Brevet FR2041186A1 — publié le 19710129

- 1 - 2041186 L'invention concerne une centrale nucléaire à cuve sous pression dans laquelle au moins une pompe fait circuler le liquide de travail. On connaît des centrales nucléaires à eau bouillante dans lesquelles des pompes assurant la circulation de l'eau se trouvant dans le coeur comportent des roues à aubes disposées à l'intérieur de la cuve sous pression. Ce type de réalisation simplifie considérablement l'installation par rapport à celles qui confortaient des circuits extérieurs de circulation. Toutefois, ce itype de'réalisation offre quelques inconvénients notables. La commande étant assurée par des moteurs électriques situés à l'extérieur de la cuve sous pression, la traversée des arbres reliant ces moteurs et les rotors des ponças nécessite des garnitures qui doivent être absolument étanches en raison du risque de la contamination: radioactive des fuites et qui, donc, sont compliquées et coûteuses. Par ailleurs, il faut absorber la poussée axiale exercée sur les pompes et provenant de la pression interne dé la cuve et du circuit hydraulique, le problème de l'étanchéité étant d'autant plus difficile à résoudre. L'invention concerne une centrale réalisée de manière à permettre de supprimer les.garnitures de l'arbre.et de compenser pratiquement les forces axiales, de poussée, les paliers^butée spéciaux des pompes pouvant ainsi être supprimés ou tout au moins réalisés pour des charges considérablement plus faibles. Selon une particularité essentielle de l'invention, une turbine, dont le fluide moteur est le liquide de travail de. la centrale, commande la poaçe de 'circulation. L'invention permet soit de supprimer complètement, soit de simplifier considérablement les garnitures d'étanchéité de chaque arbre reliant une poape et une turbine. Un faible courant de fuite de l'eau d'alimentation sortant de. la turbine pour entrer dans le réacteur ne représente en effet aucun inconvénient. Les turbines sont disposées de préférence à l'extérieur de la cuve sous pression et leur enveloppe peut être reliée à cette dernière par un élément creux fixe, isolé hermétiquement de l'extérieur at par lequel l'arbre menant de la turbine à la pompe peut passer. Les turbines de ce mode de réalisation sont bien accessibles en cas de nécessité et cette disposition conserve l'avantage qu'il ne faut aucune garniture d'étanchéité pour l'arbre. H est possible de placer les turbines à l'intérieur de la cuve sous pression et de les combiner avec des collecteurs de l'eau qu'elles reçoivent et de l'eau qui en sort, le collecteur de l'eau de sortie étant relié à l'espace intérieur de la cuve sous pression. 70 11762 - 2 - 2041186 Le couvercle de la cuve sous pression de ce mode de réalisation est utilisable entièrement pour le mécanisme d'échange des éléments fissibles. Par ailleurs, les collecteurs permettent d'arrêter selon les cas une ou plusieurs pompes de circulation, par exemple pour la régulation ou les réparations. 5 XL est cependant possible également de placer les turbines sur le couvercle de la cuve sous pression et dans ce cas, l'eau d'alimentation sortant des turbines entre directement dans cette dernière. Ce mode de réalisation permet également de simplifier notablement le conduit d'alimentation, car le collecteur de l'eau sortant de la turbine et la pipe d'entrée d'eau dans 10 la- cuve sous pression peuvent être supprimés. Ce mode de réalisation n'est toutefois applicable qu'à condition que la disposition générale permette de placer les turbines sur le couvercle de la cuve sous pression. La centrale comporte de préférence un conduit permettant de dériver de la turbine une partie de l'eau d'alimentation introduite directement 15 dans la cuve sous pression. Cette disposition permet une régulation dans le cas où une partie seulement de l'eau d'alimentation suffit à la commande des pompes de circulation. H est également possible de prévoir un conduit permettant de faire refluer au moins une partie de l'eau d'alimentation sortant des turbines 20 sur un point du circuit situé en amont de la pompe d'alimentation. Cette disposition, offre encore une autre possibilité de régulation dans le cas où la puissance nécessaire à la mise en circulation est supérieure à celle que l'eau d'alimeniation peut fournir dans les conditions données de service. XL est ainsi possible, en particulier,de continuer à faire circuler l'eau lors d'un 25 arrêt du réacteur au cours duquel l'arrivée d'eau d'alimentation est interrompue. Dans le mode de réalisation à collecteurs, il est préférable d'affecter à chaque turbine un organe d'arrêt empêchant le reflux par la turbine. H est ainsi certain que l'eau' ne reflue pas par une turbine tombée en panne. Les turbines utilisées sont, de préférence, du type Francis à 30 aubage directeur fixe ou réglable. H s'est en effet avéré que les turbines Francis sont celles qui conviennent le mieux dans la plupart des, cas en raison des conditions existantes de circulation, un aubage directeur permettant une . régulation simple de la vitesse des ponçes de circulation. Ce réglage de la vitesse permet également de réguler de Manière sisçla la puissance du réacteur. 35 En utilisant des turbines Francis o.u d'un type analogue, il est possible de les disposer de manière que leur ,poussée axiale„s * oppose à la poussée axiale des pompes. Une disposition convenable permet même de réaliser un état dans lequel les poussées axiales se compensent. H est ainsi possible ' de de simplifier considérablement les paliers/butée des pompes qui sont de toute 40 manière nécessaires et qui peuvent être plus faibles, car ils n'assument, dans BADQRfêUNAL 70 11762 -3- 2041186 la plupart des cas,qu'une fonction de sécurité. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-ront de la description"qui" va suivre, faite en regard des dessins annexes illustrant plusieurs modes dé réalisation donnés à titre explicatif, mais 5 nullement îimitatif . " "Sir ces dessins, \ la'sfigure 1 est un schéma d'un premier mode de "réalisation d'une centrale nucléaire conforme à l'invention à réacteur à eau bouillante ; "'la figure 2 est un schéma d'une variante de réalisation de la 10 centrale de la figure 1 ; et ■r-' ^ ^ ^ ' -4 ; . " ■ la figure 3 est un schéma de détail représentant plusieurs ttir-binés montées en parallèle. 'lia figure 1 représente un réacteur nucléaire 1 comprenant un . .... coeur 2"et une cuve 3 sous pression. Le réacteur 1 est du type à eau bouil-15 lahté dans lequel lé coeur est immergé dans de l'eau légère qui est vapo risée par"la chaleur dégagée dans ce coeur 2 et utilisée ainsi pour fournir' ' , >'. la puissance utile. Afin d'améliorer le transfert de chaleur entre l'eau et les éléments fissibles situés dans le coeur 2, des pompes k-' de type axial font circuler l'eàuse trouvant dans la cuve 3» H- est bien entendu que les 20 " pompes pourraient également être dé type semi-axial ou à roues hélicoïdales. fies arbreé 5 relient les pompes 4 aux rotors de turbines 6. Des pièces tubu-lairès fixés 7 isolées de l'extérieur de manière étanche relient les enve-loppes des" turbines 6 à la cuve 3 sous"pression ét peuvent également former plrtïé integrahté de ces enveloppes. Les pièces 7 peuvent toutefois être •-J e% - 25 également des. tubulures dé raccord à la'cuve par lesquelles les arbres 5 '~passent. *Lès tùrMnes 6 sont raccordées à un collecteur annulaire 8. Des ~'cénâ.ûîits 10" dirigent l'eau sortant des turbines 6 dans un collecteur axma-' - " làîréll. " ; : ' ' ' '1 *- *" * 'Ùn conduit 12 relie le collecteur 8 à une pompe 13 qui refoule ~ 30 ' "l'eau ï'alînjentâtioh du réacteur" 1. L'eau sortant à» coH&tit 12. pénètre dans lé collecteur*8 et les turbines 6dont elle entraîne le rotor, puis parvient ensuite*pÉr les conduits 10 dans le collécteur 11. De là, l'eau parvient ' dams le' raacteur 'l par un conduit 14. ' -*f' 'Un'conduit l'5"dirige la vapeur formée dans le réacteur 1 dans " 35 ' ' "lisô ' t&rbifie lë de connnaiidë d'une génératrice 17. La-"wapeùr détendue dans •'iït' feirbine ïè pénètre dans Un condenseur 18. Une pospe 20 dirige l'eau de 5 " ' xèô1)d%nski&jli dans''des éléments' épurateurs 21 et dans la poupe 13, le cycle étarit'^àxrfs'ï'ferme. j " *: '•*" ' * %e" cxrcùit réprésehté sur là figure 1 conprénd une poiope 13* mon-' ' 40 ' k té'e' en pâïallèle ëvLp'la' poiiçe. d'alimentation ÏJ et constituant une réserve dé secours en cas de panne de cette dernière. Des vannes 22 et 22' peuvent -.-.-lîébiO C 70 11762 - 4 - 2041186 isoler les deux pompes 13 et 13' des conduits. Par ailleurs, le circuit de la figure 1 comprend un conduit 23 de dérivation qui relie les conduits 12 et 14 et dans lequel- se trouve un organe étrangleur et obturateur 24. La manoeuvre de l'organe 24 permet de dériver de la turbine 6 une fraction plus 5 ou moins grande de l'eau d'alimentation dirigée sur le réacteur 1. Cette dérivation de l'eau d'alimentation est utile par exemple,.en change partielle. Par ailleurs, le circuit comprend encore un conduit de retour 25 comportant un organe étrangleur et obturateur 26. H est possible* en ouvrant l'organe 26, de renvoyer une fraction plus ou moins grande de l'eau refoulée par la 10 pompe 13 en un emplacement du circuit situé entre la pompe 20 de l'eau de condensation et les éléments 21 d'épuration. Ce retour est utile dans les conditions de service dans lesquelles la puissance nécessaire à la mise en circulation doit être supérieure à celle qui correspond au débit d'eau envoyé dans le réacteur. Dans ce cas, un organe étrangleur et obturateur 26' monté 15 sur le conduit 14 et normalement ouvert peut également être manoeuvré dans le sens de la fermeture. La figure 1 montre qu'aucun des éléments de commande des pompes 4 de circulation ne nécessite une isolation hermétique des arbres par rapport à l'extérieur. Les arbres 5 sortant des enveloppes des turbines 6 passent 20 par les pièces 7 pour pénétrer dans la euve 3 sous pression du réacteur 1. Si les pressions élevées régnant dans les enveloppes des turbines 6 provoquent une fuite vers la cuve 3> par exemple par les paliers de l'arbre, il n'en résulte aucun inconvénient à part la perte négligeable de puissance utile des turbines 6, car cette eau est destinée à être introduite dans le réacteur. 25 Si les roues mobiles des turbines 6 sont réalisées de manière à développer une force de poussée axiale, qui s'oppose à la force de poussée axiale des roues 4 des pompes ou même qui les annulent, il est possible de simplifier considérablement les paliers de butée, qui doivent être prévus ds toute manière pour les arbres 5* Dans certains cas, il est même possible de supprimer les paliers 30 spéciaux de butée. La figure Z illustre une variante de réalisation dans laquelle les éléments correspondants à ceux de la figure 1 portent les mêmes références. . Dans le mode de réalisation de la figure 2, les turbines 30 35 qui correspondent aux turbines 6 de la figure 1 sont disposées sur le couvercle du réacteur 1. Les turbines 30 sont raccordées à un collecteur annulaire 31 correspondant essentiellement au collecteur 8 de la figure 1. L'eau d'alimentation sortant des turbines 30 pénètre directement par des tubulures 32 dans la cuve sous pression du réacteur. *♦0 Le mode de réalisation de la figure 2 a l'avantage de permettre 11762 - 5 - 2041186 de supprimer plusieurs conduits tels que le collecteur 11 et le conduit 14 sortant de ce dernier et aboutissant dans le réacteur. Dans ce cas également, un conduit 23» dans lequel un organe étrangleur et obturateur 24 est monté, dérive des turbines 30 une partie de l'eau d'alimentation. Le conduit 12 comporte un organe étrangleur et obturateur 33 permettant de-régler les fractions de l'eau circulant dans les turbines 30 et dans le conduit 23* La figure 3 est une représentation partielle différente du mode de réalisation de la figure 1 et illustre l'extrémité inférieure de la cuve 3 sous pression ainsi que les collecteurs annulaires 8 et 11, quatre turbines étant raccordées aux deux collecteurs. H est bien -évident que les pompes de circulation et donc les turbines peuvent être mises en service en nombre arbitraire. Les turbines 6 sont raccordées individuellement aux collecteurs 8 et 11 par des organes obturateurs 40 permettant de les arrêter ou de les démonter séparément. Par ailleurs, un organe d'arrêt 41 monté dans chacun des conduits aboutissant aux turbines empêche l'eau d'alimentation de. refluer par celles-ci au cas où l'une d'elles tombe en panne. H est bien évident que'dans certains cas, les organes obturateurs et/ou d'arrêt peuvent être partiellement ou totalement supprimés. 3X va dé soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. 11762 - 6 - 2041186 REVEHDICATIONS 1. Centrale nucléaire comprenant une cuve sous pression dans laquelle au moins une pompe fait circuler le liquide de travail qui s'y trouve, caractérisée en ce qu'une turbine commande, la pompe de circulation et le fluide moteur qu'elle reçoit est ledit liquide de travail. 2. Centrale selon la revendication 1, caractérisée en ce que la turbine est disposée à l'extérieur de la cuve sous pression à laquelle son enveloppe est fixée de manière étanche. 3. Centrale selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un élément creux fixe, isolé hermétiquement de l'extérieur et par lequel passe l'arbre r.eliant la turbine et la pompe, relie l'enveloppe de la turbine à la cuve sous pression. 4. Centrale selon la revendication 2, caractérisée -en ce que plusieurs turbines sont disposées au-dessous de la cuve sous pression et sont combinées avec des collecteurs du fluide de travail qu'elles reçoivent et de celui qui en sort, le collecteur de fluide de sortie étant relié à l'espace intérieur de la cuve sous pression. 5« Centrale selon la revendication 2, caractérisée en ce que plusieurs turbines sont disposées sur le couvercle de la cuve sous pression et le fluide de travail sortant de ces turbines est dirigé directement dans la cuve sous pression. - 6. Centrale selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un conduit dérive de la turbine au moins une partie du fluide de travail et permet de l'introduire directement dans la cuve sous pression. 7» Centrale selon la revendication 1,.caractérisée en ce qu'un conduit de retour permet de renvoyer au moins une partie du fluide- de travail sorti de la turbine en un point du circuit situé en amont de la poirçpe d'alimentation. 8. Centrale selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'un organe d'arrêt monté dans le conduit de chacune des turbines empêche le reflux par celles-ci. 9. Centrale selon la revendication 1, caractérisée en ce que la turbine., est du type Francis. 10. Centrale selon la revendication 9, .caractérisée en ce que la turbine Francis comporte un aubage directeur réglable. 11. Centrale selon la revendication 1, caractérisée-en ce que la turbine et la ponçie à laquelle elle est reliée sont disposées et réalisées de manière que leurs poussées axiales s'opposent. 12. Centrale selon l'une des revendications 1, à 11, caractérisée en ce que le réacteur est du type à eau bouillante dans la cuve sous pression duquel l'eau d'alimentation est vaporisée.