FR2619243A1

FR2619243A1 - DISMANTLING APPARATUS FOR NUCLEAR FUEL

Info

Publication number: FR2619243A1
Application number: FR8810635A
Authority: FR
Inventors: Stephen Thomas Kennedy
Original assignee: British Nuclear Fuels PLC
Current assignee: Sellafield Ltd
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1988-08-05
Publication date: 1989-02-10
Anticipated expiration: 2008-08-05
Also published as: GB8718645D0; GB2207798A; JP2643994B2; DE3826316A1; FR2619243B1; GB2207798B; GB8817165D0; DE3826316C2; JPS6472098A

Abstract

L'invention concerne un appareil de démantèlement de sous-assemblages de combustible nucléaire. L'appareil comporte un support 10 d'un sous-assemblage 12 de combustible nucléaire, un ensemble 16 de coopération avec les aiguilles monté sur un chariot 18, et des vérins 20, 34 destinés à déplacer le chariot 18. L'ensemble 16 comporte un groupe 32 de plusieurs mandrins mobiles indépendamment qui peuvent reculer lorsqu'ils viennent au contact d'une aiguille combustible et qui serrent alors une telle aiguille. Application au démantèlement du combustible nucléaire.The invention relates to an apparatus for dismantling nuclear fuel subassemblies. The apparatus comprises a support 10 of a nuclear fuel sub-assembly 12, an assembly 16 for cooperation with the needles mounted on a carriage 18, and jacks 20, 34 intended to move the carriage 18. The assembly 16 comprises a group 32 of several independently movable mandrels which can move back when they come into contact with a combustible needle and which then clamp such a needle. Application to the dismantling of nuclear fuel.

Description

La présente invention concerne un appareil destiné à être utilisé pour leThe present invention relates to an apparatus for use in the

démantèlement de sous-assemblages de dismantling of subassemblies of

combustible nucléaire, et en particulier des sous-assem- nuclear fuel, and in particular sub-assemblies

blages irradiés des réacteurs à eau légère dans lesquels les aiguilles de combustible sont disposées de façon géné- rale parallèlement les unes aux autres avec un arrangement irradiated wafers of light water reactors in which the fuel pins are arranged generally parallel to each other with an arrangement

carré, habituellement de 17 x 17 aiguilles. square, usually 17 x 17 needles.

Selon l'invention, un appareil destiné à être uti- According to the invention, an apparatus intended to be

lisé au cours du démantèlement de sous-assemblages de com- during the dismantling of subassemblies of com-

bustible nucléaire comporte un support destiné au montage d'un sousassemblage de combustible, un ensemble de contact avec des aiguilles, monté sur le chariot, et un dispositif destiné à déplacer le chariot dans une direction déterminée (direction z) en translation par rapport à une première extrémité d'un sous-assemblage monté sur le support et aussi dans un plan transversal (plan x-y) à la direction z, l'ensemble de coopération avec les aiguilles comprenant nuclear fuel comprises a support for mounting a fuel subassembly, a set of contact with needles, mounted on the carriage, and a device for moving the carriage in a determined direction (z direction) in translation with respect to a first end of a subassembly mounted on the support and also in a transverse plane (xy plane) to the z direction, the cooperation assembly with the needles comprising

plusieurs mandrins de coopération avec les aiguilles mobi- several mandrels for cooperation with mobile needles

les chacun indépendamment dans la direction Z et rappelés vers l'avant en position avancée, mais reculant lorsque le mandrin rencontre une aiguille combustible ou un autre each independently in the Z direction and biased forward into the forward position, but backing up when the mandrel encounters a combustible needle or another

élément qui dépasse d'une position de référence. element that exceeds a reference position.

Chaque mandrin comporte avantageusement un manchon externe destiné à loger une pince de serrage commandée par une came, le manchon et la pince étant découpés afin que l'ensemble formé par le manchon et la pince puisse être au contact d'une aiguille combustible unique sans être gêné Each mandrel advantageously comprises an outer sleeve intended to house a clamping clamp controlled by a cam, the sleeve and the clip being cut so that the assembly formed by the sleeve and the clip can be in contact with a single fuel needle without being gene

par les aiguilles voisines.by the neighboring needles.

La pince peut être mobile axialement dans le manchon et le manchon et la pince peuvent avoir avantageusement des surfaces coopérantes qui exercent un effet de came lors du déplacement de la pince dans un sens, si bien que la pince présente un retrait en direction radiale et exerce une action de serrage d'une aiguille combustible logée dans la The gripper may be axially movable in the sleeve and the sleeve and the gripper may advantageously have cooperating surfaces which exert a camming effect when the gripper is moved in one direction, so that the gripper has a radial withdrawal and exerts a clamping action of a fuel needle housed in the

pince.clamp.

Les mandrins sont de préférence espacés latéralement les uns des autres d'un multiple du pas des aiguilles adjacentes (ce multiple étant au moins égal à deux fois le pas). Dans le cas de sous-assemblages sous forme d'un arrangement carré de 17 x 17 rangées d'aiguilles,- neuf mandrins sont espacés avec un pas correspondant au double du pas des aiguilles adjacentes d'une rangée. The mandrels are preferably laterally spaced from each other by a multiple of the pitch of the adjacent needles (this multiple being at least equal to twice the pitch). In the case of subassemblies in the form of a square arrangement of 17 x 17 rows of needles, nine mandrels are spaced with a pitch corresponding to twice the pitch of the adjacent needles of a row.

D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- Other features and advantages of the invention

tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, tion will become more apparent from the following description,

faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective schématique de la machine; la figure 2 est une coupe en élévation latérale d'un ensemble d'extraction d'aiguilles comportant plusieurs mandrins, incorporé à la machine; la figure 3 est une élévation latérale de l'ensemble de la figure 2; with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a schematic perspective of the machine; Figure 2 is a side elevational section of a needle extraction assembly having a plurality of mandrels incorporated in the machine; Figure 3 is a side elevation of the assembly of Figure 2;

la figure 4 est une vue de dessus, en coupe partiel- FIG. 4 is a view from above, partly in section;

le, dans le sens de la flèche 4 de la figure 3, représen- the, in the direction of arrow 4 in Figure 3, represent

tant la pince de l'un des mandrins; la figure 5 est une coupe suivant la ligne 5-5 de la figure 3; la figure 6 représente un détail d'une partie de la pince; both the pincers of one of the mandrels; Figure 5 is a section on the line 5-5 of Figure 3; Figure 6 shows a detail of a portion of the clip;

la figure 7 est analogue à la figure 4 mais repré- Figure 7 is similar to Figure 4 but represents

sente le manchon du mandrin; etfeel the sleeve of the mandrel; and

la figure 8 est analogue à la figure 5 mais repré- Figure 8 is similar to Figure 5 but represents

sente le manchon.feel the sleeve.

Comme représenté sur la figure 1, la machine com- As shown in FIG. 1, the machine

porte une structure 10 de montage destinée à serrer un élément combustible 12 à l'aide d'un mandrin principal 14, une première extrémité de l'élément combustible ayant été découpée et arrachée afin que les extrémités des aiguilles combustibles soient exposées. L'élément combustible peut être par exemple un sous-assemblage d'un réacteur à eau A mounting structure 10 is provided for clamping a fuel element 12 with a main mandrel 14, a first end of the fuel element having been cut and torn off so that the ends of the fuel needles are exposed. The fuel element may for example be a subassembly of a water reactor

légère ayant un arrangement carré de 17 x 17 rangées d'ai- light with a square arrangement of 17 x 17 rows of

guilles combustibles, et l'ensemble de montage est régla- fuel rods, and the assembly assembly is

ble, par exemple par rotation du mandrin 14, afin que l'élément combustible puisse,étre déplacé axialement et angulairement afin que les jeux de rangées d'aiguilles ble, for example by rotation of the mandrel 14, so that the fuel element can be moved axially and angularly so that the sets of rows of needles

combustibles soient sensiblement verticaux et horizontaux. fuels are substantially vertical and horizontal.

En pratique, au niveau de l'extrémité exposée, les aiguil- In practice, at the exposed extremity, the

les combustibles, du fait de l'irradiation, peuvent dépas- fuels, due to irradiation, may exceed

ser de longueurs axiales différentes par rapport à une be of different axial lengths compared to a

position de référence et, en plus des aiguilles combusti- reference position and, in addition to the fuel

bles, d'autres éléments tels que des tubes de guidage other elements such as guide tubes

peuvent dépasser de la position de référence. may exceed the reference position.

Un ensemble 16 d'extraction d'aiguilles est mobile en translation par rapport à l'extrémité exposée 13 de l'élément combustible 12 qui est serré et comporte un chariot 18 raccordé au piston d'un vérin 20 sans tige qui est raccordé, à ses extrémités opposées, par des joints universels 22, & un socle arrière 24 et à un coulisseau transversal 26. Le coulisseau 26 est mobile dans un plan An assembly 16 for extracting needles is movable in translation relative to the exposed end 13 of the fuel element 12 which is tightened and comprises a carriage 18 connected to the piston of a rodless cylinder 20 which is connected to its opposite ends, by universal joints 22, & a rear base 24 and a transverse slide 26. The slide 26 is movable in a plane

X-Y, parallèle à l'extrémité exposée de l'élément combusti- X-Y, parallel to the exposed end of the fuel element

ble, sous l'action de moteurs pas à pas 28 et de vis-mères 30. L'ensemble 16 d'extraction d'aiguilles comporte un ensemble 32 à plusieurs mandrins, raccordé au chariot 18 par un vérin 34 afin que le déplacement axial de l'ensemble 32 (dans la direction z) puisse.être réglé grossièrement The needle extraction assembly 16 includes a multi-mandrel assembly 32 connected to the carriage 18 by a jack 34 for axial displacement. of the assembly 32 (in the z direction) can be roughly adjusted

par le vérin 20 et finement par le vérin 34. by the jack 20 and finely by the jack 34.

L'ensemble 32 à mandrins a un accouplement universel limité par rapport au chariot 18 afin que les différentes The set 32 with mandrels has a limited universal coupling relative to the carriage 18 so that the different

inclinaisons que prend le vérin 20 pendant le positionne- the inclinations of the jack 20 during positioning

ment X-Y du chariot 26 puissent être compensées. L'ensemble 12 est muni, à ses côtés opposés, de goujons 36 destinés à coopérer avec des logements correspondants 38 formés dans le coulisseau 26 afin que, quel que soit le pivotement du X-Y of the carriage 26 can be compensated. The assembly 12 is provided, on its opposite sides, studs 36 intended to cooperate with corresponding housing 38 formed in the slider 26 so that, whatever the pivoting of the

vérin 20, l'ensemble 32, lorsqu'il coopère avec le coulis- cylinder 20, the assembly 32, when it co-operates with the slide

seau 26, soit parallèle à l'extrémité 13 de l'élément combustible, si bien que l'ensemble 32 est bien positionné bucket 26, is parallel to the end 13 of the fuel element, so that the assembly 32 is well positioned

sur l'extrémité exposée de l'élément combustible 12. on the exposed end of the fuel element 12.

On se réfère maintenant aux figures 2 à 8; l'ensem- Reference is now made to Figures 2 to 8; the ensem-

ble à mandrins 32 comprend une équerre 38 de support cou- The mandrel 32 includes a bracket 38 for supporting

plée à la tige 40 du piston du vérin 34 et montée afin qu'elle puisse coulisser sur des tiges 42. L'équerre 38 porte, dans le cas représenté, trois ensembles 44 à mandrin comprenant chacun une pince 46 et un manchon 48. Tous les manchons 48 peuvent coulisser dans une traverse 50 et un raccord par clavetage, empêchant la rotation de chaque ensemble à pince et manchon'46, 48 est assuré par des tiges pleated to the rod 40 of the piston of the cylinder 34 and mounted so that it can slide on the rods 42. The bracket 38 carries, in the case shown, three sets 44 with mandrel each comprising a clamp 46 and a sleeve 48. All the sleeves 48 can slide in a crosspiece 50 and a keyed connection, preventing rotation of each clamp and sleeve assembly 46, 48 is provided by rods

52 et des fentes et gorges 54, 56 des pinces et des man- 52 and slots and grooves 54, 56 of the tongs and

chons respectivement. Les manchons 48 sont raccordés chacun respectively. The sleeves 48 are connected each

à une plaque correspondante 58 qui est rappelée élastique- to a corresponding plate 58 which is recalled elastically

ment dans la position représentée sur la figure 2 par deux ressorts hélicoïdaux 60 exerçant une force d'élasticité sensiblement constante, par exemple de 60 N. Chaque plaque 58 porte un vérin 62 de commande de pince, couplé à la pince correspondante 46 par un système à levier comprenant un levier 64 articulé à son extrémité supérieure sur la plaque 58 et une bielle 66 de liaison articulée sur le 2 in the position shown in FIG. 2 by two helical springs 60 exerting a substantially constant elastic force, for example 60 N. Each plate 58 carries a gripper control cylinder 62, coupled to the corresponding gripper 46 by a system lever comprising a lever 64 articulated at its upper end on the plate 58 and a connecting rod 66 hinged to the

levier 64 au niveau d'un pivot 68 et aussi couplée à l'ex- lever 64 at a pivot 68 and also coupled to the ex-

trémité arrière de la pince 46.rear end of the clamp 46.

Chaque pince 46 a un éjecteur coulissant 70 qui est Each clamp 46 has a sliding ejector 70 which is

repoussé vers l'avant par un ressort 72 logé dans un alé- pushed forward by a spring 72 housed in a beam

sage 74 et placé en appui contre un tronçon élargi 76 de l'éjecteur. Le déplacement vers l'avant de l'éjecteur 70 est limité par une butée 78 vissée dans l'alésage 74. Le ressort 72 repousse l'éjecteur 70 avec une force qui est par exemple de 45 N, et qui est inférieure à celle des ressorts 60. On note que chaque pince 46 est déplacée par rapport au manchon associé 48 par le vérin 62 et le système à levier. Ainsi, quelle que soit la position axiale du manchon 48, la pince 46 peut être déplacée vers l'avant en position de serrage dans laquelle elle vient se contracter radialement par un effet de came obtenu entre des surfaces tronconiques 76, 78 de la pince et du manchon, la pince 46 wise 74 and placed in abutment against an enlarged section 76 of the ejector. The forward displacement of the ejector 70 is limited by a stop 78 screwed into the bore 74. The spring 72 pushes the ejector 70 with a force which is for example 45 N, and which is less than that of the springs 60. It is noted that each clamp 46 is moved relative to the associated sleeve 48 by the jack 62 and the lever system. Thus, whatever the axial position of the sleeve 48, the clamp 46 can be moved forwards in the clamping position in which it is contracted radially by a cam effect obtained between frustoconical surfaces 76, 78 of the clamp and of the sleeve, the clamp 46

étant fendue axialement (voir les fentes 79) à des emplace- being slit axially (see slots 79) at locations

ments équidistants autour de sa périphérie afin qu'elle equidistant around its periphery so that it

puisse se contracter radialement.can contract radially.

Les ensembles à pince-manchon sont espacés à des intervalles correspondants au double du pas des aiguilles dans les rangées de l'arrangement 17 x 17, et le manchon et ' la pince de chaque ensemble ont des découpes 80 à quatre emplacements régulièrement espacés à leur périphérie afin qu'ils puissent entourer une aiguille sans être gênés par The sleeve-clamp assemblies are spaced at intervals corresponding to double the pitch of the needles in the rows of the 17x17 array, and the sleeve and clamp of each set have cutouts 80 at four locations evenly spaced at their locations. periphery so that they can surround a needle without being bothered by

les aiguilles voisines. Les extrémités antérieures de cha- the neighboring needles. The former ends of each

que manchon 48 ont un cône 82 d'entrée destiné à constituer un guide pour les aiguilles et la disposition est telle que le cône d'entrée peut tolérer un défaut d'alignement des aiguilles pouvant atteindre 2 mm. Les pinces 46 ont un profil ondulé ou en dents de scie 84 (voir figure 6) afin que la force de serrage soit accrue. Les manchons 48 sont destinés à permettre l'entrée des aiguilles combustibles Sleeve 48 has an inlet cone 82 for providing a guide for the needles and the arrangement is such that the entry cone can tolerate a misalignment of the needles of up to 2 mm. The clamps 46 have a wavy or sawtooth profile 84 (see FIG. 6) so that the clamping force is increased. The sleeves 48 are intended to allow the entry of the fuel needles

mais non celles des tubes de guidage de plus grand diamé- but not those of the larger diameter guide tubes

tre, ayant des positions différentes dans l'arrangement be, having different positions in the arrangement

17 x 17.17 x 17.

Lorsque le manchon 48 est au contact d'un tube de guidage pendant l'avance du vérin 34, il est repoussé vers l'arrière (le long de la plaque associée 58) malgré la When the sleeve 48 is in contact with a guide tube during the advance of the jack 34, it is pushed backwards (along the associated plate 58) in spite of the

force de rappel des ressorts 60 alors que les autres man- restoring force of the springs 60 while the other

drins sont libres de continuer à avancer et de venir en face des aiguilles combustibles. Ce déplacement indépendant des mandrins les uns par rapport aux autres permet aux mandrins de coopérer avec les aiguilles qui dépassent sur des distances différentes. Par exemple, si une aiguille dépasse plus que ses voisines, le mandrin respectif vient d'abord à son contact et, lorsque l'aiguille vient en appui contre la pince associée, le mandrin et la plaque associée peuvent être repoussés vers l'arrière par rapport aux autres. De cette manière, le degré de coopération de chaque mandrin et de l'aiguille en face de laquelle il est placé peut être pratiquement le même bien que les aiguilles Drins are free to keep moving forward and coming in front of the fuel needles. This independent movement of the mandrels relative to each other allows the mandrels to cooperate with the needles that protrude over different distances. For example, if a needle protrudes more than its neighbors, the respective mandrel first comes into contact with it and, when the needle bears against the associated clamp, the mandrel and the associated plate can be pushed back by compared to others. In this way, the degree of cooperation of each mandrel and the needle in front of which it is placed can be practically the same as the needles.

dépassent de longueurs différentes. exceed different lengths.

Bien qu'un ensemble à trois mandrins ait été repré- Although a three-mandrel assembly has been

senté, il peut comporter par exemple neuf mandrins lors du felt, it may include for example nine mandrels at the

démontage de sous-assemblages ayant un arrangement d'ai- dismantling of subassemblies having an arrangement of

guilles de 17 x 17. Dans ce cas, les opérations d'extrac- in this case, extractive operations

tion des aiguilles impliquent le positionnement repéré de l'ensemble à mandrins afin que neuf aiguilles de la rangée horizontale supérieure soient extraites, c'est-à-dire une aiguille sur deux. L'ensemble est alors déplacé d'un pas afin que les huit aiguilles restantes de la rangée puissent Needle removal involves locating the set of mandrels so that nine needles of the upper horizontal row are extracted, i.e., one out of two needles. The set is then moved one step so that the remaining eight needles in the row can

être extraites. Ensuite, chaque rangée horizontale d'ai- to be extracted. Next, each horizontal row of

guilles peut être extraite par positionnement convenable de - guilles can be extracted by proper positioning of -

l'ensemble à mandrins verticalement et horizontalement. the chuck assembly vertically and horizontally.

Un exemple de séquence de fonctionnement comprend An example of a sequence of operation includes

les étapes suivantes.the following steps.

a) le vérin principal 20 d'axe Z déplace l'ensemble 16 vers l'extrémité de sa course. L'ensemble 16 vient coopérer avec les logements 38 de positionnement et est entraîné vers son emplacement d'extraction d'aiguille par a) the main cylinder 20 Z axis moves the assembly 16 towards the end of its stroke. The assembly 16 cooperates with the positioning housing 38 and is driven towards its needle extraction location by

les moteurs pas à pas X-Y 28.X-Y stepper motors 28.

b) le second vérin 34 d'axe Z a par exemple une course de 75 mm et une force de poussée de 225 N. Il est commandé et les mandrins avancent et viennent au contact b) the second cylinder 34 of axis Z has for example a stroke of 75 mm and a thrust force of 225 N. It is controlled and the mandrels advance and come into contact

des aiguilles combustibles.combustible needles.

c) le plongeur 70 d'éjection rappelé par un ressort vient au contact de l'extrémité de l'aiguille lorsque celle-ci pénètre dans le manchon et la pince et il recule c) the ejection plunger 70 biased by a spring engages the end of the needle as it enters the sleeve and the clamp and recoils

d'une distance de 30 mm, avec application d'une force- at a distance of 30 mm, with application of

d'éjection de 45 N. Le mouvement secondaire restant d'axe Z ejection of 45 N. The remaining secondary movement of Z axis

est permis par le coulissement du manchon 48 dans la tra- is allowed by the sliding of the sleeve 48 in the tread

verse 50 malgré la force constante de rappel de 60 N exer- in spite of the constant restoring force of 60 N ex-

cée par les ressorts 60.created by the springs 60.

d) les vérins 62 sont commandés et les systèmes à levier repoussent les pinces 46 dans les'cônes femelles 78 d) the cylinders 62 are controlled and the lever systems push the clamps 46 into the female cones 78

formés dans le manchon 48 et appliquent une force de ser- formed in the sleeve 48 and apply a force of

rage de 500 N aux capuchons d'extrémité des aiguilles com- 500 N rage at the end caps of

bustibles.fuels.

e) la commande du vérin principal 20 d'axe Z fait e) the control of the main cylinder 20 of Z axis is

reculer les aiguilles combustibles hors de l'ensemble. move the fuel needles out of the assembly.

Lorsque la course est complète, les vérins 62 de manoeuvre When the race is complete, the jacks 62 maneuver

des organes de serrage libèrent les pinces 46 et les plon- clamping members release the clamps 46 and the plungers

geurs 70 qui sont rappelés par un ressort éjectent les aiguilles. Geurs 70, which are spring-loaded, eject the needles.

Lorsqu'un tube de guidage est alors présent, à l'em- When a guide tube is then present,

placement du tube de guidage dans l'étape b), le tube de guidage de plus grand diamètre ne peut pas pénétrer dans le manchon. Le manchon est repoussé sur des guides internes par le tube de guidage, dans la traverse 50 malgré la force exercée par les ressorts 60, sur une distance pouvant atteindre 50 mm, suivant la longueur de tube de guidage qui a été coupée. L'ensemble à mandrins peut donc faire la distinction entre les tubes de guidage et les aiguilles combustibles, et les mandrins restants ne sont pas affectés par le fait qu'un mandrin est au contact d'un tube de guidage. placement of the guide tube in step b), the larger diameter guide tube can not penetrate the sleeve. The sleeve is pushed on internal guides by the guide tube, in the crossbar 50 despite the force exerted by the springs 60, a distance of up to 50 mm, depending on the length of the guide tube which has been cut. The mandrel assembly can thus distinguish between the guide tubes and the fuel needles, and the remaining mandrels are not affected by the fact that a mandrel is in contact with a guide tube.

Claims

1. Apparatus intended to be used for the dismantling

nuclear fuel subassemblies, which is

characterized in that it comprises a support (10) for mounting a fuel subassembly (12), an assembly (16) for cooperation with fuel needles, mounted

on a carriage (18), and a device (20) for moving

cerar the carriage (18) in the determined direction (Z direction) in translation relative to a first end of the subassembly (12) mounted on the support (10) and also in a plane (x-y plane) transverse to the direction z,

the needle cooperation assembly (16) comprises

a plurality of needle-engaging mandrels (32), each independently movable in the direction (z) and biased forwards, to an advanced position, the

mandrel can move back if it encounters a

bustible or other element that exceeds beyond a

reference position.

Apparatus according to claim 1, further characterized in that each mandrel has an outer sleeve (48) housing a cam-controlled clamp (46),

the sleeve (48) and the clip (46) having cutouts

both the sleeve (48) and the clip (46) to be in contact with a single fuel needle without

be hampered by adjacent needles.

The apparatus of claim 2, further characterized in that the clip (46) is axially movable in the sleeve (48), and the sleeve (48) and the clip (46) have cooperating surfaces (76,78). which exert a camming effect as a result of the movement of the clamp (46) in one direction, whereby the clamp (46) tightens radially and provides a clamping action of the fuel needle housed in

the clip (46).

4. Apparatus according to any one of the claims

characterized in that the mandrels are separated laterally from one another by a distance equal to a multiple of the pitch and adjacent fuel needles.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that it comprises nine mandrels having a pitch corresponding to twice the pitch of the adjacent needles of a row of a fuel subassembly (12) having a square arrangement

17 x 17 rows of needles.