Brevet FR2134250A1 — publié le 19721208

La présente invention concerne les installations nucléaires comportant, à l'intérieur d'une cuve de réacteur, une jupe support de forme cylindrique à axe vertical, entourant des éléments combustibles prismatiques, verticalement allongés, et serrés les uns 5 contre les autres, l'ensemble de ces éléments combustiOes est délimité par une surface verticale extérieure à pans brisés ou en créneaux, revêtue d'un habillage de forme correspondante. Des points de vue du montage et de la fabrication, les structures qui servent à positionner, maintenir et guider les éléments 10 combustibles et les barres de contrôle sont des parties très délicates de haute précision. Il est en effet indispensable pour de nombreuses raisons de thermique, neutronique, résistance des matériaux, tenue aux vibrations et autres, de garantir un positionnement exact des éléments dans l'espace et dans le temps assorti de 15 spécifications draconiennes sur les tolérances de fabrication et de montage. Les éléments combustibles sont maintenus dans le coeur du réacteur en leurs extrémités à l'aide de pions placés sur deux grilles support très rigides. Ces éléments combustibles démontables 20 et interchangeables, placés et serrés côte à côte, sont contenus par l'habillage latéral qui canalise l'écoulement d'eau sur le coeur proprement dit. La réalisation de celui-ci demande un degré de précision comparable à celui qui prévaut dans le coeur du réacteur. 25 Dans des réacteurs actuels, cet habillage est fixé rigidement sur la jupe-support à l'aide d'une série de cloisons boulonnées sur eette jupe, et sur lesquelles sont boulonnées à leur tour les planches constituant l'habillage latéral. Les grilles de positionnement des extrémités des éléments combustibles sont elles-mêmes 30 reliées à cette jupe-support (en partie haute et basse), et à 1' habillage latéral (partie haute), si bien que cette jupe support sert de base de référence pour l'ensemble du montage. Par ailleurs, la présence de ces cloisons oblige à de multiples présentations des pièces lors de l'usinage ainsi qu'à un montage progressif par 35 boulonnage des planches latérales, des cloisons et de la jupe. Celle-ci, servant d'élément de repère, doit être en elle-même 'une pièce de précision et, vu ses dimensions, elle ne peut le devenir qu'au prix d'un usinage coûteux. En outre, les durées d'usinage des opérations d'ajustage et de montage définitif sont extrêmement 71 15325 2 2T34250 laborieuses ; la présence de milliers de boulons de fixation n' est guère satisfaisante à cause du risque combiné d'un mauvais arrêt d'un boulon et de l'effet des vibrations. La présente invention a pour objet d'alléger les séquences et 5 la durée des opérations de fabrication et des mohtage des babillages de coeurs de réacteurs, d'en augmenter la fiabilité en éliminant les assemblages par boulons et d'en faciliter la conformité aux exigences mécaniques et géométriques. L'invention propose, à cet effet, un habillage de coeur de 10 réacteur formant un ensemble autoportant, indépendamment de la jupe support, constitué par un caisson vertical, ouvert en haut et en bas, et formé par des planches verticales soudées les unes aux autres suivant un profil conforme à la surface extérieure du coeur de réacteur. 15 Avantageusement, le caisson est raidi sur sa surfaee extérieu re par des cloisons horizontales, présentant un bord extérieur conforme à la surfaee intérieure de la jupe support. Convenablement, une telle cloison est garnie, le long de son bord extérieur, d'une garniture flexible adaptée à entrer en con-20 tact étanche, ou à peu près, avec la surface intérieure de la jupe support. Selon un mode de réalisation de ces cloisons, celles-ci sont portées par des goussets ou corbeaux, reliés à l'habillage, un tel gousset ayant un appendice ou piton cylindrique, adapté à pénétrer 25 dans un trou correspondant de l'habillage, la liaison du gousset à l'habillage se faisant par soudure électronique suivant un traeé circulaire, le long de la face de. contact entre le trou et le piton. Avantageusement, l'assemblage d'un gousset à la cloison qu'il 30 supporte se fait de manière analogue, par soudure électronique entre face alésée et piton cylindrique. Convenablement, une planche verticale de l'habillage est disposée en contact sur chant avec une. face principale de planche adjacente, l'assemblage entre planches se faisant par soudure éleetro-35 nique dans le plan de contact ainsi réalisée On peut fixer l'habillage en position, par rapport à la jupe, en soudant à celle-ci une des cloisons horizontales, par exemple la cloison supérieure. La fixation au point bas peut se faire convenablement en munissant l'habillage d'éléments en forme de four 71 15325 3 2134250 chettes, adaptées à chevaucher des poutres de la grille inférieure de support de réacteur, et en le calant en position, au niveau bas, par tous moyens convenables. Avantageusement, ces moyens sont des vérins à vis, reliés à 5 la grille, et capables d'exercer des forces horizontales sur 1' habillage pour en assurer aussi.bien le réglage en position que le serrage. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront, par ailleurs, de la description que l'on va en donner 10 ci-après, portant sur un mode de réalisation choisi à titre d'exemple et représenté sur les dessins annexés. Sur ces dessins : la figure 1 représente, en coupe verticale, un ensemble de coeur nucléaire à 1'intérieur de sa cuve ; 15 la figure 2 est une coupe, en plan, suivant la ligne II-II de la figure 1 ; la figure 3 montre, dans Une vue en plan, à plus grande échelle, un élément de cloison horizontale faisant ..partie de l'habillage du réacteur ; 20 la figure 4 est une vue, en coupe verticale, d'une telle cloi son, représentant son mode de fixation à l'habillage j la figure 5 est une vue partielle en plan, suivant la ligne V de la figure 4 î la figure 6 montre, en coupe verticale, la cloison supérieure 25 de l'habillage ; les figures 7 et 8 représentent des variantes' d'éléments d'attache des cloisons à l'habillage ; la figure 9 est une vue en plan suivant la ligne IX de la figure 8 ; 30 la figure 10 est une vue partielle éclatée en perspective mon trant l'habillage en regard de la grille inférieure du réacteur ; la figure 11 est une coupe partielle en plan de l'habillage ; la figure 12 représente une des planches verticales dont est composé l'habillage ; 35 les figures 13 et 14 représentent des stades de fabrication de l'habillage. Sur les dessins, une installation nucléaire comporte une cuve de réacteur 1 composée d'une enveloppe cylindrique à axe vertical avec un fond et un toit hémisphériques. La cuve 1 présente, à sa 71 15325 4 2134250 partie supérieure, un redan annulaire 2. formé en saillie sur la face intérieure et auquel est suspendue uœ. vico-Le. da. distribution 3 qui se prolonge vers le bas par une jupe 4 à laquelle elle est reliée par soudage. 5 A l'intérieur de la jupe se trouve un empilement d'éléments combustibles, non représentés, verticalement allongés qui reposent sur une grille 5. Les éléments combustibles sont de forme carrée ou rectangulaire et un habillage'6, qui entoure l'empilement d' éléments combustibles en en épousant étroitement la forme, présen-10 te en conséquence, suivant une coupe transversale (figure 2), un profil à contour formé en créneaux. Cet habillage, composé de planches verticales reliées bord à bord, est muni, sur sa face extérieure, de cloisons horizontales 7 dont les bords extérieurs sont conformes à la face intérieure de la jupe et présentent par 15 conséquent, une forme circulaire dans l'exemple représenté. La cuve 1 est munie, à sa partie supérieure, de tubulures d' admission 8 et d'évacuation 9 destinées à la mise en circulation d'un fluide de réfrigération. Les tubulures d'évacuation 9 traversent la paroi de la virole 20 de distribution 3 et sont raccordées à celles-ei de manière étan-che. Selon un mode eonnu, du réfrigérant admis aux tubulures d' entrée 8 circule dans le réacteur le long d'un parcours fléché qui le fait descendre dans l'intervalle annulaire entre la cuve 1 et la jupe 4, puis remonter à travers le coeur du réacteur jusqu'à 25 la virole de distribution 3, et pour sortir de celle-ci par les tubulures d'évacuation 9. Une partie du réfrigérant remonte le long de l'espace entre la jupe 4 et l'habillage 6 en traversant les cloisons 7 (parfois dénommées "baffles") disposées en travers de cet espace sur le tra-30 jet de circulation du réfrigérant. Ces cloisons remplissent plusieurs fonctions. Tout en servant à raidir l'habillage sur sa faee extérieure, elles freinent l'écoulement du réfrigérant entre l'habillage et la jupe et sont munies, à cet effet, de trous de traversée 10 convenablement calibrés. Les planches 11 qui forment l'ha-35 billage proprement dit présentent, elles-aussi, des trous 12 destinés à assurer l'équilibrage des pressions de fluide de part et d' autre de l'habillage (voir figure 12). Ainsi qu'on l'a dit, les modes de construction connus- de l'habillage consistent à boulonner les cloisons à la jupe, puis à boulon- 71 15325 5 2134250 ner les planches aux cloisons et les graves inconvénients qui résultent de ce mode de construction ont été exposés ci-dessus, L' habillage représenté sur les.dessins annexés est fabriqué à ses dimensions finales, avec toute la précision requise indépendamment 5 de la jupe. Un mode de fabrication convenable que propose l'invention dans ce but consiste, pour commencer, à assembler bord à bord les planches verticales 11 de eet habillage par soudage électronique. Les figures 13 et 14 représentent deux phases de ee mode de fabrica-10 tion. Sur la figure 13, une planche 11a repose par sa tranche sur une face principale de la planche adjacente 11b disposée d'équer-re par rapport à la planche 11a. Un appareil 13, de type connu, avec chambre à vide et canon à électrons 14 est adapté à rouler longitudinalement sur l'ensemble 15 des deux planches et à balayer, par faisceau d'éleetrons, l'interface de contact de ces deiax planches, ee qui'a pour effet de les souder l'une à l'autre sans distorsion, le retrait résultant de ce mode de soudage étant relativement faible et quantitativement prévisible dans les limites de tolérance imposées à l'habillage. La 20 phase suivante représentée sur la figure 14 comporte une opération de soudage analogue effectuée dans l'interface entre une tranche de la planche 11b et une face principale de la planche adjacente 11c. " Cette opération de soudage est précédée d'une mise en place de 25 la planche 11c qui consiste à fixer à la planche 11a par des moyens provisoires la branche 16 d'un gabarit 15 en forme d'équerre et à fixer ensuite provisoirement la planche 11e à l'extrémité de la branche 17 de ce même gabarit. La précision du gabarit 15 assure une précision correspondante dans les précisions relatives des 30 deux planches 11a et 11c. Pour rendre possible cette mise en place, il est prévu dans 1' interface entre les planches 11b et 11c un très faible jeu compatible avec l'obtention d'une soudure électronique satisfaisante. Pour minimiser les effets du retrait de soudure sur l'ensemble de 35 l'habillage, les interfaces de soudure successives sont disposées à angle droit les uns par rapport aux autres. Chacune des cloisons horizontales 7 est composé de plusieurs éléments qui comprennent, dans l'exemple représenté (figures 2 et 3), quatre secteurs 7a qui recouvrent un arc-de-eerele légèrement 71 15325 6 2T342S0 inférieur à 90° et quatre secteurs 7b disposés en alternance par rapport aux secteurs 7a. Alors que les secteurs 7b ont un bord intérieur droit et un bord extérieur circulaire, les secteurs 7a, à bord extérieur circulaire, sont découpés à l'intérieur suivant 5 un tracé en créneaux adapté à la forme de l'habillage. Chacun des éléments de cloison repose sur des consoles 18 (figure 4) qui sont fixées à l'habillage. Les eonsoles 18, qui supportent le secteur Ja, sont représentées sur la figure 3 par leur axe indiqué en trait mixte. 10 Une console 18 présente une forme en coude, dont les deux branches 19 et 20 se terminent respectivement par un piton horizontal 21 et un piton vertical 22. Le piton horizontal 21, de forme cylindrique, est disposé dans un trou 12* de forme correspondante (figure 12) pratiqué à travers l'habillage, l'assemblage 15 de la console 18 à cet habillage étant réalisé par balayage circulaire au faisceau d'électrons de l'interface ainsi réalisé. Le piton 22 est assemblé à la cloison 7 par une soudure électronique analogue qui entoure le piton vertical 22. Les secteurs 7a (figure 3) présentent donc deux sortes de 20 trous, à savoir les trous 10 mentionnés ci-dessus servant à la circulation du réfrigérant et les trous 10' destinés à recevoir les pitons 22. Les figures 7 et 8 représentent, en élévation, d'autres formes de console qui répondent au même but que les consoles 18 décritent 25 ci-dessus, la variante représentée sur la figure 8 et dans la vue en plan de la figure 9 est utilisable dans les cas ou l'on désire donner aux consoles de support une rigidité particulièrement élevée. Dans cette variante, le corps de la console 18" est associé à une mince nervure verticale de raidissement désignée par l'ihdi-30 ce 23. A part la cloison supérieure 7' (figure 1), chacune des autres cloisons horizontales 7 est garnie le long de son bord circulaire extérieur d'une série de lames flexibles 24 allongées eç^orme d* arc-de-cercle et disposées à recouvrement les unes sur les autres. 35 Ainsi qu'il ressort de la figure 4, ces lames ont la flexibilité requise pour entrer en contact élastique avec la face intérieure de la jupe 4, un joint relativement important pouvant être réservé entre cette face intérieure et le bord extérieur de la cloison 7. L'habillage 6 présente., en partie basse, sur sa face extérieure 71 15325 7 2134250 des fourchettes 25, 25' à branehes verticales destinées à chevaucher des poutres correspondantes appartenant au grillage inférieur 5 qui lui sert de support. Certaines poutres de ee grillage portent sur une de leurs faces 5 latérales des blocs 26 (figures 10 et 11). Ces blocs qui dépassent sur la tranche supérieure des poutres sont disposés à l'extérieur de l'habillage et sont munis de vérins à vis 27 que l'on peut manipuler pour exercer sur celui-ci un effort réglable ou bien pour l'ajuster en position. Les dispositions que l'on vient de décrire permettent donc de fabriquer facilement en tous lieux convenables et, en particulier, à l'extérieur d'une jupe de réacteur, un habillage réalisé aux dimensions finales dans des limites de tolérance très étroites, les liaisons entre planches verticales ne provoquant qu'un retrait 15 linéaire de valeur connue sans distorsion et les assemblages des cloisons horizontales aux planches verticales se faisant par "rivets" électroniquement soudés dans la masse qui ne provoquent que des déformations négligeables. Les garnitures flexibles 24 permettent de réserver un jeu im-20 portant entre les dimensions hors tout de l'habillage et les dimensions intérieures de la jupe, ce qui facilite la mise en place de la jupe par mouvement vertical tout en ménageant une étanchéité convenable entre ces deux éléments, cette étanchéité ne présentant pas de caractère absolu et servant uniquement à empêcher le réfri-25 gérant de court-circuiter le coeur du réacteur. La mise en place de l'habillage sur la grille inférieure de support est suivie d'un réglage en position réalisé au moyen des vé-rims à vis 26, 27 et d'un soudage de la eloison supérieure 7' (figure 6) à la jupe 4. 30 Convenablement, ce soudage se fait par balayage circulaire au faisceau d'électrons dans l'interface entre la jupe et la tranche extérieure de la cloison 7". La virole de distribution 3 peut être mise en place après positionnement définitif de l'habillage 6, ce qui facilite le montage 35 de l'installation. Il ressort clairement de ce qui précède que la construction d' un habillage réalisé selon l'invention ne nécessite aucun assemblage par boulons et qu'elle n'exige pour la jupe qu'un degré de précision notablement inférieur à celui nécessité par les modes de 40 constructions connus. 71 15325 a 2Î3425# REVENDICATION 1. Habillage d'éléments combustibles de réacteur nucléaire, composé de planches verticales métalliques reliées bord à bord suivant un profil à contour fermé en ligne brisée ou en créneaux, et de cloisons horizontales périphériques, reliées aux faces exté- 5 rieures des planches et présentant un bord extérieur conforme à la face intérieure d'une jupe de réacteur, caractérisé en ce qu' il constitue un ensemble autoportant, en forme de caisson vertical ouvert à ses deux extrémités haute et basse. 2. Habillage suivant la revendication 1, dont les liaisons bord 10 à bord entre planches sont réalisées par soudure, effectuée, le cas échéant, par mise en contact d'une planche, le long de sa tranche, avec la face principale d'une planche adjacente, et par balayage rectiligne au faisceau d'électrons de l'interface ainsi formé. 15 3. Habillage suivant la revendication 1 ou 2, dont les liaisons entre cloisons et planchesverticales sont réalisées par soudure . 4. Habillage suivant la revendication 3, comportant comme éléments de support de cloisons, des consoles soudées aux planches et, le cas échéant, aux cloisons. 20 5. Habillage suivant la revendication 4, dont la liaison entre une console et une plaque, planche ou cloison, se fait par insertion d'un piton cylindrique, formé sur la console, dans un trou pratiqué sur la plaque, et par balayage circulaire au faisceau d' électrons de l'interface ainsi formé. 25 6. Habillage suivant une quelconque des revendications précédentes dont les cloisons présentent, le long de leur bord extérieur, une garniture flexible adaptée à former joint étanche pour entrer en contact avec une face intérieure de jupe de réacteur, et à s'opposer à la circulation de liquide entre jupe et cloisons. 30 7. Habillage suivant une quelconque des revendications précédentes dont le caisson présente, sur son bord inférieur, des fourchettes verticales adaptées à chevaucher "des poutres d'une grille de réacteur. 8. Réacteur nucléaire comportant un habilage tel que défini par 35 une quelconque des revendications précédentes. 71 15325 9 2134250 9. Réacteur nucléaire suivant la revendication 8, dont la grille inférieure est munie d'éléments capables d'exercer un effort réglable sur la surface extérieure de l'habillage. 10. Réacteur nucléaire suivant la revendication 8 ou 9, dont 5 la cloison supérieure d'habillage est reliée à la jupe par soudage. 11. Procédé de montage d'un habillage de réacteur tel que défini par line quelconque des revendications 1 à 7, selon lequel on construit l'habillage à l'extérieur de la jupe destinée à le re- 10 cevoir, et on l'y insère par mouvement vertical, après fabrication. 12. Procédé suivant la revendication 11, complété par un réglage de l'habillage en position, réalisé en exerçant un effort réglable sur sa surface extérieure. 15 13. Procédé suivant la revendication 11 ou 12, selon lequel on met en place la virole de distribution sur la jupe, après avoir inséré l'habillage dans celle-ci.