CRIBLAGE ET MISE EN LIGNE DE PASTILLES DE COMBUSTIBLE

NUCLéAIRE

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention se rapporte à la fabrication de crayons utilisés comme éléments combustibles nucléaires, et notamment à leur remplissage par des pastilles. Plus précisément, l'invention concerne l'étape de mise en place des pastilles avant leur insertion dans les gaines des crayons .

Plus généralement, l'invention concerne la mise en ligne d'objets cylindriques à partir d'un rangement en vrac : l'invention se rapporte à un dispositif et à un procédé permettant d'aligner des objets cylindriques à partir de nacelles dans lesquelles ils ont été stockés, tout en éliminant les éléments qui y auraient été mêlés, comme notamment des éclats de pastilles de combustible nucléaire.

éTAT DE LA TECHNIQUE ANTéRIEURE

Lors de la fabrication de combustible nucléaire, décrite par exemple dans FR 2 825 307, des pastilles sont obtenues par un pressage de poudres suivi par un frittage à haute température. Le frittage est effectué dans des nacelles réfractaires dans lesquelles les pastilles pressées peuvent être disposées de façon aléatoire. Les pastilles frittées, après éventuel stockage, sont ensuite rectifiées,

c'est-à-dire ajustées à la taille de la gaine dans laquelle elles sont finalement insérées pour former les crayons de combustible, après de nombreux contrôles intermédiaires (comme la vérification des dimensions) . Pour permettre le déroulement plus ou moins continu du processus de fabrication, les pastilles stockées en vrac dans les nacelles doivent donc être alignées. Par exemple, le document FR 2 667 398 décrit l'alignement des pastilles au moyen d'un bol vibrant dans lequel les pastilles sont versées. Un tel bol, classiquement utilisé, peut être adapté pour minimiser la présence de résidus : voir JP 10029719. De plus, les différentes étapes impliquent le déplacement des pastilles, par exemple le long d'un convoyeur, qui peut notamment comprendre une bande ou un « bi-fil » tel que décrit dans FR 2 779 134.

Il apparaît que des dysfonctionnements et blocages peuvent survenir, par exemple lorsqu'une pastille n'est pas bien positionnée et/ou lorsque des éclats ou poussières se déposent sur le convoyeur ; ces incidents sont préjudiciables en termes de temps et de coûts, au vu des arrêts occasionnés, mais également du rejet des pastilles conformes aux spécifications qui ont été bloquées. Pour réduire les risques de blocages sur la ligne de production, il est ainsi souhaitable de limiter la quantité d'éclats, de fragments et de poussières de pastilles le plus tôt possible, et notamment lors de leur mise en ligne avant rectification. Aucun dispositif existant ne permet de remplir toutes ces conditions.

EXPOSE DE L' INVENTION

L' invention se propose de pallier les inconvénients des dispositifs existants et concerne un système permettant d'atteindre les buts susmentionnés. Plus généralement, l'invention a pour objet un système permettant de séparer des objets cylindriques plus ou moins uniformes et rangés en vrac, de les trier pour ne garder que ceux répondant à certaines spécifications, d'évacuer vers un système de collecte les résidus et d'aligner les objets conformes. D'application particulière pour les pastilles de combustible nucléaire, le système peut être positionné dans une boîte à gants et fonctionner de façon automatique . Sous l'un de ses aspects, l'invention concerne un dispositif de convoyage, comprenant éventuellement un couloir vibrant en amont et comprenant une succession d'au moins deux cribles mis en mouvement de préférence par des embases vibrantes, en aval du couloir vibrant dans le sens de déplacement des objets. Les moyens pour faire vibrer les cribles sont indépendants, et par exemple adaptés pour générer un déplacement de vitesse différente pour chacun ; par ailleurs, deux cribles au moins sont séparés l'un de l'autre dans une direction verticale (en fait, perpendiculaire au sens de déplacement) , de sorte que les objets cylindriques se déplaçant sur le dispositif subissent une discontinuité de mouvement permettant leur retournement. A part leur vitesse de déplacement, les deux cribles sont avantageusement identiques, composés

de barreaux horizontaux dont l'axe est parallèle au déplacement des objets, espacés d'un pas adapté à la taille des objets et de préférence égal au diamètre des barreaux. Avantageusement, les deux cribles, outre leur espacement vertical, sont décalés horizontalement d'un demi-pas, de sorte que les barreaux du premier crible soient face à un espace du deuxième crible.

Chaque crible est associé avantageusement à un récipient, éventuellement un seul pot pour les deux cribles, permettant de récupérer les éclats passant entre les barreaux.

Le convoyeur selon l'invention est de préférence associé en aval à un bol vibrant permettant la mise en ligne des objets cylindriques, et en amont à un dispositif permettant de retourner un récipient de stockage de ces objets.

Sous un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé permettant de mettre en ligne des objets cylindriques stockés en vrac tout en effectuant une première sélection d'objets de dimensions prédéterminées, notamment en évacuant les éclats et poussières des objets cylindriques hors du convoyage, de préférence en les récupérant dans un pot associé. Le procédé comprend la mise en place des objets sur un premier élément de convoyage, éventuellement dual, comprenant un crible mis en vibration, notamment des barreaux alignés parallèlement à leur axe et espacés, le déplacement des objets grâce à la vibration du crible vers un deuxième crible, de préférence identique au premier, séparé de la première nappe de barreaux verticalement et décalé dans le plan horizontal, le

transfert des objets sur le deuxième crible par une chute avec possible retournement, le déplacement des objets sur le deuxième crible par mise en vibration de celui-ci, avantageusement à une vitesse supérieure à la première.

De préférence, le procédé est utilisé pour des pastilles de combustible nucléaire issues d'une nacelle de stockage renversée, dans un environnement confiné, pour leur transfert vers un bol vibrant permettant leur mise en ligne organisée.

BRèVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en référence aux dessins annexés, donnés à titre illustratif et nullement limitatifs .

La figure 1 illustre schématiquement un dispositif de mise en ligne existant.

Les figures 2A et 2B montrent un système selon l'invention.

EXPOSé DéTAILLé DE MODES DE RéALISATION PARTICULIERS

Une fois pressées, les pastilles de combustible nucléaire sont placées dans un système de stockage, telle une nacelle pouvant être insérée dans le four de frittage. En particulier, selon un mode de réalisation préféré, les nacelles comprennent entre 9 et 12 Kg de pastilles en vrac, c'est-à-dire non ordonnées .

Une fois frittées, selon un mode avantageux mais seulement à titre d'exemple, les pastilles sont des cylindres de révolution de diamètre 8 à 9,5 mm et de longueur 11 à 12 mm, pesant entre 6 et 8 g. Des pastilles peuvent avoir été fracturées lors du frittage, générant des résidus plus ou moins particulaires, qui restent la plupart du temps mêlés au stock de pastilles.

Lorsque les pastilles ainsi fabriquées sont destinées à être insérées dans des crayons de combustible nucléaire, selon les systèmes existants, les nacelles sont retournées sur un convoyeur à bande au moyen d'un dispositif mécanique classique. Tel qu'illustré schématiquement sur la figure 1, le convoyeur à bande 1 de l'art antérieur permet d'alimenter un bol vibrant 2 avec le contenu des nacelles 3 au moyen d'un bec verseur 4 : la bande d'alimentation du convoyeur 1 assure le déplacement en vrac des pastilles 5 jusqu'au bol vibrant 2, par exemple au moyen d'un moteur triphasé 6, l'avance étant asservie par un capteur de remplissage 7 du bol vibrant 2.

La géométrie du bol 2 et les vibrations générées créent une mise en ligne des pastilles 5 : les pastilles 5 tournent à l'intérieur de la cuve du bol 2 tout en montant sur des rampes 8, étant ainsi conduites jusqu'à la sortie du bol 2 où elles sont reprises par un convoyeur 9 qui les amènera jusqu'aux meules de rectification . II est évident que, tant pour l'état de la technique que pour le système selon l'invention, ces

étapes de fabrication du combustible nucléaire sont effectuées dans un environnement clos hermétique, de type boîte à gants, automatisées, avec intervention humaine éventuelle uniquement à distance. Selon l'invention, le convoyeur 1 et le bec verseur 4 classiques sont remplacés, de façon à effectuer un tri préliminaire et à ne déverser dans le bol 2 que des pastilles 5 répondant à des exigences minimum, en évitant toute poussière ou tout éclat contaminants.

En particulier, au lieu d'être renversée sur un simple convoyeur 1, la nacelle 3 est retournée, par des moyens mécaniques qui peuvent être similaires aux précédents, progressivement sur un dispositif de convoyage 10 qui permet d'étaler les pastilles pour en réguler le flux. Comme illustré sur les figures 2A et 2B, de préférence, le dispositif de convoyage 10 comprend en amont un couloir 12 semblable au convoyeur 1 précédent qui permet de répartir sur sa surface l'ensemble des pastilles déversées afin de ne pas retarder l'appel d'une nouvelle nacelle 3.

Le couloir vibrant 12 alimente un premier crible 14 qui le prolonge et permet l'élimination des éclats de pastilles 5 ; il est possible également de verser le contenu de la nacelle 3 directement sur ce premier crible 14. Le premier crible 14 peut notamment être constitué d'une nappe de barreaux métalliques 16, parallèles entre eux selon leur axe longitudinal et dont l'espacement permet la circulation des pastilles 5 intègres tout en éliminant les éclats qui tombent entre les barreaux 16. De préférence, chaque barreau 16 a un

diamètre de l'ordre de 6 mm pour l'application visée, et le pas de la nappe est également de l'ordre de 6 mm. Avantageusement, la vibration du crible 14 est obtenue par l'intermédiaire d'une embase vibrante 18 à laquelle les barreaux 16 sont reliés ; l'amplitude et la fréquence des vibrations permettent de déterminer une vitesse d'avancement des pastilles 5. Un tel système de déplacement est connu par exemple du document JP 1 318 996. Selon l'invention, le dispositif de convoyage 10 comprend en outre un deuxième crible 24, avantageusement de même nature que le premier, décalé verticalement et vers le bas par rapport au premier 14, de façon à obliger les pastilles 5 arrivant à son extrémité à faire une pirouette lors du passage de la grille supérieure 14 à la grille inférieure 24. De préférence, le deuxième crible 24 est séparé du premier d'une distance verticale d qui est légèrement inférieure à la longueur d'une pastille 5, de sorte que la pastille 5 ne peut pas « tomber » en amont du crible 24 et ne se casse pas.

De plus, de préférence, les barreaux 26 du deuxième crible 24 sont également décalés dans le plan horizontal d'un demi-pas, en une sorte de quinconce, qui permet d'accentuer le retournement des pastilles 5 occasionné par le franchissement du décalage vertical. Ainsi, les plus gros éclats, qui auraient pu circuler sur la première partie 14 du dispositif 10 sans être piégés, peuvent également être éliminés. Le deuxième crible 24, tout comme le premier, est avantageusement mis en vibration par

l'intermédiaire d'une embase 28, dont cependant la fréquence et l'amplitude des vibrations sont de préférence déterminées pour que la vitesse de déplacement des pastilles sur le deuxième crible 24 soit supérieure à la vitesse de déplacement sur le premier crible 14. Ainsi, par cassure de la vitesse et latence due à la chute, les objets cylindriques 5 peuvent être séparés, et aucun engorgement ne se produit . Cette partie aval 14, 24 du dispositif de convoyage 10 selon l'invention permet donc d'écarter la totalité des éclats et poussières du flux de pastilles 5 arrivant du couloir vibrant 12. La récupération des éclats se fait par exemple dans un pot 30 placé sous les cribles 14, 24 et muni d'un capteur de remplissage.

Par éclats, il faut comprendre des parties de pastilles, résidus de fracture lors du pressage, mais aussi par exemple des rondelles (pastilles trop courtes) ou des morceaux (pastilles cassées lors du frittage) : selon le pas des cribles 14, 24, une présélection des pastilles 5 peut être effectuée, de façon à limiter au maximum les risques de blocage sur les moyens de convoyage en aval du présent dispositif 10. Comme dans l'art antérieur illustré sur la figure 1, les pastilles 5 ainsi triées sont déversées dans un dispositif de mise en ligne tel qu'un bol 32, par l'intermédiaire d'un bec 34 ; le bol 32 comprend de façon avantageuse un hélicoïde 38 ouvert vers le haut pour permettre la préhension des pastilles par le dessus. Le flux de pastilles 5 à la sortie du

dispositif, c'est-à-dire de l'ensemble constitué du couloir 12, des cribles 14, 24 et du bol 32 peut être réglé entre 2 et 3,3 pastilles par seconde (± 5 %) .

En sortie de bol 32, avantageusement et tel qu'il est connu, un convoyage 9 (voir figure 1) peut amener les pastilles alignées jusqu'à une rectifieuse, puis à un système de contrôle du diamètre, et ainsi de suite jusqu'à réalisation des crayons.