Brevet FR2106373A1 — publié le 19720505

î 2106373 Pour accroître la puissance thermique globale d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée» on doit réaliser une distribution aussi uniforme que possible de la puissance* A cette fin, on doit prévoir, en plus de 11 empoisonnement du réfrigérant par l'acide 5 "borique„ connu en soi, un nombre ausai élevé que possible de barres absorbantes actionnées mécaniquement.et réparties aussi uniformément que possible sur le coeur. On introduit ces barres absorbantes dans les fins tubes à barres de réglage d'éléments combustibles déterminés du coeur du réacteur. Ceci pose le problème essentiel du coût 10 des éléments de réglage et de leurs commandesp ainsi que de l'espace nécessaire pour ces commandes sur le couvercle de la cuve à pression, étant donné qu'en plus des éléments de réglage grisp on doit encore en général prévoir de normaux éléments de réglage noirs pour l'arrêt du réacteur® Le B^C et le Ag In Cd entrent particuliè>-15 rement en ligne de compte comme matériaux absorbant les neutrons. Il résulte de ce qui précède que, dans les réacteurs nucléaires connus, seul un quart environ de la totalité des positions de commande de réglage existantes peut être garni de barres grises, que l'on peut laisser descendre dans le coeur, même en cas de pleine 20 charge, étant donné que les autres positions sont nécessaires pour les barres noires en raison de la réactivité résiduelle. Par suite„ le matériau absorbant destiné au réglage de la distribution de la • puissance ne peut être introduit dans le coeur en répartition précise que d'une manière très imparfaite. 25 Partant de ce qui précède, l'invention vise à établir un dispositif pour le pilotage et l'arrêt de réacteurs nucléaires, dispositif qui, tout en étant d'un faible encombrement, rend possible une distribution uniformément précise des barres grises dans ■ le coeur du réacteur, ce qui permet d'augmenter la puissance ther-30 mique globale de celui-ci. l'invention vise en outre à permettre un arrêt efficace du réacteur. Le dispositif suivant l'invention se compose d'un double élément de réglage comprenant un élément de réglage muni d'une ou de plusieurs barres-crayons de réglage fixées à une tige de comman-35 de centrale au moyen d'une monture en forme d'araignée, ainsi qu'un élément d'arrêt comprenant une monture coaxiale distincte pour plusieurs barres-crayons. Grâce à ce double élément de réglage, on a la possibilité d'augmenter notablement le nombre des éléments de réglage gris, sans 40 réduire le nombre des éléments de réglage noirs requis, cela sans 71 32312 2 2106373 qu'il soit nécessaire d'apporter des modifications notables aux éléments combustibles à la charpente du coeur et au couvercle de la cuve proprement dite. Dans le double élément de réglage, la monture en forme 5 d'araignée de l'élément d'arrêt est située au-dessus de la monture ' de l'élément de réglage, et l'élément d'arrêt prend appui, lors de la remontée, sur la monture de l'élément de réglage» En outre, l'élément d'arrêt présente un tube de commande distinct, qui entoure concentriquement la tige de commande de l'élément de réglage. 10 La commande pour l'élément de réglage peut consister en un élévateur magnétique par indexage à cliquets de type courant. Tou- ; tefois, comme l'élément d'arrêt est soit introduit entièrement dans le réacteur, soit entièrement retiré de celui-ci, cet élément n'a besoin d'un dispositif de retenue que lorsqu'il est à l'état retiré; 15 A cette" fin, l'extrémité supérieure du tube de commande pour l'glé-' ment d'arrêt peut être constituée par une armature magnétique cireuse at être retenue par une bobine d'électro-aimant entourant concentriquement le carter de la commande de réglage, de telle manière que, lors de la désexcitâtion de la bobine magnétique, l'élément 20 d'arrêt descende dans le coeur du réacteur sous l'effet de la pesanteur. Le relèvement de l'élément d'arrêt est obtenu par le fait que l'élément de réglage entraîne celui-ci pendant sa remontée. A cette fin, l'extrémité inférieure du tube de commande pour 1 'éi'ément 25 d'arrêt est élargie au niveau de la monture des barres de réglage, d'une manière correspondant à l'extrémité inférieure renforcée de la tige de commande de l'élément de réglage, de'telle sorte que1, lors de la remontée, l'épaulement supérieur du troûçon renforcé de la tige de commande entraîne l'élément d'arrêt. 30 Afin d'amortir la chute de l'élément d'arrêt, lorsque celui-ci tombe sur la monture en forme d'araignée de l'élément de réglage, on peut prévoir, au-dessus de l'épaulement du tronçon renforcé de la tige de commande, un ressort hélicoïdal disposé .concentriquement par rapport à la tige de commande. A titre de varian-35 te, cette disposition peut être remplacée ou complétée par une autre, qui consiste à conformer l'extrémité inférieure du tube de commande en pot amortisseur, grâce à l'adoption de renflements en forme d bourrelets faisant saillie vers l'intérieur et ne laissant qu'W interstice de passage minimal entre le tube de commande 40 et la tige de commande. 71 32312 3 2106373 On prévoit en outre dans l'extrémité inférieure de la tige de commande un ressort hélicoïdal qui freine le tronçon d'extrémité insérable par télescopage, ressort qui freine l'élément de réglage même., On peut prévoir en outre, à l'extrémité inférieure de la tige 5 de commande, un ressort secondaire, qui n'intervient que lors de la descente de l'élément d'arrêt. Ce ressort secondaire peut servir simultanément comme indicateur de position, si l'on prévoit pour l'élément d'arrêt descendu une bobine de signalisation indiquant la position de l'élément d'arrêt lorsque le ressort secondaire est 10 comprimé. Une autre possibilité pour obtenir une indication de la position de l'élément d'arrêt descendu consiste à prévoir une tige indicatrice maintenue élastiquement à l'intérieur de la tige de commande et se terminants, au-dessus du tronçon renforcé de la tige 15 de commande, par deux chevilles orientées vers l'extérieur et par un anneau fixé à celle-ci, cette tige indicatrice étant disposée de telle manière que, lors de la descente de l'élément d'arrêt, cette tige est entraînée vers le bas par suite de la rencontre entre la partie élargie du tube de commande et l'anneau» On prévoit 20 en outre une bobine de signalisation disposée concentriquement sur l'extrémité supérieure de la tige indicatrice, l'instabilité due à la masse de la tige indicatrice lors du mouvement pas-à-pas, peut-être contrôlée au moyen d'un ressort de mise en serrage et9 éventuellement s, tua pot amortisseur hydraulique» 25 Pour accélérer la chute de l'élément d'arrêt9 on peut d'autre part accoupler au tube de commande un ressort de lancement pouvant être bandé lors du retrait de l'élément d'arrêt et qui, après le désexcitation de la bobine de retenue, accélère le mouvement de descente de l'élément d'arrêt. 30 La construction et le fonctionnement d'un exemple de réalisation suivant l'invention seront exposés ci-après à l'aide de dessins schématiques. Dans ces dessinss la figure 1 est une vue latérale du double élément de réglage comprenant un système de commande rapporté; 35 la figure 2 est une coupe longitudinale de la partie inférieure du double élément de réglage comprenant les deux montures en forme d'araignées; la figure 3 est une coupe transversale suivant la ligne III-III de la figure 2, en regardant les montures en forme 40 cl * araignées ; 71 32312 4 2106373 la figure 4 est une coupe longitudinale du système de commande du double élément de réglage, et la figure 5 est un croquis de répartition des 'barres de réglage dans le coeur du réacteur 5 Dans la vue d'ensemble de la figure 1, le double élément de réglage 1 se compose d'un élément de réglage 2 et d'un élément d'arrêt 3. L'élément de réglage 2 se compose d'une série de barres-crayons de réglage grises 4, fixées par une monture commune 5 eu forme d£araignée, à une tige de commande centrale 6, L'élément 10 d'arrêt 3 comprend une série de barres-crayons d'arrêt noires 7j fixées, également au moyen d'une monture 8 en forme d'araignée, à un tube de commande 9, qui entoure la tige de commande 6„ La tiare de commande 6 et le tube de commande 9 se prolongent coaxialemeÉ.t vers le haut, au moyen d'un raccord 11 soudé dans le couvercle 10 15 de la cuve à pression, pour être reliés aux systèmes de commande* Le système de commande pour l'élément de réglage 2 est constitué par un élévateur par indexage à cliquets 12 connu en soi, lequel se compose d'une bobine de levée 13, d'une bobine de prise 14 et d'une bobine de maintien 159 ainsi qu'il est représenté d'une 20 manière plus détaillée dans la figure 4» Au-dessous de l'élévateur par indexage à cliquets 12 est prévu la bobine de retenue 16 pour l'élément dcarrêt 3» A l'extrémité supérieure du système de commande se trouve en outre une bobine magnétique 17 pour l'indi» cation de la position de l'élément d'arrêt et, au-dessus de celle-25 ci, d'autres dispositifs indicateurs 18, non représentés, en particulier pour l'élément de réglage. La figure 2 représente, à une échelle plus grande et d'une manière plus détaillée, la partie inférieure du double élément .de commande 1. La monture en forme d'araignée 5 pour les barres*-30' crayons de réglage grises 4 est fixée au tronçon inférieur renforcé 19 de la tige de manoeuvre centrale 6. Le système d'attache 8 en forme d'araignée de l'élément d'arrêt 3 est situé an-dessus de la monture 5 tiour l'élément de contrôle 2 et peut, après la descente de l'élément d'arrêt, prendre appui sur la monture 5 de l'élément 35 de contrôle. Après sa descente, l'élément d'arrêt 3 ne peut être relevé que par le retrait de l'élément de réglage 2» A cette fin» l'extrémité inférieure 20 du tube de commande 9 est élargie, ae manière à correspondre au tronçon inférieur renforcé 19 de la tisre de commande. De cette façon, lorsqu'on élève l'élément de réglage 40 2, l'épaulement supérieur 21 du tronçon extrême 19 de la tige de 71 32312 5 2106373 commande vient s'appliquer contre la portion élargie 22 du tube de réglage 9 et entraîne ainsi l'élément d'arrêt 3 vers le haut„ Lors, de la chute des éléments d'arrêt et de réglage au cours d'une interruption d'urgence d'un réacteur, les amortisseurs 5 pour crayons présents dans les éléments combustibles, interviennent normalement. Toutefois, il peut arriver exceptionnellement qu'un élément d'arrêt tombe sur un élément de réglage resté à mi-hauteur, par exemple. En outre, et afin de freiner le choc de la chute de l'élément d'arrêt, l'extrémité inférieure 20 du tube de commande 9 est établie comme un pot amortisseur, grâce à la présence, sur le tronçon renforcé 19 de la tige de commande centrale 6, d'un renfle-J ment 23 en forme de bourrelet, de sorte qu'il ne subsiste entre- le ; tube de commande 9 et la tige de commande 19 qu'un étroit interstice 15 d'écoulement 24, à travers lequel peut s'échapper le liquide contenu dans l'espace 25. A titre de variante, on peut disposer concentri-quement à la tige de commande 6, au-dessus du tronçon renforcé 19 ' ' de celle-ci, un ressort hélicoïdal 26, destiné à freiner davantage l'élément d'arrêt 3 lors de la chute de celui-ci. 20 L'extrémité inférieure de la tige de commande 6 comprend i un tronçon d'extrémité rentrant d'une manière télescopique, qui! est également monté élastiquement par rapport à la tige de manoeuvre 6 proprement dite au moyen d'un ressort hélicoïdal 28 et qui agit comme amortisseur secondaire lors de la rencontre entre 1'- élément 25 de contrôle 2 avec la plaque terminale supérieure de l'élément'combustible. Un autre ressort, mou, soit le ressort secondaire 29, est disposé concentriquement autour de ce ressort hélicoïdal 28, le ressort 29 n'étant comprimé d'une manière permanente que lorsque l'élément d'arrêt 3 est complètement rentré et que l'élément dé 30 réglage 2 est plus fortement abaissé. De cette façon, la position de l'élément de réglage peut être utilisée à titre supplémentaire comme indication de la position de l'élément d'arrêt 3. La figure 3 est une coupe transversale du double ; élément de réglage 1, où l'on voit les deux montures en fôrme . »5 d'araignées, ainsi que les barres-crayons absorbantes, suspendues à ces montures, suivant l'exemple d'exécution représenté, le double élément de réglage, qui est affecté à chaque élément combustible 30, comprend huit barres grises 4, qui sont introduites dans des positions appropriées de l'élément combustible, où se> 10 trouvent normalement les différentes barres de combustible» On 71 32312 6 2106373 prévoit en outre pour l'élément d'arrêt 3 douze barres-crayons noires 7, de sorte que l'ensemble du double élément de réglage comprend en tout vingt "barres-crayons agissant comme absorbants. La figure 4 représente à une échelle plus grande les dé-5 tails du système de commande. Le système de commande pour l'élément de réglage 2 est constitué, ainsi qu'il est connu en soi, par un élévateur par indexage à cliquets 12, qui comprend une bobine de levage 13, "une bobine de prise 14 et une bobine de maintien 15, cette figure montrant également les rainures 31 formées dans la 10 tige de manoeuvre 6 pour l'élément de réglage et dans lesquelles s'engagent les cliquets 32 de l'élévateur par indexage à cliquets 12 et qui, lors du décliquetage, permettent un déplacement pas-à-pas de-l'élément de réglage» Pour maintenir l'élément d'arrêt 3 dans sa position supé-15 rieure, l'extrémité supérieure du tube de commande 9 est constituée sous la forme d'une armature, magnétique creuse 33 et est établie en un matériau magnétique. Ainsi, le tube de commande 9 est maintenu dans sa position supérieure extrême au moyen de la bobine de maintien supplémentaire 16. On prévoit en outre dans la région de 20 la bobine de maintien 16 une pièce intermédiaire 34 en matière non magnétique, ainsi qu'il est connu en soi, afin d'assurer un flux de lignes de force sur l'armature magnétique creuse 33« A la suite de la désexcitation de la bobine de maintien 16, l'élément d'arrêt 3 descend seul dans le coeur du réacteur, 25 sous l'effet de la pesanteur. Pour accélérer cette chute, on peut prévoir en outre un ressort 35 dit "de lancement83 » 0e ressort 35 est de forme hélicoïdale et est monté sur la face extérieure d'un manchon cylindrique 36, qui est entraîné lors de la remontée du tube de commande 9, de sorte que le ressort 35 se bande. Le 30 ressort 35 peut donc se détendre lors de la mise hors circuit de la bobine 16 et imprimer ainsi au tube de commande 9 une impulsion supplémentaire. Le système indicateur de position décrit oi-dessue,~-pour l'élément d'arrêt, système agissant au moyen du ressort 35 secondaire 29 et prévu dans la partie inférieure de la tige de commande 6, n'est cependant pas toujours univoque, car il réagit également lorsque, par exemple, l'élément d'arrêt se coince à mi-hauteur par rapport à la tige de commande 6, entièrement introduite, de l'élément de réglage 2, et exerce ainsi une 40 contrainte sur le ressort secondaire 29. Pour cette raison, l'in 71 32312 7 2106373 vention suggère ion système d'indication de position moins équivoque. A cette fin, et comme il ressort en particulier de la figure 2, il est prévu à l'intérieur de la tige de commande 6 une tige indicatrice 37, qui présente à son extrémité inférieure deux chevilles 38 5 aboutissant à l1extérieur, ainsi qu'un anneau 40, solidaire de ces chevilles. Lors de la descente de l'élément d'arrêt 3, la rencontre entre l'anneau de retenue inférieur 42 du ressort 26 et l'anneau 40 a pour effet l'entraînement de la tige indicatrice 37 vers le "bas. La position de la tête 39, prévue à l'extrémité supérieure de la 10 tige indicatrice 37, peut être détectée à l'aide d'une "bobine de signalisation supplémentaire 17, située au-dessus de l'élévateur par indexage à cliquets 12, en utilisant la variation de l'inductance . La figure 5 représente une fois de. plus la répartition 15 des barres-crayons de réglage sur une partie du coeur du réacteur. Cette disposition met particulièrement en évidence la répartition uniforme et dense des barres de réglage grises, laquelle permet d'atteindre une uniformisation notable de la répartition de la puissance dans le réacteur, sans qu'il soit nécessaire de prévoir 20 des positions de commande supplémentaires pour les barres d'arrêt, qui sont absolument nécessaires. Dans le double élément de réglage décrit ci-dessus, on est parti d'un élévateur par indexage à cliquets en tant que système de commande pour l'élément de réglage. On peut cependant, 25 à titre de variante, employer d'autres systèmes de commande, tels que des élévateurs magnétiques pas-à-pas à frottement ou à commande par crémaillère, par câble ou par tige filetée avec embrayage magnétique baladeur, etc., ces différents systèmes permettant éventuellement d'atteindre une plus grande vitesse d'introduction 30 et de retrait pour les barres de réglage. De plus, la double barre de réglage faisant l'objet de l'exemple de réalisation décrit ici se distingue par une construction particulièrement simple, où l'on a pu omettre des accouplements séparables entre les tiges de commande et les montures en forme d'araignées. Lors du remplace-35 ment d'éléments de combustible dans le système suivant l'invention, on retire l'ensemble de l'unité formée par le double élément de réglage et la transporte dans le bassin de décontamination, avant le relèvement de la charpente du coeur. On peut cependant parfaitement utiliser des embrayages, par exemple de telle façon que seul 40 l'élément de réglage soit débrayé, après avoir été retiré vers le 71 32312 8 2106373 hautp ensemble avec l'élément d'arrêt, dans le guidage pour l'élément de réglage et avoir été retenu dans ce guidage au moyen d'un dispositif d'arrêt0 De plus, on peut réaliser dans de larges limites une 5 modification de la répartition numérique de l'intensité d'absorption des différents crayons, ainsi que de leur distribution sur la section de l'élément de combustible, par exemple;, un élément de réglage "gris®' peut être constitué par un petit nombre approprié de crayons noirs. En' outre, l'intensité d'absorption des barres 10 grises peut aussi être modifiée dans le sens de la longueur des crayons cela par exemple de-telle manière que seuls des tronçons déterminés du crayon soient doués d'un effet absorbant plus intenses de façon que l'élément de réglage puisse agir à 1'encontre d'une élévation de la puissance dans la moitié inférieure du 15 réacteur,, tout en étant néanmoins empêché de déclencher un accroissement dangereux de la réactivité en cas d'ajustement effectué par mégarde à partir d'une hauteur quelconque. Il n'est pas nécessaire, pour réaliser l'objet de l'invention, que l'élément d'arrêt soit maintenu directement par une bobine d'électro-aimant. Au 20 contraire, on peut faire appel à cette fin à des éléments mécani=> ques, des cliquets par exemple, que l'on applique soit dans la commande du système de réglage, soit en vue d'un actionnement indirect dans l'intérieur de la cuve du réacteurs, par exemple à l'extrémité supérieure du guidage 41 de l'élément de réglage. 71 32312 9 2106373 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour le pilotage et l'arrêt de réacteurs nucléaires à eau pressurisée, qui comprend des absorbeurs sous forme de barres pouvant être introduits verticalement dans les éléments 5 combustibles du coeur du réacteur et retirés de même de ceux-ci, caractérisé par un double élément de réglage comprenant un élément de réglage connu en soi et muni d'une ou de plusieurs barres-crayons de réglage fixées à une tige de commande centrale au moyen d'une monture en forme d'araignée, ainsi qu'un élément d'arrêt présentant 10 une monture coaxiale distincte en forme d'araignée pour plusieurs barres-crayons d'arrêt. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la monture en forme d'araignée de l'élément d'arrêt est située au-dessus de l'élément de réglage et que l'élément d'arrêt 15 prend appui, lors de la remontée, sur la monture de l'élément de réglage. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'élément d'arrêt comprend un tube de commande qui entoure concentriquement la tige de commande de l'élément de ré- 20 glage. 4. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'extrémité supérieure du tube de commande pour l'élément d'arrêt est conformée en armature magnétique creuse et est retenue par une bobine d'électro-aimant qui entoure concentri- 25 quement le carter de la commande de réglage, de telle manière qu'à la suite de la désexcitation de la bobine magnétique, l'élément d'arrêt descend dans le coeur du réacteur sous l'effet de la pesanteur. 5. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé 30 par le fait que l'extrémité inférieure du tube de commande pour l'élément d'arrêt est élargie, au niveau de la monture de l'élément de réglage, d'une manière correspondant à l'extrémité inférieure renforcée de la tige de commande de l'élément de réglage, de telle sorte que, lors de la remontée, l'épaulement supérieur du tronçon 35 renforcé de la tige de commande entraîne l'élément d'arrêt. 6. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que, grâce à l'adoption, sur le tronçon renforcé de la tige de commande centrale, de renflements en forme de bourrelets, qui ne laissent qu'un interstice d'écoulement minimal entre le tube 40 de commande et la tige de commande, l'extrémité inférieure du tube 71 32312 io 2106373 de commande constitue un pot amortisseur. 7. Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il est prévu, concentriquement avec la tige de commande, un ressort disposé dans le pot amortisseur et servant à 5 freiner l'élément d'arrêt, lors de la chute de celui-ci, sur l'épaulement du tronçon renforcé de la tige de commande. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7» caractérisé par le fait qu'un ressort qui freine le tronçon d'extrémité insérable par télescopage est disposé dans l'extrémité 10 inférieure de la tige de commande. 9. Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé par le fait qu'il est en outre prévu, dans le tronçon d'extrémité inférieure de la tige de commande, un ressort secondaire qui cède sous la charge supplémentaire constituée par l'élément d'arrêt. 15 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que, pour indiquer la position de l'élément d'arrêt descendu, il est prévu une bobine de signalisation qui indique la position de l'élément de réglage lorsque le ressort secondaire est comprimé. 20 11« Dispositif suivant la revendication 6 ou 7, caracté risé par le fait que, pour indiquer la position de l'élément d'arrêt, après la descente de celui-ci, il est prévu une tige indicatrice maintenue élastiquement à l'intérieur de la tige de commande et se terminant au-dessus du tronçon renforcé de la tige de commande 25 par deux chevilles orientées vers l'extérieur et supportant un anneau, la disposition étant telle que, lors de la descente de l'élément d'arrêt, la tige indicatrice soit entraînée vers le bas par suite de la rencontre entre l'anneau de support inférieur du ressort et l'anneau supporté par les chevilles. 30 12. Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé par le fait qu'une bobine de signalisation est prévue concentriquement par rapport à l'extrémité supérieure de la tige indicatrice. 13. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le tube de commande est accouplé à un ressort de 35 lancement qui peut être bandé lors du retrait de l'élément d'arrêt et qui, après la désexcitation de la bobine de retenue, accélère le mouvement de descente de l'élément d'arrêt.