Brevet FR2130616A1 — publié le 19721103

_1" 2130616 L'invention se rapporte à une embouchure, mobile axialement, d'une machine d'échange d'éléments combustible d'un réacteur nucléaire, cette embouchure étant destinée à être raccordée aux canaux,: situés sur une plate-forme du réacteur, de chargement et de déchargement des colonnes d 'éléments combustibles pour l'échange de ces derniers ou du modérateur. Il est exigé des embouchures des machines de chargement des réacteurs nucléaires, en particulier de ceux qui sont refroidis aux gaz, que l'échange des composants du coeur se fassqjbans aucun risque "pour le personnel ni le bâtiment du réacteur, aucun gaz chaud ni rayonnement radioactif ne devant être libéré à l'intérieur du bâtiment du réacteur ou à 1* environnement. Ces conditions doivent être observées de manière d'autant plus stricte lorsque l'échange est effectué pendant que le réacteur est en service, c'est-à-dire pendant qu'il fournit de l'énergie. Les embouchures d'un mode de réalisation antérieur constituent une tubulure mobile à l'intérieur du canal de chargement et de déchargement, des garnitures étant prévues entre les conduits insérés l'un dans l'autre. Le frottement de glissement et les grandes différences de températures entre le canal de chargement et de déchargement et la tubulure coulissant dans ce dernier risquent de provoquer l'usure ou grippage ou même un soudage par compression. Lorsque le gaz de refroidissement est l'hélium, cette tendance est accélérée ou amplifiée, de sorte que la machine d'échange des éléments combustibles risque de tomber en panne, et en conséquence, de provoquer l'arrêt complet du réacteur. L'invention a pour objet une embouchure qui élimine totalement le risque de panne ou de contagion de l'environnement, même en présence de gaz de refroidissement constitué d'hélium. Selon une particularité essentielle de l'invention, l'embouchure se compose d'un cylindre sous pression comportant des passages d'arrivée et de départ de fluide sous pression et dans lequel est mobile axialement un piston annulaire à jupe extérieure reliée à son fond, guidée dans le cylindre et comportant des passages pour le fluide sous pression, un soufflet extensible axialement étant fixé de manière étanche à la pression sur le fond du piston et sur le cylindre. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, des conduits relient l'arrivée et le départ du fluide sous pression du cylindre à un réfrigérant. 72 10238 - 2 - 2130616 Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, le soufflet du piston à jupe est balayé d'une part par le gaz sous pression du réacteur et d'autre part par le fluide sous pression qui arrive par les dits passages, un circuit à cuve de compensât!- on équilibrant les pression^Lu gaz et du fluide sous pression. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, une bague d'équilibrage est fixée à des éléments articulés et élastiques montés sur le fond du piston. L'un des avantages de l'invention réside dans le soufflet qui ne subit pratiquement aucun effort radial* car l'huile sous pression et le gaz sous pression du réacteur maintiennent la membrane en équilibre. Par ailleurs, tous les éléments coulissants les uns sur les autres, par exemple le piston et le cylindre, sont soustraits à l'atmosphère d'hélium et n'entrent en contact qu'avec le fluide sous pression qui peut être avantageusement de l'huile et constituer ainsi simplement aussi le lubrifiant. Un autre avantage réside dans le refroidissement de l'embouchure, c'est-à-dire de. ses parties principales, car les différences d'allongement ou de dilatation sont réduites et l'étanchéité de l'embouchure par rapport à l'environnement peut être améliorée. Un autre avantage réside dans l'élévation de la sécurité, car même si le soufflet se rompt, l'embouchure ne peut pas être ouverte et il ne peut pas se produire de fuite aussi longtemps que la pression du gaz du réacteur est supérieure à celle de l'atmosphère extérieure, du fait de la pression spécifique qui s'exerce sur le piston. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale schématique partielle d'un exemple d'embouchure selon l'invention en position de fermeture; la figure 2 est une coupe analogue, mais en position d'ouverture, et la figure 3 est une coupe axiale- partielle schématique d'une variante de réalisation d'une embouchure-selon l'invention. Un cylindre 2 sous pression est monté dans la cuve 1 sous pression a'échangé de la machine/d'éléments combustibles de la figure 1; ce cylindre comporte un passage 3 d'arrivée et un passage 4 de départ du fluide sous pression. Le flux continu de ee fluide, dont une pompe 19 assure la circulation par des conduits 17 et 20, évacue la chaleur provenant du côté gaz du soufflet 8 et absorbée par un réfrigérant 18 monté sur le conduit 17. 72 10238 - 3 - 2130616 Le passage 3 débouche dans un canal annulaire 5 du cylindre. La jupe 7 du piston 6 coulisse dans le cylindre dans lequel des garnitures 10 sont disposées. Le piston 6 comporte par ailleurs un fond 9 et un soufflet 8 en forme de manchon qui délimite une chambre intérieure 12. La jupe 7 comporte des passages 11 par lesquels le fluide sous pression provenant du canal annulaire 5 parvient dans la chambre 12 du piston 6. Le soufflet 8 étant fixé de manière étanche à la pression dans le fond 9 du piston et dans le cylindre 2, le piston 6 est appliqué contre la bride 1^ du canal de chargement et de déchargement lorsque la chambre intérieure 12 est mise sous pression. L'étanchéité entre les surfaces appliquées l'une contre l'autre est assurée par des garnitures concentriques 15 et 15' disposées dans le fond 9 du piston et dont l'effet peut être augmenté de façon simple par un fluide d'arrêt de la manière indiquée en traits mixtes sur la figure 3 par des conduits d'aspiration ou d'arrivée. Les mêmes éléments portent les mêmes références sur la figure 2, car les différences de leurs positions relatives n'ont aucune influence sur elles. Le piston 6 Occupant cette position est écarté de la bride 1^4-du canal 13 de chargement et de déchargement. Ce piston atteint cette position par simple détente du soufflet 8, c'est-à-dire lorsque la pression est cassée dans l'embouchure. En effet, dès que la force élastique axiale du soufflet dépasse les forces orientées dans l'axe du canal 13 et appliquant le piston 6 contre son siège, le fond 9 de ce piston se soulève de la bride 14- du canal de chargement et de déchargement. La figure 3 représente m exemple avantageux de réalisation de l'invention, dont les éléments correspondants portent les mêmes références que sur les figures 1 et 2. La machine d'échange d'éléments combustibles comporte une cuve 1 sous pression en béton précontraint dont la couche d'étanchéité est formée par une couche protectrice 21. L'assise la de la machine d'échange d'éléments combustibles repose sur la plate-forme 22 de la cuve 16 sous pression du réacteur. La bride l^f des canaux 13 de chargement et de déchargement affleure la plate-forme 22 du réacteur. L'embouchure est représentée à l'état de fermeture, c'est-à-dire que le canal 13 est ouvert et le volume interne de la machine d'échange , , même d'elements combustibles se trouve sous la/pression du gaz que le coeur du réacteur. 72 10238 2130616 Le piston 6 repose par un anneau 23 d'équilibrage sur la brade 14 du canal 13. Cet anneau est fixé sur le piston 6 par des éléments élastiques et articulés 24 et il comporte une surface sphérique d'appui et de centrage. Cette surface sphérique, dont la surface complémentaire se trouve sur le 5 fond 9 du piston 6, peut compenser dans certaines limites l'écart de l'angle droit inscrit entre l'axe de la machine d'échange d'éléments combustibles et la plate-forme 22 de la cuve sous pression du réacteur. Toutes les surfaces d'étanchéité qui séparent l'atmosphère gazeuse du réacteur et l'atmosphère de la halle comportent au moins deux •10 garnitures 15 ou 15' ainsi qu'une gorge d'aspiration située entre ces paires de garniture. Des conduits d'aspiration sont indiqués par des lignes en traits mixtes. Le piston 6 est guidé dans le cylindre 2 sous pression dans lequel il coulisse, des vis-fixant ce dernier sur la couche protectrice 21. 15 Le soufflet 8 et un rebord 25 du cylindre relient hermétiquement le piston 6 à ce cylindre 2 sous pression. Une garniture 10 ferme le passage entre qu' le canal annulaire 5 et une autre chambre 26 sous pression /.une garniture 27 isole de l'atmosphère de la halle. La chambre 26 sous pression est destinée au dégagement de l'embouchure de la bride 14 du canal de chargement et de 20 déchargement. Le fluide sous pression, tel que de l'huile, arrivant et repartant par les passages 3 et 4 ainsi que les conduits 17 et 20 est destiné d'une part à épauler le soufflet 8 et d'autre part à évacuer la chaleur et, par ailleurs, il lubrifie les surfaces de frottement entre le cylindre 2 et le 25 piston 6. La pompe 19 refoule l'huile par un conduit 20 dans une gorge annulaire 28 et par le passage 3 dans le canal annulaire 5» Cette huile parvient par des passages 11 répartis sur la périphérie de la jupe 7 du piston 6 dans la chambre intérieure de ce dernier. Le fluide sous pression reflue par le passage 4, une gorge annulaire 29 et le conduit 17 dans le réfrigérant 18 dans lequel il abandonne la.chaleur qu'il a absorbée dans 30 15embouchure. Ensuite, le cycle se répète par l'intermédiaire de la pompe 19. Les passages 3 et 4 sont multiples sur le pourtour du cylindre et des précautions connues de l'homme de l'art, telles que des rétrécissements, sont prises pour répartir uniformément la circulation de l'huile sur la périphérie totale de l'embouchure. 35 L'huile présente dans la chambre intérieure 12 est toujours maintenue au même niveau de pression (p^) 'que celui de la surpression (pQ) sous laquelle se trouve le gaz du coeur du réacteur, de manière que les forces 72 10238 - 5 - 2130616 qui s'exercent radialement sur le soufflet 8 soient en équilibre, afin que ce dernier soit soustrait aux efforts élevés produits par la forte différence entre la pression du gaz du réacteur et celle de l'atmosphère de la halle. Un interstice 30 peut également libérer pratiquement le cylindre 2 sous pression des tensions périphériques, car la pression du gaz du réacteur agit à la partie supérieure de cet interstice 30j entre le cylindre 2 et la couche protectrice 21 et l'huile sous pression correspondante agit à la partie inférieure du cylindre 2 dans les gorges annulaires 28 et 29 et partiellement dans la gorge annulaire 40. Une cuve 31 d'équilibrage relie par des conduits 32 et 33 la chambre à gaz de la machine d'échange d'éléments combustibles et le circuit de refroidissement d'huile de l'embouchure et maintient ainsi simplement de manière permanente la pression de cette huile à la même valeur que celle du gaz du réacteur. Un conduit jk relie le circuit de refroidissement et la cuve 31 d'équilibrage, c'est-à-dire le circuit 32 à 4*5 d'équilibrage des pressions. Lorsque la pression est cassée dans l'embouchure, une soupape 35 de limitation de pression ferme le conduit 32 lorsque la pression atteint une valeur déterminée (par exemple de 2,5 bars]) dans ce dernier. L'ouverture d*une soupape 36 montée dans la conduit 33 maintient une pression minimale nécessaire (par exemple de 2 bars) dans la cuve 31 d'équilibrage. Cette pression minimale d'une part exerce une force résiduelle suffisante d'application des surfaces d'étanchéité les unes contre les autres lors de l'évacuation de l'embouchure et d'autre part assure la présence d'une force minimale d'application lors d'un nouveau raccord de l'embouchure sur un canal 13 de chargement et de déchargement. Il est particulièrement avantageux de disposer le circuit de refroidissement, comprenant le réfrigérant 18 et la pompe 19, ainsi que le circuit d'équilibrage comprenant la cuve 31,à- l'intérieur de la cuve 16 sous pression de la machine d'échange d'éléments combustibles, et, pour abaisser les efforts et améliorer la sécurité, ces circuits peuvent être montés à l'intérieur d'une chambre sous pression qui communique avec la chambre à gaz du coeur du réacteur. Cette disposition a l'avantage, en cas de rupture, qu'aucun gaz ne peut sortir, mais aussi que les cuves sous pression et les conduits ne subissent pas d'effort. La pompe 39 montée sur le conduit 38 refoule de l'huile dans la chambre 26 sous pression par la gorge annulaire 40 et le passage 41 pour 72 10238 - 6 - 2130616 soulever l'embouchure, c'est-à-dire l'anneau 23 d'équilibrage et le piston 6y de la bride 14 du canal de chargement et de déchargement. La chambre 26 sous pression est formée d'une surface différentielle 26a de la jupe 7 du piston 6 ainsi que d'un décalage de la surface de glissement du cylindre 2 et d'une garniture 27> le circuit 32 à 45 d'équilibrage des pressions alimentant ou purgeant cette chambre 26 sous pression. Une soupape 42 montée dans un conduit 43 en dérivation règle le niveau instantané voulu de la pression. L'ouverture d'une soupape 44 d'arrêt montée dans une dérivation 45, donc la purge totale de la chambre 26 sous pression et du circuit, provoque l'application du piston 6 contré la bride 14 du canal de chargement et de déchargement en raison de la pression minimale régnant dans la cuve 31 d'équilibrage. Une bride 46 de sécurité fixée à la couche protectrice 21 est destinée d'une part à limiter la course du piston 6 et d'autre part à exercer une sécurité complémentaire en cas de rupture du cylindre 7 ou du piston 6 ou encore de la fixation du cylindre sur la couche protectrice 21, et de plus, contre les fuites ou la rupture de l'anneau 23 d'équilibrage, afin d'éviter que le gaz du réacteur ne puisse s'échapper en quantité excessive dans l'atmosphère de la halle en cas de défaillance de l'embouchure. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux dispositifs décrits et représentés sans sortir du cadre de l'invention. 72 10238 - 7 - 2130616 REVENDICATIONS 1. Embouchure mobile axialement d'une machine d'échange d'éléments combustibles d'un réacteur nucléaire, cette embouchure étant destinée à Stre raccordée aux canaux de chargement et de déchargement des colonnes 5 d'éléments combustibles, ces canaux étant disposés sur une plate-forme du réacteur et étant destinés à l'échange du modérateur ou des éléments combustibles, la dite embouchure étant caractérisée en ce qu'elle se compose d'un cylindre sous pression comportant des passages d'arrivée et de départ d'un fluide sous pression et dans lequel coulisse axialement un piston 10 annulaire comportant une jupe extérieure reliée au fond de ce dernier et guidée dans le cylindre sous pression, cette jupe comportant des passages pour le fluide sous pression et ce piston comportant un soufflet extensible axialement et fixé de manière étanche à la pression àson fond ainsi qu'au cylindre. 15 2. Embouchure selon la revendication 1, caractérisée en ce que des CQnduits relient l'arrivée et le départ du fluide sous pression du cylindre à un réfrigérant. 1 3. Embouchure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le soufflet du piston est balayé d'une part par le gaz sous pression du réacteur 20 nucléaire et d'autre part par un fluide sous pression arrivant par les dits passages, un circuit à cuve d'équilibrage égalisant les pressions du gaz et du fluide sous pression. 4. Embouchure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le piston comporte un anneau d'équilibrage fixé à son fond par des éléments arti- 25 culés et élastiques. 5. Embouchure selon la revendication 4, caractérisée en ce que des garnitures ainsi que des gorges et canaux d'aspiration sont disposés sur les surfaces d'application du piston contre l'anneau d'équilibrage et de ce dernier contre la bride du canal de chargement et de déchargement. 30 6. Embouchure selon les revendications 2 et 3 prises ensembles, caractérisée en ce que le circuit de refroidissement comprenant une pompe, le dit réfrigérant et les conduits de liaison ainsi que le circuit d'équilibrage comprenant la dite cuve sont disposés à l'intérieur de la cuve sous pression de la machine d'échange d'éléments combustibles.