Brevet FR2063132A1 — publié le 19710709

La présente invention concerne une centrale atomique. Lorsqu'un réacteur nucléaire est utilisé comme source de chaleur pour le fluide de travail à utiliser dans une turbine, le réacteur est habituellement situé à côté des groupes turbo-5 alternateurs dans un bâtiment adjacent. Toutefois, selon des concepts plus modernes, il a été proposé d'incorporer les turbines dans la même construction en béton que'le coeur du réacteur, et cela peut être avantageux en particulier lorsque la centrale fonctionne suivant un cycle direct dans lequel le même 10 fluide constitue à la fois le réfrigérant du réacteur et le fluide de travail. Un exemple de cet agencement . proposé antérieurement implique la disposition d'un coeur de réacteur refroidi par un gaz dans une enceinte commune avec les turbines dont les arbres de sortie passent à travers des joints convenables étanches 15 au gaz pour entraîner les alternateurs. Cette disposition est décrite plus en détail dans le brevet britannique n° 1 144 172 mais, en l'examinant de plus près, on se rend compte que ce système impose certaines limitations à la disposition des alternateurs et peut ne pas donner toujours la meilleure solution à un problè-20 me particulier. Selon la présente invention, une centrale atomique comporte au moins une turbine pour entraîner une charge, la turbine étant logée dans une enceinte sous pression distincte de celle du coeur du réacteur, mais reliée à cette dernière par une canali-25 sation transportant le fluide de travail. L'enceinte sous pression du réacteur est de préférence en béton précontraint de forme cylindrique en prévoyant des trous ou logements dans la paroi latérale pour loger les appareils auxiliaires réservés au réfrigérant du réacteur et au circuit du 30 fluide de travail. Des conduits relient un ou plusieurs des trous à l'enceinte sous pression renfermant la turbine. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre,faite en regard des dessins annexés, et donnant à titre explicatif, mais nullement li-35 mitatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est une vue en plan d'une centrale atomique comBAD ORIGINAL 70 28851 -2- 2063132 portant un réacteur refroidi par un gaz ; la figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne II-II de la figure 1 ; et la figure 3 est une coupe axiale de l'une des enceintes 5 contenant une turbine. Une enceinte principale sous pression en béton précontraint 1 en forme de cylindre droit contient un coeur 2 de réacteur refroidi par un gaz dans sa cavité centrale 2a. Dans la paroi latérale cylindrique de l'enceinte, un certain nombre de 10 logements 3 contiennent des appareils auxiliaires du circuit de travail et constitue, une canalisation.pour le réfrigérant. Au-dessous de l'enceinte principale 1 se trouvent une ou, dans le présent cas, deux enceintes sous pression 4 et 5 de plus petites dimensions, chacune d'elles contenant une turbine 6 dont l'arbre 15 de sortie 7 passe à travers un joint convenable dans la paroi de l'enceinte et entraîne un alternateur. Chacune des enceintes 4 et 5 est séparée de l'enceinte principale 1 mais, comme on le voit dan§d_e cas de l'enceinte 4 sur la figure 3> chacune d'elles est reliée à l'enceinte 1 par deux paires de conduits 9 et 10 dans 20 lesquels passe le fluide de travail destiné à la turbine 6. On ne décrira qu'une seule paire dans la présente demande. Commodément, les conduits 9 et 10 relient l'enceinte 4 à certains des logements 3 de la paroi de l'enceinte principale 1. Il est évident que la turbine 6 est logée dans une enceinte distincte, la 25 position de l'alignement de la turbine et de l'alternateur n'étant pas limitée par la construction de l'enceinte principale,et l'alternateur peut être placé dans toute position commode. Dans la présente forme de réalisation, deux enceintes sous pression cylindrique secondaires 4 et 5 sont placéës de façon que 30 leurs axes longitudinaux soient parallèles et d'une manière symétrique, de chaque côté d'un axe horizontal CL passant par l'axe de ^ /supérieures l'enceinte principale sous pression.Dans les parois/de ces enceintes, quatre trous 11a à 11d sont ménagés près de l'enceinte principale" pour transférer le fluide de travail entre l'enceinte prin-35 cipale et les enceintes secondaires par l'intermédiaire des conduits 9 et 10. Les logements 3 sont groupés en deux séries de quatre 3a à 3d et 3.e à 3h, chaque série correspondant respectivement à BAD ORIGINAL 70 28851 -3- 2063132 chaque enceinte secondaire 4> 5. les axes des logements sont disposés sur un cercle concentrique à la paroi latérale de l'enceinte principale et leur écartement est tel que la paire externe 3a, 3d de chaque groupe peut être presque coaxiale à la paire 5 externe 11a, 11d des quatre trous de la paroi supérieure de l'enceinte sous pression secondaire adjacente se .trouvant au-dessous et peut communiquer avec elle par les conduits 9. En fait, en déplaçant latéralement les axes des enceintes 4, 5 et en écartant davantage les arbres des groupes turbo-alternateurs, deux des 10 trous de la paroi supérieure de chacune des enceintes 4, 5 peuvent être placés de manière à être précisément coaxiaux à deux des logements de l'enceinte principale 1, si on le désire, la paire interne des logements 3b, 3c de chaque groupe peut communiquer avec les deux trous internes 11b, 11ç_ des parois supé-15 rieures des enceintes secondaires respectives par des conduits coudés ménagés dans le béton et par de courts conduits droits 10. Chacun des conduits 9 alimente la turbine 6 en fluide de travail chaud, ladite turbine étant en fait constituée par une paire de turbines à basse pression 6a, 6b, montées dos à dos sur le même 20 rotor 13. A partir des turbines 6, le gaz d'échappement passe dans un passage annulaire 14 et dans les conduits 10 par les trous adjacents 11b, 11ç pour entrer par des conduits coudés convenables dans les logements en béton 3b (3ç.) de la figure 2. Comme le mon-25 tre encore la figure 2, dans chacun des logements 3b, 3ç se trouve un échangeur de chaleur 20 du type à tubes et enveloppe, le gaz d'échappement passant le long du côté des tubes et entrant dans un pré-refroidisseur 21. A partir de ce dernier, le gaz refroidi passe le long d'un conduit 22 ménagé dans le béton et reliant le logement 30 3b (3ç) au logement adjacent 3a (3d). Chaque logement externe 3a, 3d présente une longue cavité cylindrique fermée par un bouchon 23 à sa partie supérieure. Dans ce cas,' le bouchon est creux et contient un moteur de démarrage 24 (ou selon une variante, une turbine de démarrage qui peut être alimentée en gaz à haute pression à 35 partir d'un réservoir de stockage ou autre source de gaz de travail à haute pression), dont l'arbre peut être accouplé par un embrayage 26 pour accélérer des compresseurs à basse pression et à haute près- 70 28851 -4- 2063132 sion 27, 28 et une turbine 29 à haute pression,qui sont tous montés sur un arbr^èommun ou sur des arbres coaxiaux. Un refroidisseur annulaire intermédiaire 30 est représenté pour plus de clarté comme étant disposé entre les compresseurs, bien qu'il puisse être placé, 5 selon une variante, au-dessus, au-dessous ou autour des compresseurs, à condition que le conduit d'acheminement du gaz soit disposé de manière à faire passer le gaz à travers lui en allant de la sortie du compresseur à basse pression à l'entrée du compresseur à haute pression. A un endroit situé près du compresseur à haute pression, 10 la paroi du logement présente un épaulement 31 qui peut supporter le groupe turbo-compresseur. A cet effet, des entretoises 32 s'appuyant sur 1'épaulement supportent le carter du compresseur à haute pression, tandis qu'une plaque bombée 33 porte le palier de butée principal et des entretoises 34 (qui peuvent être isolées et 15 refroidies par eau ou par un gaz froid passant à l'intérieur de l'isolant) pour supporter le carter 29 de la turbine inférieure à haute pression, la turbine à haute pression est suspendue au palier de butée à une distance suffisante pour-permettre au gaz sortant du coeur du réacteur et de la chambre intermédiaire de sortie 20 du réfrigérant (qui, dans le présent exemple,est représentée au-dessous du coeur) par un conduit 35 ménagé dans le béton pour entrer directement dans les aubes de guidage de l'entrée de la turbine. La plaque bombée forme également un joint entre le gaz d'admission de la turbine et le gaz sous pression,mais relativement 25 froid,refoulé par le compresseur à haute pression. L'écoulement de ce dernier gaz est inversé pour passer dans un conduit annulaire 36 en sens contraire sur le côté externe du refroidisseur intermédiaire 30 et le carter du compresseur à basse pression par l'intermédiaire d'un conduit 37 ménagé dans le béton vers le côté envelop-30 pe de l'échangeur de chaleur 20 situé dans le logement 3b (3ç.) où il capte la chaleur par échange de chaleur à contre-courant avec le gaz d'échappement de la turbine à basse pression avant d'entrer dans l'espace réservé au coeur du réacteur par un conduit 38, chacun des logements internes 3b, 3ç> 3f » 3g étant relié à la cavité 35 centrale 2a de l'enceinte principale par au moins un conduit 38. A partir de ces conduits, le gaz monte dans 3?espace annulaire formé entre l'extérieur du coeur 2 et la paroi de la cavité centrale 2a 70 28851 -5- 2063132 de l'enceinte principale pour atteindre la chambre d'admission du réacteur (qui, dans cet exemple, se trouve au-dessus du coeur); le gaz descend ensuite à travers le coeur comme réfrigérant. Le circuit du réfrigérant traversant le coeur n'est pas 5 représenté. Le réfrigérant chauffé sort du fond du réacteur et quitte la chambre de sortie du coeur par un conduit 35 pour entrer dans la turbine 29 à haute pression qui entraîne les compresseurs à haute pression et à basse pression 27 et 28, chacun des logements externes 3a, 3d, 3e, 3f étant relié à la chambre 10 de sortie du réacteur par au moins un conduit 35. Le gaz sortant de la turbine 29 passe directement dans un conduit 9 et dans la turbine non asservie 6 qui entraîne l'alternateur 8. Le gaz s'échappant de la turbine est recyclé dans le réacteur par le conduit 10. 15 Si à la fois l'enceinte principale 1 et les plus petites enceintes 4 et 5 qui renferment les turbines à basse pression 6 sont en béton précontraint , il est évident que les seules parties du circuit principal réservées au gaz qui ne sont pas protégées à 1'encontre d'une brusque rupture par emprisonnement dans 20 du béton précontraint sont les conduits 9, 10 qui relient l'enceinte principale 1 aux plus petites enceintes 4 et 5. Pour limiter les conséquences d'une défaillance accidentelle de l'un des conduits, aussi bien en ce qui concerne . la vitesse de diminution de la pression dans le circuit principal qu'un endomraagement éven-25 des bâtiments environnants, de la centrale et du personnel, chaque conduit es% entouré-d'un collier précontraint robuste 40 qui occupe l'espace compris entre le côté supérieur de la petite enceinte (4 ou 5) et la face inférieure de l'enceinte principale 1, en ne laissant qu'un petit jeu 41 entre la face d'extrémité su-30 périeure du collier et la face inférieure de l'enceinte principale. Les conduits 9> 10 peuvent être enlevés et remplacés en accédant tout d'abord à la petite enceinte appropriée, en démontant un joint à soufflet 42 et en desserrent le joint à bride 43 à l'aide d'outils de grandes longueurs. Le conduit 9 peut être ensuite 35 tiré dans la petite enceinte 4 ou, 5. A ce stade, le collier 40 peut BAD ORIGINAL 70 28851 -6- 2063132 être enlevé en le faisant glisser latéralement entre l'enceinte principale et la petite enceinte 4 ou 5. Les composants de la centrale peuvent être enlevés en les retirant par les ouvertures des logements après avoir enlevé les éléments de fermeture respectifs. 70 28851 -7- 2063132 REVENDICATIONS 1. Centrale atomique caractérisée en ce qu'elle comporte une enceinte sous pression en béton pré contraint-, contenant un réacteur nucléaire, des logements dans la paroi de l'enceinte, 5 un dispositif de circulation du réfrigérant et sa turbine montés dans un ou plusieurs logements, le logement contenant la turbine du dispositif de circulation communiquant avec une enceinte distincte sous, pression par un conduit qui alimente en fluide de travail une turbine située dans ladite enceinte distincte- sous pression. 10 2. Centrale atomique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte deux turbines, un alternateur entraîné directement par chaque turbine, les lignes des groupes turbo-alter-nateurs étant parallèles les unes aux autres et des conduits distincts mettant l'enceinte sous pression du réacteur en communica-1 5 tion avec les enceintes sous pressicairespectives logeant les turbines pour les alimenter en fluide de travail. 3. Centrale atomique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la turbine comporte un seul rotor supportant deux séries d'aubes à écoulement axial disposées pour recevoir le fluide de 20 travail à partir d'un conduit commun à partir de l'un des logements de la paroi de l'enceinte sous pression du réacteur. 4. Centrale atomique selon la revendication 3> caractérisée en ce que le fluide d'échappement de la turbine est ramené dans s l'enceinte du réacteur par d'autres conduits. 25 5. Centrale atomique selon la revendication 4, caractérisée en ce que le fluide d'échappement de la turbine est refroidi dans un logement de la paroi de l'enceinte du réacteur avant de rentrer dans le coeur du réacteur. 6. Centrale atomique selon la revendication 5> caractérisée 30 en ce qu'un échangeur de chaleur est situé dans le logement pour refroidir le fluide d'échappement de la turbine, ledit échangeur de chaleur étant accessible par les conduits reliant l'enceinte de la turbine à l'enceinte du réacteur. 7. Centrale atomique selon la revendication 1, caractérisée 35 en ce que le ou chaque conduit est en matériau précontraint . 8. Centrale atomique selon la revendication 7, caractérisée en ce qu1elle comporte une garniture pour le matériau précontraint BAD ORIGINAL 70 28851 -8- 2063132 de façon que le ou chaque conduit soit enfermé dans une double enveloppe. 9. Centrale atomique selon la revendication 8, caractérisée en ce que la garniture peut êtr^énlevée de l'intérieur de l'enceinte sous pression adjacente contenant la turbine. 10. Centrale atomique selon la revendication 7> caractérisée en ce que le conduit a un rapport du diamètre à la longueur ne dépassant pas l'unité.