Brevet FR2116498A1 — publié le 19720713

i 2116498 Etant donné la taille de plus en plus grande des cuves sous pression de réacteurs nucléaires,'et la tendance à installer des centrales nucléaires à proximité des régions à grande densité de population, ou dans ces régions mêmes, 5 il convient, lors de la définition du coefficient de sécurité du réacteur, de considérer dans une mesure croissante le risque d'un accident dû à une rupture "brusque de la Cuve sous pression du réacteur. A ce propos, on a déjà suggéré plusieurs 10 dispositions visant, par exemple, à retenir le couvercle du réacteur, même en cas de rupture de toutes les vis de fixation de ce couvercle, à l'aide d'une construction d'interception ou d'un second couvercle destiné à l'interception. Or, de telles constructions n'offrent une protection qu'en cas de rupture du cou-15 vercle du réacteur, mais non lorsqu'il y a rupture de la cuve sous pression proprement dite. En outre, de tels dispositifs de retenue possèdent des dimensions et un poids si élevés que leur fabrication et leur transport présentent des difficultés extrêmes. 20 Dans cet ordre d'idées, une suggestion qui mérite un intérêt particulier consiste à prévoir, d'une part, un cylindre de protection entourant à distance au moins la zone supérieure de la cuve sous pression et, d'autre part, un anneau de retenue ou d'interception recouvrant les vis du couvercle de la 25 cuve sous pression et le "bord supérieur du cylindre de protection. En cas de rupture de la partie supérieure de la cuve sous pression,-le trajet d'accélération pour les fragments projetés, jusqu'à l'impact sur le cylindre de protection, peut être limité par des pièces de remplissage. 30 Des difficultés apparaissent toutefois lors- • - qu'il s'agit de protéger la partie de la cuve sous pression située en dessous des raccords pour le fluide de refroidissement, en particulier lors d'une rupture périphérique totale survenant dans la partie inférieure de la cuve sous pression, ainsi que 35 d'une accélération des fragments projetés vers le "bas. Partant de ce qui précède, l'invention, vise un système de protection à l'aide duquel les fragments projetés en provenance de la partie inférieure de la cuve sous pression, peuvent être interceptés avec certitude, sans traverser ce sys-40 tème de protection. 71 43309 2 2116498 L'invention est caractérisée par le fait que la cuve sous pression est entourée en dessous des raccords prévus sur cette cuve, d'une chemise de protection en forme de godet, dont la partie cylindrique est constituée par au moins 5 deux couches. Grâce à cette structure multicouche de la chemise de protection, les sollicitations par choc sont interceptées plus efficacement et, de plus, la résistance au percement par des fragments à arêtes coupantes est augmentée. Par ailleurs, vu l'absence d'une protection spéciale contre les chocs, la fa-10 brication , le transport et le montage du système de protection contre la rupture sont facilités. Pour garantir line sollicitation uniforme de la paroi de la chemise de protection, la couche interne de la partie cylindrique de la chemise de protection possède la même 15 épaisseur de paroi que la calotte inférieure de cette chemise. On peut réaliser une construction multicouche de la pkrtie cylindrique de la chemise de protection en entourant la couche interne d'une bague de protection ou en enroulant plusieurs couches de bande de tôle autour de cette couche interne de la che-20 mise de protection. la chemise de protection entoure étroitement la cuve sous pression, seul un interstice résultant des dilatations thermiques différentes et des tolérances de fabrication subsistant entre la chemise et la cuve. 25 Pour simplifier la fabrication et pour fa ciliter le transport, il est avantageux que la bride de support prévue à l'extrémité supérieure de la chemise de protection soit réalisée sous la forme d'une bride indépendante, le collet de la bride étant soudé à la couche interne cylindrique de la chemise 50 de protection. En outre, afin d'éviter, en cas de rupture de la cuve sous pression, l'établissement d'une pression excessive qui pourrait provoquer une remontée de la cuve sous pression, il est avantageux que, d'une part, les joints et les ouvertures 35 de la-chemise de prptection soient obturés de façon étanche à l'intérieur du.bouclier biologique et que, d'autre part, la chemise de protection soit pourvue d'interstices d'écoulement vers des espaces, situés en dehors du bouclier biologique, de telle manière qu'en cas de rupture de la cuve sous pression, il s'éta-40 "blisse, à l'intérieur de l'espace entouré par le bouclier biolo 71 43309 2116493 gique, une pression manométrique de 6 atmosphères au plus. A cette fin, des tubes d'écoulement concentriques aux raccords de la cuve sous pression et aboutissant aux espaces voisins du bouclier biologique sont reliés aux anneaux de renforcement 5 entourant les raccords de la cuve sous pression et soudés dans un cylindre de protection entourant la partie supérieure de la cuve sous pression. Grâce à cette disposition, la surpression régnant dans la chemise de protection peut être abaissée par écoulement vers les espaces voisins et l'on peut empêcher l'ap-10 parition d'une force ascensionnelle dirigée unilatéralement vers le haut et agissant sur la cuve sous pression du réacteur par l'entremise de la chemise de protection. Une autre disposition favorable consiste à rendre réglables les interstices d'écoulement, prévus entre les 15 raccords de la cuve sous pression et les anneaux de renforcement, à l'aide de segments de piston. De plus, afin d'assurer 1* étanchéité entre la bride de support et la chemise de protection, ainsi qu'aux autres joints de la chemise, on prévoit des profilés d'angle qui peuvent éventuellement être étanchéifiés à 20 leur tour par des bandes de caoutchouc. La construction et le fonctionnement du . système suivant l'invention seront décrits en détail ci-après à l'aide du dessin schématique annexé sur lequel : la figure 1 est une coupe longitudinale de 25 l'ensemble du système de protection contre les chocs pour une cuve sous pression ; la figure 2 est line coupe transversale de la cuve sous pression et du système de protection contre les chocs correspondants, suivant II-II de la figure 1 ; 30 la figure 3 représente, à plus grande échel le, la partie inscrite dans le cadre a sur la figure 1. Suivant la figure 1, la cuve sous pression 1 proprement dite du réacteur, laquelle est constituée par un couvercle 2 bombé de façon sphérique, une partie cylindrique in-35 férieure 3 et tme calotte de fond 4- et est pourvue de raccords d'entrée et de sortie 5 pour le fluide de refroidissement, est entourée d'un cylindre en béton 6 faisant office de bouclier bio logique. Conformément à line solution proposée antérieurement, la partie supérieure de la cuve sous pression 1 est entourée, à 40 une distance prescrite, d'un cylindre de protection 7 dont la 71 43309 4 2116498 partie supérieure est constituée par une virole cylindrique 11 posée librement» On prévoit en outre, au-dessus des vis 8 du couvercle de la cuve sous pression un armeau d'interception 9 qui recouvre les vis 8 du couvercle et le bord supérieur du 5 cylindre de protection 7« L'anneau d'interception 9 est fixé de façon amovible, à l'aide de vis 10 passant à l'intérieur du cylindre de protection 7» à un anneau de support 21 situé au-dessous des raccords 5 cLe la cuve sous pression. En outre, il peut s'avérer avantageux de disposer, au-dessus du couvercle 2 de la 10 cuve sous pression, un couvercle 12 dit d'interception, qui est également retenu par l'anneau d'interception 9« Pour assurer la protection de la cuve sous pression 1 en dessous des raccords 5 cLe celle-ci, la partie cylindrique 3 et la calotte de fond 4 de la cuve sous pression 1 15 sont, conformément à l'invention, entourées d'une chemise de protection 14 en forme de godet. Cette chemise de protection 14 se compose, ainsi que le montre en particulier la figure 3, d'une partie cylindrique multicouche 15» d'une bride de support supérieur 16 et d'une calotte de fond 17. La chemise de protec-20 tion 14 doit entourer la cuve sous pression 1 proprement dite à contact aussi intime que possible. Cependant, étant donné les tolérances de fabrication et les dilatations thermiques différentes de la cuve et de la chemise, on doit prévoir des interstices de compensation minimaux, lesquels constituent alors un 25 trajet d'accélération pour les fragments en cas de rupture de cuve . Pour permettre une absorption de la pression de compensation après tme rupture de la cuve sous pression 1 du réacteur, il faut donner à la partie cylindrique 15 de la chemi-30 se de protection 14 une paroi d'une épaisseur double de celle de la calotte 17. Dans le cas d'une rupture périphérique complète survenant dans la partie inférieure de la cuve sous pression 1 du réacteur, les fragments arrachés sont accélérés en direction axiale et viennent frapper la calotte 17 de la chemise 35 de protection 14. S'il existait une différence d'épaisseur entre la paroi de la calotte 17 et de la partie cylindrique 15, seule cette zone intermédiaire subirait une déformation plastique et, éventuellement, une sollicitation locale excessive, tandis que la partie cylindrique 15 ne serait soumise qu'à une 4-0 sollicitation élastique. Toutefois, afin de pouvoir, faire 71 43309 5 2116498 absorber l'énergie d'impact dans une grande mesure par l'allongement plastique de la partie cylindrique 15, de grande longueur de la chemise de protection, cette partie cylindrique 15 est formée, suivant l'invention, d'au moins deux couches. La couche 5 interne 18 a la même épaisseur de paroi que la calotte 17 de la chemise et absorbe l'énergie d'impact en subissant un faible allongement plastique. Cette couche interne 18 est délestée de l'action de la pression intérieure, dans le sens radial, par une bague extérieure 19, par exemple, qui peut être en une pièce, 10 mais qui est avantageusement réalisée en plusieurs couches. Lorsqu'on adopte une construction multicouche, on enroule éventuellement, après exécution complète et après épreuve, sur la couche de protection intérieure 18 une bande de tôle 19 retenue extérieurement par une soudure axiale. On élimine ainsi, dans une 15 bague multicouche, les soudures périphériques, difficiles à établir et à vérifier, ainsi que tous les problèmes d'adaptation, de sorte que l'exécution et l'épreuve se trouvent notablement facilitées. Grâce à ce mode de construction, la chemise 20 de protection 14 ne perd pas son étanchéité, même si, dans le cas de ruptures longitudinales dans la partie inférieure 3 ou 4 de la cuve sous pression du réacteur, des fragments à arêtes vives traversaient la paroi intérieure 18 ; au contraire, grâce à l'amortissement et à la capacité de déformation des couches 25 de tôle, la chemise de protection 14 ne se trouve que bosselée localement. Pour faciliter la construction et le transport de la chemise de protection 14, il est avantageux d'exécuter la bride de support 16 en tant que bride indépendante, auquel cas $0 le collet 20 de la bride peut être constitué par une pièce forgée et être soudé à la couche interne cylindrique 18 de la chemise de protection 14. De cette façon, la bride de support 21 proprement dite peut être formée par une pièce coulée d'un seul tenant, ce qui présente un avantage particulier, étant donné 35 que, de toute façon, il serait impossible de forger à coeur une bride présentant les épaisseurs de paroi requises. En outre, grâce à.cette construction de la bride on évite les difficultés auxquelles on peut s'attendre, à la suite de criques dans la pièce coulée, lors du soudage di-40 rect de la bride à la chemise de protection. En outre, la 71 43309 6 2116498 chemise de protection et la "baeide de support peuvent être transportés et être montés séparément dans le bâtiment du réacteur. La cuve sous pression 1 prend appui, par l'entremise de pattes de support 31» sur la bride de support 21 qui 5 est à son tour ancrée dans le bouclier biologique 5 à l'aide dé supports 32 et de semelles d'appui 33« En cas de rupture de la cuve sous pression 1 du réacteur ou des raccords 5» la pression du circuit primaire s'établit dans la chemise de protection 14 en l'espace d'un 10 temps très court. Simultanément, le mélange eau-vapeur commence à s'écouler à travers l'interstice 23 entre, d'une part, les anneaux de renforcement 22 soudés dans le cylindre de protection 7 décrit plus haut et entourant avec du jeu les raccords 5 cLe la cuve sous pression» et, d'autre part, les conduites 24 15 du circuit ptimaire. Ainsi, il peut cependant s'établir, entre la chemise de protection 14 et le bouclier biologique 6, une pression agissant unilatéralement vers le haut. Pour empêcher une remontée de la chemise de protection 14 et de la cuve sous pression 1 du réacteur, on soude aux extrémités extérieures des 20 anneaux de renforcement 22, des tubes d'écoulement concentriques 25 par lesquels le mélange eau-vapeur s'écoule vers les espaces 26 voisins du bouclier biologique 6. Les sections de passage des interstices 23 peuvent être réglées avec précision à l'aide de segments de piston 27» indépendamment de mouvements relatifs 25 entre la cuve sous pression 1 du réacteur et la chemise de protection 14. En outre, afin de réduire ou empêcher les fuites résiduelles par les joints de la chemise, on interpose aux angles entre la bride de support 21 et le cylindre de pro-30 tection 7» ainsi qu'aux autres joints de la chemise, des profilés d'angle 28 qui peuvent être étanchéifiés de façon complémentaire à l'aide de bandes de caoutchouc, en vue de l'épreuve de pression. Les fuites résiduelles qui subsisteraient encore en cas de rupture de la cuve sont évacuées à travers un inters-35 tice- annulaire 29 prévu au bord supérieur .du bouclier biologique 6, lequel se prolonge vers le haut au-delà des conduites 24 du circuit primaire, cet interstice pouvant être fermé de façon étanche au moyen d'un soufflet métallique 30 éclatant facilement. 71 43309 7 2116498 Grâce à la réalisation multicouche de la chemise de protection, celle-ci demeure étanche - même en l'absence d'un système de protection anti-choc complémentaire - après l'impact des plus grands fragments possibles provenant de la 5 cuve sous pression'du réacteur. En outre, la chemise de protection est dimensionnée de telle manière que, dans le cas d'un arrachement complet, dû à la fragilité de la calotte de la cuve sous pression du réacteur, le déplacement du coeur soit réduit au maximum, de façon que l'intégrité du coeur, et donc sa ea-10 pacité de refroidissement postérieur, demeurent garantis. En outre, il ne se produit aucune modification de la géométrie du coeur sous l'effet des forces d'écoulement des fluides, car les débits d'écoulement hors du système de sécurité demeurent très faibles. Outre le fait qu'il présente ces avantages considéra-15 bles du point de vue de la sécurité technique, le mode de construction décrit ci-dessus permet une simplification notable lors de la fabrication, du transport et du montage de ses différents éléments» 71 43309 6 2116498 KEVEHEICATIOMS des cuves sous pression de réacteurs nucléaires, caractérisé par le fait que la cuve sous pression est entourée, en dessous 5 des raccords prévus sur cette cuve, d'une chemise de protection en forme de godet, dont la partie cylindrique est constituée par au moins deux couches. 2. Système de protection suivant.la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche interne de la 10 partie cylindrique de la chemise de protection possède la même épaisseur.-de-paroi que. la calotte inférieure de cette chemise. 3. " Système de protection suivant la revendication 1, caractérise par le fait que la chemise de protection entoure étroitement la cuve sous pression, abstraction faite 15 d'un interstice déterminé par les dilatations thermiques différentes et les tolérances de fabrication. 4. Système de protection suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la bride de support prévue à l'extrémité supérieure de la chemise de protection est 20 réalisée sous la forme d'une bride indépendante, le collet de la bride étant soudé à la couche interne cylindrique de la chemise de protection. 5. Système de protection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisé par le fait que la 25 couche interne de la chemise de protection est enveloppée de plusieurs couches de bande de tôle. 6. Système de protection suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisé par le fait que, d'une part, les joints et les ouvertures de la chemise de pro- 30 tection sont obturés de façon étanche à l'intérieur du bouclier biologique et .que, d'autre part, la chemise de protection est pourvue d'interstices d'écoulement vers des espaces situés en dehors du bouclier biologique, de telle manière qu'en cas de rupture de la cuve sous pression, il s'établisse à l'intérieur 35 de l'espace entouré par le bouclier biologique une pression ma-nométrique de 6 atmosphères au plus. 7. Système de protection suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que des tubes d'écoulement concentriques aux raccords de la cuve à pression et aboutissant 40 aux espâces voisins du bouclier biologique sont reliés aux 71 43309 2116498 anneaux de renforcement entourant les raccords de la cuve sous pression et soudés dans tin cylindre de protection entourant la partie supérieure de la cuve sous pression,, 8. Système de protection suivant la revendi-5 cation 7» caractérisé par le fait que les interstices d'écoulement entre les raccords de la cuve sous pression et les anneaux de renforcement peuvent être réglés à l'aide de segments de piston. 9. Système de protection suivant la revendi-10 cation 1 ou 6, caractérisé par le fait que, pour assurer l'étan- chéité^ des profilés d'angle sont insérés entre la "bride de support et le cylindre de protection, ainsi qu'aux autres joints de la chemise.