Brevet FR2128068A1 — publié le 19721020

L1invention concerne une installation de production d'énergie, à turbine actionnée directement par le gaz de refroidissement d'un réacteur nucléaire. Elle a pour but de faciliter l'exploitation et l'entretien de la centrale électro—nucléaire tout en 5 améliorant la protection contre leô accidents, et en réduisant les dépenses d'investissement et de fonctiomaement. Une turbine à gaz ou circuit formé de grande puissance comporte des turbomachines et échangeurs de chaleur relativement encombrants, reliés par des conduits de gaz de forte section. Ces 10 composants volumineux rendent difficile et coûteuse 1'intégration dans un caisson commun résistant à la pression du réacteur nucléaire et de la turbine à gaz avec ses annexes en évitant toute fuite de gaz accidentelle. De plus, les ouvertures d'accès, muni es de fermetures étanches, doivent être en nombre approprié et de dimen— 15 sions suffisantes pour faciliter les opérations de surveillance, de démontage, révision, réparation et remplacement des organes contenus . A cet effet, on envisage suivant l'invention une nouvelle manière d*intégrer l'installation de production d'énergie dans 20 Tin caisson à pression réduite spécialement adapté, ou dans une annexe appropriée d'un caisson commun à celui du réacteur. Les composants seront répartis en des chambres disposées pour réduire les différences de pression externes et internes, aux divers régimes de fonctionnement ou accidentels. Ges chambres se— 25 ront groupées pour concentrer l'ensemble, réduire les espaces morts et raccourcir les conduites, tout en facilitant l'accès aux composants . Suivant la caractéristique essentielle de l'invention, les écliangeurs de chaleur et turbomachines seront placés en tunnels 50 horizontaux parallèles, de préférence au nombre de trois, approximativement sur le même niveau et symétriquement par rapport à un plan médian du réacteur, pour constituer un caisson plat formant-socle en surélévation du réacteur ou formant un étage d'un caisson monolithique. 35 Suivant une autre caractéristique de l'invention, on maintient dans lesdits tunnels une pression inférieure à la pression maximale régnant dans le réacteur, la pression minimale du cycle étant maintenue dans les tunnels contenant les é changeur s récupéra— 71 07251 2 2128068 teurs de chaleur et les premiers échangeurs réfrigérants "tandis que le compartiment des machines pouvant contenir les échangeurs réfrigérants intermédiaires sera maintenu à cette pression minimale, ou à une pression fixe ou variable inférieure à la pression maximale 5 dans le réacteur. L * invention consiste encore en certaines caractéristiques ressortant de la description qui va suivre et des dessins annexés, présentés à titre d'exemples de réalisation non limitatifs. Les dispositions de réalisation qui seront décrites à 10 propos de ces exemples devront être considérées comme faisant partie de 1*invention, étant entendu que toutes dispositions équivalentes pourront aussi bien être utilisées sajas sortir du cadre de celle—ci. Cette description est faite à l'aide des figures 1 à 4 15 jointes, lesquelles représentent î une vue de face en coupe schématique d'un premier exemple de réalisation d'un ensemble à deux caissons superposés avec une seule ligne d'arbre de turbomachine. une vue de dessus en coupe schématique du caisson de la 3?ig. 1 contenant la turbomachine et ses annexes. une vue de dessus en coupe schématique d'un second ensemble de réalisation d'un caisson avec deux lignes d'arbres de turbomachine. une vue de face en coupe schématique d'un troisième exemple de réalisation d'un caisson monobloc comportant un compartiment réacteur et un ou plusieurs compartiments turb omachines. Sur ces différentes figures les éléments identiques portent les mêmes chiffres de référence. 30 Si le gaz circulant dans le réacteur nucléaire et pro duisant directement l'énergie au moyen de compresseurs et turbines est de l'hélium, la turbomachine complète occupe normalement un compartiment de longueur supérieure au diamètre du réacteur. Il est d'autre part désirable pour les enveloppes de ces machines, joints 35 d'étanchéité et tuyaux d* échappement r que le compartiment soit maintenu à une pression -inférieure à celle du réacteur. Il en est de même pour l'échangeur refroidissant le gaz en cours de compression, que l'on placera de préférence sous une pression voisine de sa pression interne. 20 Eig. 1 - Fig. 2 - Fig. 3 - Eig. 4 - 25 71 07251 3 2128068 Par contre les échangeurs récupérant le -chaleur du gaz sortant de la turbine, et ceux refroidissant ce gaz détendu seront favorablement placés dans des compartiments où règne la pression minimale du cycle de gaz. 5 Sur les 3?ig. 1 et 2 on voit sous le caisson 1 contenant le réacteur 2 un caisson 3 comprenant trois tunnels horizontaux parallèles. Le tunnel central 4 contient les compresseurs 5 e"fc 6 et la ou les turbines 7• Les tunnels latéraux symétriques 8 contiennent les é changeur s 9 récupérateurs de chaleur et les échan— 10 geurs 10 refroidissant le gaz avant compression. Ces tunnels 8 se trouvant, sans cloisons spécialement prévues, à la pression minimale du cycle, les échangeurs 11 refroidissant le gaz entre les compresseurs 5 e"fc 6 seront de préférence, mais non exclusivement, placés dans le-tunnel central 4, où peut être maintenue une près— 15 sion fixe, telle que la pression entre les compresseurs 5 et 6. Ce tunnel central peut aussi servir de réserve de gaz à pression variable. Celle—ci sera de préférence comprise entre la pression minimale du cycle et la pression maximale dans le réacteur, quoique restant notablement plus faible que cette dernière ; on évitera 20 ainsi de surcharger le caisson 3> les opercules 12 devant fermer hermétiquement les tunnels 4 et 8, et les passages de tuyauteries 13 et 14 reliant les caissons 1 et 3. Ces passages peuvent d'ailleurs être réduits à une double traversée coaxiale centrale. Lorsque 1*énergie motrice sera développée par des tur— 25 bomachines identiques disposées sur deux lignes d'arbres, celles-ci seront disposées de préférence symétriquement par rapport à un plan vertical, ou par rapport à l*axe vertical du réacteur, et dans les tunnels latéraux 8. La 3?ig. 3 donne un exemple où les échangeurs de chaleur 9 sont disposés dans ces mêmes tunnels, en prolongement 30 des machines. Le tunnel central 4 recevrait alors les échangeurs réfrigérants 10 et 11. Dans cette implantation, les tunnels peuvent comporter des sections soumises à des pressions internes différentes, et séparées par des cloisons contenant les divers composants du circuit. Il sera d * autre part possible de placer au centre, entre 35 les échangeurs 10 et 11, des passages pour les appareils de service du réacteur. Ce sera, par exemple, une conduite 15 pour 1* évacuation de combustible fissile sous forme de boulets. Ces appareils de service disposés en bas ou en haut, dans le cas d'un étage de production 71 07251 4 2128068 d1énergie au-dessus du réacteur, peuvent être des organes de chargement ou contrôle du réacteur, traversant une chambre étanche dont la pression sera appropriée. lies génératrices électriques 16 entraînées par les tur-5 bines seront de préférence portées par des consoles solidaires du caisson 3. Biles pourront être encloses dans des enceintes étanches, sous faible pression. Les tuyauteries 13 et 14, reliant les caissons 1 et 3 séparés, seront de préférence doublées d1enveloppes résistantes. 10 Mais lorsque les dimensions respectives du réacteur et de l'installation productrice d'énergie s'y prêteront, les caissons seront réunis en un bloc comme le montre de façon schématique la 3?ig. 4. A cet effet, une disposition appropriée des câbles de précontrainte, associée à une bonne répartition des efforts dans le béton, en intensité et en direction, peut conduire à.associer la forme rectangulaire de l'étage de production d'énergie à une forme externe polygonale de l'enveloppe du réacteur. Ceci peut être mis à profit pour disposer des puits 17 de faible diamètre pour les circuits de refroidissement de secours, ou des cavités de réserve d'hélium. Le tracé des armatures, l'évolution des sections, et les congés de raccordement 18 adapteront l'ensemble compte tenu des variations de pression dans les diverses parties du caisson commun. 71 07251 5 2128068 REVENDICATIONS 1°} Installation de turbine à gaz actionnée directement par le fluide refroidissant un réacteur nucléaire caractérisé en ce que les machines et échangeurs de chaleur sont disposés dans 5 des tunnels horizontaux: parallèles, de préférence au nombre de trois, approximativement sur le même niveau et symétriquement par rapport à un plan médian du réacteur, pour constituer un caisson plat formant socle ou surélévation du réacteur ou formant un étage d'un caisson monolithique. 10 2°) Installation suivant la revendication 1 dans laquelle les tunnels ou parties de tunnels contenant les échangeurs récupérateurs de chaleur et de refroidissement avant compression sont maintenus à la pression minimale du cycle, tandis que le tunnel contenant les turbomachines est de préférence maintenu à une 15 pression intermédiaire, fixe ou variable, entre la pression minimale du cycle et la pression maximale dans le réacteur. 3°) Installation suivant la revendication 1 qui comporte une ligne d'arbres dans le tunnel central, les échangeurs à basse pression se trouvant dans les tunnels latéraux. 20 4°) Installation suivant la revendication 1 dans laquelle les tunnels latéraux comprennent chacun une ligne d* arbre de turbomachines, 1* échangeur de chaque groupe étant dans le prolongement des machines, le tunnel central contenant les échangeurs réfrigérants. 25 5°) Installation suivant la revendication 4 dans laquelle le tunnel médian ménage un passage central pour le chargement ou le déchargement du combustible et les appareils de service ou de contrôle du réacteur.