Brevet FR2097096A1 — publié le 19720303

L'invention concerne un réacteur nucléaire à eau bouillante , à coeur disposé dans une cuve sous pression,sous le niveau d'eau d'une chambre,et à au moins une pompe de circulation disposée dans la cuve et commandée par une turbine à eau actionnée par de l'eau d'alimentation. La pompe de circulation d'un réacteur connu à eau bouillante est commandée par une turbine à aau actionnée par de l'eau d'alimentation. Cette disposition a l'avantage d'éliminer les garnitures d'étanchéité compliquées qui, sinon,"doivent être prévues entre la pompe de circulation et sa commande. L'invention concerne un perfectionnement de cette disposition et a pour objet une installation plus simple et plus sûre que celles de ce type de l'art antérieur. Selon une particularité essentielle du réacteur nucléaire à eau bouillante selon l'invention, la turbine à eau est montée sur une tubulure de raccord placée de manière connue sous le niveau d'eau de la cuve sous pression, mais au-dessus du coeur et l'arbre de commande de la ponç>e de circulation passe par cette tubulure, celle-ci comportant au moins un canal d'introduction d'eau d'alimentation sortant de la turbine dans la • chambre à eau du réacteur. La disposition de l'invention permet de réduire à un minimum le nombre des tubulures de raccord à la cuve sous pression. Les tubulures de raccord destinées aux turbines de commande et à leur arbre peuvent être celles que la cuve sous pression du réacteur comporte de toute manière pour l'arrivée d'eau d'alimentation. Ces tubulures se trouvent au-dessus du coeur et à proximité du niveau d'eau de la chambre, afin que l'effet de thermo-syphon de l'eau froide d'alimentation puisse être mis à profit. Cette disposition a l'avantage pour les pompes de circulation qu'il suffit d'abaisser le niveau d'eau au-dessous de celles-ci pour une réparation de turbine ou d'une ponç>e, de sorte que le réacteur peut rester sous l'eau. La suppression de tubulures supplémentaires de raccord destinées à la turbine a aussi une grande importance, car ces tubulures sont de fabrication coûteuses et représentent des points d'affaiblissement de la cuve sous pression, car elles sont le siège d'états compliqués de tensions et nécessitent, en général, des joints de soudure très difficiles à contrôler. La disposition peut avantageusement être telle que le rotor de la pompe de circulation puisse être démonté et extrait par la tubulure de raccord. Ainsi, la réparation d'une pompe de circulation est considérablement facilitée. La tubulure de raccord peut également comporter un canal d'arrivée d'eau d'alimentation dans la chambre du réScteur en dérivation sur 71 22651 .2. 2097096 la turbine. Ainsi, la cuve sous pression n'a pas à comporter des ouvertures ou des tubulures particulières. Dans certains cas, le canal situé dans la tubulure de raccord peut être le même que celui par lequel l-'eau d'alimentation sortant de la turbine passe. L'eau d'alimentation peut avantageusement être mélangée à l'intérieur de la pompe à la circulation de la cuve sous pression. Cette disposition est particulièrement simple et offre, dans certains cas, d'autres avantages. Ainsi, le mélange en amont du rotor de la pompe permet de refroidir l'eau passant par cette pompe et augmente le niveau thermique disponible d'aspiration, car la tension de vapeur de l'eau mise en circulation est abaissée en cet emplacement. Selon un mode de réalisation avantageux, la pompe de circulation peut comporter à l'admission des aubes directrices comportant des canaux débouchant vers l'extérieur dans le courant refoulé et raccordés au canal d'arrivée de l'eau d'alimentation. Cette disposition permet par des moyens simples de mélanger très uniformément l'eau d'alimentation et le courant de circulation, ce qui permet avantageusement d'atteindre l'effet recherché de 1'augmentation de la hauteur de la colonne d'aspiration de la pompe. Selon un mode particulièrement avantageux, les aubes du rotor de la pompe de circulation peuvent comporter des canaux débouchant extérieurement dans le courant refoulé et auxquels le canal d'admission de l'eau d'alimentation, est raccordé, ces canaux étant disposés de manière qu'ils forment une couche d'eau d'alimentation en circulation le long de la surface des aubes. Cette disposition augmente de manière particulièrement efficace la hauteur de la colonne d'aspiration de la pompe, car les zones de cette dernière dans lesquelles des bulles de vapeur risquent de se former sont refroidies selon l'effet recherché. Le reste de l'eau d'alimentation peut être introduit dans le diffuseur de la pompe de circulation, c'est-à-dire en aval du rotor. L'eau d'alimentation ne passe donc pas par la pompe, de sorte que celle-ci peut avoir de faibles dimensions. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés illustrant plusieurs modes de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif. Sur ces dessins, la figure 1 est une coupe axiale schématique d'un réacteur à eau bouillante, dont les pompes de circulation sont disposées selon l'invention ; 71 22651 -3- 2097096 la figure 2 est une coupe axiale partielle schématique d'un mode de réalisation possible d'une pompe de circulation du réacteur de la figure 1 ; la figure 3 est une coupe axiale schématique d'une variante de réalisation de la pompe de circulation et de sa commande ; la figure 4 est une coupe axiale schématique d'un mode de réalisation particulièrement avantageux de la pompe de circulation du réacteur de la figure l"et de sa commande ; et la figure 5 est une coupe axiale partielle schématique d'une variante de réalisation de la pompe de circulation de la figure 3« La figure i représente schématiquement un réacteur nucléaire à eau bouillante comprenant une cuve 1 sous pression, un coeur 2, un séparateur 3 de vapeur et plusieurs pompes 4 de circulation disposées sous le niveau 5 d'eau de la cuve i, mais au-dessus du coeur 2. Les arbres des rotors non représentés sur la figure i des ponces de circulation passent par des tubulures 6 de raccord auxquelles sont fixées les bâches de turbines 7 à eau de commande du rotor des pompes 4. Les bâches 7 comportent •des raccords tubulaires 8 et 9 destinés tous deux à l'arrivée d'eau d'alimentation, l'un pour l'eau d'entraînement de la turbine et l'autre pour l'introduction directe de l'eau d'alimentation dans le réacteur en dérivation sur la turbine. La figure i représente, par ailleurs, par des flèches le sens de la circulation de l'eau dans la chambre du réacteur, ainsi que celui de l'introduction de l'eau d'alimentation. La figure 2 représente une pompe d'alimentation et sa turbine de commande d'un réacteur selon la figure 1. Les éléments correspondants à ceux de la figure 1 portent les mêmes références. La figure 2 représente la bâche 7 de la turbine fermée par un couvercle 10 et renfermant des éléments 11 de turbine, dont un palier 12 d'un arbre 13 et une roue mobile 14» L'autre extrémité de l'arbre 13 est montée dans un palier 15 à l'intérieur d'une enveloppe 16 de pompe et supporte un rotor 17» L'enveloppe 16 de la pompe comporte en amont du rotor, dans le sens de la circulation de l'eau, des aubes directrices fixes 18, dont chacune comporte un canal 20 ainsi que des canaux 21 perpendiculaires au précédent et débouchant à l'extérieur . La flèche P de la figure 2 indique le courant d'eau d'alimentation sortant de la roue mobile 14 de la turbine et passant par une chambre annulaire 22 pour pénétrer dans une chambre annulaire 23 communiquant avec la précédente à l'intérieur de la tubulure 6 de raccord. La chambre 23 est également raccordée au conduit 9 d'arrivée d'eau d'alimentation. L'eau d'alimentation sortant de la roue mobile 14 de la turbine et celle 71 22651 2097096 arrivant par le conduit 9 parvient de la chambre 23 dans les canaux 20 des aubes et de ceux-ci par les canaux 21 dans le courant de circulation passant par la pompe 4. Les mêmes tubulures 6 de raccord du mode de réalisation de l'invention représenté sur la figure 2 servent à la fixation des turbines de commande des pompes de circtilation et à l'arrivée d'eau d'alimentation. Ainsi, les tubulures spéciales destinées aux arbres de commande des pompes de circulation et leurs garnitures d'étanchéité sont évitées. Le mode de réalisation représenté sur la figure 2 offre, de plus, l'avantage que le courant de circulation à l'intérieur de la pompe est refroidi par mélange à de l'eau fraîche d'alimentation, de sorte que le risque d'apparition de bulles de vapeur qui réduisent l'efficacité de l'aspiration de la pompe diminue dans cette dernière. La réduction de ce risque est particulièrement importante dans le cas représenté sur la figure 1 dans lequel les pompes de circtilation se trouvent au-dessus du coeur 2 et au-dessous du niveau 5 d'eau. La pression d'admission des pompes de circulation est faible en cet emplacement qui est avantageux pour des raisons techniques d'exploitation, car il suffit d'abaisser le niveau d'eau dans le réacteur pour démonter les pompes. La réalisation décrite empêche l'apparition de bulles de vapeur et dans certains cas, cette disposition est indispensable pour permettre aux pompes de circulation de fonctionner correctement. Ls. figure 3 représente un mode de réalisation correspondant sensiblement à celui de la figure 2, mais dans lequel l'enveloppe d'une pompe 30 est inversée par rapport à celle de la pompe 4 de la figure 2, sa disposition correspondant à celle représentée sur la figure 1. La roue mobile 14 de la turbine de ce mode de réalisation est fixée à un arbre creux 31 confortant un alésage 32. L'eau d'alimentation arrivant par le conduit 8 parvient par l'alésage 32 en dérivation sur la turbine dans une partie 33 de l'enveloppe de la pompe 30 de circulation. L'enveloppe de la pompe 30 comprend également dans ce cas des aubes directrices fixes 34 comportant des canaux 35 et 36. L'eau d'alimentation passant par la roue mobile 14 de la turbine parvient également dans la partie 33 de l'enveloppe de la pompe par une chambre annulaire 37« L'eau d'alimentation sortant de cette partie 33 d'enveloppe par les canaux 35 et j6 est mélangée au courant de circulation en amont du.rotor 38 de la pompe. Le mode de fonctionnement et l'effet produit par le mode de réalisation de la figure 3 sont, par ailleurs, semblables à ceux du mode de réalisation de la figure 2. La figure 4 représente une autre variante de réalisation. La partie gauche de la figure comprenant la tubulure 6 et la turbine de commande est la même que celle du mode de réalisation de la figure 2 et 71 22651 "5" 2097096 porte les mêmes références. La pompe 40 est disposée de la même manière que dans le mode de réalisation de la figure 3 • Elle comprend un rotor 41 comportant des canaux 42, 43 et 44 qui mènent du moyeu du rotor dans les aubes et de celles-ci vers l'extérieur. Les canaux 42, 43 et 44 sont raccordés à un alésage axial 45 de l'arbre 13' alimenté par un canal radial 46 en eau sortant de la roue mobile 14 de la turbine. La pompe 40 du mode de réalisation représenté comprend un diffuseur 47 qui comporte des canaux séparés 48 du courant de circulation et 49 d'arrivée d'eau d'alimentation. L'eau d'alimentation n'est mélangée au courant de circulation qu'en aval du rotor 41 de la pompe 40 de circulation du mode de réalisation de la figure 4. Le débit d'eau devant être mise en circulation est faible, de sorte que la pompe et donc la turbine de commande peuvent être de faible dimension. Toutefois, dans ce cas, l'effet avantageux du refroidissement du courant passant par la pompe n'existe pas. Donc, le rotor 41 comporte des canaux 42 à 44 d'arrivée d'eau froide d'alimentation dans les aubes. L'eau d'alimentation sortant des canaux 44 forme une pellicule circulant à la surface des aubes et produisant l'effet recherché de refroidissement de la zone dans laquelle des bulles de vapeur risquent de se former. Une faible quantité d'eau de refroidissement, qui est de l'eau d'alimentation, suffit dans ce mode de réalisation à produire le même effet, à savoir empêcher la formation de bulles de vapeur. Les tubulures d'admission des pompes de circulation des figures 2, 3 et 4 peuvent être des corps asymétriques de révolution ou elles peuvent former simplement une trémie d'admission ouverte vers le haut de la manière représentée sur la figure 1. Une réalisation à courant axial d'admission est également possible selon le mode de réalisation de la figure 5. La pompe 30 du mode de réalisation de la figure 5» qui est une variante de la disposition de la partie droite de la figure 3» comprend une tubulure 50 d'aspiration à l'intérieur de laquelle se trouve un corps creux 51, dont la cavité est raccordée à l'alésage 32 de l'arbre creux 31. La cavité du corps intérieur 51 communique également avec la chambre annulaire 37» Des aubes directrices 53 disposées entre le corps intérieur 51 et une enveloppe extérieure 52 comportent des canaux radiaux 54, ainsi que des canaux 55 raccordés aux précédents, menant vers l'extérieur et par lesquels l'eau d'alimentation arrivant par les canaux 32 et 37 peut être mélangée au courant de circulation passant par la pompe 30. Le fonctionnement du mode de réalisation de la figure 5 est par ailleurs le même que celui des modes de réalisation précédents. 71 22651 "6" 2097096 On comprend que le type de refroidissement des aubes et de la circulation autour de ces dernières peut être différent dans le mode de réalisation de la figure 4 comme dans ceux des figures 2 et 3 et peut être tel que celui décrit dans la demande de brevet français déposée le même jour par la Demanderesse et intitulée "Procédé d'amélioration de la capacité d'aspiration de pompes centrifuges et pompe pour la mise en oeuvre de ce procédé". On remarque que tous les modes de réalisation de la pompe représentés sur les figures 2 à 5 sont tels que lorsque la bâche 7 est démontée, l'arbre 13 ou 13' ou 31 est également démonté avec le rotor de la pompe de circulation. H ne reste dans la cuve sous pression que l'enveloppe de la pompe avec la tubulure d'admission, les aubes directrices et le diffuseur. Cette disposition facilite considérablement les réparations éventuelles du rotor de la pompe. H va de soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif et nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes, sans sortir de son cadre. 71 22651 -2097096 REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire à eau bouillante comprenant un coeur disposé flans une cuve sous pression sous le niveau d'eau d'une chambre, ainsi qu'au moins une pompe de circulation disposée dans cette cuve et 5 commandée par une turbine à eau actionnée par de l'eau d'alimentation, caractérisé en ce que.la turbine à eau est montée sur une tubulure de raccord située au-dessous du niveau d'eau de la cuve sous pression, mais au-dessus du coeur, l'arbre de commande de la pompe de circulation passant par cette tubulure à l'intérieur de laquelle au moins un canal est des-10 tiné à l'introduction d'eau d'alimentation sortant de la turbine dans la chambre du réacteur. 2. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor de la pompe de circulation est démontable et peut être extrait par la tubulure de raccord. 15 3. Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure de raccord comporte un canal d'admission d'eau d'alimentation •dans la chambre du réacteur en dérivation sur la turbine. k. Réacteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisé en ce que l'eau d'alimentation est mélangée dans la pompe de 20 circulation au courant de circulation à l'intérieur de la cuve sous pression. 5. Réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'eau d'alimentation est mélangée au courant de circulation en amont du rotor de la pompe. 25 6. Réacteur selon la revendication kf caractérisé en ce que l'admission de la pompe de circulation comprend des aubes directrices comportant des canaux débouchant vers l'extérieur dans le courant refoulé et raccordés au canal d'arrivée d'eau d'alimentation. 7. Réacteur selon la revendication k, caractérisé en ce que 30 les aubes du rotor de la pompe de circulation renferment des canaux débouchant vers l'extérieur dans le courant refoulé, raccordés au canal d'admission d'eau d'alimentation et disposés d© manière qu'ils foraient une pellicule d'eau d'alimentation circulant à la surface de ces aubes. 8. Réacteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que 35 l'eau d'alimentation est introduite dans le diffuseur de la pompe de circulation .