Brevet FR2081077A1 — publié le 19711203

L'invention a pour objet des perfectionnements aux installations de mesure et de contrôle des réacteurs nucléaires dont le coeur est placé dans une cuve sous pression entourée d'une enceinte de protection0 Pour contrôler le fonctionnement d'un réacteur nucléaire, il est courant d'introduire, à l'intérieur du coeur, une instrumentation de mesure du flux neutronique0 Cette instrumentation se compose de détecteurs susceptibles être déplacés en différentes points de la charge de combustible pendant le fonctionnement du réacteur0 Ces détecteurs sont reliés à un appareillage de mesure du flux placé dans une salle de mesure située à l'extérieur de l'enceinte de protection.Les détecteurs se déplacent généralement à l'intérieur d'une pluralité de tubes guides pénétrant à l'intérieur du coeur et fermés à leur extrémité. La partie supérieure de la cuve étant prévue pour les installations de chargement de combustible et de plus fermée par un couve-cle amovible, on préfère le plus souvent introduire les tubes guides par le fond de la cuve, les tubes étant guidés dans les structures internes de support des assemblages de combustible. Lors de la manutention des éléments de combustible, il est indispensable de retirer du coeur les tabes guides. C'est pourquoi ceux-ci peuvent coulisser de telle sorte que la longueur de tube se trouvant à 11 intérieur de la cuve est tirée vers la salle de mesurez A cet effet, les tubes guides coulissent à 11intérieur de conduits fiçés sur le fond de la cuve débouchant dans la salle de mesure, et munis à leur extrémité deux dispositif d'étaschéité statique entre la paroi interne du conduit et la paroi externe du tube guide, et susceptible de résister à la pression exercée à l'intérieur de la cuve par le fluide primaire de refroidisseinent du réacteur3 De ce fait, le tube guide fermé à son extrémité constitue une enveloppe étanche séparant le fluide primaire à haute pression de l'air atmosphérique contenu à l'intérieur du tube et de la chambre de mesure, le détecteur étant placé ainsi à l'air atmosphérinue. lies dispositifs d'étanchéité utilisés habituellement bloquent le couliss0zsnt du tube, celui-ci ne devant pas être déplacé pendant le fonctionnerent du réacteur0 lorsque la cuve est ouverte pour la manutention des éléments de comnustible, le fluide primaire n'est pas sous pression, mais il reste évide.rlment une certaine pression due à la hauteur du fluide contenu dans la cuve, et dans le cas des réacteurs à eau, à une hauteur importante d'eau maintenue au-dessus du caisson ouvert pour la protection biologique. Cette eau étant contaminée, il est nécessaire de maintenir ltétan- chéité pendant le coulissement des tubes guides et c'est oourcruoi la salle de mesure est placée généralement à un niveau plus élevé que le niveau supérieur de liteau maintenue dans l'enceinte de protection de telle sorte que le dispositif d'étanchéité statique prévu pour le fonctionnement du réacteur puisse autre relaché à lXarret du réacteur sans risque de fuite0 Cette disposition nécessite d'une part l'allongement de toute l'instrumentation pour placer la salle de mesure au-dessus du niveau de liteau, et d'autre part oblige le constructeur à placer la salle de mesure à un niveau déjà très encombré par les auxiliaires le circuit primaire devant en particúlier être placé au dessus du coeur par mesure de sécurité l1invention a pour objet des perfectionnements permettant de remçdier à ces inconv-nientsO Conformément à l'invention, la salle de mesure est placée à un niveau inférieur à celui du plan d'ouverture de la cuve, les conduits étant scellés de façon étanche dans l'enceinte de protection, l'extrémité de chaaue conduit comportant un dispositif d'étanchéité réglable entre la paroi interne du conduit et la paroi externe du tube guide correspondant, susceptible de s'opposer à la pression règnant dans la cuve d'une part pendant le fonctionnement du réacteur dans une position de blocageSdu tube, et d'autre part à l'arrêt du réacteur dans une position permettant le coulissement du tube guide, l'invention va maintenant être décrite en se référant à un mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés, La fige 1 est une coupe transversale schématique d'un réacteur nucléaire muni des perfectionnements selon l'invention. La fig. 2 est une coupe transversale du dispositif dtétanchéité en position de blocage du tube guidez La fig. 3 est une coupe transversale du dispositif d'étanchéité en position de coulissement du tube guide. La figo 4 est une coupe transversale diune varia-nte du dispositif d' étanchéité0 la fige 5 est une vue de détail, en perspective, dtun joint biconiaueO Sur la fige 1, on a représenté en traits mixtes la disposition normale de l'appareillage de mesure. Le coeur du réacteur nucléaire 1 est disposé à l'intérieur d'un cuve sous pression 2 fermée par un couvercle amovible 21, et repose sur des structures internes 3. La cuve 2 est placée dans une enceinte de protection -en béton 4o A la partie inférieure de la cuve 2 sont fixés des conduits 5 qui sont prolongés jusqu'à une salle de mesure 9. Dans le mode de réalisation habituel représenté en traits mixtes, l'extrémité des conduits 5 débouche au ni veau supérieur de la cuve.A l'intérieur des conduits peuvent cou- lisser des tubes guides 7 fermés à leur extrémité et aui, en passant dans les structures internes 3, pénètrent jusqu'à l'intérieur du coeur 1. Suivant une disposition connue, les conduits sont munis d'un certain nombre d'aiguillages qui permettent de réduire le nombre de conduits, et 11 installation comporte des sélecteurs de voie 91 permettant de faire parvenir les appareils de détection dans les tubes voulus. Le détecteur 8 est généralement monté à l'extrémité d'un câble spirale 81 enroulé sur un tambour et permettant de commander le déplacement du détecteur à l'intérieur du tubt guide. Lorsque le réacteur fonctionne, le fluide primaire contenu à l'intérieur de la cuve est en pression, et l'étanchéité entre chaque conduit et le tube guide correspondant, est assuré par un dispositif d'étanchéité statique 92 qui bloaue le tube guide. Lorsque les combustibles doivent être manutentionnés, le fluide primaire est remis à la pression atmosphérique, et le couvercle 21 est enlevée Dans les installations classiaues, le dispositif d'étanchéité 92 est alors relâché et on peut tirer dans la salle de mesure la longueur de tube guide correspondant à la hauteur du coeur de telle sorte que les tubes guides soient retirés du coeur pour ne pas être détériorés lors dc la manutention des éléments de combustible.On rétablit alors l'étanchéité pour pouvoir noyer le réacteur ouvert sous une couche d'eau d'épaisseur K asmurant la protection biologiçue. Ces opérations sont évidemrent assez longues Bien entendu on pourrait placer l'appareillage de mesure au-dessus du niveau de l'eaux en augme-ntglt le- hauteur de la salle de mesure. Colforrnément à l'invention, et comme représenté en trait plein sur la figure, la salle de mesure est placée à un niveau in férieur au plan d'ouverture de de la cuveDans ces conditions, la longueur des conduits,des tubes guides,et de câbles spiralés,est considérablement réduite.Un dispositif d'étanchéité spécial 6 disposé au débouché des conduits permet d'assurer une étanchéité absolue à la pression du fluide primaire lors du fonctionnement du réacteur, qui peut être par exemple de 150 bars, et par simple relâchement du dispositif d'étanche'ité, de conserver une.étanchéité à la pression de l'ordre de 3 bars due à la hauteur de l'eau de protection biologique, tout en permettant le coulissement des tubes guides. Cette disposition permet de libérer un volume important à la hauteur de la cuve, permettant de placer les équipements du réacteur et de les manutentionner0 D'autre part, la réduction de longueur du tube guide et du cabale spiralé permet d'améliorer la précision de positionnement du détecteur de mesure qui dépend en effet du raccourcissement inévitable du câble On réduit également l'effort de translation du tube guide et les risques de grippage de celui-ci dans le conduit, du fait de la diminution de longueur du conduit et de la suppression d'un coude. Enfin, la position horizontale des tubes guides à l'intérieur de la chambre de mesure facilite l'accès aux tubes guides et les opérations d'extraation. Le dispositif spécial d'étanchéité 6 est représenté sur les fig. 2 à 4o le conduit 5 est fixé sur un support fixe 10 et scellé de façon étanche dans l'enceinte 40 A ltextrémité 51 du conduit est ménagée une chambre annulaire 52 ouverte sur sa face extérieure et entourant le tube guide 70 A l'intérieur de la chambre 52 est placé un joint d'étanchéité 1l se composant de deux ensembles de bagues coniaues mâle et femelle 111, 112 et 113, 114, conjuguées par leur face cônique, entre lesquels est placé un joint râcleur 115 se composant-d'un anneau à section en U ayant deux lèvres parallèles à l'axe du conduit, entre lesquelles est placée une bague d'écartement 116. Une bague de serrage 12 coulissant sur le tube guide 7 et pénétrant dans la chambre 52 assure la compression du joint ll. le serrage de la bague 12 est assuré par un manchon coulissant 13 entourant le tube guide et comportant un évidement 131 sur le fond duquel s'appuie la bague 12, et une buselure 132 coulissant sur l'extrémité 51 du conduit 5. Un écrou 14 s'appuyant sur une bride 53 solidaire du conduit 5 est vissée sur la face extérieure filetée de la buselure 132 et assure ainsi le déplacement du manchon et le serrage du joint, La rotation du manchon est empêchée par des prolongements 133 ayant des pans intérieurs fraisés coulissant sur des lamages correspondants 54 du conduit 5. Une étanchéité supplémentaire est assurée entre la Duse- lure et l'extrémité 51 du conduit par deux joints extérieurs placés dans des rainures ménages sur l'extrémité 51 du conduit et se composant chacun d'un joint torIque 134 en matière élastique repoussant une bague 135 résistant au cisaillement et s'appuyant sur la paroi intérieure de la buselure 132. L'extrémité du tube guide 7 est solidarisée par Drasure avec un raccord 15 muni à son extrémité d'une bride 151 formant face de butée contre l'extrémité du manchon 13. Une étanchéité statique simple de sécurité pour le fonctionnement du réacteur en haute pression est réalisée par serrage d1un joint 152 placé dans un évidement de l'extrémité du manchon 13, au moyen d'un écrou 16 vissé sur un filetage extérieur de l'extrémité du manchon 13 et s'appuyant sur la face de butée 151 par l'intermédiaire d'une rondelle autolubrifiante 153 se composant d'un complexe acier-téflon évitant de transmettre aux tubes guides et aux raccords un couple de torsion, de telle sorte que le tube guide ne risque pas de tourner pendant le serrage de écrou. Une chambre de détection de fuite 136 est ménagée dans la partie centrale du manchon 13 entre le joint 11 et un deuxième joint coulissant 17 analogue au joint 11 et se composantd'un ensem- ble de joints coniques 171-172 et d'un joint racleur 173 légèrement comprimés par serrage d'une vis 174 sur une bague coulissante 175, de façon à assurer une étanchéité à basse pression et l'essuyage du tube guide 7 pendant sa translation. Toutefois, il est possible d'accentuer le serrage de la vis 174 pour rendre étanche le joint 173 à la haute pression.Un bouchon 137 relié à une canalisation débouchant dans la chambre 136, permet de détecter et de drainer des fuites éventuelles, et, si celles-ci étaient anormalement exces sives, d'injecter en contrepression un fluide non actif tel que de l'eau déminéralisée0 Coi-ine représenté sur la fig. 1, les tubes guides 7 sont prolongés jusqu'au sélecteur de voie 91 et l'appareillage de mesure par des conduits démontables 93 dont l'extrémité est reliée au raccord 15. Pendant le fonctionnement du réacteur, la face de butée 151 est appliquée contre le joint torique 152 par le serrage de l'écrou 16. 'écrou 14 est serré à un couple déterminé suivant les caractéristiques des matériaux au moyen d1une clef dynamométrique pour assurer l'étanchéité à la haute pression sans risquer de déformer le tube guide 7 et il est bloqué par un contre-écrou 142. Lorsque le réacteur est arrêté, la pression du fluide primaire est relachée et on peut desserrer le joint ll. Dans ce but, 11 écrou 14 est dévissé puis revissé de nouveau jusqu'en butée, sans serrer. Du fait de la compression résiduelle des bagues 11l à 1l5, le joint ll, maintenu dans un volume limité par la bague 12, assure l'étanchéité à basse pression par la combinaison des joints biconiques et du joint râcleur, l'arête inférieure de celui-ci restant au contact de la paroi extérieure du tube guide.Cependant la pression n'est pas suffisante pour empocher la translation du tube guide, Autre part on a vu que les bagues 173-174 du joint 17 étaient également maintenues sans serrage de façon à assurer l'étanchéité basse pression tout en permettant le coulissement du tube. Dans ces conditions, s'il y avait des fuites, elles pourraient être évacuées par la tubulure 137. lies conduits 9 sont alors déconnectés et écartés du raccord 15, l'écrou 16 est dévissé et retiré et le raccord 15 est fixé sur un bras de translation 18 qui tire horizontalement le tube guide 70 La remise en place des tubes guides se fait en effectuant les opérations précédentes dans l'ordre inverse La manutention des éléments de combustible des réacteurs nucléaires n'ayant lieu ou'à des intervalles très éloignés les uns des autres; il est impératif oie l'étanchéité reste assurée pendant la longue période de fonctionnement du réacteur.Pour augmenter la fiabilité du dispositif d'étanchéités on peut utiliser un dispositif perfectionné représenté sur la figo 49 Ce dispositif comporte un deuxième joint d'étanchéité 19 placé en aval du joint 11 et analogue à celui-cis serré par un écrou 20 vissé sur une buselure 138 symétrique de la buselure 132. En fonctionnement normal, le joint 11 est bloqué et assure l'étan- chéité, le joint 19 restant relâchée Si une fuite est détectée dans la chambre-136, on peut alors serrer le joint 19 au moyen de l'écrou 20, la détection de fuite restant assurée dans la chambre 136, les joints 134 et 135 maintenant l'étanchéité absolue à la haute pression. Pour faciliter le remplacement des joints, les bagues de serrage 12 et 175 se composent de deux secteurs chevauchant le tube et les joints annulaires coniques sont coupés latéralement sui vant une fente hélicoidale comme représenté sur la fig. 5. De la sorte, les joints peuvent être enfilés latéralement sur-le tube guide 7, l'étanchéité restant assurée grâce au serrage du joint Il est donc possible de remplacer un joint en démontant le mininum de pièces On pourrait également utiliser en service normal le joint 19, le joint 1l n'étant pas serré et l'étanchéité restant assurée aux buselures 132 et 138. Dans ces conditions, si on décelait une fuite due à une usure du joint 19, il serait possible de serrer le joint 11, puis, ayant bloqué le tube guide pour l'empêcher de se déplacer sous l'effet de la pression, de desserrer l'écrou 20, de reculer le manchon 13 pour remplacer le joint 19. Bien entendu l'invention n'est pas limitée par les détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit, et qui pourrait être modifié sans sortir du cadre de l'invention, l'objet essentiel de l'invention étant de réduire ltencombrement du réacteur et la longueur de l'instramentation en plaçant la chambre de mesure à un niveau inférieur grâce à l'utilisation d'un joint d'étanchéité spécial permettant d'assurer l'étanchéité absolue en haute pression en position de blocage, et par un simple desserrage de garder une étanchéité à basse pression, sans s'opposer à la translation des tubes guides. D'autre part, dans l'exemple représenté, la salle de mesure 9 était placée horizontalement sous le niveau du fond de la cuve. Dans les cas où les conditions dlimplantation du réacteur, ou par exemple une réduction de la largeur de 1' enceinte de protection interdiraient une telle disposition, on pourrait relever le niveau de la salle de mesure et l'incliner éventuellement par rapport à l'horizontale, le débouché des conduits 5 étant cependant placé le plus bas possible pour diminuer au maximum la longueur des tubes guides. :tEVEIEDICADIONS lo- Perfectionnements aux installations de mesure et de contrôle des réacteurs nucléaires dont le coeur est placé dans une cuve sous pression entourée d'une enceinte de proteotion, l'installation de mesure et de contrôle comportant un appareillage de mesure disposé dans une salle de mesure située à ltextérieur de l'enceinte de protection et reliée à des détecteurs mobiles se déplaçant à l'intérieur d'une pluralité de tubes guides susceptibles de pénétrer à l'intérieur du coeur en coulissant dans des conduits fixés à une extrémité sur le fond de la cuve et débouchant à l'autre extrémité dans la salle de mesure, caractérisés par le fait que la salle de mesure est placée à un niveau inférieur à celui du plan dXouverture de la cuve,les conduits entant scellés de façon étanche dans l'enceinte de protection, l'extrémité de chaque conduit comportant un dispositif d'étanchéité règlable entre'la paroi interne du conduit et la paroi externe du tube guide correspondant, susceptible de s'opposer à la pression de la cuve, d'une part pendant le fonctionnement du réacteur, dans une position de blocage du tube, et d'autre part à larreAt du réacteur dans une position permettant le coulissement du tube guide, 2.- Perfectionnements aux installations de mesure et de contr8- le de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés par le fait que le dispositif d'étanchéité comporte un joint constitué de deux bagues tronconiques mâle et femelle, en matière élastique, conjuguées par leurs faces coniques, et d'un joint racleur, ltensemble pouvant être comprimé, dans une chambre annulaire ménagée à 11extrémité du conduit, par une bague de serrage règlable le long de l'axe du conduit. 30 - Perfectionnements aux installations de mesure et de contrôle de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés par le fait que le joint racleur se compose d'un anneau en matière élastique ayant deux lèvres parallèles à l'axe du conduit, et d'une bague de mise en forme rigide susceptible d'écarter les lèvres de l'anneau par serrage du joint0 4. - Perfectionnements aux installations de mesure et de contrôle de réacteurs nucléaires selon la revendication 1 caractérisés par le fait que le dispositif comporte deux joints successifs entre lesquels est ménagée une chambre de détectioh de fuite, reliée à une canalisation d'évacuation. 50 - Perfectionnements aux installations de mesure et de contrô- le de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés par le fait que la chambre de détection de fuite est remplie par un fluide non actif à une pression supérieure à celle de la cuvez 6. Perfectionnements aux installations de mesure et de contrôle de réacteurs nucléaires, caractériséspar le fait que le joint se compose de deux ensembles inversés de bagues coniques mâle et femelle conjugués, placés de part et d'autre du joint racleur0 70 Perfectionnements aux installations de mesure et de contrt- le de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés par le fait qu les bagues coniques comportent une fente latérale hélicoSdale.