WO2003019577A1 - Installation pour la mise en place d'assemblages de combustible nucleaire - Google Patents

Installation pour la mise en place d'assemblages de combustible nucleaire Download PDF

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Gérard Piron
Michel Jullien
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    • 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
    • G21C19/16—Articulated or telescopic chutes or tubes for connection to channels in the reactor core
    • 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
    • G21C19/20—Arrangements for introducing objects into the pressure vessel; Arrangements for handling objects within the pressure vessel; Arrangements for removing objects from the pressure vessel
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    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention relates to an installation for installing nuclear fuel assemblies within the vessel of a nuclear reactor.
  • the vessel of a nuclear reactor comprises a set of assemblies of vertical fuel rods, placed side by side on a support plate called "core plate".
  • This plate has a plurality of locations, square in shape, arranged side by side in a generally geometric shape that is essentially octagonal regular.
  • This plate is traditionally equipped with a network of holes, called “water holes”, intended to allow the circulation of water along the assemblies.
  • Each of the assemblies is positioned on a precise location on the heart plate which, for this purpose, has male studs cooperating with female holes placed correspondingly on the underside of the assembly.
  • the assemblies are placed on the heart plate according to their degree of wear.
  • the heart plate is divided into three zones.
  • the new elements are placed on the periphery, the elements having undergone an operating cycle in the intermediate zone, and the most used elements in the center of the core, and all this in order to avoid creating a hot zone in the center of the reactor.
  • the exhausted assemblies are removed for reprocessing and replaced by the assemblies coming from the intermediate zone.
  • the assemblies removed from this intermediate zone are replaced by the assemblies coming from the periphery, which are replaced by new assemblies.
  • the guidance tool used occupies a certain area at the level of the heart plate, so that it neutralizes part of the surface of the heart, and does not make it possible to serve the locations of the heart plate. located in this area, due to this neutralized area.
  • the object of the invention is to overcome these various drawbacks.
  • the invention consists in anchoring part of the management of the movement of the telescopic mast ensuring the handling of the assembly during its installation.
  • the displacement of the guide tool and therefore of the base of the assembly parallel to the core plate is effected by the simple descent of the secondary mast, ensuring by means of mechanical members , and this after a first phase of positioning on the core plate, the translation of the base of the fuel assembly considered parallel to the plane of the core by means of said guide tool.
  • FIG. 1 is a general view of the machine for loading an installation according to the invention
  • Figure 2 is a diagram showing the main movements and connections between the various components of the invention.
  • Figures 3 to 6 are schematic representations of the guide tool or part of the guide tool during its different actuation phases.
  • the reference (1) designates the loading machine, which moves in known manner on a track (2).
  • This machine (1) has two parallel rails (3, 4), on which a carriage (5) capable of moving horizontally carries the handling tool.
  • This tool consists essentially of a winch (not shown), arranged in the machinery (6), and of a fixed tube (7) - and telescopic tubes (8) coaxial assembly.
  • the end of the last telescopic tube (8) is equipped with gripping means (9), and in particular a grapple intended to be fixed to the upper end of a nuclear fuel assembly.
  • the installation also comprises a second telescopic mast (10) called “secondary mast”, fixed parallel to the fixed tube (7) forming part of the main mast, by guide slides, by means of fasteners. fast (11, 12).
  • This second mast is therefore integral with the main mast, but only moves therefrom in the vertical direction, that is to say during unfolding or folding of the coaxial tubes which constitute it.
  • the lower telescopic end of the secondary mast (10) is provided with a guide tool (15) described below in more detail.
  • FIG. 2 is a simplified schematic representation of the installation. It does not intend to represent precise shapes or exact dimensions of the various elements involved in the installation. Some parts have been enlarged to facilitate understanding.
  • the core plate (20) as shown, comprises a grid of water holes (21) and centering pins (22). Each location (23) is intended to receive a fuel assembly (24).
  • the installation comprises as main organs: the carriage (5), the main mast (7) equipped with a grapple (9), the secondary mast (10), a guide tool (15) composed of two parts , to know : . a base (27), fitted with pins for positioning on the heart plate, and a thrust bracket (30).
  • the installation according to the invention is capable of being implemented in all types of pressurized water nuclear reactors, whether it is a power of 900 megawatts as of 1300, or even 1450 megawatts.
  • the carriage (5) allows the movement of the main mast (7), the lower telescopic end of which grips the head (25) of the assembly (24) by the grapple (9). As a corollary, it allows the displacement of the secondary mast (10), fixed as already said, parallel to the main mast (7).
  • the lower telescopic part of the secondary mast (10) is rigidly secured to the sole (29), receiving the thrust bracket (30) of the guide tool (15).
  • This thrust bracket (30) is composed of two octagonal vertical planes, intended to push the adjacent vertical faces of the base of the assembly (24) at the desired location on the heart plate.
  • the other part of the guide tool (15) is formed by the base (27). It has in the lower part two frustoconical studs, intended to penetrate into the water holes (21) in order to anchor the base (27) within the heart plate, and thus create a fixed point which serves as support during the movement phase of the assembly foot (24).
  • the base (27) is mechanically connected to the thrust bracket (30), by a set of links, described below in more detail.
  • the downward travel of the secondary mast (10) is shown more particularly which, by simple gravity, induces the actuation of the guide tool itself, and in particular of the thrust bracket (30).
  • the bracket (30) is connected by means of articulated rods (40), respectively an upper rod connecting only the bracket and the vicinity of the lower end of the secondary mast (10), then a lower rod which is in fact consists of two rods, connecting on the one hand the lower end of the secondary mast (10) and the bracket, and on the other hand, the bracket and the base (27).
  • a kind of scissors is thus formed, which, taking into account the articulation axes used, induce, when the secondary mast (10) descends, the lowering of the rods (40) and consequently the thrust of the bracket in a horizontal direction.
  • the stroke of the bracket capable of being obtained as a function of course of the advancement of the connecting rods is of the order of 130 mm, that is to say, a distance largely sufficient to induce the thrust of the foot of nuclear fuel assembly at its location, taking into account the positioning of the main mast.
  • the thrust of the base of the nuclear fuel assembly takes place completely independently of the movement of the head of said assembly.
  • the main mast (7) remains fixed.
  • the guide tool (15) ensures the positioning of the foot of said assembly at the level of its precise insertion. in the water holes (21).
  • the installation according to the invention therefore makes it possible to ensure precise guiding of the base of the assemblies by taking the heart plate as a reference, so that it is quite possible to handle assemblies even having undergone relatively large deformations .

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Abstract

Cette installation pour la mise en place côte à côte d'assemblages (24) de combustible nucléaire sur la plaque de c ur (20) d'un réacteur nucléaire, présentant une pluralité d'emplacements contigus (23), comprend: - une machine de chargement (1) munie d'un chariot de commande (5); - un mât principal télescopique (7, 8), fixé par son extrémité supérieure au chariot de commande (5), et muni à son extrémité inférieure d'un grappin (9), destiné à prendre en charge un assemblage de combustible (24) à positionner, et apte à se translater selon un plan parallèle à la plaque de c ur (20); - un mât secondaire télescopique (10) fixé parallèlement au mât principal (10); - un outil de guidage (15) du pied (26) des assemblages (24), fixé à l'extrémité inférieure du mât secondaire (10).

Description

INSTALLATION POUR LA MISE EN PLACE D'ASSEMBLAGES DE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE.
L'invention concerne une installation pour la mise en place d'assemblages de combustible nucléaire au sein de la cuve d'un réacteur nucléaire.
De manière connue, la cuve d'un réacteur nucléaire comprend un ensemble d'assemblages de crayons combustibles verticaux, disposés côte à côte sur une plaque support dite "plaque de coeur". Cette plaque présente une pluralité d'emplacements, de forme carrée, disposés côte à côte selon une forme générale géométrique essentiellement octogonale régulière. Cette plaque est traditionnellement équipée d'un réseau de trous, appelé "trous d'eau", destiné à permettre la circulation de l'eau le long des assemblages.
Chacun des assemblages est positionné sur un emplacement précis de la plaque de cœur qui, à cet effet, présente des tenons mâles coopérant avec des trous femelles placés de manière correspondante sur la face inférieure de l'assemblage.
Afin d'homogénéiser le rayonnement dans le volume du cœur, on dispose les assemblages sur la plaque de cœur en fonction de leur degré d'usure. Typiquement, on fractionne la plaque de cœur en trois zones. On place les éléments neufs en périphérie, les éléments ayant subi un cycle d'exploitation en zone intermédiaire, et les éléments les plus usagés au centre du cœur, et tout ceci afin d'éviter de créer une zone chaude au centre du réacteur.
Lors du remplacement périodique de l'assemblage de combustible, on retire pour retraitement les assemblages épuisés et on les remplace par les assemblages provenant de la zone intermédiaire. Les assemblages retirés de cette zone intermédiaire sont remplacés par les assemblages provenant de la périphérie, lesquels sont remplacés par des assemblages neufs.
Si les assemblages neufs ne présentent pas de déformation, en revanche, les assemblages usagés sont souvent déformés, par suite des radiations qu'ils ont perçues. De la sorte, la mise en place des assemblages usagés est souvent gênée par les frottements avec les assemblages adjacents. Dans les documents FR-A-2 588 689 et FR-A-2 614 128, on a proposé d'utiliser des outils de guidage afin de faciliter la mise en place des assemblages dans les tenons de la plaque de cœur. Ces outils fonctionnent sur le principe de la coopération de la gravité et de plans inclinés, afin d'obtenir, lors de la descente de l'assemblage, un guidage du pied de celui-ci vers la position souhaitée, l'assemblage n'étant mécaniquement transféré qu'au niveau de sa tête.
Cependant, les phénomènes de déformation sont de plus en plus fréquents et accentués, notamment à cause de l'allongement des cycles d'irradiation et par ailleurs de l'évolution des méthodes de fabrication desdits assemblages. Si auparavant, les déformations se présentaient sous forme de flambage des gaines, entraînant une déformation en arc de cercle, communément appelée "banane", il est de plus en plus fréquent d'observer des déformations aléatoires et de formes très diverses. Les solutions proposées de l'art antérieur ne fonctionnant qu'avec le seul déplacement de la tête de l'assemblage, elles s'avèrent quelquefois mal adaptées au positionnement d'assemblages très déformés. En outre, elles entraînent un fléchissement de l'assemblage entre tête et pied. Or ce fléchissement est limité par des impératifs de tenue de l'assemblage, ce qui impose des manœuvres successives générant des pertes de temps, allongeant d'autant les phases de neutralisation du réacteur, et partant, de non-production d'énergie.
On a également proposé de guider l'extrémité libre des assemblages en fin de course au moyen d'un dispositif automatique qui se déplace seul sur la plaque de cœur. Ce dispositif, qui permet certes de gagner du temps, est malheureusement coûteux, lourd' en maintenance et en dosimétrie lors de cette maintenance, et peut en outre présenter des problèmes de fiabilité.
On a également proposé, par exemple dans le document EP-A-0 696 806, une installation du type en question comportant respectivement un mât principal télescopique, assurant le déplacement effectif de l'assemblage de combustible, et un mât secondaire télescopique, fixé parallèlement au mât principal, et présentant à son extrémité inférieure, un outil de guidage du pied des assemblages. Ce faisant, l'outil de guidage permet d'assurer le déplacement du pied de l'assemblage en synchronisme avec le déplacement de translation de la tête d'assemblage, tout en prenant appui sur la plaque de cœur. La mise en œuvre d'un second mât télescopique associé à l'outil de guidage permet un meilleur guidage, un bon positionnement de l'assemblage et l'absence de fléchissement entre tête et pied de l'assemblage pendant l'opération de transfert de celui-ci. Cependant, elle nécessite le fonctionnement de l'outil de guidage en synchronisme avec le déplacement du mât principal assurant la manutention de l'assemblage de combustible, s'avérant de fait de gestion délicate.
En outre, l'outil de guidage mis en œuvre occupe une certaine surface au niveau de la plaque de cœur, de sorte qu'il neutralise une partie de la surface du cœur, et ne permet pas de desservir les emplacements de la plaque de cœur situés dans cette zone, du fait de cette zone neutralisée.
Ainsi, dans le meilleur des cas, on arrive à remplir cette cuve à environ 70 % de sa contenance nominale, le reste du remplissage s 'effectuant par les méthodes traditionnelles, pouvant être éventuellement, en fonction du degré de déformation des assemblages de combustible, longues à mettre en œuvre, augmentant d'autant les périodes pendant lesquelles le réacteur est neutralisé.
L'objet de l'invention est de s'affranchir de ces différents inconvénients.
Elle vise une installation du type en question dans laquelle, le déplacement du pied de l'assemblage est effectué indépendamment du déplacement de l'assemblage proprement dit, celui-ci demeurant fixe.
En d'autres termes, l'invention consiste à s'aff anchir d'une partie de la gestion du déplacement du mât télescopique assurant la manutention de l'assemblage lors de sa mise en place.
Selon une caractéristique de l'invention, le déplacement de l'outil de guidage et donc de la base de l'assemblage parallèlement à la plaque de cœur, s'effectue par la simple descente du mât secondaire, assurant au moyen d'organes mécaniques, et ceci après une première phase de positionnement sur la plaque de cœur, la translation du pied de l'assemblage combustible considéré parallèlement au plan du cœur au moyen dudit outil de guidage. En d'autres termes, on transforme un mouvement de translation verticale en un mouvement de translation horizontale. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif à l'appui des figures annexées.
La figure 1 est une vue générale de la machine de chargement d'une installation conforme à l'invention,
La figure 2 est un schéma montrant les mouvements et les liaisons principaux entre les différents éléments constitutifs de l'invention.
Les figures 3 à 6 sont des représentations schématiques de l'outil de guidage ou d'une partie de l'outil de guidage lors de ses différentes phases d'actionnement.
En se réfèrent à la figure 1, la référence (1) désigne la machine de chargement, qui se déplace de manière connue sur une voie de roulement (2). Cette machine (1) présente deux rails parallèles (3, 4), sur lesquels est susceptible de se déplacer horizontalement un chariot (5), portant l'outil de manutention.
Cet outil est formé essentiellement d'un treuil (non représenté), disposé dans la machinerie (6), et d'un ensemble tube fixe (7) - et tubes télescopiques (8) coaxiaux. L'extrémité du dernier tube télescopique (8) est équipée de moyens de préhension (9), et notamment d'un grappin destiné à venir se fixer à l'extrémité supérieure d'un assemblage de combustible nucléaire.
Selon l'invention, l'installation comporte également un second mât télescopique (10) dénommé "mât secondaire", fixé parallèlement au tube fixe (7) entrant dans la constitution du mât principal, par des coulisses de guidage, au moyen d'attaches rapides (11, 12). Ce second mât est donc solidaire du mât principal, mais ne se déplace mdépenda ment de celui-ci que selon la direction verticale, c'est-à-dire lors de dépliement ou du repliement des tubes coaxiaux qui le constituent.
L'extrémité télescopique inférieure du mât secondaire (10) est pourvue d'un outil de guidage (15) décrit ci-après plus en détail.
La figure 2 est une représentation schématique simplifiée de l'installation. Elle n'entend pas représenter des formes précises ni des dimensions exactes des différents éléments intervenant dans l'installation. Certaines parties ont été grossies afin de faciliter la compréhension. La plaque de cœur (20), telle que représentée, comprend un quadrillage de trous d'eau (21) et de pions de centrage (22). Chaque emplacement (23) est destiné à recevoir un assemblage de combustible (24).
L'installation comprend en tant qu'organes principaux : le chariot (5), le mât principal (7) équipé d'un grappin (9), le mât secondaire (10), un outil de guidage (15) composé de deux parties, à savoir : . un socle (27), équipé de tétons de positionnement sur la plaque de cœur, et une équerre de poussée (30).
L'installation conforme à l'invention est susceptible d'être mise en œuvre dans tous types de réacteurs nucléaires à eau pressurisée, qu'il s'agisse de puissance de 900 Mégawatts comme de 1300, voire de 1450 Mégawatts.
Fondamentalement, le chariot (5) permet le déplacement du mât principal (7), dont l'extrémité télescopique inférieure agrippe la tête (25) de l'assemblage (24) par le grappin (9). Corollairement, il permet le déplacement du mât secondaire (10), fixé ainsi que déjà dit, parallèlement au mât principal (7).
La partie télescopique inférieure du mât secondaire (10) est solidarisée de manière rigide à la semelle (29), recevant l'équerre de poussée (30) de l'outil de guidage (15).
Cette équerre de poussée (30) est composée de deux plans verticaux octogonaux, destinés à venir pousser les faces verticales adjacentes du pied de l'assemblage (24) au niveau du lieu de positionnement souhaité sur la plaque de cœur.
L'autre partie de l'outil de guidage (15) est constituée par le socle (27). Celui-ci présente en partie inférieure deux tétons tronconiques, destinés à pénétrer dans les trous d'eau (21) afin d'ancrer le socle (27) au sein de la plaque de cœur, et ainsi créer un point fixe qui sert d'appui lors de la phase de déplacement du pied de l'assemblage (24). Le socle (27) est mécaniquement relié à l'équerre de poussée (30), par un jeu de biellettes, décrites ci-après plus en détail. On a représenté en relation avec les figures 3 à 6, une forme particulière de réalisation de l'invention en relation avec l'outil de guidage. On a plus particulièrement représenté la course descendante du mât secondaire (10) qui, par la simple gravité, induit l'actionnement de l'outil de guidage proprement dit, et notamment de l'équerre de poussée (30). Celle-ci est, reliée d'une part à l'extrémité inférieure du mât télescopique mobile (10) et d'autre part, au socle (27), qui dans les formes de réalisation représentées, est déjà positionnée au niveau de la plaque de cœur. De fait, lors d'une première phase d'approche, le socle est positionnée sur la plaque de cœur.
L'équerre (30) est reliée par l'intermédiaire de biellettes (40) articulées, respectivement une biellette supérieure reliant uniquement l'équerre et le voisinage de l'extrémité inférieure du mât secondaire (10), puis une biellette inférieure qui, est en fait constituée de deux biellettes, reliant d'une part l'extrémité inférieure du mât secondaire (10) et l'équerre, et d'autre part, l'équerre et le socle (27). Il est ainsi constitué une sorte de ciseaux, qui, compte tenu des axes d'articulation mis en œuvre, induisent, lorsque le mât secondaire (10) descend, l'abaissement des biellettes (40) et corollairement la poussée de l'équerre dans une direction horizontale. Typiquement, la course de l'équerre susceptible d'être obtenue en fonction bien évidemment de l'avancement des bielles, est de l'ordre de 130 mm, c'est à dire, une distance largement suffisante pour induire la poussée du pied de l'assemblage de combustibles nucléaires au niveau de son lieu de positionnement, compte tenu du positionnement du mât principal.
Selon une caractéristique fondamentale de l'invention, la poussée du pied de l'assemblage de combustibles nucléaires s'effectue totalement indépendamment du déplacement de la tête dudit assemblage. En d'autres termes, lors de l'actionnement du mât secondaire (10), le mât principal (7) reste fixe.
Ainsi, lors du positionnement d'un assemblage (24) le mât principal (7) vient se placer au voisinage du lieu déterminé, puis, l'outil de guidage (15) assure le positionnement du pied dudit assemblage au niveau de son insertion précise dans les trous d'eau (21).
Compte tenu de la faible distance du déplacement du pied de l'assemblage, on joue sur la flexibilité du mât secondaire (10) pour ne pas induire nécessairement le déplacement de la tête de l'assemblage. Ce faisant, on simplifie considérablement le fonctionnement de l'installation conforme à l'invention, puisqu'il n'est plus nécessaire d'assurer le synchronisme du déplacement du mât principal et de l'outil de guidage du pied de l'assemblage de combustible nucléaire. Qui plus est, on diminue de manière très sensible la zone neutralisée au niveau du réacteur par l'outil de guidage, de sorte que l'installation conforme à l'invention permet ainsi de remplir près de 90 % de la cuve, ce que l'on ne savait pas faire jusqu'alors.
L'installation conforme à l'invention permet donc d'assurer un guidage précis du pied des assemblages en prenant comme référence la plaque de cœur, de sorte qu'il est tout à fait possible de manipuler des assemblages même ayant subi des déformations relativement importantes.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation pour la mise en place côte à côte d'assemblages (24) de combustible nucléaire sur la plaque de cœur (20) d'un réacteur nucléaire, présentant une pluralité d'emplacements contigus (23), comprenant :
• une machine de chargement (1) munie d'un chariot de commande (5) ;
• un mât principal télescopique (7, 8), fixé par son extrémité supérieure au chariot de commande (5), et muni à son extrémité inférieure d'un grappin (9), destiné à prendre en charge un assemblage de combustible (24) à positionner, et apte à se translater selon un plan parallèle à la plaque de cœur
(20) ;
• un mât secondaire télescopique (10) fixé parallèlement au mât principal (10) ;
• un outil de guidage (15) du pied (26) des assemblages (24), fixé à l'extrémité inférieure du mât secondaire (10), caractérisée en ce que l'extrémité inférieure du mât secondaire (10) présente des moyens pour assurer le déplacement du pied (26) de l'assemblage (24) en cours de positionnement, tout en maintenant la tête dudit assemblage fixe, c'est à dire, en l'absence de toute translation en synchronisme du mât principal (7, 8).
2. Installation pour la mise en place côte à côte d'assemblages (24) de combustible nucléaire sur la plaque de cœur (20) d'un réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisée en ce que le déplacement de l'outil de guidage (15) et donc du pied (26) de l'assemblage (24) s'effectue par la simple descente du mât secondaire (10), après une première phase de positionnement de l'extrémité inférieure du mât secondaire au niveau de la plaque de cœur (20).
3. Installation pour la mise en place côte à côte d'assemblages (24) de combustible nucléaire sur la plaque de cœur (20) d'un réacteur nucléaire selon la revendication 2, caractérisée en ce que la translation horizontale de l'outil de guidage (15), propre à induire le déplacement et le positionnement du pied (26) de l'assemblage (24) au niveau du lieu (23) souhaité de la plaque de cœur (20)
. est réalisée au moyen d'un ensemble de biellettes (40) articulées au niveau de l'extrémité inférieure du mât secondaire (10), de l'organe de guidage proprement dit (30) et du socle (27) entrant dans la composition dudit outil de guidage, et destinée à venir prendre appui et référence sur la plaque de cœur (20).
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