Brevet FR2115449A1 — publié le 19720707

425?6 X 2115449 La présente invention se rapporte à une barre de contrôle verticale, servant à l'arrêt rapide et sûr de réacteurs nucléaires, installée de manière à pouvoir être déposée par le haut du réacteur et se composant d'une matière absorbante servant de modérateur 5 flexible, guidée dans un tube, d'un ressort accélérateur, d'un système de compression de ce ressort et d'un dispositif pour retenir le ressort comprimé. Les modérateurs flexibles, particulièrement dans le cas de barres de contrôle très longues, sont destinés à éviter leur coincement dans le système de guidage et sont déjà 10 connus, par exemple, par les brevets R.F.A. 1 092 572 et 1 100 831. Dans les dispositifs d'arrêt connus de ce genre et autres, les modérateurs flexibles, durant le fonctionnement du réacteur sont suspendus à un dispositif de fixation au-dessus du coeur du réacteur et, en cas d'arrêt, tombent dans le coeur du réacteur, sous 15 la seule action de la pesanteur. Les dispositifs d'arrêt de ce genre sont très sûrs; toutefois, la rapidité d'arrêt et la force en présence nécessaire à vaincre les résistances éventuelles sont limitées. Une force supplémentaire, supérieure à la pesanteur et agissant sur les modérateurs suspendus augmente, par contre, le 20 risque de coincement dans le système de guidage. L'objet de l'invention est une barre de contrôle verticale, utilisée pour l'arrêt rapide et sûr des réacteurs nucléaires, qui est montée de manière à pouvoir être déposée par le haut du réacteur, et possède une force nécessaire à l'arrêt du réacteur, 25 qui est supérieure à la pesanteur, ce qui permet d'éviter un coincement éventuel du modérateur dans son guidage, même si, en cas d'incident, une déformation du tube de guidage n'a pu être exclue. Suivant 1'invention, on obtient ce résultat par le fait 30 que, pendant le fonctionnement du réacteur, le modérateur est suspendu à un système de traction sous le coeur du réacteur, tandis que le ressort accélérateur ainsi que le système de compression du ressort sont montés au-dessus du coeur du réacteur. Grâce à cet agencement, on obtient que le modérateur flexible soit seulement 35 sollicité à la traction et ainsi, on évite son coincement éventuel dans le guidage. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le modérateur est monté de manière à pouvoir être séparé du système de traction et du système de compression situés au-dessus du 40 coeur du réacteur, avec verrouillage simultané en position d'arrêt. 71 42526 2 2115449 Cela présente l'avantage qu'il est possible d'échanger l'ensemble de la barre, la partie modérateur exceptée, sans aucune répercussion sur l'effet d'arrêt de la barre sur le réacteur. Suivant me autre caractéristique de l'invention, le modérateur est monté de manière à pouvoir être amené dans sa position d'arrêt à l'aide du système de commande prévu pour la compression du ressort accélérateur. Cette disposition permet aux dépens de la rapidité d'action, d'amener le modérateur avec certitude dans sa position d'arrêt, par exemple même en cas de défaillance .0 du ressort accélérateur. Il est recommandé de commander le système de compression de manière à suivre le modérateur dans sa position d'arrêt, aussitôt après le déclenchement de l'arrêt du réacteur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le système de traction est creux et comprend un câble métallique fixe 5 à ses deux extrémités. Cette disposition représente une mesure de sécurité supplémentaire et assure une liaison résistant à la traction entre le modérateur et le système de commande, même en cas de rupture du système de traction. Selon une autre caractéristique de l'invention, le mo-20 dérateur se compose de plusieurs éléments mobiles les uns nar rapport aux autres, qui sont guidés dans un tube suscfptible d'être traversé par le réfrigérant et, pendant le fonctionnement du réacteur, l'élément inférieur du modérateur est disposé dans l'embout ou tronçon d'extrémité inférieur du tube de guidage, en 25 assurant l'étanchéité de la fente de guidage vis-à-vis de l'extérieur. Cette disposition a l'avantage qu'en cas d'arrêt du réacteur, le modérateur soit refroidi de façon suffisante par un flux de réfrigérant passant entre le modérateur et le tube de guidage, tandis que, durant le fonctionnement du réacteur, seules 30 de faibles quantités de réfrigérant peuvent passer le tube de guidage, qui ne contribuent que peu au refroidissement du coeur du réacteur. le dessin annexé illustre^ à titre d'exemple, un mode de réalisation de l'objet de l'invention dans le cas d'un réacteur 35 nucléaire refroidi au sodium; sur ce dessins les figures 1 à 4 représentent une coupe .longitudinale, de haut en bas, d'une barre de contrôle en position d'arrêt. La figure 1 représente un modérateur 1 à trois éléments qui se trouve au milieu du coeur du réacteur (M.C.R. )et qui est 40 guidé dans un tube 2 fixé par son embout dans une douille 3 elle™ 71 42526 5 2115449 même fixée sur une plaque à grille 4. Pendant le fonctionnement du réacteur, le modérateur 1 repose par son extrémité inférieure de façon étanche dans l'embout 5, de forme intérieure correspondante, du tube de guidage 2 et empêche ainsi dans me large mesure l'entrée 5 du réfrigérant dans le tube de guidage 2. Ce tube est maintenu à son extrémité supérieure dans le tube de centrage 6. le modérateur 1 est reliéj en passant par un dispositif 7, qui n'est pas décrit en détail, à la tige de traction 8 fixée par son autre extrémité à la partie inférieure de 1*accouplement à baïonnette 9 qui n'est 10 pas décrit en détail. Celui-ci est à son tour relié par sa partie supérieure à la tige 10. Une rotation de eette tige conduit à une désolidarisâtion de l'accouplement £ baïonnette J et ainsi 1'ensemble du système peut être retiré vers le haut, tandis que seules les parties 1 à 5» 7 et 8 demeurent dans le réacteur en position 15 d'arrêt. Sur la figure 2, Sur laquelle B.I.C.R. désigne le bord inférieur du couvercle du réacteur, le tube de centrage 6 à section réduite forme, avec le palier de guidage 11, un cylindre amortisseur 12 dans lequel la tige 10 actionne le piston amortis-20 seur 13 qui s'y trouve fixé et qui freine le mouvement du mécanisme du modérateur avant qu'il atteigne sa position finale quand il monte brusquement dans la position d'arrêt représentée, le tube de centrage 6 est monté dans le tube 14. Dans l'espace existant entre ce tube et le tube 15 qui lui est concentrique est placé le blindage 25 16* le tube entoure quant à lui le tube de guidage 17- Sur la figure 3 sur laquelle B.S.C.R. désigne le bord supérieur du couvercle du réacteur, le couvercle du réacteur supporte le tube 14 par un épaulement de ce dernier, le couvercle 18 monté sur le tube 15 ferme le blindage 16 vers le haut. Sur ce couvercle 30 est placée, reliée au tube 17, une douille 20 pourvue d'un filetage et d'une portée conique 19. En tournant le tube 23, dans lequel est monté l'écrou 21, la douille 20 se visse dans celui-ci, jusqu'à ce que la portée conique 19 vienne se placer contre le siège 22 de forme correspondante et empêche ainsi, par le joint 53, l'échappe-^ 35 ment de gaz du réacteur. En même temps, le tube de centrage 6 est soulevé par l'intermédiaire du tube 17 jusqu'à faire apparaître un intervalle entre le tube 6 et le tube de guidage 2, voir figure 1, permettant ainsi de faire tourner le couvercle du réacteur en vue du changement des éléments de combustible. Un accouplement à den-40 ture 24 relie le tube 23 à la douille 25 pourvue à son extrémité 71 42526 4 2115449 supérieure d'une roue dentée 26 avec laquelle engrène le pignon 27 fixé sur l'arbre articulé 28. L'accouplement 24 est nécessaire, en cas de désolidarisation de l'accouplement à griffes 29 qui n'est pas décrit en détail, pour pouvoir séparer le tube 23 du carter 30 5 qui le recouvre. Dans ce carter tourillonne l'arbre articulé 28 avec son pignon 27, de même que l'arbre articulé 31 avec son pignon 32 qui engrène avec une roue dentée 33 fixée sur l'arbre 34 lui-même relié à la tige 10 par l'accouplement à griffes 29. En cas de désolidarisation de l'accouplement à griffes 29, les parties du système, 10 venant en contact avec le réfrigérant, peuvent ainsi être séparées des autres parties et l'accouplement facilite également le montage du système. Le carter 30 est relié au tube 36 par une pièce de raccordement 35. La figure 4 montre le tube 36, dans lequel est fixée une 15 plaque de retenue 37 sur laquelle repose un ressort à boudin 38, Lors de la rotation de la tige filetée 39, dont le mouvement de rotation est transformé en un mouvement longitudinal par l'écrou 40, la rondelle 41 qui est fixée à l'écrou 40 et qui ne peut pas tourner, grâce aux nervures de guidage 42 formées sur la surface interne 20 du tube .3, glisse vers le bas. Sur cette rondelle 41 est fixé un électro-aimant annulaire 44 dont l'alimentation en courant n'est pas représentée en détail. Cet électro-aimant, quand il est excité, entraîne son armature attirée 45, qui glisse sur les nervures de guidage 46 à la surface interne du tube 36. Le ressort à boudin 25 38 est alors comprimé et le tube 43, qui est solidaire de l'armature 45, glisse plus profondément et enfonce ainsi l'arbre 34 suspendu au dispositif 47 attiré vers le bas par le poids du modérateur 1 qui s*y trouve relié en passant par les éléments 29, 10, 9, 8 et 7. La butée 48 limite la course de l'armature 45 vers le haut lors 30 de l'arrêt. Un joint 49 à gaz de barrage empêche la sortie des gaz radioactifs hors du réacteur. La rotation de la tige filetée 39 est assurée par un moteur électrique 52 qui agit par l'intermédiaire d'un réducteur 50 et d'un accouplement de surcharge 51, qui ne sont pas décrits en détail. L'accouplement de surcharge empêche un endomma-35 gement du système d'entraînement en cas de coincement de la tige. L'extrémité supérieure des arbres articulés 28 et 31 est conçue de façon iue l'on puisse tourner ces arbres, à l'aide d'une clé par exemple. La partie supérieure de l'ensemble du système est fixée dans la plaque de retenue 54. 40 L'actionnement du système se déroule de la façon suivante: 71 42526 5 2115449 lors du déclenchement de l'arrêt rapide, 1'électro-aimant 44 est mis hors circuit et libère ainsi l'armature 45 qui est repoussée par le ressort à "boudin comprimé 38 jusqu'à la "butée 48, en entraînant le tube 43» Par l'intermédiaire de la fixation 47 qui le 5 maintient, l'arbre 34 est également poussé vers le haut et soulève à son tour l'accouplement à griffes 29, la tige 10, l'accouplement à baïonnette 9, la tige de traction 8 et le dispositif de fixation 7, ce qui amène le modérateur 1 dans la zone du coeur du réacteur. En même temps le moteur électrique 52 démarre et soulève la ron-10 delle 41 par l'intermédiaire du réducteur 50, de l'accouplement de surcharge 51 et de la tige filetée 39 et entraîne forcément l'armature 45 si cette dernière n'avait pas encore atteint sa position de repos haute. Après élimination de l'incident du réacteur qui a déclenché 15 son arrêt brusque qui vient d'être décrit, le système est remis en état de disponibilité, cela de la manière ci-après. le moteur électrique 52 est entraîné en sens inverse et fait descendre, par l1intermédiaire de la tige filetée 39, l'écrou 40 et de la rondelle 41 ainsi que 1'électro-aimant 44 qui est en 20 même temps excité et entraîne ainsi vers le bas 1'armature 45, en comprimant le ressort à boudin 38. le tube 43 et la fixation 47 qui y est reliée se déplacent ainsi vers le bas,de sorte que le modérateur 1, suspendu à la fixation 47 par l'intermédiaire des pièces 34, 29, 10, 9, 8 et 7, glisse vers le bas, sous l'action de 25 la pesanteur, hors de la zone du coeur du réacteur, jusqu'à ce que son élément inférieur repose dans l'embout 5 du tube de guidage 2, supprimant ainsi l'arrêt du réacteur. Pour désolidariser l'accouplement à baïonnette 9, on tourne l'arbre articulé 31, qui transmet sa rotation à la roue dentée 33, 30 par l'intermédiaire du pignon 32, et par suite donc à l'arbre 34 qui, de son côté, entraîne en rotation la tige 10 par 1'intermédiaire de l'accouplement à griffes 29 et ainsi déclenche l'opération d'accouplement. Une rotation de l'arbre articulé 28 assure, par l'inter-35 médiaire du pignon 27 et de la roue dentée 26, la rotation de la douille 25 qui entraîne, par l'accouplement à denture 24, le tube 23 et l'écrou 21 qui est fixe dans ce tube et dans lequel se visse la douille 20. le tube 17 relié à la douille 20 se soulève et entraîne le tube de centrage 10, de sorte que la liaison entre 40 celui-ci et le tube de guidage 2 est interrompue et qu'un inter 71 42526 " . : 2115449 valle s'établit entre ces deux tubes. Après la désolidarisation de l'accouplement à baïonnette 9» on peut alors, faire tourner le couvercle du réacteur avec les éléments du dispositif qui y sont montés, tandis que les éléments 1 à 5, 7 et 8 demeurent stationnai' res dans le réacteur. 71 42526 7 2115449 REVENDICATIONS 1. Barre de contrôle verticale servant à l'arrêt rapide et sûr de réacteurs nucléaires, installée de manière à pouvoir être déposée par le haut du réacteur et se composant d'un modérateur 5 flexible, guidé dans un tube, d'un ressort accélérateur, d'un système de compression de ce ressort et d'un dispositif pour retenir le ressort comprimé, caractérisée par le fait que pendant le fonctionnement du réacteur, le modérateur est suspendu à un dispositif de traction sous le coeur du réacteur, tandis que le ressort accélérateur 10 et son système de compression sont montés au-dessus du coeur du réacteur. 2. Barre de contrôle suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le modérateur est monté de manière à pouvoir être séparé de son dispositif de traction et du système de compression du ressort situés au-dessus du réacteur, avec verrouillage 15 simultané en position d'arrêt. 3. Barre de contrôle suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le modérateur est monté de manière à pouvoir être amené dans sa position d'arrêt à l'aide du système de commande prévu pour la compression du ressort accélérateur. 20 4. Barre de contrôle suivant la revendication 1, carac térisé par le fait que le dispositif de traction est creux et comprend un câble métallique fixé à ses deux extrémités. 5. Barre de contrôle suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le modérateur se compose de plusieurs élé-25 ments mobiles, les tuas par rapport aux autres, qui sont guidés dans un tube susceptible d'être traversé par le réfrigérant et que, durant le fonctionnement du réacteur, l'élément inférieur du modérateur est disposé dans l'embout inférieur du tube de guidage, en assurant l'étanchéité de la fente de guidage vis-à-vis de l'exté-30 rieur.