Brevet FR2000243A1 — publié le 19690905

La présente invention concerne un dispositif d1actionnement hydraulique d'une barre de commande de réacteur nucléaire. Le dispositif d'actionnement et la barre de commande sot & type dans lequel la barre de commande est soulevée hors du coeur du réacteur à l'aide d'un liquide sous pression et redescend à l'intérieur du coeur simplement par son propre poids ou bien par combinaison de' son propre poids et de l'action du liquide sous pression Le liquide est déplacé lorsque la barre de commande descend et il peut refluer dans le conduit par lequel il a été introduit dans le dispositif d'actionnement pour soulever la barre de commande.Cependant, si la barre de commande doit descendre rapidement, par exemple pour arrêter brutalement le réacteur, la résistance à l'écoulement dans le dit conduit peut ralentir la descente0 Il est, par conséquent, souhaitable que le liquide déplacé par la barre de commande puisse être évacué sans rencontrer de résistance notable.Suivant l'inventions ce problème est résolu en prévoyant dans le dispositif d'actionnement une soupape de décharge qui est ouverte et fermée par la pression du liquide0 Le dispositif d'actionnement selon l'invention est caractéri sée en ce qu'il comprend une soupape de décharge pour le liquide déplacé, cette soupape comportant un slege et un obturateur coni- que mobile qui est agencé pour Autre sollicité par le liquide sous pression lorsque la barre de commande est déplacée vers le naut en étant alors appliquée contre son siège et en empêchant ainsi le liquide sous pression de s'échapper, l'obturateur étant également agencé pour être sollicité par la pression du liquide refoulé par la barre de commande pendant son mouvement de descente de façon à être écarté de son siège et à dégager l'orifice de décharge du liquide déplacé. Pour maintenir la résistance à l'écoulement à une valeur faisable, il est souhaitable que la soupape de décharge soit placée aussi près que possible de la barre de commande. En conséquence, suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, la barre de commande a une forme tubulaire et est pourvue, à sa partie supérieure, d'un piston coopérant avec une tige centrale ereuse et fixe par l'intermédiaire de laquelle est introduit du liquide sous pression, la soupape de décharge étant alors installée à ltextrd- mité Inférieure de cette tige centrale. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans les quels - figure 1 représente un mode de réalisation du dispositif d'actionnement selon l'invention, avec la barre de commande associée, et - figure 2 représente un autre mode de réalisation de la soupape de décharge du dispositif. Le dispositif de la figure 1 comprend un tube fixe 1 qui est disposé verticalement au-dessus du coeur du réacteur nucléaire, du type refroidi et modéré par eau. Le tube 1 contient une pièce rapportée se composant d'une tette 2, d'une tige centrale creuse 3 et d'un tube extérieur 4. La pièce rapportée est supportée par une butée fixée sur la paroi intérieure du tube 1 par l'intermé- diaire d'un épaulement 9e la tête 2 est pourvue à sa partie supérieure dun élément 8 en forme de collerette à l'aide de laquelle la pièce rapportée peut être soulevée par la machine d'alimentation en combustible du réacteur, non représentée, qui assure l'in- troduction et la sortie des éléments combustibles. Une barre de commande 6de forme tubulaire, contenant une matiè- re absorbant les neutrons, est disposée entre la tige centrale 3 et le tube 4. La barre de commande est pourvue à sa partie supérieure d'une tête 7 en forme de piston qui coopère avec la tige centrale 3. La barre de commande coopère également avec un élar- glissement 5 en forme de piston de l'extrémité inférieure de la tige centrale 3. .En conséquence, un intervalle 11 est formé entre la barre de commande 6 et la tige centrale 3 de manière à recevoir de l'eau sous pression par l'intermédiaire de la cavité 10 ménagée dans la tige centrale et d'un canal 13 prévu à l'extrémité inf4- rieure de cette tige lorsque la barre de commande doit autre relevée. Un corps 15 déplaçable verticalement est disposé dans un alésage 1 14 ménagé dans la partie inférieure de la tige centrale 3, le corps 15 jouant le rAcle d'un obturateur conique de soupape puisque sa partie inférieure coopère avec un étranglement 16 constituant le siège de la soupape. Un trou central 18 prévu à la partie supérieure de l'obturateur conique 15 communique avec un canal radial 19. Lorsque l'obturateur 15 se trouve dans sa poses tion-limite inférieure, le canal 19 communique avec le canal 13 ménagé dans la paroi de la tige centrale 3. La paroi de la tige centrale 3 comporte également un orifice 21 se présentant sous forme d'une fente allongée et étroite qui'est orientée axialement. Cet orifice 21 communique avec un canal annulaire 20 lui-même en liaison avec'la partie inférieure 14a de l'alésage'14. De l'eau est introduite dans le dispositif d'aetionrement par l'intermédiaire d'un conduit 22 relié à la cavité 10 de la tige centrale 3 par un canal 28 ménagé dans la tete 2. Le conduit 22 est relié'à une pompe 23 a'imentée/en eau à partir du réacteur.Dans un conduit de dérivation 24 situé au-dessus de la pompe 23, il est prévu une soupape de trop-plein 25 branchée de manière à'permet- tre le retour de l'eau lorsqu'une pression prédéterminée a été atteinte. Le conduit 22 contient également deux séries de vannes branchées en parallèle, à savoir deux vannes 26 a , 26 b et deux vannes de commande 27 a, 27 b à l'aide desquelles le'débit d'eau peut titre réglé.Un'récipient sous pression 31 est relié au conduit 22 par un conduit 29 pourvu d'une vanne d'arrtt 30. Ce récipient éontient de l'eau et un gaz comprimé, de préférence de l'azote. Le récipient 31 communique également avec l'intervalle situé au-dessus du piston 7 de la barre de commande par l'intermédiaire d'un conduit 32 et d'un canal 35 ménagé dans la tête 2. Le conduit 32 contient une vanne d'arrêt 34 et une vanne de commande 33. Le conduit 32 et le conduit 22 peuvént autre mis en communication avec le réåcteur, à savoir par l'intermédiaire des conduits 38 et 36 comportant les vannes d'arrêt 39 et 37. Le dispositif de la figure 1 fonctionne de la manière suivante : lorsque la barre de commande 6 est déplacée vers le haut les deux vannes 26 a et 26 b sont ouvertes. L'eau sous pression refoulée par la pompe 23 pénètre dans la cavité 10 de la tige centrale 3 et maintient l'obturateur conique 15 appliqué contre le siège 16 en s'écoulant par l'intermédiaire du trou 18 et des canaux 19 et 13 dans l'espace 11 de manière à soulever la barre de commande 6. Une certaine quantité d'eau passe dans un canal 40 ménagé dans la paroi de la barre de commande et pénètre par l'intermédiaire d'orifices 41 prévus à la partie inférieure du tube 4 et par l'intermédiaire d'orifices 42 dans le tube 1, en l'eau se trouvant dans le conduit 22 d'tre surchauffée par la vapeur eu réacteur lorsque la barré de commande se trouve dans sa position-limite supérieure. S2il en était autrernent, l'écoulement passant dans le conduit 22 serait très réduit dans cette position de la barre de commande.L'eau se trouvant dans l'espace 12 situé au-dessus du piston 7 de la barre de commande revient au réacteur par l'intermédiaire du canal 35, de la soupape 39 et du conduit 38. S'il est souhaitable que la barre de commande 6 descende lentement, a vanne 26 b est fermée. L'écoulement passant dans la vanne 26 a n est pas suffisant pour compenser la quantité de liquide sortant par le canal 40 et les fuites éventuelles et la barre de com mande descend, par conséquent, lentement. Si on désire faire descendre rapidement la barre de commande 6, on ferme les vannes 26 a, 26 h et 39 et on ouvre les vannes 34 et 37. De leau en provenance'du réservoir sous pression 3t pénètre dans l'espace 12 et accélère le mouvement de descente de la barre de commande. La pression règnant dans l'espace 11 en-dessous du piston 7 est supérieure à la pression règnant dans la cavité 10 de la tige centrale, qui est approximativement égale à la pression du réacteur.Puisque l'espace 14 a situé en-dessous de l'obtura- teur conique 15 communique avec l'espace Il par l'intermédiaire du canal 20, l'obturateur 15 est refoulé dans sa position haute et par conséquent l'eau se trouvant dans ltespace Il est déchargée par l'intermédiaire du canal 20 et de l'orifice 17. Ceci est possible du fait que le canal 19 est étranglé suffisamment pour que la pression règnant au-dessus de l'obturateur 15 soit bien inférieure à celle régnant dans les espaces Il et 14 a. En conséquence, l'eau ne rencontre pratiquement aucune résistance.L'eau, se trouvant dans I 'intervalle étroit ménagé entre la barre de commande 6 et le tube 4 sort par l'intermédiaire des orifices 41, 42. Lorsque la barre de commande 6 se trouve presque dans sa position haute, le pistion 7 masque d'abord l'orifice 21 et diminue ainsi l'écoulement d'eau sortant de l'espace 11. L'orifice 21 joue, par conséquent, le rAole d'un frein hydraulique pendant la descente de la barre de commande. Lorsque la barre de commande doit à nouveau être remontée, les vannes sont ramenées dans leurs positions initiales et le réci- pient sous pression 31 est à nouveau rempli d'eau par ouverture de la vanne 30. Le dispositif de la figure 2 comprend une tige centrale 43 qui est alimentée en eau pour actionner la barre de commande de la meme manière que la tige centrale 3 de la figure t. La partie inférieure de la tige centrale contient une soupape de décharge comprenant un corps fixe 48 et un obturateur conique 49 déplaçable axialement dans le corps et agencé pour coopérer avec un siège 51. Dans la paroi de la tige centrale 43, il est prévu un orifice 58 orienté verticalement et de forme allongée et étroite, qui communique avec un orifice 57 annulaire lui-même en liaison avec la partie inférieure 68 du corps de soupape par l'intermédiaire d'orifices 59. Une barre de commande 44 comporte, à sa partie supérieure, un piston 45 coopérant avec la tige centrale 43. Une partie 46 en forme de piston prévue à la base de la tige centrale 43 coopere avec la barre de commande. De l'eau peut autre introduite dans l'espace 47 formé entre la tige centrale et la barre de commande à partir de la partie creuse 55 de l'obturateur 49 et par l'intermédiaire d'un orifice 54 et d'un canal annulaire 53. Un ressort à boudin 50 est prévu pour pousser l'obturateur conique 49 vers le-haut avec une force appropriée. A la partie supérieure de ltobturateur conique, il est prévu un clapet de non-retour comportant une partie conique 60 déplaçable axialement et coopérant avec un siège 62. la partie conique -60 est poussée vers le haut par un ressort à boudin 6t avec une cer iaine force. A sa partie inférieure, la partie conique comporte une broche centrale 63 qui est guidée par un guide 64 a supporté par des éléments radiaux 64 b,.A son extrémité supérieure, la partie conique 60 est guidée par des épaulements 65. Un trou vertical 66 communiquant avec les canaux radiaux 67 est ménagé dans la partie supérieure de l'obturateur 60. Le dispositif de la figure 2 fonctionne de la manière suivante: lorsque la barre de commande doit titre remontée, une quantité relativement grande d'eau sous pression est introduite dans la cavité de la tige ventrale. Du fait de la différence de pression existant entre cette cavité et le réacteur, l'obturateur conique 49 est d'abord refoulé vers le bas et coupe la communication entre la chambre 68 et la sortie 52 reliée au réacteur. L'obturateur conique 60 du clapet de non-retour est ensuite refoulé vers le bas de manière à établIr une communication entre la cavité de la tige centrale.et la cavité 55 de l'obturateur conique 49. Ce problème est résolu en dimensionnant de façon appropriée les ressorts 50 et 61. De l'eau s'écoule dans les canaux 53, 54, 56 et 70 de manière à pénétrer dans l'espace 47 et à faire remonter la barre de commande 44e Une certaine quantité d'eau en provenance de l'espace 47 s écoule dans un canal 69 ménagé dans la paroi de la barre de commande en refroidissant ainsi le dispositif0 Si la barre de commande 44 doit être descendue lentement, on fait pénétrer dans la cavité de la tige centrale un écoulement relativement réduit, c'est-à-dire un écoulement inférieur à la somme de l'écoulement passant dans le canal 69 et des fuites éventuelles l'a barre de commande descend alors lentement. Lorsque la barre de commande doit autre descendue rapidement, la cavité de la tige centrale est mise en communication avec l'intérieur du réacteur Une surpression est engendrée dans le volume 47 en fonction du poids de la barre de cormnande, Sous l'effet de cette surpression ainsi que des ressorts à boudin 50 et 61, les obturateurs coniques 49 et 60 sont déplacés vers le haut. Lut eau refoulée dans l'espace 47 par la barre de commande 44 revient par l'intermédiaire des canaux 58, 57, 59 et 52 dans le réacteur, La communication entre la cavité 55 de l'obturateur 49 et la cavité de la tige centrale est maintenant coupée par l'obturateur 60 mais une petite quantité d'eau passe dans les canaux 67 et 66. Lorsqu un tube se rompt à l'extérieur du réacteur, le clapet de non-retour 60, 61, 62 empêche un écoulement d'eau trop important. Du fait que le clapet de non-retour se ferme rapidement, une basse pression est rapidement établie au-dessus de ltobtura teur conique 49. Puisque l'obturateur est également poussé vers le haut par lé ressort 50, le retard à 1' ouverture du clapet est très faible e Les canaux 68,67 ménagés dans l'obturateur conique 60 empt6hent cependant l'obturateur 49 de s'ouvrir intempestive- ment sous l'effet des variations de pression qui se produisent dans la cavité de la tige centrale lorsque la barre de commande doit être descendue lentement R E V E N D I C A T I O N S 1 - Dispesitif d'actionnement hydraulique d'une barre de commande d'un réacteur nucléaire, la barre de commande étant agencée de mamière à être déplacée vers le haut hors du réacteur par un liquide sots pression et à descondre dans le soo@r du réacteur sous l'effet de son propre poids, et éventuellement sous l'influence d'un liquide sous pression, ce dispositif étant earactérisé en ce qu'il comprend une soupape de decharge du liquide sous pression qui est déplacé lorsque la barre de commande descend la soupape de décharge comprenant un siège et un obturateur conique mobile, l'obturateur étant sollicité soit par le liquide sous pression introduit de manière à s'appliquer contre son siège et à empêcher airsi la liquide de s'échapper, soit, lersque la barre ne commande descend, par la pression du liquide déplacé par la dite barre de manière à s'écarter de son siège et à établi ainsi un onifice de décharge du liquide déplacé. 2 - Dispositif suivant la revendication ta dans lequel la barre dé commande a une forme tubulaire et est pourvue d9un piston coopérant avec une tige centrale creuse par l'intermédiaire de laquelle le liquide sous pression est introduit, ce dispositif étant caractérisé en ce que la soupape de décharge est placée à l'extrémité inférieure de la tige centrale.