Brevet FR2098237A1 — publié le 19720310

La présente invention est relative à un réacteur nucléaire dans lequel les barres de réglage sont retirées hors du combustible pendant la recharge en combustible. Les réacteurs nucléaires comportent des grappes de barreaux combustibles 5 dans lesquelles se trouvent des barres de réglage qui règlent le flux neutroni-que à. travers le combustible. Pour plus de facilité, un réacteur nucléaire peut être considéré comme une structure de forme cylindrique allongée disposée verticalement, les barres de réglage s'étendant parallèlement à l'axe. Les barres de réglage sont retirées de leur position de réglage où elles influencent le com-10 bustible par un déplacement vers le haut. Pour les retirer, un dispositif de commande de barres est prévu, ce dernier comportant un piston opérant dans un cylindre. Lorsqu'on applique une pression sous le piston plus grande que celle agissant au-dessus de lui, celui-ci ainsi que les barres de réglage sont déplacés de manière à ce que ces dernières n'influencent plus le combustible. Lorsque 15 la pression devient la même en-dessous et au-dessus du piston, les barres de réglage sont ramenées par gravité dans leur position où elles influencent le combustible. Lors d'une recharge rapide, toutes les barres de réglage sont retirées hors de leur position de réglage et logées dans la structure supérieure du réacteur 20 et dans les enveloppes des mécanismes de commande pendant le temps que le montage supérieur du réacteur est enlevé pour la recharge. Le montage supérieur comporte les structures supérieures, le couvercle, les mécanismes de fermeture, les barres de réglage et les mécanismes de commande. Il est essentiel que le moyen de retenue des barres de réglage n'ait pas de défaillance pendant cette période 25 de temps vu que le relâchement d'une seule barre augmenterait considérablement le temps de recharge. Les électroaimants de retenue que l'on trouve actuellement ne satisfont pas à cette exigence sévère. Les enroulements peuvent être alimentés pendant la recharge, mais la possibilité existe qu'un des enroulements soit accidentellement privé d'alimentation et dans ce cas, la barre de réglage corres-30 pondante retomberait. Le but principal de la présente invention est de supprimer l'inconvénient ci-avant et de fournir un moyen pour maintenir d'une manière sûre les barres de réglage dans leur position retirée pendant la recharge. Pour ce faire, la présente invention consiste en un réacteur nucléaire com-35 portant un noyau de combustible nucléaire dans une cuve de réacteur, des barres de réglage pénétrant dans la cuve pour régler le flux neutronique dans le dit noyau de combustible et comprenant ion mécanisme pour déplacer les dites barres de réglage en position ou hors position de réglage par rapport au dit noyau et un premier moyen associé avec le dit mécanisme pour retenir les dites barres de 1+0 réglage en dehors de leur position de réglage par rapport au dit noyau mais de 71 24816 2 2.098237 façon à pouvoir les libérer, caractérisé par un deuxième moyen de retenue pour maintenir, sans possibilité de libération, les dites barres de réglage hors de leur position de réglage par rapport au dit noyau de combustible. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va sui-5 vre et aux dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple seulement, une réalisation préférée de l'invention. Sur ces figures: - La figure 1 est une vue schématique, partiellement en coupe, d'un réacteur suivant l'invention. - La figure 2 est une vue d'un détail, partiellement en coupe, montrant la re-10 lation existant entre l'écran missile et le mécanisme d'entraînement des barres de réglage dans un réacteur nucléaire suivant la présente invention, en condition normale de fonctionnement. - La figure 2A est une vue de la partie supérieure du réacteur de la figure 2 mais où l'écran missile se trouve dans la position occupée lors de la recharge 15 du réacteur. - La figure 3 est une coupe d'un des mécanismes d'entraînement de barres de réglage d'un réacteur suivant l'invention, en condition normale de fonctionnement, les barres de réglage étant rétractées. - La figure U est une coupe similaire à celle de la figure 3, mais où le ré-20 acteur est en condition de recharge et - La figure 5 est une coupe suivant la ligne V-V de la figure U. La figure 1 représente un réacteur nucléaire 11 installé dans un puits 12, comportant une cuve 1U contenant un noyau 13 (figure 2) de combustible dans lequel pénètrent les barres de réglage 15 (figures 2 et 3) faisant partie du fais-25 ceau 17 du mécanisme d'entraînement de barres de réglage. Au-dessus du faisceau du mécanisme d'entraînement 17, se trouve un écran missile 18 destiné à intercepter des pièces de mécanismes d'entraînement pouvant être éjectées en cas de rupture grave et à éviter une détérioration des mécanismes pendant un tremblement de terre. Les mécanismes d'entraînement des barres de réglage sont enfer-30 més dans une enceinte 20 fixée sur le couvercle de fermeture 22 du réacteur, en forme de dôme. Chaque mécanisme d'entraînement des barres de réglage 19 ou le faisceau 17, comporte plusieurs ensembles de barres de réglage 15, chaque ensemble pouvant être déplacé par le mécanisme (figures 3, k et 5)» Les ensembles de barres de 35 réglage sont montés en des faisceaux circulaires disposés autour de l'axe d'un boîtier 23 réalisé en matériau non magnétique. Le boîtier 23 possède à sa partie supérieure un bouchon de fermeture étanche 27 vissé dans le boîtier et soudé par un cordon de soudure 29* Chaque bouchon de fermeture 27 se termine par un prolongement cylindrique 31 qui traverse l'écran 33 par de grandes ouvertures de ko manière à fournir tin support latéral aux mécanismes pendant des tremblements de 71 24816 3 2098237 terre, (figures 2 et 2k). Chacun des ensembles de barres de réglage 15 est éloigné de la position où il influence le combustible du noyau 13. par un piston 35 mobile dans un alésage 37. Dans chaque boîtier 23, les axes des alésages 37 des mécanismes sont paral-5 lèles à l'axe de ce dernier et disposés sur une circonférence tracée autour de cet axe. Chaque alésage 37 présente une partie inférieure 35 où se trouve le piston lorsque les barres de réglage 15 sont dans la position où elles influencent le combustible 13 et une partie supérieure 41 de diamètre plus grand que celui de la partie 39, où se trouve le piston lorsque les barres de réglage 15 10 sont retirées. Les parties 39 et 1*1 sont réunies par un rebord incliné 1+3. Le diamètre de la partie 39 est suffisamment plus grand que le diamètre du piston 35 pour permettre au piston de glisser dans la partie 39- Lorsque la barre de réglage 15 doit être retirée, la pression régnant dans l'alésage 39 au-dessus du piston 35 est réduite et le piston déplacé de la partie 39 vers la par-15 tie U1. Le piston 35 est raccordé aux barres de réglage 15 par une tige d'entraînement 1*5 • Le piston 35 est en matériau magnétisable et est maintenu dans la partie de l'alésage 37 par un ensemble magnétique bj qui, suivant l'invention, comporte à la fois des moyens de retenue électromagnétiques et des moyens de retenue il 20 aimant permanent. Le piston 35 possède un rebord incliné 49 ù son extrémité inférieure qui vient en contact avec le rebord 43 lorsque le piston est maintenu. Il y a autant d'ensembles magnétiques hf qu'il y a de pistons 35 dans chaque mécanisme d'entraînement 19- Les ensembles 47 disposés autour du tube support 25 de telle sorte qu'ils sont traversés par uri rayon partant de l'axe du 25 boîtier et passant par un piston (voir figures 2 et 2A). Chaque ensemble magnétique comporte une bobine 51 dont chacune des extrémités se trouve face à une pièce polaire 53 en matériau magnétique. Les deux pièces polaires 53 sont fixées par soudure sur un support tubulaire en matériau non magnétique disposé autour du boitier 23 (figure 5). Chaque pièce polaire 53 30 est complétée par un pont amovible 57. Les pièces polaires 53 sont percées d'une ouverture qui se trouve dans le prolongement de l'ouverture de la bobine 51» Les pièces polaires 53 et la bobine 51 sont donc traversées par un trou cylindrique vertical. L'ouverture de la bobine 51 est revêtue intérieurement d'une mince douille non magnétique 59 recouvrant aussi les extrémités de la bobine 51- Les 35 bouchons magnétiques 52, disposés dans le prolongement des pièces polaires 53, pénètrent dans le boîtier du mécanisme 23 jusqu'à l'alésage ^1. L'extrémité intérieure des bouchons 52 est conformée pour épouser la. surface latérale du piston 35 lorsque ce dernier se trouve dans l'alésage. Les bouchons 52 sont fixés au boîtier 23 par des soudures 63 disposées dans une encoche annulaire trépan-1+0 née 62. Les extrémitémités extérieures des bouchons sont conformées pour BAD ORIGINAL 71 24816 u 2098237 s'attacher à la surface intérieure des pièces polaires 53 disposées contre la face extérieure du boîtier 23. Un circuit magnétique est ainsi formé par le noyau magnétique, les pièces polaires 53, les bouchons magnétiques 52 et le piston 35. Lorsque le circuit est alimenté, le piston est appuyé sur la paroi de l1 5 alésage U1 et tout déplacement du piston vers le bas est empêché par le frottement et par le rebord U3. Le circuit magnétique peut être excité par la bobine 51 ou peut s'établir grâce à un aimant permanent 6j. Le choix de l'un ou l'autre moyen est réalisé à l'aide d'un mécanisme plongeur disposé dans le trou traversant les pièces polai-10 res 53 et la bobine 51 en étant guidé par la douille mince 59- Ce plongeur comporte une partie cylindrique 65 formant noyau, réalisée en matériau magnétique et une partie inférieure 67 en matériau à aimantation permanente (par exemple de l'ALNICO). La partie supérieure 65 est munie d'un prolongement 69 en forme de tige qui est manoeuvrée pour assurer le déplacement du plongeur 65-67, vers le 15 bas ou vers le haut, à travers les trous. La partie inférieure 67 est enfermée dans une enveloppe de protection 71 à paroi mince. L'enveloppe 71 se présente sous la forme de tube cylindrique mince muni d'un capuchon 73 à sa partie inférieure, d'un prolongement à sa partie supérieure pinçant le bord inférieur du plongeur 65 qui est à cet endroit légèrement aminci de manière que les surfaces 20 extérieures du plongeur 65 et de l'enveloppe 71 restent lisses pour que l'ensemble puisse glisser facilement dans le tube 59- Les parties extrêmes de l'enveloppe 71 sont en matériau magnétique, mais sa partie centrale 75 est en matériau non magnétique pour réduire le flux magnétique de dispersion. Un manchon 77 en matériau non magnétique entoure le prolongement 67 en for-25 me de tige. Le manchon 77 est ouvert à son extrémité supérieure et est soutenu dans une rainure 79 dans la pièce polaire 53 supérieure et par une ouverture pratiquée dans une collerette 81 soudée au tube support 25. Un manchon 83 muni d'une collerette 87 est monté de manière à pouvoir glisser sur un tube 25. Le prolongement en forme de tige 69 est aminci à son bout 88. Par leur extrémité 30 89, les prolongements 69, qui sont disposés autour du tube 25 et qui sont en général au nombre de huit, s'engagent dans la collerette 87. Les manchons 83 sont empêchés de tourner par une broche 91 pénétrant dans le tube 25. Le manchon 77 présente à peu près à mi-hauteur une nervure 95 percée d'une ouverture par laquelle passe le prolongement 69. Un ressort 97 repose sur la 35 nervure 95 en étant logé entre le manchon 77 et le prolongement 69. Pendant le fonctionnement normal du réacteur, le manchon 83 est maintenu dans sa position inférieure par des tiges de poussée 96 sur lesquelles appuient des boutons 100 soumis à l'action de ressorts connectés à l'écran missile 33 (figure 1), qui a-gissent sur un anneau de poussée 99. Lorsque le manchon 83 est dans sa position 1+0 basse, le ressort 97 est comprimé entre la nervure 95 et un écrou 101 vissé sur BAD ORIGINAL 71 24816 5 2098237 l'extrémité supérieure de la tige 69 (figure 3). Dans cette position du manchon 83, le noyau 65 se trouve entre les pièces polaires 53- Lorsque la bobine 51 est alimentée et le piston 35 dans la partie U1, un circuit magnétique est établi par le noyau 65, les pièces polaires 53, les bouchons 52 et le piston 35» et le 5 piston est maintenu dans la partie 41. Lorsque la bobine 51 est désexcitée, il n'y a pas de flux magnétique et le piston 35 peut ramener les barres de réglage 15 dans une position où elles n'influencent pas le combustible si la pression agissant au-dessus et en-dessous du piston 35 s'équilibre, ou si la pression au-dessus du piston est plus élevée qu'en-dessous. 10 Lorsque l'ensemble d'écran missile 18 est retiré, l'écran missile 33 se dé place vers le haut en entraînant les boutons 100 avec lui et permet aux tiges de poussée 96 et au manchon 83 de glisser vers la position supérieure du manchon. Le ressort 97 se détend (figure h) en déplaçant les tiges 69 et le plongeur 65-67 vers le haut, ce qui fait que le noyau à aimantation permanente 67 remplace 15 le noyau 65 entre les pièces polaires 53. Un champ magnétique, s'établit alors à travers le noyau magnétique 67, les pièces polaires 53, les bouchons 52 et le piston 35> pour maintenir le dit piston 35 dans la partie d'alésage U1, que la bobine 51 soit alimentée ou non. Chaque tige de poussée 98 peut glisser dans un manchon 111 soudé à une pla-20 que 113, qui en général, est de forme carrée. La plaque 113 est fixée sur un manchon 115 soudé à l'extrémité supérieure du tube 25. Le sommet 117 de la tige de poussée 98 est en contact avec l'extrémité du manchon 111 lorsqu'il est dans sa position basse (figure 3) et de ce fait le déplacement de la tige de poussée vers le bas est limité. 25 Le bord intérieur 121 de l'anneau de poussée 99 est arrondi pour lui per mettre d'osciller sur le manchon 83. L'anneau de poussée 99 repose sur deux couteaux ou pivots 123 diamétralement opposés, fixés dans la collerette 87. La force exercée par les tiges de poussée 9à à proximité de la périphérie de l'anneau de poussée 99 agit par l'intermédiaire des pivots 123 pour faire descendre le 30 manchon 63- Une répartition uniforme de force sur le manchon 83 est donc assurée même en cas d'écarts d'alignement dans la position des boutons 100 et un coinça-ge du manchon £3 est ainsi évité. L'ensemble d'écran missile 1c comporte l'écran lui-même 33 constitué d'une lourde plaque circulaire renforcée à sa partie supérieure par de hautes nervures 35 verticales 125; les nervures verticales 125 peuvent être soudées à la plaque d' écran 33 ou bien la plaque et les nervures peuvent être moulées. La face inférieure 127 de l'écran 33 est de préférence usinée de manière à ce qu'elle soit plane. L'écran missile qui sert d'équipement de levage pour la structure supérieure du réacteur 11, est situé juste au-dessus des mécanismes 19 de commande de ^0 barres et est supporté par quatre tiges de levage 129» régulièrement espacées, 71 24816 6 2098237 dont une seule est représentée aux dessins. Les tiges 129 sont situées autour des faisceaux 17 des mécanismes de commande et sont fixées par vis dans des socles (non représentés) soudés au couvercle de fermeture (non représenté) du réacteur. Les extrémités supérieures 131 des tiges 129 pénètrent dans la plaque d1 5 écran 33 par des ouvertures prévues avec un jeu suffisant pour permettre le déplacement vertical souhaité à la dite plaque d'écran 33. Pendant le fonctionnement normal du réacteur, l'écran repose sur des épaulements 133 sur les tiges de levage 129. Le soulèvement de l'écran 33 est assuré par des cylindres hydrauliques 135, situés directement sous l'écran 33 et fixés sur des épaulements 137 10 sur les tiges de levage 129. Lorsque la pression hydraulique est appliquée sous les pistons annulaires 139, l'écran 33 est soulevé. Un mécanisme de verrouillage 11+1 est fixé sur les tiges 129 pour bloquer l'écran 33 dans sa position haute ou dans sa position basse. L'écran 33 est muni de pattes 1^+3 pour l'accrochage à 1' équipement de levage (non représenté) qui assure le soulèvement de la partie su-15 périeure du mécanisme du réacteur. Les boutons 100 sont fixés dans l'écran missile 33. Dans la position basse normale de l'ensemble d'écran 18, les boutons déplacent les tiges de poussée 98 pour maintenir le piston 35- Lorsque, pendant la recharge en combustible, l'écran 33 est soulevé, les boutons 100 sont rétractés et le ressort 97 se détend pour amener le noyau 67 où il peut maintenir le 20 piston 35- A titre de précaution, les bobines 51 restent alimentées pendant le temps de recharge. Après la recharge, la structure supérieure est replacée sur la cuve à pression du réacteur 11, l'écran 33 est descendu et le réacteur est remis en état pour un fonctionnement normal. Pour remplacer une bobine 51» le tube support 25 est enlevé du boîtier de 25 mécanisme 23. Ensuite, le manchon 83, le ressort 97» le manchon 77 et la tige 69 ainsi que les noyaux 65 et 67 sont retirés par l'ouverture pratiquée dans la collerette 81. Le jont d'extrémité 57 est ensuite enlevé de la pièce polaire 53 et la bobine 51 ainsi que le tube 59 sont enlevés. On procède alors au remplacement de la nouvelle bobine 51- 71 24816 7 2098237 REVENDICATIONS. 1. Réacteur nucléaire comportant un noyau de combustible nucléaire disposé dans une cuve de réacteur, des barres de réglage pénétrant dans la cuve pour régler le flux neutronique dans le dit noyau de combustible et comprenant un méca- 5 nisne pour déplacer les dites barres de réglage en position ou hors position de réglage par rapport au dit noyau et un premier moyen associé avec le dit mécanisme pour retenir les dites barres de réglage en dehors de leur position de réglage par rapport au dit noyau mais de façon à pouvoir les libérer, caractérisé par un deuxième moyen de retenue pour maintenir, sans possibilité de libération, 10 les dites barres de réglage hors de leur position de réglage par rapport au dit noyau de combustible. 2. Réacteur suivant la revendication 1, caractérisé par des moyens de translation engagés avec chacun des dits premiers et seconds moyens de retenue et agencés pour amener au même moment chacun des dits premiers moyens de retenue en ou 15 hors position de retenue et chacun des dits seconds moyens de retenue hors ou en position de retenue de la barre de réglage avec laquelle il est associé. 3. Réacteur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier moyen de retenue est constitué par un électroaimant et en ce que le second moyen de retenue est constitué par un aimant permanent dont le flux magné- 20 que est prévu pour remplacer le flux magnétique de 1'électroaimant. U. Réacteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le moyen de retenue comporte une bobine disposée entre deux pièces polaires, les dites pièces polaires et la dite bobine ayant des ouvertures se trouvant dans le même prolongement, un noyau magnétique disposé dans les dites ouvertures et en rapport ma-25 gnétique avec les dites pièces polaires lorsque le moyen de translation se trouve dans une position et un noyau à aimantation permanente solidarisé avec le noyau magnétique et adapté pour remplacer le dit noyau magnétique dans la dite ouverture lorsque le moyen de translation est dans une autre position. 5. Réacteur suivant la revendication k, caractérisé en ce que le moyen de 30 translation est solidarisé avec le premier et le second moyen de retenue par 1' intermédiaire de tiges de poussée en contact avec un anneau de poussée et par des tiges reliées aux noyaux, maintenues en contact avec l'anneau de poussée par des ressorts, les noyaux magnétiques étant disposés dans les dites ouvertures quand les ressorts sont comprimés et les aimants permanents étant disposés 35 dans les dites ouvertures quand les ressorts sont détendus. 6. Réacteur suivant l'une des revendications de 2 à 5, caractérisé en ce que le dit moyen de translation est un écran missile disposé au sommet de la cuve de réacteur et des mécanismes de commande des barres de réglage et agencé de manière à se déplacer par rapport à la cuve pour actionner les moyens de retenue.