Brevet FR2042507A1 — publié le 19710212

La présente invention concerne d'une façon-générale les coeurs de réacteurs nucléaires et plus particulièrement un dispositif de stabilisation pour le coeur d'un réacteur nucléaire pour aue les éléments combustibles formant le coeur soient serrés les uns contre les autres et soient stabilisés contre les vibrations induites par le réfrigérant circulant à travers le coeur ou par des forces provenant de l'extérieur, telles que celles qui sont induites par des effets sismiques ou d'autres vibrations Dans les coeurs de réacteurs comportant un certain nombre d'ensembles d'éléments combustibles longs placés à c8té les uns des autres et espacés les uns des autres tout en formant un groupe pe compact, il existe en général des intervalles ou des jeux dont les dimensions peuvent différer entre les ensembles ou faisceaux combustibles voisins. I1 en résulte un problème dans le cas de conditions sismiques ou dynamiques parce que ces ensembles ou faisceaux dont le rapport de la longueur à la grosseur de colonne est élevé peuvent facilement entrer en vibration lies vibrations peuvent faire s'entrechoquer les éléments ou les faisceaux avec des forces importantes d'impact pouvant provoquer des ruptures. Pour que les éléments- ou -les faisceaux d'éléments combustibles puissent supporter ces chocs, les ensembles d'éléments combustibles ont été montés dans des boites. La présente invention a pour objet un dispositif stabilisateur pour le coeur d'un réacteur permettant de serrer les ensembles ou faisceaux d'éléments combustibles du coeur les uns contre les autres à mi-distance de leur longueur par des dispositifs de serrage disposés pour entourer latéralement le coeur. Ces systèmes de serrage agissent comme des vérins et comportent de-s plaques de serrage venant en contact avec des faisceaux respectifs situés sur le pourtour du coeur. Te jeu entre les faisceaux voisins est ainsi réduit et l'ensemble du coeur est fermement serré pour outil résiste aux vibrations et pour réduire l'amplitude des vibrations pouvant éventuellement être induites. lia présente invention perlret ainsi d'utiliser des faisceaux d'éléments combustibles sans boîtes et donc moins coûteux sans qu'il en résulte une réduction de lthomogénéité du coeur. Suivit un rode de mise en oeuvre de l'invention, les dispositifs de serrage sont actionnés par des forces provoquées par une structure de grille supérieure servant, avec une structure de grille inférieure, à maintenir les faisceaux d'éléments combustibles alignés parallèlement de la facon voulue. Ces forces sont orientées d'une façon sensiblement parallèle aux axes longitudinaux des faisceaux dgéléments combustibles tandis sue les forces exercées par les plaques et les vérins contre les faisceaux sont dirigées dans un plan commun sensiblement perpendiculaire aux axes des faisceaux. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels Fig. 1 est une vue schématique en élévation et partiellement en coupe d'un réacteur nucléaire comportant une structure de coeur avec un dispositif stabilisateur selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. Fig. 2 est une coupe schématique horizontale du réacteur de la fig. 1 suivant la ligne 2-2 de la fig. 1. Pig. 3 est une coupe verticale à plus grande échelle d'une partie du coeur de la fig. 1 montrant plus en détail un mécanisme de serrage pour le coeur du réacteur de la fig. 1, et Fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 3. lie réacteur nucléaire 10 représenté sur les fig. 1 et 2 comporte un coeur 11 constitué par un certain nombre d'ensembles ou faisceaux d'éléments combustibles longs 12 montés parallèlement les uns aux autres pour former un groupe compact. Chaque faisceau d'éléments combustibles 12 est fixé dans l'em- placement voulu par une structure de grille inférieure 13 et une structure de grille supérieure 14 qui sont montées au moment de l'assemblage du coeur 11. Un écran 15 entoure l'ensemble du groupe de faisceaux d'élé- ments combustibles 12, et il est à son tour entouré par une enveloppe de coeur 16, l'écartement entre écran et l'enveloppe étant maintenu par des plaques d'entretoisement 17. L'enveloppe 16 est à son tour entourée par un écran thermique 18 et son extrémité supérieure est fixée à un anneau de positionnement 19 qui reçoit également la structure de grille supérieure 14. lies faisceaux d'éléments combustibles 12 sont représentés à titre d'exemple avec des sections transversales rectangulaires, mais il doit être compris aue l'invention peut être utilisée dans le cas de faisceaux d'éléments combustibles ayant d'autres formes en section transversale. Un faisceau ou ensemble dZélé- ments combustibles 12 comprend un certain nombre d'éléments ou barreaux combustibles 20 s'étendant longitudinalement à travers une série de grilles intermédiaires 21.Ces grilles 21 entou-rent les éléments combustibles 20 et, au moins dans la région des éléments combustibles occupée par chaque grille 21, empêchent les déplacements latéraux des éléments combustibles les uns par rapport aux autres. lie nombre de grilles d'un faisceau peut bien entendu varier d'après la longueur des éléments combustibles et la rigidité désirée mais, du point dé vue pratique, chaque faisceau comporte en général au moins trois grilles intermédiaires de maintien 21, l'une à mi-longueur du faisceau et une à chaque extrémité. lies grilles médianes 21 des faisceaux formant le coeur sont alignées les unes par rapport aux autres pour se trouver sensiblement dans un plan commun transversal au coeur 11, perpendiculairement aux axes longitudinaux des faisceaux d'éléments combustibles 12.Les grilles 21 des extrémités sont aussi dans des plans horizontaux communs respectifs. Pour permettre la mise en place et l'enlèvement des faisceaux d'éléments combustibles 12, les structures de grille 13 et 14 sont prévues pour qu'il existe un certain jeu minimal entre les faisceaux d'éléments combustibles 12 voisins. Par suite, iI existe en général au moment de l'installation des jeux de dimensions différentes au niveau du plan à mi-hauteur du coeur 11 entre les côtés extérieurs des grilles à mi-hauteur associées aux faisceaux voisins. Ces jeux entre les faisceaux rendent le coeur 11 susceptible de vibrer pendant le fonctionnement, les faisceaux pouvant être considérés comme non supportés latéralement sur la longueur comprise entre les structures de grilles 13 et 14. lie fluide traversant le coeur 11 pour évacuer la chaleur des faisceaux d'éléments combustibles 12 peut provoquer différents modes de vibrations latérales des faisceaux. es chocs résultant de ces vibrations induites dynamiquement ou par des forces extérieures telles que celles qui résultent de phénomènes sismiques, peuvent endommager les éléments combustibles 20 et même représenter un danger du fait des produits radioactifs pouvant échapper du fait de 1' endommagement. lia présente invention a pour but de résoudre le problème posé par ces vibrations et ces chocs en réduisant la longueur libre effective des faisceaux d'éléments combustibles 12 et en limitant mécaniquement l'amplitude possible des mouvements latéraux des faisceaux d'éléments combustibles. Pans ce but, un certain nombre de mécanismes de serrage 22 sont disposés autour du groupe de faisceaux d'éléments combustibles. Un mécanisme de serrage 22 (fig 3 et 4) comporte une tige à came 23, mobile axialement Parallèlement aux axes longitudinaux des faisceaux d'éléments combustibles, et un piston suiveur de came 24, en contact avec la tige came 23, qui est déplacé axialement par la came dans une direction perpendiculaire aux axes des faisceaux d'éléments combustibles. lie plan dans lequel ce mouvement a lieu est celui qui est défini par les grilles à mi-hauteur 21. Le piston 24 traverse une ouverture 25 (fig. 4) de l'écran 15 et à l'intérieur par rapport à l'écran 15 une plaque 26 est fixée à l'extrémité du piston 24. La plaque 20 est agencée pour porter contre la partie extérieure d'une bande extérieure 27 de la grille à mi-hauteur 21 du faisceau d'éléments combustibles associé de la série de faisceaux d'éléments combustibles formant le pourtour du coeur actif Il. Suivant le mode de réalisation particulier représenté, il sera noté d'après la fig. 2 que les faisceaux d'éléments combustibles sont disposés à l'intérieur de l'enveloppe cylindrique 16, chaque faisceau du pourtour comportant au moins un côté de bande 27 en contact avec la plaque 26 d'un mécanisme de serrage 22. Certains des faisceaux d'éléments combustibles périphériques, ctest-à-dire ceux qui sont situés dans les angles du pourtour, ont un second côté de bande 27 en contact aussi avec une plaque 26 d'un autre mécanisme de serrage 22 qui exerce une pression dans une direction perpendiculaire à la direction de la pression exercée par le premier mécanisme de serrage 22. Tous les mécanismes de serrage 22 sont actionnés en même temps par une force dirigée dans une direction sensiblement parallèle aux axes longitudinaux des faisceaux de façon à exercer sur les faisceaux des pressions représentées par les vecteurs de forces indiqués par les flèches de la fig. 2, ces forces de compression agissant pour réduire les jeux entre les faisceaux d'éléments combustibles au niveau des grilles à mi-hauteur 21. Bien que la commande des mécanismes de serrage 22 puisse être obtenue évidemment par d'autres dispositifs, l'invention concerne plus particulièrement des mécanismes de serrage 22 construits et disposés pour fonctionner ensemble en réponse à des forces résultant de la mise en place de la structure de grille supérieure 14 dans l'anneau de positionnement 19. Comme il apparaît plus particulièrement sur la fig. 3, la structure de grille 14 a un pourtour de forme générale cylindrique 28 qui peut être introduit par coulissement contre la surface complémentaire 29 de l'anneau 19, le pourtour de la structure d'une grille venant porter sur l'extrémité supérieure du cylindre 30 de chaque mécanisme de serrage 22 contenant un ressort, ce cylindre supportant dans une certaine mesure la structure de grille. Le cylindre 30 est monté pour pouvoir coulisser dans un manchon 31 dont l'extrémité inferieure est supportée par la plaque d'entretoisement 17 supérieure. Le manchon 31 comporte deux fentes verticales 32 pour le passage de deux broches 33 fixées au cylindre 30 et circulant dans les fentes respectives 32 pour limiter la course du cylindre 30 par rapport- au manchon 31. Deux ressorts 34 et 35 sont logés à l'intérieur du cylindre 30. lie ressort 34 repousse le cylindre vers le haut par rapport au manchon 31, et le ressort 35 est monté entre une cloison in termédiaire 36 du cylindre 30 et un épaulement 37 de la tige came 23. lia tige came 23 traverse une ouverture de l'extrémité inférieure du manchon 31 et traverse vers le bas une ou plusieurs plaques d'entretoisement 17, l'extrémité inférieure de la tige 23 coulissant dans un manchon de guidage 38 convenablement fixé sur une autre plaque d'entretoisement 17. lie manchon 38 comporte aussi un alésage horizontal 40 pour guider le piston 24. lie piston 24, en plusieurs pièces, comporte un manchon cy lindrique 39 coulissant axialement à travers l'alésage 40 du manchon 38, une pièce 41 formant clavette fixée à l'intérieur du manchon 3Q par une vis de blocage 42 et une pièce 43 formant un coin de serrage fixée dans le manchon 39 par une goupille 44. lia plaque de serrage 26 est fixée à l'extretiité u̲ coin 43 d'ante façon convenable, par exemple par une vis 50. e coin 43 comporte une surface incline 45 en contact avec la surface inclinée complémentaire 4 de la tie 3 came 2). !a clavette 41 est enra- gée dans une rainure longitudinale 47 à fond incliné de la tige à came 23 pour empêcher la rotation de celle-ci tout en permet tant son déplacement axial. lia rainure de guidage 47 comporte un fond 48 dans le sens lo-itudinal et approximativement paral- lèle aux surfaces inclinées 45 et 46 et son extrémité supérieure est fermée par une partie courbe 49. Quand la tige came 23 descend à travers le manchon de guidage 38, la surface 46 repousse la surface 45 du coin 43 pour faire avancer le piston 24 portant la plaque de serrage 26 vers le faisceau périphérique associé afin d'exercer sur le coeur 11 une force de compression dans le plan des grilles à mi-hauteur 21. lie mouvement de descente de la tige came 23, et par suite l'avance du piston 24 et le degré de serrage du coeur 11 par le piston, sont limités par l'action combinée de la clavette 41, du coin 43 et de l'extrémité supérieure 49 de la rainure verticale de la tige came. Quand la partie d'extrémité 49 et la partie voisine du fond 48 de la rainure 47 arrivent entre la clavette 41 et le coin 43, la descente de la tige came 23 est arrêtée. Quand la tige came 23 remonte, par exemple quand la structure de grille 14 est enlevée de l'anneau 19, les ressorts 34 et 35 peuvent se développer et le fond 48 de la rainure 47 vient porter contre la clavette 41 pour repousser le piston 24 et sa plaque de serrage 26 vers l'arrière afin d'éloigner la plaque de serrage du faisceau d'éléments combustibles. I1 découle de ce aui précède que les mouvements du piston 24 résultent de l'action de la tige came 23 et que la pression exercée par la plaque 26 sur le faisceau d'éléments combustibles 12 est proportionnelle à la force axiale exercée sur la tige came 23 par la compression du ressort 35. Une caractéristique particulière des mécanismes de serrage 22 décrits ci-dessus est qu'ils sont actionnés simultanément et automatiquement pour stabiliser les faisceaux d'éléments combustibles 12 du coeur 11 contre le-s vibrations et les déplacements latéraux, cette action résultant de la mise en place de la structure de zorille 14 dans l'anneau lq, sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une autre source d'énergie extérieure pour provoquer la pression. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans one 1'on sorte de son cadre. R E y E I I C A T I O S 1. Dispositif stabilisateur pour le coeur d'un réacteur nucléaire comportant des faisceaux d'éléments combustibles longs disposés parallèlement les uns à côté des autres pour former un groupe compact, caractérisé par des mécanismes de serrage entourant le groupe de faisceaux d'éléments combustibles et venant en contact avec les faisceaux d'éléments combustibles-correspondants pour exercer sur ceux-ci des forces afin de les serrer les uns vers les autres pour réduire les distances existant entre ces faisceaux et former un groupe plus compact de faisceaux. 2. Dispositif stabilisateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mécanismes de serrage sont disposés pour exercer des pressions dirigées sensiblement dans un plan commun transversal par rapport au groupe de faisceaux d'éléments combustibles. 3. Dispositif stabilisateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les mécanismes de serrage sont actionnés par un dispositif exerçant sur ces mécanismes des forces dirigées pratiquement dans des directions parallèles aux axes longitudinaux des faisceaux d'éléments combustibles. 4. Dispositif stabilisateur selon la revendication 3, caractérisé encre que chaque mécanisme de serrage comporte un élément à came mobile dans une direction parallèle aux axes longitudinaux des faisceaux d'éléments combustibles et- un élément suiveur de came actionné par l'élément à came pour être déplacé dans le plan commun transversal. 5. Dispositif stabilisateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce aue le groupe de faisceaux d'éléments combustibles est contenu dans un écran latéral entourant le groupe, les mécanismes de serrage étant situés à l'extérieur de cet écran et les éléments suiveurs des mécanismes étant disposés pour traverser l'écran afin de venir en contact contre les faisceaux d'éléments combustibles respectifs. 6. Dispositif stabilisateur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce aue chaque faisceau d'éléments combustibles comporte une grille établissant un espacement prédéterminé des éléments combustibles du faisceau, l'élément suiveur du mécanisme associé étant agencé pour venir en contact de serrage contre cette grille du faisceau d'éléments combustibles. 7. Dispositif stabilisateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque mécanisme de serrage comporte un dispositif à ressorts pour rappeler son élément à came et son élément suiveur hors de contact du faisceau d'éléments combustibles associés. 8. Dispositif stabilisateur selon l'une des revendications 1 eà 7, caractérisé en ce que chaque mécanisme de serrage comporte un dispositif de butée mécanique limitant la course de son élément à came pour limiter de façon correspondante la course de l'élément suiveur et par suite le degré de serrage du groupe de faisceaux d'éléments combustibles.