Brevet FR2036728A1 — publié le 19701231

La présente invention se rapporte, d'une manière générale, aux réacteurs nucléaires et, plus particulièrement, aux réservoirs de ces réacteurs qui sont soumis à des pressions internes élevées. Les réservoirs utilisés pour contenir les réacteurs du type à liquide sous pression, sont faits d'épais panneaux d'acier forgé et laminé auxquels est boulonnée une calotte hémisphérique. Les procédures de conception et de fabrication utilisées dans l'industrie sont fondées sur l'opinion généralement admise qul- une rupture du réservoir conduisant à une dépressuration brutale de celui-ci, est une éventualité invraisemblable. Toutefois, les graves conséquences que pourrait entraîner une importante rupture d'un tel réservoir, due aux effets inconnus ou imprévus de son exposition aux neutrons et aux modifications de la résistance à la rupture de ses parois, même si une telle rupture est hautement improbable, ont attiré l'attention sur la nécessité d'une protection positive contre les conséquences de certains modes de défaillance des réservoirs de pression qui pourraient provoquer une brèche dans le confinement secondaire de l'installation. La haute pression régit à l'intérieur du réservoir d'un réacteur et son grand diamètre, ont pour conséquence d'imposer des charges axiales importantes aux extrémités du réservoir, charges égales à la pression unitaire nominale (P) multipliée par 1'aire effective, + D2, D étant le diamètre du réservoir. C'est ainsi, par exemple, que pour une pression de 175 kg/cm2 et avec un diamètre intérieur de 4 mètres, la charge qui s'exerce aux ex trAi1tés est égale à environ 21000 tonnes. On présume que dans le cas d'une rupture horizontale du réservoir, des charges aussi grandes pourraient imprimer aux fragments de celui-ci une force comparable à celle d'une fusée. Le poids du réservoir et des composants internes de celui-ci pourrait atteindre de 500 à 1000 tonnes.Le poids des masses de béton voisines peut représenter environ 1/10 à 1/5 de ces forces explosives. Par conséquent, il est difficile de trouver des masses ou des ancrages pour des forces de séparation aussi grandes. En conséquence, le but de la présente invention est d'apporter une structure pour maintenir un réservoir de pression assemblé, même dans le cas d'une rupture importante. L'invention a également pour but d'apporter une structure de maintiend'assemblage qui: N'impose aucune pré-contrainte au réservoir en service normal et pendant les cycles thermique et de pression normaux de celui-ci. Qui ne gene pas l'enlèvement de la calotte d'un réservoir de réacteur pour le regarnir avec d combustible, et Qui ne nécessite pas une modification du dessin, de la fabrication ou du mode de fonctionnement du réservoir. Selon un mode de réalisation de l'invention, les extrémités supérieure et inférieure hémisphériques d'un réservoir de réacteur sont tenues assemblées par des chapes en forme de cane, placées aux deux extrémités de celui-ci et qui sont reliées par de forts tirants s' étendant à travers des brides annulaires situées sur les bordures extérieures de ces chapes. Des boucliers hémisphériques en acier à haute résistance sont fixés au-dessus des extrémités supérieure et inférieure par des brides annulaires situées sur les bordures intérieures des chapes. La chape supérieure est fixée sur 1' extrémité supérieure du réservoir par des boulons qui s' étendent à travers la bride de la bordure intérieure de la chape.Les tirants reliant les deux chapes s' étendent à travers des conduits formés dans le béton entourant le réservoir, où ils sont abrités des radiations atomiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d' exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - La figure 1 est une vue partiellement en élévation et partiellement en coupe d'un réservoir de réacteur équipé d'une structure de maintien d'assemblage, conforme à l'invention. - La figure 2 est un plan par dessous de la structure de la figure 1; et: ~ - Les figures 3 et 4 sont des vues partielles à plus grande échelle de cette structure. sur la figure 1, on vo: t un réservoir de réacteur 10 placé dans un puits 11, constitué par vnne enceinte de béton 12. Un passage horizontal 13 est prévu dans enceinte de béton 12, à la base du puits ll. Le réservoir 10 est supporté par une poutrelle circu laire 14 fixée à celui-ci et qui repose sur un rebord 15 de len- ceinte de béton 12. De cette manière, l'extrémité inférieure du réservoir 10 est disposée au-dessus d'un plancher de béton 16, ménageant ainsi un intervalle entre le fond du réservoir et le plancher.L'enceinte 12 fait partie du confinement secondaire de 1' ins- tallation nucléaire dont le réacteur est la source d'égergie. Ce confinement secondaire est destiné à empêcher des matières radioactives de s'échapper dans l'atmosphère environnante. Le réacteur est du type à liquide sous pression et, de ce fait, le réservoir 10 est soumis à une pression interne relativement élevée. Le réservoir 10 comprend un corps cylindrique 21, une extrémité supérieure ou une calotte hémisphérique 22 et une extrémité inférieure hémisphérique 23. Le corps 21 comporte une section 24 garnie d'un certain nombre d'ajutages 25 pour le raccordement des tuyauteries des circuits primaires de l'installation. L'extrémité inférieure 23 est soudée au corps cylindrique 21 de même que la section 24. L'extrémité supérieure 22 possède une bride d'assemblage 26 qui est reliée à une seconde bride d'assemblage 27, de la section 24 au moyen d'un certain nombre de boulons 28, dont un seul est représenté. Un joint annulaire 29 est interposé entre les brides 26 et 27. Des orifices ou des tubes de passage de barres de commande 31, sont prévus dans la calotte supérieure 22. De même, des orifices de passage de lignes d'instruments 32 sont ménagés dans l'ex- trémité inférieure 2fus. Une conduite d'air 33 et un écran d'air 34 sont représentés au sommet du réservoir 10. Une gaine de ventilation 35 est représentée à la base du réservoir, dans le passage 13. Une tige de levage 36 est fixée à la calotte 22. Des tiges de levage supplémentaires (non représentées) sont prévues pour lever la calotte 22 du réservoir. Pour simplifier le dessin, le mécanisme d'actionnement des barres de commande et les autres équipements au xiliaires n'ont pas été représentés0 Comme indiqué en 37, le réservoir 10 se compose d'épais pan neaux d'acier forgé et laminé qui sont soudés ensemble. De ce fait, les risques d'une rupture du réservoir sont très faibles.Toutefois en raison des graves conséquences que pourrait entraîner une importante rupture du réservoir due aux effets inconnus de 1' exposition de celui-ci à l'action des neutrons et aux modifications résultan tes de la résistance à la rupture des parois, il est utile de prévoir des moyens de sécurité positifs contre les conséquences de certains modes de défaillanee du réservoir qui pourraient provoquer une brèche dans le système secondaire de confinement. Pour produite une structure capable de maintenir l'intégrité du réservoir dans ltévnetua1ité d'une rupture importante, et d'éviter la production de projectiles et d'une brèche dans le système secondaire de confinement, on a prévu une chape 41, en forme de cône renversé à l'extrémité supérieure du réservoir et une chape 42 en forme de cône vertical à l'extrémité inférieure de celui-ci. Les deux chapes 41 et 42 sont reliées par un certain nombre de tirants de forte section 43 qui s'étendent à travers des conduits 44 formés dans l'enceinte de béton 12. Du fait que les tirants 43 passent à travers le béton, ils sont abrités des intenses radiations atomiques. Dans le mode de réalisation représenté, les tirants 43 traversent des brides annulaires 45 et 46 fixées respectivement aux bordures extérieures des parois 47 et 48 des chapes 41 et 42.Des brides annulaires 51 et 52 sont fixées respectivement aux bordures intérieures des parois 47 et 48. Ces brides sont, de préférence, soudées aux bordures des chapes de la manière représentée. I1 est bien évident qu'un certain nombre de barreaux espacés pourraient entre utilisés à la place des parois 47 et 48. La bride 51 repose sur la bride d'assemblage 26 de l'extré- mité supérieure 22 et est fixée à cette dernière au moyen de boulons 28. Ainsi, quand on a besoin d'enlever la calotte ou l'extré- mité 22, pour renouveler le combustible, ou pour toute autre raison, on peut retirer la chape 41 avec la calotte, sans aucune manoeuvre spéciale. Les tirants 43 peuvent être espacés autour des brides 45 et 46 de la manière représentée sur la figure 2. Comme le montre également cette figure, le diamètre de la bride 52 est plus petit que celui du réservoir 10, dont la circonférence extérieure est indiquée par un cercle en tirets sur la figure 2. Entant donné que le diamètre de la bride 52 est plus petit que celui du réservoir 10, celle-ci va s'appliquer contre l'extrémité inférieure hémisphérique 23, comme le montre la figure 1. Une boucle de levage 53 est prévue à 1' extrémité supérieure de chaque tirant 43. Ainsi, les tirants 43 peuvent tre abaissés au-dessous du plancher des canaux de combustible 54 pendant le regarnissage du réacteur. Les tirants 43 peuvent Btre levés et abaissés par une grue ou par tout autre mécanisme convenable. Pour permettre la dilatation thermique du réservoir du réacteur, la longueur effective des éléments de solidarisation des chapes 41 et 42, est réglable. A cette fin, les écrous 55 vissés sur les extrémités des tirants 43 pour s'appliquer contre les brides 45 et 46, sont réglés de façon à ménager un intervalle entre la bride 52 et l'extrémité hémisphérique 23 quand le réservoir est froid. Des vérins 56, qui reposent sur le plancher de béton 16, peuvent être utilisés pour lever et abaisser la chape inférieure 42. Pour empêcher des fragments de 1' extrémité hémisphérique supérieure 22 d'endommager le confinement secondaire, un bouclier hémisphérique 61 est prévu au-dessus de celle-ci. Comme le montre clairement la figure 3, le bord du bouclier 61 est entouré par un filet 62. Le filet 62 est disposé pour venir au contact d'un prolonguement annulaire 63 de la bride 51. Pour permettre la dilatation thermique de la calotte 22, un intervalle est ménagé entre le filet 62 et le proexieut 6S quand le réservoir est froid. Le bouclier 61 est en acier à haute -résistance.Ainsi, il a une résistance suffisante pour empêche3? les fragments de la calotte 22 de s'échapper, malgrg qu'il soit légèrement affaibli par la présence des ouvertures 64 destinées aux orifices ou aux tubes 31 pour le passage des barres de commande. Un bouclier 65, analogue au bouclier 61, est- placé sous 1'extrémité inférieure hémisphérique 23. Comme le montre clairement la figure 4, le bouclier 65 est supporté par la bride 52 et repose sur celle-ci de façon à ménager un certain intervalle entre lui et la surface extérieure de 1? extrémité hémisphérique 23 quand le réservoir est froid. Le bouclier 65 peut être pourvu d'un filet 66 contre lequel s'applique le bord supérieur de la bride 52, comme le montre la figure 4. Ainsi, le bouclier 65 empêche les fragments de l'extrémité inférieure 23 de s'échapper. Le bouclier 65 protège aussi le fond du réservoir d'être endommagé par des morceaux de matière qui pourraient rebondir du plancher 16 en cas de rupture du réservoir. Dans le cas d'une rupture circonférentielle du réservoir,îa force vers le haut résultante se décompose en une composante verticale supportée par les tirants 43 et en une composante horizontale soutenue par la bride 45 de la bordure de la chape 41. La longueur relativement courte de la chape conique produit une struc turne rigide qui résiste au f1anibe. Les forces des fragments du réservoir sont contenues par les contraintes entre les chapes et les tirants qui tienent sembles les éléments supérieurs et inférieurs du réacteur Ainsi, A l'énergie libérée par la rupture du réservoir est dissipée zoos la forme de contraintes dans la structure de maintien de l'assemblage. La structure de maintien de l'assemblage décrite ci-contre n'impose aucune pré-contrainte au réservoir du réacteur en service normal ou pendant les cycles thermiques et de pression normaux. Un minimum de liaisons ou de fixation sont nécessaires avec le ré servir du réacteur. En conséquence, il est inutile de modifier le dessin, la fabrication ou le mode de fonctionnement du réservoir pour utiliser la présente structure de maintien. Comme il a été expliqué ci-dessus, la bride 51 de la chape supérieure 41 est placée directement sur la bride d'assemblage 26 de la calotte ou de l'extrémité 22 et peut être enlevée avec cette dernière en retirant les boulons 28. La bride extérieure 45 ne gêne pas l'enlèvement de ces boulons. ainsi la structure de maia- tien d'assemblage de l'invention ne ralentit pas 11 enlèvement de la calotte aux fins de réapprovisionnement ou de manipulation du combustible. Il ressort clairement de la description précédente que 1'invention apporte une sécurité contre les conséquences de certains modes de rupture du réservoir de pression qui risqueraient de provoquer une brèche dans le confinement secondaire d'un réacteur nucléaire de puissance. Cette structure de maintien solidarise les extrémités supérieure et inférieure du réservoir du réacteur à la manière d'un étau, indépendamment de la structure de béton environnante. Cette structure de maintien peut être facilement fabriquée et installée. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent entre apportées à l'exemple représenté et décrit sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1)- Une structure de maintien d'assemblage pour un réservoir de haute pression ayant un corps cylindrique et des extrémités supérieure et inférieure hémisphériques, cette structure comprenant une chape s'appliquant contre ladite extrémité supérieure, une seconde chape s'appliquant contre ladite extrémité inférieure et des éléments de serrage reliant ces deux chapes. 2)- La structure selon 1, dans laquelle les chapes ont la forme de cône et les moyens de serrage relient les bordures extérieures des chapes. 3)- La structure selon 1, dans laquelle un bouclier de protection hémisphérique couvre l'extrémité supérieure, ledit bouclier étant retenu en position par la chape supérieure. 4)- La structure selon 1, dans laquelle un bouclier de protection hémisphérique est placé sous 11 extrémité inférieure et est supporté par la chape inférieure. 5)- La structure selon 1, dans laquelle une enceinte de béton entoure le réservoir, des conduits étant formés dans cette enceinte pour le passage des moyens de serrage. 6)- La structure selon 1, dans laquelle chaque chape comprend des éléments annulaires intérieurs et extérieurs reliés invariablement entre eux. 7)- La structure selon 1, dans laquelle les moyens de serrage ont une longueur effective réglable. 8)- La structure selon 6, dans laquelle des boulons sont prévus pour tenir l'extrémité supérieure sur le corps du réservoir lesdits boulons s 1étendant à travers l'élément annulaire intérieur de la chape supérieure, afin de retenir cette dernière sur 1' ex- trémité supérieure du réservoir0 9)- La structure selon 3, dans laquelle un filet entoure la bordure du bouclier de protection, tandis que la chape supérieure comporte, autour de sa bordure intérieure, une bride pourvue d'un prolongement annulaire,disposé pour s'appliquer contre ce filet. 10)- La structure selon 4, dans laquelle la bordure intérieure de la chape inférieure, est entourée dtune bride dont la circonférence est plus petite que celle du réservoir et qui est disposée pour s'appliquer contre le bouclier de protection qui est interposé entre ladite bride et l'e trémité inférieure du réservoir.