Brevet FR2115465A1 — publié le 19720707

Dans les réacteurs à eau légère (eau ordinaire), les dispositifs de commande pour les "barres de contrôle, qui présentent une hauteur relativement importante, sont généralement disposés dans le haut sur le couvercle du récipient sous pres-5 sion. Toutefois, un tel agencement n'est pas possible pour les réacteurs à récipient sous pression, refroidis et modérés à l'eai lourde, car l'espace se trouvant directement au-dessus du récipient sous pression, dans la zone des canaux de refroidissement, est nécessaire pour l'évolution de la machine de chargement0 10 C'est la raison pour laquelle il était usuel jusqu'à présent, dans le cas de réacteurs à eau lourde, d'introduire ces barres de contrôle, de façon oblique à partir du "bord du couvercle dans le coeur du réacteur<> Pour des réacteurs d'une puissance de 600 MWe et davantage, cet agencement n'est plus suffisant, car il ne 15 permet alors plus d'atteindre toutes les zones du coeur et d'obtenir une répartition optimale des barres de contrôle sur le coeur du réacteur. Par ailleurs, les dispositifs'de commande actionnant depuis le bas les barres de contrôle dans le récipient sous pression compromettent la sécurité du réacteur, conduisent 20 à des problèmes de montage considérables et compliquent la construction du bâtiment du réacteur et de l'enveloppe de sécurité» La présente invention vise un mode de commande pour les barres de contrôle qui, d'une part, permette- l'introduction des barres de contrôle depuis le haut et, d'autre part, 25 utilise 1'espace disponible entre le bord supérieur du coeur du réacteur ou du réflecteur et le bord supérieur des fermetures des canaux de combustible. Ce mode de commande est basé sur l'utilisation d'une barre de contrôle de forme tubulaire, guidée dans un tube de guidage. 50 L'invention est caractérisée par le fait que la barre de contrôle tubulaire est pourvue d'un taraudage et que des organes d'accouplement guidés par un tube de commande central,- immobilisé en translation axiale, mais mobile en rotation, réalisée dans la partie supérieure sous forme de rotor d'un mo-55 teur extérieur à chemise d'entrefer, peuvent être accouplés avec le taraudage de la barre de contrôle par une tige d'accouplement qui est guidée et déplaçable en translation axiale à l'intérieur du tube de commande. Du fait que la barre de contrôle elle-même est u-40 tilisée comme élément de commande et qu'une tringlerie supplé- 71 42610 a 2115465 mentaire, n'est pas nécessaire pour la manoeuvre de la barre de contrôle, la longueur totale de la commande se trouve considérablement réduite, de sorte qu'il n'existe pas de superstructures de grande hauteur, dépassant le couvercle du récipient 5 sous pression . En effet, seul le moteur de commande proprement dit, qui forme l'extrémité supériéure de la commande, doit ê-tre disposé au-desfiua du couvercle du récipient sous pression. ' Les-, organes draccouplement sont constitués par des rouleaux pourvus d'un filetage correspondant au 10 taraudage de la barre de contrôle et montés à leur tour sur des . axes s'étendant parallèlement à l'axe du tube de commande et dé-plaçables radia.lement dans des ouvertures radiales du tube de commande. Ces axes sont eux-mêmes portés par des segments recevant chacun un ressort de rappel radial et un axe de poussée 15 transversal à l'axe longitudinal du tube de commande. Les ressorts de rappel s'appuient contre le côté extérieur d'une douille tubulaire engagée sur l'extrémité inférieure du tube de commande et pourvus d'une ouverture pour les rouleaux:.- La tige d'accouplement peut comporter, 20 à l'extrémité supérieure, un plateau magnétique ou armature et, dans la zone des rouleaux, des épaulements ou camés agissant sur les axes de poussée et déplaçant ainsi les rouleaux radialement vers l'extérieur. La tige d'accouplement est déplaçable axiale-ment, par -woie magnétique, à 1'encontre de l'action d'un ressort 25 de compression disposé à l'extrémité inférieure de cette tige et s'appuyant contre le tube de commande, à tel point qu'un entrefer résiduel subsiste entre le plateau magnétique et le couvercle de lia tubulure sous pression entourant la barre de contrôle# En outre, le rotor du moteur à chemise 50 d'entrefer peut être disposé de façon concentrique à la barre de contrôle, à l'extérieur de cette dernière, et être relié rigidement au tube de commande au-dessus de l'extrémité supérieure de la barre de contrôle. Par ailleurs, il est avantageux que le diamètre extérieur du tube de commande augmente de façon con-55 tinue vers le baa et soit réalisé en tant qu'amortisseur de chocs hydraulique pour la barre de contrôle pourvue d'un rétrécissement à l'extrémité supérieure. Pour augmenter l'effet d'amortissement sur une barre de contrôle enfoncée rapidement et pour assurer ^ le guidage de cette dernière, la douille munie d'évidements 71 42610 3 2115465 pour les rouleaux peut être pourvue, à l'extrémité supérieure, d'un embout de guidage sur son côté extérieur. Pour empêcher la "barre de contrôle de tourner avec ce tube de commande, le tube de guidage présente, 5 sur son côté extérieur, une rainure longitudinale dans laquelle s'engage un téton ou galet de guidage vissé dans la "barre de contrôle et immobilisant cette dernière en rotation» En se référant au dessin annexé schématique, on va décrire plus en détail la construction et le mode 10 de fonctionnement d'un exemple de réalisation non limitatif de l'objet de l'invention; sur ce dessin : la figure 1 est une coupe longitudinale du dispositif de commande conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe longitudi-15 nale d'un réacteur nucléaire sur lequel est monté un dispositif de commande conforme à l'invention pour une barre de contrôle. Selon la figure 1, la barre de contrôle tubulaire 1 est garnie de matériau absorbant 2 sur toute sa longueur et est pourvue d'un taraudage 3 sur son côté inté-20 rieur. La barre de contrôle 1 est entourée d'un tube de guidage 5 jusque dans la tubulure 4 du couvercle. De façon coaxiale à la barre de contrôle 1 est monté un tube de commande cylindrique 6 qui s'appuie, à l'extrémité supérieure, au-dessus de la barre de contrôle 1, par un roulement radial 7 contre la tubulure 4. 25 Le stator 8 d'un moteur à chemise d'entrefer est disposé de façon concentrique à la tubulure 4, moteur dont le rotor 9 s'étend, à l'intérieur de la tubulure 4, de façon concentrique à l'extrémité supérieure de la barre de contrôle 1 et est relié rigidement au tube de commande 6 en passant par une plaque 10 30 s'étendant transversalement à l'axe longitudinal. Ce rotor 9 entourant la barre de contrôle 1 à l'extrémité supérieure s'appuie par une butée à roulement 11 contre l'extrémité supérieure du tube de guidage 5 et est ainsi monté en rotation» La butée 11 assure donc en même temps l'appui axial du tube de commande 6. 35 Les organes d'accouplement proprement 71 42610 4 2115465 dits entre le tube de commande tournant 6 et la barre de contrôle 1 mobile en translation axiale sont constitués par des rouleaux 12 qui sont pourvus d'un filetage 13 engrenant avec le taraudage 3 de la barre de contrôle 10 Les rouleaux 12 sont 5 montés sur des axes 14 inclinés par rapport à l'axe longitudinal du tube de commande sous un angle correspondant à l'angle de pente du filetage. Ces axes 14 sont guidés à l'extrémité supérieure et à l'extrémité inférieure par deux segments 15 et 16 montés de façon déplaçable radialement dans une ouverture 17 10 du tube de commande 6. Ces segments 15 et 16 comportent des ressorts de rappel radiaux 18 et 19 s'appuyant vers l'extérieur contre une douille 20 engagée sur l'extrémité inférieure du tube de commande 6. Le déplacement radial des rouleaux 12 et leur accouplement avec le taraudage 3 du tube de commande 1 sont assurés par une tige d'accouplement 21 guidée à l'intérieur du tube de commande 6, cette tige présentant à l'extrémité supérieure du tube de commande 6 un plateau magnétique ou armature 22 et étant serrée , à l'extrémité inférieure, contre le tube 20 de commande 6, en passant par une plaque 23 et un ressort de compression 24. Pour déplacer axialement la tige d'accouplement 21, on excite un électro-aimant 25 placé au-dessus du couvercle supérieur. 26 de la tubulure 4, ce qui fait que la tige d'accouplement 21 et le plateau magnétique 22 se trouvent atti-2^ rés vers le haut, à 1*encontre de l'action du ressort de compression 24, jusqu'à ce qu'un faible entrefer 27 subsiste entre le plateau 22 et le couvercle 26. Les épaulements ou cames 28 et 29 disposés sur la tige d'accouplement 21 au niveau des ressorts de rappel 18 et 19 agissent alors sur des axes de pous-jq sée 30 et 31 qui s'étendent transversalement à l'axe longitudinal du tube de commande 6 et sont reliés rigidement aux segments 15 et 16. De ce fait, les segments 15 et 16 sont poussés radialement vers 1'extérieur, conjointement avec les axes 14, de sorte que les filetages 13 des rouleaux 12 viennent en prise avec 25 le taraudage 3 de la barre de contrôle 1, ce qui fait que la barre de contrôle 1 se trouve soulevée ou abaissée en fonction du sens de rotation du moteur de commande 8« Pour empêcher la barre de contrôle 1 de tourner avec le tube de commande 6, le tube de guidage 5 4q présente, sur le côté intérieur, une rainure longitudinale 32 71 42610 5 2115465 dans laquelle s'engage Tin téton ou galet 33 vissé dans la "barre de contrôle 1» Afin que, lorsque les rouleaux 12 se trouvent retirés vers l'intérieur et que les "barres de contrôle 5 s'enfoncent ainsi rapidement dans le coeur du réacteur, la chute soit freinée à la fin de la course de descente, le tube de commande 6 présente, dans la zone inférieure 34, au-dessus des rouleaux 12, un diamètre extérieur allant en augmentant vers le bas. De ce fait, la largeur de la fente d'écoulement 35» dispo-10 nible entre un rétrécissement 36 à l'extrémité supérieure de la barre de contrôle 1 et le diamètre extérieur du tube de commande 6 pour le passage de l'eau s'échappant vers le haut à partir de l'espace intérieur de la barre de contrôle 1, diminue progressivement, ce qui assure un effet d'amortissement considérable. En 15 outre, la douille 20 contre laquelle les segments 15 et 16 s'appuient vers l'extérieur présente à l'extrémité supérieure sur le côté extérieur, un embout de guidage 37 servantd'une part, au guidage radial de la barre de contrôle 1 et, d'autre part, également au freinage de l'eau refoulée de l'intérieur de la barre 20 de contrôle. La figure 2 montre le montage et l'agencement du dispositif de commande conforme à l'invention sur le réacteur proprement dit. Le coeur 41 du réacteur, situé dans la zone inférieure du récipient sous pression 40 , est traversé 25 par les tubes de guidage 5 pour les barres de contrôle 1, ces tubes de guidage 5 s'étendant vers le haut jusque dans les tubulures 4 du couvercle 42 du récipient sous pression. Les tubulures 4 qui font saillie vers l'extérieur portent uniquement le moteur à chemise d'entrefer 8 et l'aimant d'accouplement 25» 30 Dans la position représentée, la barre de contrôle 1 est entièrement enfoncée dans le coeur du réacteur et est maintenue à son extrémité supérieure par les rouleaux 12 portés par le tube de commande 6. Cette figure met en particulier en évidence la faible longueur de la commande tout entière, la barre de con-35 trôle 1 retirée vers le haut, y compris le tube de commande 6 et les parties essentielles de la commande, se trouvant uniquement au-dessus de l'espace 43 entre le bord supérieur 44 du réflecteur ou du coeur 41 du réacteur et les fermetures des canaux de refroidissement, qui ne sont pas représentées et sont disposées 71 42610 6 •2115465 dans le couvercle 42 du récipient sous pression. Toutefois, le dispositif de commande décrit peut être utilisé pour les barres de contrôle, non seulement de réacteurs nucléaires refroidis et modérés à l'eau 5 lourde, mais également d'autres réacteurs refroidis au gaz ou à l'eau légère, ce dispositif de commande permettant, ici également, de réduire considérablement l'encombrement en longueur. 71 42610 7 2115465 REVENDICATIONS 1. Dispositif de commande pour une "barre de contrôle tubulaire, guidé dans un tube de guidage, dans des réacteurs nucléaires refroidis au gaz ou à l'eau, ca- 5 ractérisé par le fait que la barre de contrôle tubulaire est pourvue d'un taraudage et que des organes d'accouplement guidés dans un tube de commande central, immobilisé en translation axiale, mais mobile en rotation, réalisé dans la partie supérieure sous forme de rotor d'un moteur extérieur à chemise 10 d'entrefer, peuvent être accouplés avec le taraudage de la barre de contrôle par une tige d'accouplement qui est guidée et dé-plaçable en translation axiale à l'intérieur du tube de commande. 2. Dispositif de commande suivant la 15 revendication 1, caractérisé par le fait que les organes d'accouplement sont constitués par des rouleaux pourvus d'un filetage correspondant au taraudage de la barre de contrôle, ces rouleaux étant à leur tour portés par des axes inclinés par rapport à l'axe du tube de commande sous un angle correspondant 20 à l'angle de pente du filetage et guidés de façon déplaçable radialement dans des ouvertures radiales du tube de commande. 3. Dispositif de commande suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que les axes sont portés par des segments recevant chacun tin ressort de rappel ra- 25 dial et un axe de poussée qui s'étend transversalement à l'axe longitudinal du tube de commande. 4. Dispositif de commande suivant la revendication 3» caractérisé par le fait que les ressorts de rappel s'appuient sur le côté extérieur contre une douille tu- 30 bulaire engagée sur l'extrémité inférieure du tube de commande et pourvue d'ouvertures pour les rouleaux. 5- Dispositif de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que la tige d'accouplement est pourvue, à l'extrémité su-35 périeure, d'ion plateau magnétique ou armature et, dans la zone des rouleaux, d'épaulements ou cames agissant sur les axes de poussée et déplaçant ainsi les rouleaux radialement vers l'extérieur. 6. Dispositif de commande suivant 40 la revendication 5j caractérisé par le fait que la tige d'accou 71 42610 2115465 plement est déplaçable axialement, par voie magnétique, à l'encontre de l'action d'un ressort de compression disposé à l'extrémité inférieure de cette tige et s'appuyant contre le tube de commande, à tel point qu'un entrefer résiduel subsiste entre 5 le plateau magnétique et le couvercle de la tubulure sous pression entourant la barre de contrôle. 7» Dispositif de commande Suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le rotor du moteur à chemise d'entrefer est disposé de façon concentrique à la 10 barre de contrôle, à l'extérieur de cette dernière, et est relié rigidement au tube de commande, au-dessus de l'extrémité supérieure de la barre de contrôle. 8. Dispositif de commande suivant les revendications 1 et 7» caractérisé par le fait que le diamètre 15 extérieur du tube de commande augmente de façon continue vers le bas et est réalisé en tant qu'amortisseur de chocs pour la barre de contrôle pourvue d'un rétrécissement à l'extrémité supérieure. 9. Dispositif de commande suivant la 20 revendication 4-, caractérisé par le fait que la douille est pourvue, à l'extrémité supérieure, d'un embout de guidage sur son côté extérieur. 10. Dispositif de commande suivant " l'une quelconque des revendications 1 à 9» caractérisé par le 25 fait que le tube de guidage présente, sur son côté intérieur, une rainure longitudinale dans laquelle s'engage un téton ou galet de guidage vissé dans la barre de contrôle pour empêcher la rotation de cette dernière.