Brevet FR2026786A1 — publié le 19700918

i 2026786 La présente invention concerne an dispositif de commande des barres de contrôle d'un réacteur nacléaire refroidi au sodium dont la cuve de réacteur est manie d'un couvercle tournant, le dispositif de commande comprenant une 5 tringlerie en plusieurs parties reliant la barre de contrôle au dispositif de commande proprement dit et un dispositif de largage accéléré de la barre de contrôle pour l'arrêt d'urgence du réacteur en cas de besoin» la fermeture de la cuve de réacteur par un couvercle tournant autorise les opérations de char-10 gement et de déchargement des éléments de combustibles en gardant la cuve fermée* Une telle procédure est déjà connue pour les réacteurs nucléaires* Dans le cas de réacteurs nucléaires refroidis au sodium, il est vivement conseillé de procéder aux opérations de changement des éléments de combustibles sur une 15 cuve fermée, en travaillant par exâmple d'après le système du couvercle tournant, pour éviter l'introduction possible d'impuretés dans ce métal liquide qui, par ailleurs, réagit vivement en présence d'eau sous quelque forme qu'elle se trouve* Les barres de contrôle nécessaires au pilo-20 tage du réacteur et qui présentent par exemple une forme tubu-laire, doivent traverser ces couvercles avec leurs dispositifs de commande® Cependant, à moins de prendre des mesures particulières, ces barres de contrôle interdiraient une rotation du couvercle pour pouvoir procéder au chargement et au décharge-25 ment des éléments de combustible« Comme ces opérations sont toujours effectuées sur un réacteur arrêté, il est nécessaire de laisser les barres de contrôle enfoncées dans le coeur du réacteur, ne retirant que les éléments de la tringlerie de commande, auxquels elles sont relié.es, jusqu'à dégager le haut du 30 coeur du réacteur pour que le couvercle puisse tourner librement. L'ensemble de commande proprement dit des barres de contrôle se trouve au-dessus du couvercle du réacteur et comprend tous les éléments dont la surveillance doit être assurée en permanence pour des raisons de sécurité de fonction-35 nement du réacteur. Pour cette raison, lesdits ensembles devraient être interchangeables* Leur démontage est cependant re— commandable également pour la durée de l'opération de changement des éléments de combustible pour ne pas gêner les déplacements du dispositif de chargement et de déchargement® 69 44023 2 2026786 Il fallut donc concevoir un dispositif de commande des barres de contrôle qui non seulement présente toutes les propriétés normalement requises pour un arrêt d'urgence du réacteur mais offre également toute sécurité pour une libre ma-5 noeuvre du couvercle tournant et des dispositifs de chargement. Les résultats recherchés sont obtenus, par la présente invention, par le fait que les éléments du dispositif de commande des barres de contrôle qui se trouvent à l'extérieur de la cuve du réacteur sont démontables et interchangeables avec, simul-lfl tanément, une obturation étanche de la cuve et par le fait qu'on prévoit nécessairement un découplage de la barre de contrôle et un retrait de la partie intérieure à la cuve de la tringlerie de commande jusque dans l'espace libre situé au-dessus du cadre proprement dit du réacteur* On obtient, ainsi, au. 15 cas oîi une manoeuvre du couvercle tournant est inévitable, que les barres de contrôle sont introduites entièrement dans le corps du réacteur et y demeurent, ce qui est obtenu en les dé-saccouplant de la tringlerie de commande. De plus, la tringlerie de commande ainsi que l'installation de guidage une fois 2Q soulevées, la tringlerie devient librement déplaçable latéralement à l'aide du couvercle tournant, au-dessus du coeur proprement dit du réacteur. On obtient simultanément un découplage des ensembles d'entraînement situés au-dessus du couvercle tournant, les ouvertures de passage prévues dans le couverele étant obtu-25 rées de façon étanche par la partie des tringleries restant à l'intérieur de la cuve» De ce fait, la partie supérieure des tringleries peut être nettoyée et décontaminée en utilisant par exemple un gaz de rinçage approprié» Pour décrire plus en détails l'objet de l'in— 30 vention on va se rapporter au dessin annexé qui représente, à titre indicatif et non limitatif, un mode de réalisation de l'objet de l'invention* Sur le dessin : les figures , la et lb représentent schéma-tiquement le dispositif de commande d'une barre de contrôle } 35 la figure 2 est une représentation du dispo sitif de fixation électromagnétique de la tringlerie de commande d'une barre de contrôle j les figures 3 et 4- représentent deux variantes d'un dispositif d'accouplement de la tringlerie de comman-40 de au-dessus de la cuve de réacteur j 69 44023 3 2026786 la figure 5 représente le mécanisme de préhension prévu à l'extrémité inférieure de la tringlerie de commande pour la fixation de la "barre de contrôle ainsi que le dispositif électeur à ressort précontraint pour le largage 5 d'urgence accéléré de la barre de contrôle» la position des détails représentés sur les figures 2 à 5 est référencés de façon appropriée sur la figure 1« Sur la vue d'ensemble que constituent les figures la et lb, le couverele tournant de la cuve de réacteur, 10 représenté partiellement porte la référence 1. En dessous du couvercle se trouve un bouclier thermique non référencé qui, comme il est représenté survie dessin, se compose par exemple de plusieurs tôles d'acier superposées. Ce bouclier qui a pour fonction de protéger le couvercle de choes thermiques en pro-15 venance du coeur du réacteur est cependant sans importance pour la présente invention. Le coeur proprement dit du réacteur porte la référence 2, et le tube de guidage d'une barre de contrôle 4 est désigné par 3« Le tube de guidage dépasse quelque peu le bord supérieur du coeur et il sert à centrer l'extrémi-20 té inférieure du tube de guidage 6 de la tringlerie du dispositif de commande des barres de contrôle. Pour mieux situer la grandeur de ces éléments, il convient de citer que dans le cas d*un réacteur surgénérateur rapide refroidi au sodium le coeur a une hauteur d'environ 1 a, le couvercle tournant une épaisseur 25 d'environ 2,80 m et la distance entre le couverele tournant et la face supérieure du coeur est environ égale à 8 m. Le diamètre des tubes de guidage 3 est environ, égal à 10 cm. Pour un réacteur dont le coeur présente, par exemple, un diamètre d'environ 2 m, il faut prévoir environ douze barres de contrôle 30 telles que représentées sur la figure 1. Le tube de guidage 6 est fixé au moyen de la douille coulissante 7 à la surface du couvercle tournant 1. Un autre tube, appelé tube de guidage extérieur 8, est monté dans l'ouverture de passage du couvercle tournant et se termine en-35 viron au niveau du bouclier thermique„ Entre le tube de guidage extérieur 8 et ledit tube de guidage intérieur 6 est placé un v bouchon de protection 9 qui est fixé à la pièce rapportée 81 du couvercle 1 et dont la partie supérieure assure notamment le guidage de la douille coulissante 7« 40 A l'intérieur du tube de guidage 6 sont logées 69 44023 2026786 les tringleries de commande . Celles-ci se composent d'un tube intérieur 16- et d'un tube extérieur 17 et se prolongent jusqu'à l'accouplement situé au-dessus du couvercle tournant 1 et représenté sur les figures 3 et 4® Ces tubes sont prolongés 5 par des éléments se présentant également sous la forme de tubes concentriques 14 et 15 qui sont reliés au dispositif de fixation électromagnétique 13» conformément à la figure 2. Ce dispositif 13 est déplacé verticalement vers le haut ou vers le bas, par l'intermédiaire d'une broche 11, par le dispositif de 10 commande proprement dit qui se compose d'un moteur avec réducteur 10» II est donc possible de déplacer la barre de contrôle 4 verticalement dans le coeur du réacteur 2. les électroaimants de retenue sont alimentés par l'intermédiaire de canalisations électriques flexibles 12» 15 Toutes les pièces se trouvant au-dessus du couverele tournant 1 sont entourées d'un tube de protection 18 dont la partie inférieure sert, ensemble avec le bouchon de protection 9, au guidage de la douille coulissante 7. La figure 2 est une vue plus détaillée du dis 20 positif de fixation électromagnétique 13. A cet endroit le tube 15 de la tringlerie extérieure est fixé à la culasse. L'en-roulement proprement dit porte la référence 131. Il supporte l'armature 132 sur laquelle est fixée le tube intérieur suspendu 14. En coupant le courant d*excitation, l'armature est arra-25 chée par le ressort 133 qui s'appuie sur la culasse par des gou jons de retenue 135* Un dispositif d'éjection connu, fonctionnant d'après le principe des forces de répulsion engendrées par le courant élevé que la bobine 134 induit dans une bague en court-circuit 134a, amplifie encore le mouvement de séparation 30 de l'armature 132 de la culasse et confère au tube 14 son accélération initiale. La figure 3 représente un accouplement à billes de blocage pour relier les tubes de tringlerie se trouvant l'extérieur et à l'intérieur de la cuve. Il s'agit d'un accou-35 plement double pour relier notamment la tringlerie intérieure 14,16 et la tringlerie extérieure 15,17. Pour les opérations de couplage et de découplage, on nécessite un outil tournant non représenté, engagé sur l'embout 191 d'une broche filetée 19» Cette dernière actionne par l'intermédiaire d'un engrenage la 40 douille coulissante 7 qui se déplace donc verticalement vers le 69 44023 5 2026786 haut ou. vers le "bas sans effectuer de rotation. Sur la broche filetée 19 se déplace en outre un écrou qui permet d'afficher et d'indiquer exactement la course de la douille coulissante, en agissant par exemple sur des contacteurs de fin de course réglables» On va décrire maintenant l'agtionnement des barres de contrôle en fonctionnement normal» En faisant tourner la broche li , ' : „ on fait coulisser verticalement la tringlerie reliée à l'accouplement électromagnétique avec la barre de contrôle qui y est rattachée. Les griffes de préhension de la barre de contrôle sont actionnées par un déplacement relatif des tubes de 17 et 16. Dans le cas d'un arrêt d'urgence du réacteur, alors que les barres de contrôle se trouvent à un niveau quelconque, on coupe l'alimentation électrique de l'accouplement électromagnétique et le tube 14 est poussé vers le bas. Ce tube est relié par un accouplement à billes 142, 141 de type connu au tube inférieur 16 qui comporte à cet effet une gorge annulaire 161. Le mouvement descendant du tube 14 par rapport au tube 15 solidaire de 1*éleetro-aimant annule l'effet de blocage exercé par les billes 142 par suite d'Un élargissement du'diamètre intérieur du tube 15, de sorte que le tube 16 de la tringlerie puisse poursuivre son mouvement descendant jusqu'à ce que le piston conique déplaçable 162 s'engage sur un cône intérieur du tube 17. Comme la hauteur de chute du tube 16 est limité à son extrémité inférieure, le ressort de compression 163 sert à presser de façon étanche le piston conique déplaçable 162 sur le cône intérieur du tube 17 « Le déplacement du tube 16 de la tringlerie intérieure suffit pour que la tête de préhension 166 pousse les cliquets de verrouillage 24 vers l'extérieur (figure 5) afin de désolidariser la tête 4a de la barre de contrôle de la tringlerie de commande. Aû .m.Qïiieiît où la barre de contrôle est libérée, le ressort 23 se détend et chasse-la barre de contrôle jusqu'au plus profond du coeur du réacteur, par l'intermédiaire d'une tige de poussoir 20 creuse et de grande longueur. La tête 21 de la tige guide, par ailleurs, la'tête 4a de la barre de contrôle. Au cours de cette opération, les tubes 15 et 17 de la tringlerie extérieure ne sont pas séparés ; une telle séparation n'est d'ailleurs pas possible. Pour séparer l'accouplement double entre les parties supérieures et inférieures des tringleries, on procède 6 2026786 69 44023 que de la même façoa/BQor obtenir la séparation de la tringlerie.intérieure constituée par les tubes 14- et 16. Pour cela, il faut toutefois déplacer la tringlerie de commande en position basse. Ensuite, on engage un outil de l'extérieur sur l'embout 191 et 5 on déplace la douille coulissante 7 vers le haut, la faisant pénétrer dans l'espace normal de manoeuvre de la tringlerie. En fin de course, elle entraîne une douille de verrouillage 151 coulissant sur le tube extérieur 15 et sollicitée par un ressort 152 et elle déplace cette douille jusqu'à ce que les billes de ver-10 rouillage 155 qui assurent là liaison entre les tubes 15 et 17 viennent se placer dans des évidements de cette douille de verrouillage 151 et libèrent ainsi le tube 11. Celui-oi tombe et le cône extérieur 171 du tube obture de façon étanche l'ouverture de la douille v coulissante 7 en venant s'engager sur le 15 cône intérieur 72 de cette dernière» On a ainsi séparé les parties extérieures à la cuve du réacteur de la tringlerie des parties intérieures» l'espace dans lequel se trouve la partie supérieure de la tringlerie peut maintenant être nettoyé par an rinçage au gaz et déposé • Ensuite,pendant le processus de dé-20 couplage, on a retiré également vers le haut le tube de guidage 6 et sa tête de centrage 5, solidaire de la douille coulissante 7 (voir figure 5), ce tube s'éloignant par conséquent de l'extrémité supérieure du tube de guidage 3 des barres de contrôle, qui est solidaire du coeur du réacteur» Cette course, correspond 25 ainsi à la course de la douille coulissante 7» 9^1 est légèrement supérieure au déplacement de la tige de poussoir 20, afin d'obtenir, au-dessus du coeur 2, la mobilité nécessaire pour le couvercle tournant et les commandes des barres de contrôle s'y trouvant, y compris la tige de poussoir 20 qui fait saillie» 30 La figure 4 représente un autre mode de réalisa tion d'un accouplement déverrouillé par la douille coulissante et réunissant les différentes parties des tringleries» Dans ce mode de réalisation, les billes de verrouillage 142 sont remplacées par des cliquets 143» alors que les billes de verrouil-35 lage 153 sont remplacées par des cliquets de verrouillage 154» Ces derniers sont sollicités par les ressorts 155 en position de verrouillage, la liaison étant interrompue lors du découplage par une collerette supérieure saillante de la douille coulissante 7» Cette position est représentée sur la figure 4 en trait 40 mixte» Le cliquet 143 pour l'assemblage des tubes intérieurs 14 69 44023 7 2026786 et 16 n'a pas besoin d'un tel ressort, étant donné qu'il est dégagé, en raison de sa forme particulière, par le bourrelet intérieur du tube 17 pendant une course de travail o La liaison entre les deux tubes intérieurs 14 et 16 est ainsi interrompue aux sur-5 faces de centrage 164, suite à quoi les opérations suivantes se déroulent comme décrit précédemment.» Après avoir découplé les parties supérieures de tringlerie à l'extérieur de la cuve du réacteur des parties inférieures se trouvant à l'intérieur, la commande au-10 xiliaire est retirée de l'embout 191, de sorte que la douille coulissante 7 reste en position haute et que les ensembles du réacteur se trouvant à l'extérieur de la cuve puissent être déposés. Ainsi toutes les conditions pour un changement de place des éléments de combustible à l'intérieur du coeur du réacteur 15 à l'aide d'une rotation du couvercle tournant sont-elles données. On va maintenant décrire succinctement 1*opération de couplage pour assembler la tringlerie de commande et la barre de contrôle d'une part et les différentes parties de la tringlerie de commande d'autre parto La douille coulissante 7 20 à. laquelle sont fixées les parties inférieures et pendant vers le bas de la tringlerie, est déplacée lentement jusqu'en position basse ; pendant ce déplacement la tête de guidage 5 est centrée avec son ouverture conique 51 sur le tube de guidage 5 des barres de contrôle» La tête 21 de la tige de poussoir 20 qui 25 fait encore largement saillie par rapport à l'organe de préhension ou pince vient se placer sur la tête de la barre de contrôle, le ressort d'éjection 23 n'étant pas encore comprimé- Les tubes 17 et 16 accrochés à ce moment à la douille coulissante suivent d'abord ce mouvement et compriment par leur pô'ids le res-50 sort éjecteur 23 détendu jusqu'à présent, jusqu'à ce qu'il y ait équilibre entre le poids de la tringlerie et la force du ressorte Les cliquets de griffe 24 se trouvent encore en position ouverte» Après la mise en place de l'ensemble comprenant les tubes supérieurs 14 et 15 de la tringlerie, le dispositif de commande 10 55 et le carter extérieur 18, ces cliquets sont déplacés vers le bas par une action sur la broche 31 Le tube intérieur 34 pend tout d'abord dans le tube extérieur 15 au niveau du dispositif de fixation électromagnétique. A la fin de la course descendante des parties supérieures de la tringlerie, le tube extérieur 15 est 69 44023 8 2026786 en butée sur le tube 17« les "billes de verrouillage 153 poussées vers l'intérieur par la do_uille de verrouillage 151 se trouvant en position basse interrompent le mouvement® les tubes 14 et 16 de la tringlerie intérieure continuent leur déplacement descen-5 dant jusqu'à ce que la tête de préhension 166 soiten butée sur la tête 21 de la tige de poussoir 20. Maintenant on soulève la douille coulissante 7 jusqu'à ce que les billes de verrouillage 153 puissent s'engager dans l'évasement inférieur de la douille de verrouil-10 l'âge 151 qui est entraînée. On abaisse le tube extérieur supérieur 15 jusqu'à ce que les billes viennent se placer en position de verrouillage sur le tube extérieur inférieur 17. Simultanément les billes de verrouillage 142 de l'accouplement intérieur viennent en prise sur le tube 16 grâce à ua rétréeis-15 sement de la douille de guidage extérieure ou encore du diamètre intérieur du tube extérieur 15, suite à quoi les deux tubes 14 et 16 de la tringlerie intérieure sont accouplés. Par le fait que la course du tube extérieur 17 à l'intérieur de la cuve du réacteur est supérieure à 20 celle du tube 16, les cliquets de griffe 24 de l'organe de préhension de la barre de contrôle se sont entre-temps fermées et le ressort éjecteur 23 armé par le mouvement descendant de la tringlerie se trouve être verrouillé. lu cours du déplacement descendant du 25 tube extérieur 15» la plaque d'armature 132 s'est approchée jusqu'à 1 mm environ de 1*électro-aimant de fixation, de sorte que l'enroulement 131 peut être mis sous tension maintenant» Après- avoir déplacé la douille coulissante 7 en position basse, la douille de verrouillage 151 est engagée sur les billes de 30 verrouillage 153 par le ressort 152, de sorte que les parties extérieures et intérieures des tringleries sont accouplées rigidement les unes aux autres et que le dispositif d'entraînement 10 peut maintenant être utilisé pour une commande normale de la barre de contrôle® 35 &râce à la présence de la douille cou lissante 7 on a ainsi la certitude que les opérations d'accouplement des différentes parties des tringleries ne peuvent se faire que lorsque celles-ci se trouvent dans une position déterminée et que rien ne s'oppose à une libre rotation du couvercle 69 44023 9 2026786 tournant de la cuve au-dessus du coeur du réacteur lorsque les "barres de contrôle sont totalement enfoncées dans le coeur. Grâce à une conception appropriée des pièces qui s'engagent les unes dans les autres lors du mouvement des tringleries, par 5 exemple au moyen de plans inclinés, on est en mesure de compenser avec certitude les défauts de réglage, de sorte que ce dispositif de commande des "barres de contrôle de construction relativement simple est d'une très grande fiabilité même pour un agent réfrigérant aussi inhabituel qué du sodium liquide. Il va 10 de soi que ce principe présente des avantages également pour d'autres types de réacteurs nucléaires. 69 44023 10 2026786 BEVEHDIOATI QHS 1. Dispositif de commande des barres de contrôle d'un réacteur nucléaire refroidi au sodium dont la cuve est munie d'un couvercle tournant, qui comprend une tringlerie plusieurs fois subdivisée entre la barre de contrôle et 5 le dispositif de commande proprement dit et un dispositif de largage accéléré de la barre de contrôle pour le cas d'un arrêt d'urgence du réacteur, caractérisé par le fait que les parties du dispositif de commande se trouvant à lf extérieur de la cuve de réacteur sont déconnectables et interchangeables tout en 10 maintenant l'étanchéité de la cuve et par le fait que ces opérations sont liées obligatoirement à un découplage de la barre de contrôle et à un retrait des parties de la tringlerie se trouvant à l'intérieur de la cuve jusque dans l'espace libre prévu au-dessus du coeur du réacteur» 15 2. Dispositif de commande suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est prévu une douille coulissante s'appliquant de façon étanche sur la paroi de la cuve ou celle d'un tube de guidage extérieur et qui, déplacée vers le haut dans l'espace normal de manoeuvre des trin-20 gleries par un entraînement auxiliaire rapporté, actionne un mécanisme à billes ou à cliquets de type connu pour découpler la partie de la tringlerie située à l'extérieur de la cuve de la partie se trouvant à l'intérieur. 3. Dispositif de commande suivant la 25 revendication 2, caractérisé par le fait que la partie de la tringlerie se trouvant à l'intérieur de la cuve et qui se compose également de deux tubes concentriques, se déplace de quelques centimètres vers le bas après le déverrouillage de l'accouplement à billes ou à cliquets, l'étanchéité entre les tubes 30 étant assurée par un cône sollicité par un ressort alors que l'étanchéité par rapport à la douille coulissante qui retient toutes les parties inférieures de la tringlerie à un niveau rendant possible une rotation du couvercle tournant est également assurée par un cône» 35 4. Dispositif de commande suivant les revendications 1, 2 et 3» caractérisé par le fait que le déplacement de la douille coulissante jusqu'au début de l'opération de découplage est suffisamment important pour que la tringlerie avec la tête de préhension de la barre de contrôle 69 44023 ii 2026786 ainsi que le tube de guidage relié à la douille coulissante soient complètement sorties du coeur proprement dit du réacteur et puissent être déplacés latéralement, au-dessus du coeur,par exemple à l'aide d'un couvercle tournant auquel ils sont fixés0 5 5• Dispositif de commande suivant la somme des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les deux tubes inférieurs concentriques prévus pour l'accouplement de la barre de contrôle se terminent par une tête de préhension en forme de cloche qui comprend des cliquets de griffe mobiles 10 actionnés par un déplacement relatif des tubes l'un par rapport à l'autre et emprisonnant la tête en forme de champignon de la barre de contrôle. 6.Dispositif de commande suivant la somme des revendications 1 à 5» caractérisé par le fait qu'une tige 25 de poussoir qui entoure partiellement la tête de la barre de contrôle, sollicitée par un ressort et agissant à travers l'accouplement est logée à l'intérieur des tubes inférieurs concentriques «t. communique à la barre de contrôle lorsque les cliquets à griffe dé la tête de préhension s'ouvrent, une gran-20 de accélération initiale pour l'enfoncer le plus rapidement dans le coeur, jusqu'en position basse ou position d'arrêt du réacteur*»