78 and a second jaw 80 in the form of blades elongated in an extension direction E.
  • the first jaw 78 and the second jaw 80 define between them a gripping space 82.
  • the first jaw 78 and the second jaw 80 are movable with respect to each other so as to vary a dimension of the gripping space 82 for gripping or releasing debris.
  • the first jaw 78 has a curved end portion 84.
  • the gripping space 82 is delimited between the curved end portion 84 and the end of the second jaw 80.
  • the first jaw 78 and the second jaw 80 are movable relative to each other in the direction of their length (ie in the direction of extension E) to vary a dimension of the gripping space 82 for gripping or release debris.
  • first jaw 78 is fixed and the second jaw 80 is movable in translation in the direction of its length (i.e. in the direction of extension E)
  • the clamp 76 has here a linear actuator 86 arranged to move the first jaw 78 and the second jaw 80 relative to one another, here to move the second jaw 80 relative to the first jaw 78.
  • the curved end portion 84 is provided with a rounded edge 84A which constitutes the most advanced end of the clamp 76. This rounded edge 84A avoids damaging the nuclear fuel rods 4 during the insertion of the clamp 76 between these.
  • the clamp 76 has a low clamping power and is particularly advantageous for removing small debris or debris located in areas which are difficult to access: in the bundle of nuclear fuel rods 4, between the nuclear fuel rods 4 and the ends 8, 10, in the retaining grids 14 or in hidden areas of the end pieces 8, 10, for example under flanges.
  • the intervention member 24 illustrated in Figure 6 is also a clamp 88. It differs from that of Figure 5 in that it has a first jaw 90 and a second jaw 92 in the form of levers and mounted rotatable around respective axes of rotation M1, M2 parallel to one another so as to move apart or close to the gripping ends 90A, 92A of the first jaw 90 and the second jaw 92.
  • the first jaw 90 and the second jaw 92 are also shorter, and their gripping ends 90A, 92A are pointed.
  • This clamp 88 makes it possible to extract debris whose extraction requires a greater clamping force or to bend locally, for example a portion of wafer device 16 of a retaining grid 14 of a nuclear fuel assembly 2, in particular a guide fin 18 so that it regains its original geometry.
  • the clamp 88 has a linear actuator 94 to control the opening and closing of the clamp 88, connected to the jaws 90, 92 by a transmission mechanism 96 configured to convert the linear movement of the actuator 94 into a rotational movement of each of the first jaw 90 and the second jaw 92.
  • the transmission mechanism 96 comprises a control rod 98 movable in translation in the direction of extension E and connected to the end of each of the first jaw 90 and the second jaw 92 opposite the gripping end of this jaw, by a respective connecting rod 99.
  • the intervention member 24 illustrated in FIG. 7 is pliers 100. It differs from that of FIG. 6 by the shape of the first jaw 102 and of the second jaw 104 which are configured to cut. The ends 102A and 104A of the first jaw 102 and of the second jaw 104 are formed from sharp edges.
  • the pliers 100 is a cutting pliers.
  • the clamp 100 is provided with a clamping device 106 configured to maintain the element to be cut before cutting and after cutting, and thus avoid the dispersion of pieces after cutting.
  • the clamping device 106 comprises for example elastic linings 108, 1 10 arranged on the jaws 102, 104 to clamp between them the element to be cut.
  • the elastic linings 108, 1 10 are for example made of an elastomeric material, for example of the Eladip® type.
  • This pliers 100 makes it possible to cut and extract debris whose extraction in a single piece is not possible given the local configuration. It also makes it possible to locally cut, for example, a portion of peripheral plate 16 of a retaining grid 14 of a nuclear fuel assembly 2, in particular a guide fin 18 when it is not possible to return it to its geometry. original or a portion of support grid 14 having an overflow following a local uprooting during handling.
  • the intervention member 24 illustrated in Figure 8 is a suction member 1 12 having a suction cannula 1 14 fluidly connected via a suction pipe 1 16 to a suction and filtration device 1 18. Debris is retained by the suction and filtration device 1 18. Pool water sucked in with debris is discharged into the pool at the outlet of the suction and filtration device 1 18.
  • the suction and filtration device 1 18 is here integrated into the suction member 1 12.
  • the suction and filtration device 1 18 is offset relative to the suction member 1 12, and is located for example near the free surface of the pool water.
  • the suction and filtration device 1 18 is then fluidly connected to the suction member 1 12 by a pipe.
  • this suction member 1 12 is able to recover small debris or debris located in areas difficult to access as long as this debris is not securely trapped in the fuel assembly nuclear 2.
  • the intervention device 20 optionally includes a camera 120 mounted on the robotic arm 22 so as to film the intervention area.
  • the intervention member 24 carried by the robotic arm 22 is located in the axis of the camera 120.
  • the camera 120 is for example fixed on the arm segment carrying the terminal member 28, here the distal arm segment 32 and covers a transverse field, ie in the direction of translation T 1.
  • the intervention device 20 comprises a second camera 122 mounted on the bracket 66 so as to film the intervention area from another angle. As illustrated in FIGS. 2 and 3, the camera 122 covers a field along the longitudinal axis L.
  • the cameras 120, 122 facilitate the remote control of the intervention device 20 by allowing the operator to better see the intervention area.
  • each actuator 34, 36, 38, 44, 86, 94 is a motor whose power is electronically limited to limit the thrust or traction force that can be applied to the elements of the nuclear fuel assembly 2.
  • the actuators 86, 94 are designed so that the clamps 76, 88, 100 open in the event of an electrical failure to avoid any risk of jamming of the intervention device 20 in the nuclear fuel assembly 2.
  • a return cable 124 visible in Figure 2 and not shown in Figure 3, allows to exert a return force in the direction of translation T2 to ensure the removal of the intervention member 24 engaged in the assembly of nuclear fuel 2 in the event of an element failure.
  • the return cable 124 is here arranged to act on the translation assembly 42 (or translation table).
  • the intervention device of the invention makes it possible to facilitate the operations for extracting debris in a nuclear fuel assembly and the operations for reconfiguring the geometry of the components of the nuclear fuel assembly.
  • the robotic arm can be easily controlled remotely to position and activate the gripper or the suction cannula carried by the robotic arm.
  • the robotic arm has sufficient degrees of freedom for an adequate positioning of the intervention tool for the required interventions. It is possible if necessary to add arm segments and / or axes of rotation or translation if additional degrees of freedom are necessary
  • the robotic arm allows easier positioning and control of the intervention tool compared to a tool carried at the end of a pole and operated manually. This limits the risk of damaging the nuclear fuel assembly, and in particular the fuel rods and / or the holding elements of the nuclear fuel rods in the holding grids.
  • the intervention device is easily configurable to carry out various interventions, for example the extraction of debris trapped between the nuclear fuel rods, the extraction of debris under or on the lower nozzle, a retaining grid and / or the upper end piece, the re-configuration of a retaining grid, for example by folding a guide fin or by cutting a tear-off.
  • the intervention device makes it possible to generate sufficient clamping power for the extraction of highly trapped debris, and even to use cutting pliers to cut a debris, for example to remove it more easily.
  • the cutting pliers can also be used to cut a deformed part of a part liable to damage other parts during the operation of the nuclear reactor or during the handling of the nuclear fuel assembly.
  • the intervention device can be easily implemented, for example by a single operator controlling the robotic arm remotely.

Abstract

Dispositif d'intervention sur un assemblage de combustible nucléaire Le dispositif d'intervention comprend un bras robotisé (22) articulé comprenant une base (26) de fixation, un organe terminal (28) et au moins un segment de bras (30, 32) reliant la base (26) à l'organe terminal (28), et un organe d'intervention (24) porté par l'organe terminal (28), l'organe d'intervention (24) étant configuré pour intervenir sur l'assemblage de combustible nucléaire (2).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif d’intervention sur un assemblage de combustible nucléaire
La présente invention concerne un dispositif d’intervention sur un assemblage de combustible nucléaire placé sous eau dans une piscine.
Un assemblage de combustible nucléaire pour réacteur nucléaire à eau sous pression comprend un faisceau de crayons de combustible nucléaire parallèles, maintenus espacés transversalement les uns des autres par un squelette de support comprenant notamment un embout inférieur et un embout supérieur espacés suivant un axe longitudinal, des tubes-guides s’étendant suivant l’axe longitudinal et reliant l’embout inférieur et l’embout supérieur entre eux, et des grilles de maintien fixées aux tubes-guides en étant réparties le long desdits tubes-guides.
Les crayons de combustible nucléaire s’étendent suivant l’axe longitudinal entre l’embout inférieur et l’embout supérieur en traversant les grilles de maintien qui supportent longitudinalement les crayons de combustible nucléaire et les maintiennent transversalement écartés les uns des autres.
De manière connue, les grilles de maintien sont constituées de plaquettes entrecroisées délimitant des cellules destinées à être traversées par les tubes- guides et les crayons de combustible. En général, les grilles de maintien sont munies d’une ceinture périphérique portant des ailettes de guidage en saillie sur leur bord inférieur et/ou sur leur bord supérieur et inclinées vers le centre de la grille de maintien.
Chaque cellule d’une grille de maintien traversée par un crayon de combustible nucléaire respectif est en général munie sur des surfaces internes de la cellule d’éléments de maintien, tels que des ressorts et/ou des bossettes, pour supporter longitudinalement et maintenir transversalement le crayon de combustible nucléaire traversant cette cellule.
En fonctionnement, un fluide de refroidissement circule à travers l’assemblage de combustible nucléaire suivant l’axe longitudinal, en passant entre les crayons de combustible nucléaire et à travers les embouts et les grilles de maintien.
Chaque cellule d’une grille de maintien traversée par un crayon de combustible nucléaire respectif peut en outre comprendre une ou plusieurs ailettes de mélange du fluide de refroidissement. Pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire ou pendant des opérations de maintenance du réacteur nucléaire, des débris formés de petites pièces métalliques peuvent être créés.
De tels débris sont entraînés par le fluide de refroidissement et peuvent se retrouver coincés dans les assemblages de combustible nucléaire, entre les crayons de combustible nucléaire, avec le risque d’endommager ces crayons de combustible nucléaire, et notamment d’entraîner à terme une perte d’étanchéité d’un crayon de combustible nucléaire.
FR2633769A1 divulgue un dispositif d’extraction de débris dans un assemblage de combustible nucléaire placé sous eau, comprenant une perche, une pince montée à une extrémité inférieure de la perche et un mécanisme pour commander l’ouverture et la fermeture de la pince à distance.
Toutefois, ce dispositif d’extraction est peu commode à utiliser. Son positionnement est peu précis et il ne permet pas d’accéder facilement à tous les endroits où des débris peuvent se coincer dans un assemblage de combustible nucléaire, ni de garantir dans toutes les situations que les efforts appliqués sur les composants de l’assemblage de combustible nucléaire ne viennent pas endommager des éléments du dispositif ou de l’assemblage de combustible nucléaire et notamment ne viennent pas endommager les éléments de maintien d’un crayon de combustible nucléaire par exemple par application d’un effort transversal trop important sur ledit crayon.
Pendant les opérations de manutention des assemblages de combustible nucléaire dans le réacteur nucléaire, les plaquettes périphériques peuvent être localement endommagées par accrochage avec un élément contigu de la chaîne de manutention, par exemple une alvéole de stockage présentant une discontinuité géométrique ou un défaut de surface, un assemblage de combustible adjacent..., lors du déplacement longitudinal de l'assemblage de combustible nucléaire par rapport à cet élément, rendant l’assemblage de combustible nucléaire impropre à un chargement en l’état dans le cœur du réacteur nucléaire.
FR2641 1 18A1 divulgue un dispositif de redressage des ailettes de guidage des grilles de maintien d’un assemblage de combustible nucléaire comprenant une perche, un outillage d’intervention comportant un moyen de pliage et un moyen de support et de déplacement de l’outillage d’intervention.
Toutefois, ce dispositif de redressage des ailettes de guidage est peu commode. Son positionnement est peu précis et il ne dispose pas de degrés de liberté en nombre suffisant pour permettre une intervention efficace dans toutes les configurations, ni de garantir dans toutes les situations que les efforts appliqués sur les composants de l’assemblage de combustible nucléaire ne viennent pas endommager des éléments du dispositif ou de l’assemblage de combustible nucléaire et notamment ne viennent pas endommager les éléments de maintien d’un crayon de combustible nucléaire par exemple par application d’un effort transversal trop important sur ledit crayon.
Un des buts de l’invention est de proposer un dispositif d’intervention sur un assemblage de combustible nucléaire qui facilite les interventions sans induire de risques d’endommagement des éléments de l’assemblage de combustible ou du dispositif.
A cet effet, l’invention propose un dispositif d’intervention sur un assemblage de combustible nucléaire disposé sous eau, le dispositif d’intervention comprenant un bras robotisé articulé comprenant une base de fixation, un organe terminal et au moins un segment de bras reliant la base à l’organe terminal, et un organe d’intervention porté par l’organe terminal, l’organe d’intervention étant configuré pour intervenir sur l’assemblage de combustible nucléaire.
Le bras robotisé muni d’un organe d’intervention permet de déplacer l’organe d’intervention et d’orienter l’organe d’intervention facilement pour l’insérer dans l’assemblage de combustible nucléaire et intervenir sur des débris coincés dans l’assemblage de combustible nucléaire, par exemple entre des crayons de combustible nucléaire, dans un embout inférieur, dans un embout supérieur ou dans une grille de l’assemblage de combustible nucléaire ou sur un composant de l’assemblage de combustible nucléaire nécessitant une intervention. Le bras robotisé peut être commandé à distance facilement, ce qui rend les interventions plus aisées.
Le dispositif d’intervention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- le bras robotisé possède un segment de bras articulé sur la base et un actionneur configuré pour déplacer le segment de bras par rapport à la base ;
- le bras robotisé possède au moins deux segments de bras articulés entre eux et un actionneur configuré pour faire pivoter chaque segment de bras l’un par rapport à l’autre ;
- le bras robotisé possède exactement deux segments de bras articulés entre eux, l’un étant articulé sur la base et l’autre portant l’organe terminal ; - le segment de bras portant l’organe terminal s’étend suivant un axe de segment de bras, l’organe d’intervention étant mobile en rotation par rapport à ce segment de bras autour d’un axe de rotation sensiblement coaxial ou parallèle avec l’axe de segment de bras ;
- l’organe d’intervention est configuré pour saisir un débris ou un composant de l’assemblage de combustible nucléaire ;
- l’organe d’intervention est configuré pour déformer un débris ou composant de l’assemblage de combustible nucléaire ;
- l’organe d’intervention est configuré pour découper un débris ou un composant de l’assemblage de combustible nucléaire ;
- l’organe d’intervention est une pince possédant deux mâchoires mobiles l’une par rapport à l’autre ;
- les deux mâchoires s’étendent suivant une direction d’extension, l’organe d’intervention étant mobile en rotation par rapport au segment du bras portant l’organe terminal autour d’un axe de rotation sensiblement parallèle à la direction d’extension ;
- l’organe d’intervention est configuré pour aspirer des débris et comprend une canule d’aspiration reliée à dispositif d’aspiration et de filtration ;
- il comprend un socle de support, le bras robotisé étant monté mobile en translation par rapport au socle de support suivant au moins une direction de translation ;
- il comprend un actionneur configuré pour déplacer le bras robotisé en translation par rapport au socle de support suivant au moins une direction de translation ;
- le socle de support est configuré pour s’insérer dans la partie supérieure d’une alvéole de réception d’un assemblage de combustible nucléaire ;
- il comprend plusieurs outils d’intervention interchangeables.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 est une vue en élévation d’un assemblage de combustible nucléaire ;
- la Figure 2 est une vue en perspective d’un dispositif d’intervention sur un assemblage de combustible nucléaire, dans une première configuration ;
- la Figure 3 est une vue en perspective du dispositif d’intervention, dans une deuxième configuration ; - la Figure 4 est une vue en perspective du dispositif d’intervention, dans une troisième configuration ; et
- les Figures 5 à 8 sont des vues en perspective d’organes d’intervention interchangeables du dispositif d’intervention.
L’assemblage de combustible nucléaire 2 des Figures 1 et 2 comprend un faisceau de crayons de combustible nucléaire 4 et un squelette de support 6 configuré pour porter les crayons de combustible nucléaire 4.
Les crayons de combustible nucléaire 4 s’étendent parallèlement entre eux et à un axe longitudinal L de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
L’axe longitudinal L s’étend verticalement lorsque l’assemblage de combustible nucléaire 2 est placé dans un cœur d’un réacteur nucléaire. En fonctionnement, un fluide de refroidissement circule verticalement du bas vers le haut à travers l’assemblage de combustible nucléaire 2, comme illustré par la flèche F.
Dans la suite de la description, les termes « vertical », « horizontal », « longitudinal », « transversal », « haut », « bas », « supérieur » et « inférieur » s’entendent par référence à l’assemblage de combustible nucléaire 2 disposé verticalement.
Le squelette de support 6 comprend un embout inférieur 8, un embout supérieur 10, une pluralité de tubes-guides 12 et une pluralité de grilles de maintien 14.
L’embout inférieur 8 et l’embout supérieur 10 sont espacés le long de l’axe longitudinal L. Les tubes-guides 12 s’étendent suivant l’axe longitudinal L et relient l’embout inférieur 8 et l’embout supérieur 10 entre eux, en maintenant l’écartement entre l’embout inférieur 8 et l’embout supérieur 10. Les crayons de combustible nucléaire 4 sont reçus entre l’embout inférieur 8 et l’embout supérieur 10.
Chaque tube-guide 12 est ouvert à son extrémité supérieure pour permettre l’insertion d’une barre de commande (non représentée) à l’intérieur du tube- guide 12, à travers l’embout supérieur 10. Une telle barre de commande permet de contrôler la réactivité du cœur de réacteur nucléaire dans lequel est inséré l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Les grilles de maintien 14 sont réparties le long des tubes-guides 12 en étant espacées les unes des autres le long de l’axe longitudinal L. Chaque grille de maintien 14 est fixée rigidement aux tubes-guides 12, les tubes-guides 12 s’étendant à travers chaque grille de maintien 14. Chaque grille de maintien 14 est configurée pour supporter longitudinalement les crayons de combustible nucléaire 4 tout en les maintenant dans une configuration dans laquelle ils sont espacés les uns des autres. Les crayons de combustible nucléaire 4 sont de préférence positionnés latéralement aux nœuds d’un réseau imaginaire sensiblement régulier.
Chaque grille de maintien 14 comprend par exemple des plaquettes intérieures entrecroisées et une ceinture périphérique, entourant les plaquettes intérieures et formée par quatre plaquettes périphériques 16, formant ainsi une pluralité de cellules.
Chaque cellule destinée à recevoir un crayon de combustible nucléaire 4 respectif est en général munie d’éléments de maintien venant en contact avec la surface externe du crayon de combustible nucléaire 4 pour le maintenir longitudinalement et transversalement.
Chaque cellule destinée à recevoir un crayon de combustible nucléaire 4 respectif peut comprendre au moins une ailette de mélange du fluide de refroidissement faisant saillie vers le haut à partir de la grille de maintien par rapport à l’axe longitudinal L de l’assemblage de combustible nucléaire 2 et étant de préférence inclinée obliquement vers le haut et vers l’intérieur de la cellule.
Les éléments de maintien de chaque cellule comprennent par exemple au moins un ressort élastique et/ou au moins une bossette rigide, chaque ressort étant par exemple configuré pour pousser le crayon de combustible nucléaire 4 en appui contre une ou plusieurs bossette(s).
Chaque grille de maintien 14 est en général munie d’une ceinture périphérique, formée par exemple de plaquettes périphérique 16, portant des ailettes de guidage 18 en saillie sur son bord inférieur et/ou sur son bord supérieur, et inclinées vers le centre de la grille de maintien 14, pour assurer un guidage de la grille de maintien 14 avec les objets environnants lors des opérations de manutention de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
En référence à la Figure 2, le dispositif d’intervention 20 est configuré pour intervenir sur l’assemblage de combustible nucléaire 2 sous eau.
L’assemblage de combustible nucléaire 2 est immergé dans une étendue d’eau, dans une piscine de la centrale nucléaire. L’assemblage de combustible nucléaire 2 est par exemple suspendu dans l’étendue d’eau.
Seule la partie inférieure de l’assemblage de combustible nucléaire 2 est visible sur la Figure 2. Les grilles de maintien 14 ont été omises sur la Figure 2 pour des raisons de clarté des dessins. Le dispositif d’intervention 20 comprend un bras robotisé 22 articulé et un organe d’intervention 24, ici une pince, porté par le bras robotisé 22.
Le bras robotisé 22 comprend une base 26, située à une extrémité du bras robotisé 22 pour la fixation du bras robotisé 22 sur un support, et un organe terminal 28 situé à l’autre extrémité du bras robotisé 22, pour la fixation de l’organe d’intervention 24 sur le bras robotisé 22.
Le bras robotisé 22 possède au moins un segment de bras 30, 32 situé entre la base 26 et l’organe terminal 28. Chaque segment de bras 30, 32 est allongé suivant un axe de segment bras A1 , A2 respectif.
Le bras robotisé 22 comprend par exemple plusieurs segments de bras 30, 32 disposés en série entre la base 26 et l’organe terminal 28. Le segment de bras 30 relié à la base 26 est articulé sur la base 26, et chaque segment de bras 32 suivant est articulé sur le segment de bras 30, 32 précédent.
Dans un exemple de réalisation, les axes de segment bras A1 , A2 sont coplanaires et les segments de bras 30, 32 sont articulés à la base 26 et entre eux uniquement autour d’axes de rotation B1 , B2 distincts et parallèles, les axes de rotation B1 , B2 étant sensiblement perpendiculaires aux axes de segment de bras A1 , A2 .
Il en résulte que les segments de bras 30, 32 se déplacent dans un plan de déplacement fixe par rapport à la base 26, le plan de déplacement étant défini par les axes de segment de bras A1 , A2.
Dans un exemple de réalisation, chaque segment de bras 30, 32 est mobile en rotation par rapport à la base 26 ou à l’autre segment de bras sur lequel il est monté, sur une course d’au moins 120°, de préférence sur une course d’environ 180°.
Le bras robotisé 22 comprend ici exactement deux segments de bras 30, 32, à savoir un segment de bras 30 proximal articulé sur la base 26 et un segment de bras 32 distal, articulé sur le segment de bras 30 proximal et portant l’organe terminal 28.
Le segment de bras 30 proximal est articulé sur la base 26 autour d’un unique axe de rotation B1 , et le segment de bras 32 distal est articulé sur le segment de bras 30 proximal autour d’un unique axe de rotation B2 distinct et parallèle à l’axe de rotation B1 du segment de bras 30 par rapport à la base 26.
En option, l’organe d’intervention 24 est montée mobile en rotation par rapport au segment de bras portant l’organe terminal 28, ici le segment de bras 32 distal, autour d’un axe de rotation B3 coaxial avec ou parallèle à l’axe d’extension A2 de ce segment de bras 32.
De préférence, lorsque les segments de bras 30, 32 se déplacent dans un plan de déplacement fixe par rapport à la base 26, l’axe de rotation de l’organe d’intervention 24 par rapport au segment de bras portant l’organe terminal 28 est situé dans le plan de déplacement des segments de bras 30, 32
Une fois que l’organe d’intervention 24 est positionné à l’aide du bras robotisé 22, la rotation de l’organe d’intervention 24 autour de l’axe de rotation B3 permet d’orienter l’organe d’intervention 24 pour faciliter son insertion dans l’assemblage de combustible nucléaire 2, par exemple entre les crayons de combustible nucléaire 4 ou dans l’embout inférieur 8 ou l’embout supérieur 10.
Dans un exemple de réalisation, le bras robotisé 22 est configuré de sorte que l’organe d’intervention 24 monté sur le bras robotisé 22 est mobile en rotation autour de l’axe de rotation B3 sur 360°. L’organe d’intervention 24 est de préférence mobile en rotation sans limitation angulaire. L’organe d’intervention 24 peut effectuer plusieurs tours dans un sens comme dans l’autre.
Le bras robotisé 22 possède au moins un actionneur 34, 36, 38 pour commander les mouvements du bras robotisé 22 et, éventuellement, les mouvements de l’organe d’intervention 24. Le bras robotisé 22 possède ici un actionneur 34 pour commander l’orientation du segment de bras 30 proximal par rapport à la base 26 et un actionneur 36 pour commander l’orientation du segment de bras 32 distal par rapport au segment de bras 30 proximal.
Le bras robotisé 22 intègre en option un actionneur 38 pour commander l’orientation de l’organe d’intervention 24 autour de l’axe de rotation B3. L’actionneur 38 est par exemple intégré à l’intérieur du segment de bras portant l’organe d’intervention 24, ici le segment de bras 32 distal, qui est caréné.
Dans la configuration illustrée sur la Figure 2, le dispositif d’intervention 20 comprend un ensemble de translation 42 sur lequel est monté le bras robotisé 22, l’ensemble de translation 42 étant configuré pour déplacer le bras robotisé 22 en translation suivant une direction de translation T 1.
La direction de translation T1 est sensiblement perpendiculaire au plan de déplacement du ou des segments de bras 30, 32 du bras robotisé 22. La direction de translation T1 est ainsi sensiblement parallèle à l’axe de rotation B1 , B2 de chaque segment de bras 30, 32 par rapport à la base 26 ou au segment de bras précédent. L’ensemble de translation 42 comprend un actionneur 44 configuré pour commander le déplacement de la base 26 en translation suivant la direction de translation T1. L’actionneur 44 est ici un vérin linéaire, par exemple un vérin hydraulique ou un vérin électrique.
L’ensemble de translation 42 comprend une embase 46 et un chariot 48 monté coulissant sur l’embase 46 suivant la direction de translation T1 , l’actionneur 44 étant disposé entre l’embase 46 et le chariot 48 pour commander le déplacement du chariot 48 par rapport à l’embase 46.
Le bras robotisé 22 est monté sur le chariot 48 en fixant la base 26 sur le chariot 48.
L’ensemble de translation 42 définit une « table de translation » robotisée permettant de déplacer le bras robotisé 22 en translation.
Dans la configuration de la Figure 2, le dispositif d’intervention 20 est conçu pour être déposé sur une alvéole présente dans la piscine et destinée à recevoir un assemblage de combustible nucléaire 2 sous eau, par exemple une cellule de stockage ou un panier de descenseur.
A cet effet, le dispositif d’intervention 20 comprend un socle de support 50 configuré pour s’insérer dans la partie supérieure 52 de l’alvéole.
Une alvéole présente généralement la forme d’un tube s’étendant verticalement et possédant une section de forme générale carrée.
Le socle de support 50 comprend un élément d’insertion 54 prévu pour s’insérer verticalement dans la partie supérieure 52 de l’alvéole, et un élément de support 56 supportant le bras robotisé 22 en porte-à-faux par rapport à l’élément d’insertion 54.
Une fois l’élément d’insertion 54 inséré dans la partie supérieure 52 de l’alvéole, le dispositif d’intervention 20 est maintenu en place par son propre poids.
Avantageusement, le dispositif d’intervention 20 est déposé sur le panier du descenseur en position haute, c’est-à-dire lorsque la partie supérieure 52 de l’alvéole est hors d’eau, pour faciliter l’accostage du dispositif d’intervention 20 et l’insertion de l’élément d’insertion 54. Le dispositif d’intervention 20 est ensuite immergé par descente du descenseur, en immergeant en même temps les éventuels câbles d’alimentation et de commande du dispositif d’intervention 20, jusqu’à ce que le dispositif d’intervention 20 soit disposé à la hauteur voulue vis-à- vis de l’assemblage de combustible nucléaire 2 et avec une hauteur d’eau suffisante pour réaliser l’intervention en toute sécurité. Lors de l’intervention, l’assemblage de combustible nucléaire 2 est par exemple suspendu dans l’eau à l’aide d’un outil de levage.
Dans la configuration de la Figure 2, l’ensemble de translation 42 est fixé sur le socle de support 50, plus précisément sur l’élément de support 56, et le bras robotisé 22 est fixé sur l’ensemble de translation 42.
En option, l’ensemble de translation 42 est fixé sur le socle de support 50 de manière à pouvoir régler la position de l’ensemble de translation 42 suivant une direction de translation T2 perpendiculaire à la direction de translation T1 du chariot 48, dans plusieurs positions de réglages, par exemple des positions de réglage discrètes.
Pour ce faire, le socle de support 50 est par exemple muni d’au moins un rail 58, par exemple deux rails 58, chaque rail 58 s’étendant suivant la direction de translation T2 et étant muni de plusieurs orifices de fixation 59 répartis le long du rail 58.
En option, le dispositif d’intervention 20 comprend un réceptacle pour déposer les débris extraits de l’assemblage de combustible nucléaire 2 et pour recevoir les débris qui pourraient chuter lors de l’intervention sur l’assemblage de combustible nucléaire 2. Le réceptacle est par exemple prévu sous la forme d’un plateau 60 muni d’un rebord.
En option, le dispositif d’intervention 20 comprend un système de guidage 62 configuré pour positionner l’assemblage de combustible nucléaire 2 et le dispositif d’intervention 20 l’un par rapport à l’autre.
Le système de guidage 62 est avantageusement configuré pour venir en appui sur une face latérale de l’assemblage de combustible nucléaire 2 en un point ou plusieurs points espacés le long de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Avantageusement, en fonctionnement l’assemblage de combustible nucléaire 2 est suspendu sous eau, accroché à un outil de levage indépendant. Dans cette configuration, l’effort d’appui du système de guidage 62 sur l’assemblage de combustible nucléaire 2 est limité. En effet, l’assemblage de combustible nucléaire 2 étant maintenu de manière pendulaire, il est repoussé par le système de guidage 62 lorsque l’effort d’appui du système de guidage 62 augmente.
Le système de guidage 62 comprend un élément de guidage 64 en forme de fourche à deux dents prévu pour être appliqué contre une face latérale de l’assemblage de combustible nucléaire 2, l’assemblage de combustible nucléaire 2 étant reçu entre les deux dents. L’élément de guidage 64 est ici porté par une potence 66 fixée sur le socle de support 50.
Le plateau 60 est par exemple muni d’une encoche ménagée dans un bord du plateau 60 et prévu pour recevoir l’assemblage de combustible nucléaire 2 pour assurer le positionnement relatif du dispositif d’intervention 20 et de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Ainsi, le dispositif d’intervention 20 est en appui sur l’assemblage de combustible nucléaire 2 en deux points espacés le long de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Dans la configuration de la Figure 3, le dispositif d’intervention 20 est configuré intervenir par le dessous de l’embout inférieur 8 de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Le dispositif d’intervention 20 est muni d’un support intermédiaire 68 possédant une surface de fixation 68A verticale, la base 26 du bras robotisé 22 étant fixée sur cette surface de fixation 68A.
Ceci permet de modifier l’orientation du bras robotisé 22 par rapport à l’assemblage de combustible nucléaire 2 pour faciliter le travail du bras robotisé 22. En particulier, le bras robotisé 22 permet de déplacer l’organe d’intervention 24 parallèlement à la surface de fixation 68A, i.e. ici verticalement pour insérer l’organe d’intervention 24 dans l’embout inférieur 8.
Le support intermédiaire 68 est ici fixé sur le chariot 48 de l’ensemble de translation 42.
Tel qu’illustré sur la figure 3, le dispositif d’intervention 20 comprend un réceptacle 69 amovible dans lequel l’opérateur va venir déposer les débris ou morceaux de composants extraits ou découpés par l’organe d’intervention 24.
Le réceptacle 69 est accessible par rotation des segments de bras 30, 32 autour des axes de rotation B1 , B2.
Par ailleurs, le plateau 60 muni d’une encoche a été remplacé par un plateau 70 rectangulaire ou carré, propre à s’étendre sous l’assemblage de combustible nucléaire 2 de façon à recevoir les débris ou morceaux de composants qui viendraient à chuter de l’assemblage de combustible nucléaire 2 au cours de l’intervention.
On notera que, par rapport à la configuration de la Figure 2, l’ensemble de translation 42 a été décalé suivant la deuxième direction de translation T2 par rapport au socle de support 50. Le dispositif de la Figure 3 permet notamment, par un mouvement de rotation de l’organe terminal 28 d’extraire des débris de type copeaux ou ressorts hélicoïdaux qui auraient partiellement traversé l’embout inférieur 8.
Dans la configuration de la Figure 4, le dispositif d’intervention 20 est configuré pour l’intervention sur le dessus de l’embout supérieur 10 de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Le bras robotisé 22 est monté à l’extrémité inférieure d’une perche de manutention 71 qui peut être manipulée depuis la surface de l’étendue d’eau dans laquelle est effectuée l’intervention.
La base 26 est ici fixée sur une surface de fixation 72 tournée vers le bas. La surface de fixation 72 est inclinée par rapport à un plan horizontal d’un angle compris entre -60 et +60° et de préférence entre -30° et +30°. Une telle fixation permet d’orienter le bras robotisé 22 de manière à intervenir dans l’embout supérieur 10, en particulier sous des rebords de l’embout supérieur 10. La forme de la surface de fixation 72 et notamment l’angle d’inclinaison peuvent être adaptés en cas de besoin.
Le bras robotisé 22 est de préférence configuré pour recevoir plusieurs organes d’intervention interchangeables. En particulier, l’organe terminal 28 du bras robotisé 22 est configuré pour la fixation amovible de chaque organe d’intervention.
Différents organes d’intervention 24 sont représentés sur les Figures 5 à 8.
Chaque organe d’intervention 24 est muni d’un système de fixation 74 pour la fixation de l’organe d’intervention sur l’organe terminal 28 du bras robotisé 22. Le système de fixation 74 est par exemple du type à baïonnette permettant une fixation de l’organe d’intervention 24 par translation suivant un axe puis rotation autour de cet axe.
Dans d’autres modes de réalisation, le système de fixation de l’organe d’intervention 24 peut être par exemple un assemblage mécanique de type tenon et mortaise ou queue d’aronde ou broche à billes, etc. ou une liaison par vissage.
L’organe d’intervention illustré sur la Figure 5 est une pince 76 configurée pour la saisie de débris situés entre les crayons de combustible nucléaire 4 de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
La pince 76 comprend une première mâchoire 78 et une deuxième mâchoire 80 en forme de lames allongées suivant une direction d’extension E. La première mâchoire 78 et la deuxième mâchoire 80 définissent entre elles un espace de préhension 82. La première mâchoire 78 et la deuxième mâchoire 80 sont mobiles l’une par rapport à l’autre de manière à faire varier une dimension de l’espace de préhension 82 pour saisir ou relâcher un débris.
La première mâchoire 78 possède une portion d’extrémité recourbée 84. L’espace de préhension 82 est délimité entre la portion d’extrémité recourbée 84 et l’extrémité de la deuxième mâchoire 80.
La première mâchoire 78 et la deuxième mâchoire 80 sont mobiles l’une par rapport à l’autre dans le sens de leur longueur (i.e. suivant la direction d’extension E) pour faire varier une dimension de l’espace de préhension 82 pour saisir ou relâcher un débris.
Dans un exemple de réalisation, la première mâchoire 78 est fixe et la deuxième mâchoire 80 est mobile en translation dans le sens de sa longueur (i.e. suivant la direction d’extension E)
La pince 76 possède ici un actionneur 86 linéaire agencé pour déplacer la première mâchoire 78 et la deuxième mâchoire 80 l’une par rapport à l’autre, ici pour déplacer la deuxième mâchoire 80 par rapport à la première mâchoire 78.
La portion d’extrémité recourbée 84 est munie d’un bord arrondi 84A qui constitue l’extrémité la plus avancée de la pince 76. Ce bord arrondi 84A évite d’abîmer les crayons de combustible nucléaire 4 lors de l’insertion de la pince 76 entre ces derniers.
La pince 76 a une faible puissance de serrage et est particulièrement avantageuse pour retirer de petits débris ou des débris localisés dans des zones difficiles d’accès : dans le faisceau de crayons de combustible nucléaire 4, entre les crayons de combustible nucléaire 4 et les embouts 8, 10, dans les grilles de maintien 14 ou dans des zones cachées des embouts 8, 10, par exemple sous des rebords.
L’organe d’intervention 24 illustré sur la Figure 6 est également une pince 88. Elle diffère de celle de la Figure 5 en ce qu’elle possède une première mâchoire 90 et une deuxième mâchoire 92 se présentant sous la forme de leviers et montées rotatives autour d’axes de rotation M1 , M2 respectifs parallèles entre eux de manière à écarter ou rapprocher des extrémités de préhension 90A, 92A de la première mâchoire 90 et la deuxième mâchoire 92.
La première mâchoire 90 et la deuxième mâchoire 92 sont en outre plus courtes, et leurs extrémités de préhension 90A, 92A sont pointues. Cette pince 88 permet d’extraire des débris dont l’extraction nécessite une force de serrage plus grande ou de plier localement, par exemple une portion de plaquette périphérique 16 d’une grille de maintien 14 d’un assemblage de combustible nucléaire 2, notamment une ailette de guidage 18 pour qu’elle retrouve sa géométrie d’origine.
La pince 88 possède un actionneur 94 linéaire pour commander l’ouverture et la fermeture de la pince 88, relié aux mâchoires 90, 92 par un mécanisme de transmission 96 configuré pour convertir le mouvement linéaire de l’actionneur 94 en un mouvement de rotation de chacune de la première mâchoire 90 et la deuxième mâchoire 92.
Le mécanisme de transmission 96 comprend une tige de commande 98 mobile en translation suivant la direction d’extension E et reliée à l’extrémité de chacune de la première mâchoire 90 et la deuxième mâchoire 92 opposée à l’extrémité de préhension de cette mâchoire, par une bielle 99 respective.
L’organe d’intervention 24 illustré sur la Figure 7 est une pince 100. Elle diffère de celle de la Figure 6 par la forme de la première mâchoire 102 et de la deuxième mâchoire 104 qui sont configurées pour couper. Les extrémités 102A et 104A de la première mâchoire 102 et de la deuxième mâchoire 104 sont formées de bords coupants. La pince 100 est une pince coupante.
Avantageusement, la pince 100 est munie d’un dispositif de serrage 106 configuré pour maintenir l’élément à couper avant la coupe et après la coupe, et ainsi éviter la dispersion de morceaux après la coupe.
Le dispositif de serrage 106 comprend par exemple des garnitures élastiques 108, 1 10 disposées sur les mâchoires 102, 104 pour serrer entre elles l’élément à couper.
Les garnitures élastiques 108, 1 10 sont par exemple réalisées en un matériau élastomère, par exemple de type Eladip®.
Cette pince 100 permet de découper et extraire des débris dont l’extraction en un seul morceau n’est pas possible compte-tenu de la configuration locale. Elle permet également de couper localement par exemple une portion de plaquette périphérique 16 d’une grille de maintien 14 d’un assemblage de combustible nucléaire 2, notamment une ailette de guidage 18 lorsqu’il n’est pas possible de lui faire retrouver sa géométrie d’origine ou une portion de grille de maintien 14 présentant un débordement suite à un arrachage local en manutention.
L’organe d’intervention 24 illustré sur la Figure 8 est un organe d’aspiration 1 12 possédant une canule d’aspiration 1 14 raccordée fluidiquement via un tuyau d’aspiration 1 16 à un dispositif d’aspiration et de filtration 1 18. Les débris sont retenus par le dispositif d’aspiration et de filtration 1 18. L’eau de la piscine aspirée avec les débris est rejetée dans la piscine en sortie du dispositif d’aspiration et de filtration 1 18.
Le dispositif d’aspiration et de filtration 1 18 est ici intégré à l’organe d’aspiration 1 12. En variante, le dispositif d’aspiration et de filtration 1 18 est déporté par rapport à l’organe d’aspiration 1 12, et se situe par exemple à proximité de la surface libre de l’eau de la piscine. Le dispositif d’aspiration et de filtration 1 18 est alors relié fluidiquement à l’organe d’aspiration 1 12 par un tuyau.
Comme la pince 76 de la Figure 5, cet organe d’aspiration 1 12 est apte à récupérer de petits débris ou des débris localisés dans des zones difficiles d’accès pour autant que ces débris ne soient pas solidement coincés dans l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Comme illustré sur les Figures 2 à 4, le dispositif d’intervention 20 comprend en option une caméra 120 montée sur le bras robotisé 22 de manière à filmer la zone d’intervention. L’organe d’intervention 24 portée par le bras robotisé 22 se situe dans l’axe de la caméra 120. La caméra 120 est par exemple fixée sur le segment de bras portant l’organe terminal 28, ici le segment de bras 32 distal et couvre un champ transverse, i.e. selon la direction de translation T 1.
Avantageusement, le dispositif d’intervention 20 comprend une seconde caméra 122 montée sur la potence 66 de manière à filmer la zone d’intervention sous un autre angle. Tel qu’illustré sur les figures 2 et 3, la caméra 122 couvre un champ selon l’axe longitudinal L.
Les caméras 120, 122 facilitent la commande à distance du dispositif d’intervention 20 en permettant à l’opérateur de mieux voir la zone d’intervention.
De préférence, chaque actionneur 34, 36, 38, 44, 86, 94 est un moteur dont la puissance est limitée électroniquement pour limiter l’effort de poussée ou de traction pouvant être appliqué sur les éléments de l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Avantageusement, les actionneurs 86, 94 sont conçus pour que les pinces 76, 88, 100 s’ouvrent en cas de défaillance électrique pour éviter tout risque de coincement du dispositif d’intervention 20 dans l’assemblage de combustible nucléaire 2.
Un câble de rappel 124 visible sur la Figure 2 et non représenté sur la Figure 3, permet d’exercer une force de rappel selon la direction de translation T2 pour assurer le retrait de l’organe d’intervention 24 engagé dans l’assemblage de combustible nucléaire 2 en cas de défaillance d’un élément.
Le câble de rappel 124 est ici disposé pour agir sur l’ensemble de translation 42 (ou table de translation). Le dispositif d’intervention de l’invention permet de faciliter les opérations d’extraction de débris dans un assemblage de combustible nucléaire et les opérations de reconfiguration de la géométrie des composants de l’assemblage de combustible nucléaire. Le bras robotisé peut être commandé à distance facilement pour positionner et actionner la pince ou la canule d’aspiration portée par le bras robotisé. Le bras robotisé possède les degrés de libertés suffisants pour un positionnement adéquat de l’outil d’intervention pour les interventions requises. Il est possible si nécessaire d’ajouter des segments de bras et/ou des axes de rotation ou de translation si des degrés de liberté supplémentaires sont nécessaires
Le bras robotisé permet un positionnement et un contrôle plus faciles de l’outil d’intervention par rapport à un outil porté à l’extrémité d’une perche et opéré manuellement. Ceci limite le risque d’endommager l’assemblage de combustible nucléaire, et en particulier les crayons de combustible et/ou les éléments maintien des crayons de combustible nucléaire dans les grilles de maintien.
Le dispositif d’intervention est facilement configurable pour réaliser différentes interventions, par exemple l’extraction de débris coincés entre les crayons de combustible nucléaire, l’extraction de débris sous ou sur l’embout inférieur, une grille de maintien et/ou l’embout supérieur, la remise en configuration d’une grille de maintien par exemple par pliage d’une ailette de guidage ou par découpe d’un arrachage.
Le dispositif d’intervention permet de générer une puissance de serrage suffisante pour l’extraction de débris fortement coincés, et même d’utiliser une pince coupante pour sectionner un débris, par exemple pour le retirer plus facilement. La pince coupante peut aussi servir à couper une partie déformée d’une pièce susceptible d’endommager d’autres pièces lors du fonctionnement du réacteur nucléaire ou de la manutention de l’assemblage de combustible nucléaire.
Le dispositif d’intervention peut être mis en oeuvre facilement, par exemple par un seul opérateur commandant le bras robotisé à distance.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’intervention sur un assemblage de combustible nucléaire (2) disposé sous eau, le dispositif d’intervention comprenant un bras robotisé (22) articulé comprenant une base (26) de fixation, un organe terminal (28) et au moins un segment de bras (30, 32) reliant la base (26) à l’organe terminal (28), et un organe d’intervention (24) porté par l’organe terminal (28), l’organe d’intervention (24) étant configuré pour intervenir sur l’assemblage de combustible nucléaire (2).
2. Dispositif d’intervention selon la revendication 1 , dans lequel le bras robotisé (22) possède un segment de bras (30) articulé sur la base (26) et un actionneur (34) configuré pour déplacer le segment de bras (30) par rapport à la base (26).
3. Dispositif d’intervention selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le bras robotisé (22) possède au moins deux segments de bras (30, 32) articulés entre eux et un actionneur (36) configuré pour faire pivoter chaque segment de bras (30, 32) l’un par rapport à l’autre.
4. Dispositif d’intervention selon la revendication 3, dans lequel le bras robotisé (22) possède exactement deux segments de bras (30, 32) articulés entre eux, l’un étant articulé sur la base (26) et l’autre portant l’organe terminal (28).
5. Dispositif d’intervention selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le segment de bras (32) portant l’organe terminal (28) s’étend suivant un axe de segment de bras (A2), l’organe d’intervention (24) étant mobile en rotation par rapport à ce segment de bras (32) autour d’un axe de rotation (B3) sensiblement coaxial ou parallèle avec l’axe de segment de bras (A2).
6. Dispositif d’intervention selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe d’intervention (24) est configuré pour saisir un débris ou un composant de l’assemblage de combustible nucléaire (2).
7. Dispositif d’intervention selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe d’intervention (24) est configuré pour déformer un débris ou composant de l’assemblage de combustible nucléaire (2).
8. Dispositif d’intervention selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe d’intervention (24) est configuré pour découper un débris ou un composant de l’assemblage de combustible nucléaire (2).
9. Dispositif d’intervention selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’organe d’intervention (24) est une pince (76, 88, 100) possédant deux mâchoires mobiles l’une par rapport à l’autre.
10. Dispositif d’intervention selon la revendication 9, dans lequel les deux mâchoires s’étendent suivant une direction d’extension (E), l’organe d‘intervention (24) étant mobile en rotation par rapport au segment du bras (32) portant l’organe terminal (28) autour d’un axe de rotation (B3) sensiblement parallèle à la direction d’extension (E).
11. Dispositif d’intervention selon la revendication 6, dans lequel l’organe d’intervention (24) est configuré pour aspirer des débris et comprend une canule d’aspiration (1 14) reliée à dispositif d’aspiration et de filtration (1 18).
12. Dispositif d’intervention selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un socle de support (50), le bras robotisé (22) étant monté mobile en translation par rapport au socle de support (50) suivant au moins une direction de translation (T1 ).
13. Dispositif d’intervention selon la revendication 12, comprenant un actionneur (48) configuré pour déplacer le bras robotisé (22) en translation par rapport au socle de support (50) suivant au moins une direction de translation (T1 ).
14. Dispositif d’intervention selon la revendication 12 ou la revendication 13, dans lequel le socle de support (50) est configuré pour s’insérer dans la partie supérieure (52) d’une alvéole de réception d’un assemblage de combustible nucléaire (2).
15. Dispositif d’intervention selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs outils d’intervention (24) interchangeables.
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