Brevet FR2118993A1 — publié le 19720804

Lorsque dans un réacteur nucléaire, survient un accident grave, par exemple la rupture de la conduite du fluide de refroidissement principal, on doit faire en sorte que la chaleur résiduelle de désintégration, qui se développe dans le réacteur, soit évacuée avec certitude. Ceci signifie que le circuit auxiliaire requis, dont dépend l'injection de secours et le refroidissement postérieur, doit être maintenu en fonctionnement avec une certitude pratiquement absolue, même en cas de dégâts éventuels au sein du système auxiliaire. Après une rupture de la conduite du fluide de refroidissement principal d'un réacteur à eau sous pression, l'échappement du fluide de refroidissement provoque une baisse de la pression dans l'ensemble du système primaire, baisse dont la rapidité varie suivant la section de passage du point de rupture et qui va de la pression de service jusqu'à la pression d'équilibrage régnant dans l'édifice du réacteur.. On a déterminé que lorsque la pression dans le réacteur est réduite, les pompes de refroidissement postérieur effectuent une "injection basse pression" ; toutefois, lorsque la pression demeure pendant uxl temps prolongé à un niveau élevé, on se trouve seulement en présence d'un accident conduisant à une perte de fluide de refroidissement ou de faible importance et l'injection haute pression,, à l'aide des pompes d'injection haute pression de sécurité, entre en service. Ce système d'injection haute pression se compose en général de trois ou quatre systèmes partiels -entièrement indépendants, comprenant chacun une pompe. Pour améliorer la sécurité, l'injection assurée par chacun de ces systèmes partiels se fait par deux branches, afin qu'en cas de rupture d°une branche, l'injection puisse encore être opérée avec certitude à ^ G Û-L l'aide de l'autre branche, cela en considérant que l'accident/se traduit par une perte de fluide de refroidissement pouvait aussi avoir été causé par la rupture d'une conduite d'injection. A cet égard, il importe eri particulier de trouver la branche défectueuse et de faire en sorte que la commutation de la branche défectueuse sur la branche intacte s'effectue toujours avec certitude. Partant de ce qui précède, l'invention vise un dispositif pour la commutation automatique, qui fonctionne sans apport d'énergie extérieure ni système de mesure dispendieux. 71 46065 2118993 L'invention est caractérisée par le fait qu'une soupape à trois voies à commande par piston, soupape dont les deux sorties sont munies chacune d'un étranglement fixe, est montée au point où les deux branches bifurquent de la 5 conduite d'injection, et par le fait que la face supérieure du piston de commande communique, par une conduite sous pression, avec un point qui, sur la branche dégagée grâce à l'action de la pesanteur sur l'obturateur de la soupape, se trouve en aval de l'étranglement de cette branche, tandis que la face infé-10 rieure du piston de commande est en communication avec un point qui, sur la branche obturée dans ces conditions de service, est situé en aval de l'étranglement de cette dernière branche. Il faut cependant, en outre, qu'une conduite d'équilibrage de pression relie entre eux les espaces situés au-dessus et au-dessous 15 de l'obturateur de la soupape à trois voies. Le dispositif décrit ci-dessus fait en sorte qu'en cas de rupture d'une branche, et de la chute de pression qui en résulte, une commutation automatique sur la branche intacte ait lieu avec certitude. 20 Dans l'intérêt d'une amélioration de la sé curité, il peut s'avérer avantageux d'adopter une disposition consistant dans le fait que deux soupapes à trois voies à commande par piston sont montées l'une derrière l'autre de telle manière que l'entrée de la soupape aval soit raccordée à l'une 25 des sorties de la première soupape et que, lorsque les deux obturateurs de soupape occupent la position de fermeture, sous l'effet de la pesanteur, les deux soupapes soient parcourues successivement par le fluide, les deux autres sorties de ces soupapes étant raccordées en parallèle s la seconde branche. 50 On a ainsi la certitude que même en cas de défaillance d'une des soupapes à trois voies, une commutation peut s'effectuer sûrement à l'aide de l'autre soupape. Afin d'éliminer le risque de voir, en cas d'une ouverture ou d'une fermeture partielle de la seconde sou-55 pape, une injection de fluide de refroidissement s'effectuer néanmoins vers la branche défectueuse, on peut prévoir une soupape de retenue en amont de l'étranglement de la seconde sortie de la soupape aval. En outre, lorsque les soupapes à trois voies sont branchées en série, les conduites sous pression allant à la" 4-0 face supérieure et à la face inférieure des pistons de commande BAD ORIGINAL 71 46065 2118993 des deux soupapes peuvent être "branchées en parallèle. La construction et le fonctionnement de plusieurs exemples de réalisation suivant l'invention seront exposés d'une manière plus détaillée ci-après, avec référence au 5 dessin schématique annexé , sur lequel : la figure 1 représente le schéma général du système d'injection de sécurité, qui comprend une soupape à trois voies ; la figure 2 est une coupe longitudinale 10 d'une soupape à trois voies à commande par piston ; la figure 3 est un schéma du système d'injection de sécurité muni d'une double soupape à trois voies ; la figure 4 est une coupe longitudinale d'une double soupape à trois voies. 15 Pour plus de clarté, on n'a représenté sur la figure 1 qu'une partie du système d'injection de sécurité.Ce système comprend une pompe haute pression 1, qui débite sur la ligne d'injection 3. Cette ligne 3 se ramifie, en aval d'une soupape à trois voies 4 à commande par piston, en deux branches 20 5 et 6 qui débouchent respectivement dans les conduites d'injection basse pression 7 et 8. Dans le système d'injection basse pression sont montés le refroidisseur postérieur 9 et la pompe de refroidissement postérieur 11. Immédiatement en aral de la soupape à trois voies 4 est prévu, dans chacune des branches 5 25 et 6, Tin étranglement fixe 13 ou 14 qui représente la résistance principale du système. Cet étranglement est calculé de telle manière que, lorsque la pompe fonctionne à plein débit, il dé- p termine line perte de charge de 20 à 25 kg/cm environ. Pour que la soupape à trois voies 4 puisse remplir sa fonction, on doit 30 prévoir - ainsi qu'il ressort de la figure 2 - les conduites de commande suivantes : partant d'un point situé en aval de l'étranglement 14, une conduite de commande 16 forme une dérivation aboutissant sur la face supérieure du piston de commande 17. On prévoit, en outre, une conduite de commande 15 partant de la fa-35 ce inférieure du piston 17 et aboutissant à la branche 5, en aval de l'étranglement 13. Une conduite d'équilibrage de pression 18 relie les espaces situés respectivement au-dessus et au-dessous de 1'obturateur 19 de la soupape. En ordre de service, le trajet allant de la 40 pompe d'injection haute pression 1 vers l'une des conduites 71 46065 4 2118993 d'injection 7 ou 8 est maintenu libre par la soupape à trois voies 4. A la suite d'un signal d'injection, c'est-à-dire en cas de fuites de moyenne ou de faible importance , la pompe 1 démarre dans le système partiel. La soupape à trois voies 4 ne 5 doit s'inverser que lorsque la branche d'injection mise en circuit est rompue. Le fonctionnement de la soupape automatique à trois voies 4, commandée sans fluide auxiliaire, ressort de la figure 2. A l'état normal, l'obturateur 19 repose, sous l'effet 10 de la pesanteur, sur le siège inférieur 20, de sorte que la branche 6 est en circuit. En supposant line rupture de cette branche 6, la séquence se déroule comme suit : par suite du démarrage de la pompe haute pression 1, il s'établit en amont de l'étranglement 14 une pression manométrique de 20 à 25 atmos-■ 15 phères environ. En aval de l'étranglement 14 s'exerce la contre-pression de l'atmosphère de l'édifice et, d'autre part, une légère perte de charge entre l'étranglement et le point de rupture. Il existe d'abord dans la branche 5 une pression indéfinie, car cette partie de la canalisation est isolée à une extrémité 20 par l'obturateur 19 de la soupape à trois voies 4 et, à l'autre extrémité, par divers organes de retenue de la conduite d'injection basse pression 7» Ainsi, grâce à la conduite d'équilibrage 18, il s'établit dans cette zone une pression égale à celle qui existe en amont de l'étranglement 14. Dans ces conditions, 25 l'obturateur 19 est amené à quitter la position représentée, car la face inférieure du piston 17 est soumise par la conduite de commande 15 à une pression élevée, tandis que la face supérieure de ce piston est sollicitée par la faible pression qui règne en aval de l'étranglement 14. Les faces supérieure et inférieure 50 de l'obturateur 19 sont soumises, grâce à la conduite d'équilibrage 18, à des pressions pratiquement identiques. L'obturateur 19 étant arrivé à la fin de sa course ascendante et étant venu s'appliquer sur le siège supérieur 21, la branche rompue 6 se trouve isolée, de sorte que la pompe refoule désormais, par la 35 branche 5, à 1'encontre de la pression du circuit primaire. Il subsiste ainsi une pression élevée sur la face inférieure du piston, ainsi que sur la face iûférieure de l'obturateur 19» Par conséquent, la pression qui règne désormais dans l'ensemble de la branche 6, c'est-à-dire aussi en amont de l'étranglement, 4-0 est sensiblement celle de l'édifice. De cette façon, le piston 71 46Ô65 5 2118993 17 et l'obturateur 19 ne sont soumis à aucun effort d'ouverture, de sorte que 1"obturateur demeure avec certitude dans sa position. Seule une petite quantité de fluide de refroidissement passe, sous forme de fuites, par la conduite d'équili-5 brage 18. En cas de rupture de la branche 5, la pompe haute pression 1 refoule dès le début à 1'encontre de la pression du circuit primaire. Grâce à la conduite de commande 16, la soupape 4 est maintenue avec certitude dans la position 10 d'ouverture, étant donné que la faible pression de l'édifice agit à peu près seule sur les faces inférieures du piston 17 et de l'obturateur 19. Pour améliorer la sécurité lors de la commutation, on peut prévoir une double soupape à trois voies, 15 comme cela est représenté en détail sur les figures 3 et 4» Dans ce système, la conduite d'injection 3 débouche d'abord dans l'entrée de la première soupape à trois voies 22, où,tout comme pour la soupape à trois voies 4 représentée sur la figure 2, la sortie opposée 25 est dégagée par le fait que l'ob-20 turateur 24 occupe la position déterminée par la pesanteur. Cette sortie 25 conduit à l'entrée de la seconde soupape à trois voies 23j où la branche principale 5 est également dégagée en raison de la position de 1'obturateur 26. Les deux autres sor« ties 27 et 28, initialement encore obturées., des soupapes à 25 trois voies 22 et 23 débouchent parallèlement dans la branche 6e Pour assurer la commande des deux soupapes, on prévoit, ici également, un diaphragme 29 dans la branche 5 et un diaphragme 30 dans la branche 6. Partant d'un point situé en aval du diaphragme 29, des conduites de commande 32 et 30 33 aboutissent respectivement sur la face supérieure du piston 34 et celle du piston 35j associés aux obturateurs 26 et 24 » Sur les faces inférieures respectives des pistons 34 et 35 aboutissent respectivement les conduites de commande 36 et 37 dérivées en aval de l'étranglement 30. Des conduites d'équilibrage de 35 pression 38 et 39 aboutissent à l'entrée 3 de la première soupape. Ici également, en cas de rupture de la branche 5? la pression agissant sur la face supérieure des pistons 34- et 35 diminue, tandis que, par l'entremise des conduites d'équilibrage 39 et 38 et des conduites de commande 36 et 37» la pression régnant S» 40 amont de 1'étranglement 29 agit sur la face inférieure des 71 46065 6 2118993 pistons 34- et 35» de sorte que les deux obturateurs 24 et 26 se déplacent vers le haut et obturent la branche 5» à la suite de quoi la branche 6 est désormais dégagée. Toutefois, la commutation est toujours assurée, même en cas de défaillance de 5 l'une des deux soupapes. Pour le cas où une rupture survenant dans la branche 5» la première soupape à trois voies 22 effectue une commutation, alors que la seconde soupape 23 demeure dans sa position intermédiaire, on doit prévoir dans la sortie 28 de 10 cette seconde soupape une soupape de retenue 40, afin d'empêcher qu'une partie du fluide ne puisse néanmoins être réinjectée dans la branche défectueuse 5, par le biàis du raccord 28. lorsque deux soupapes à trois voies sont 15 ainsi branchées en série, on a également la certitude d'un fonctionnement sûr,cela même dans le cas d'une perturbation grave, étant donné que la commande et la commutation des soupapes n'exigent pas d'apport d'énergie de l'extérieur. ORIGINAL 71 46065 7 2118993 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la commutation automatique de l'injection dans deux "branches parallèles d'une canalisation d'injection, en cas de rupture d'une des "branches, en 5 particulier des canalisations de refroidissement de secours de réacteurs nucléaires à refroidissement par eau, caractérisé par le fait qu'une soupape à trois voies à commande par piston, dont les deux sorties sont munies chacune d'un étranglement fixe est intercalée au point où les deux branches bifurquent de la 10 conduite d'injection et par le fait que la face supérieure du piston de commande communique par une conduite sous pression avec le point qui, sur la branche - mise en circuit en raison de la position occupée par l'obturateur de la soupape - se trouve en aval de l'étranglement de cette dernière branche, tandis que la 15 face inférieure du piston de commande est en communication avec un point qui, sur la branche obturée dans ces conditions de service, est situé en. aval de l'étranglement de cette dernière branche. 2» Dispositif suivant la revendication 1, 20 caractérisé par le fait qu'une conduite d'équilibrage de pression relie entre eux les espaces situés au-dessus et au-dessous de 1'obturateur de la soupape. 3« Dispositif suivant les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que deux soupapes à trois voies 25 à commande par piston sont branchées en série de telle manière que l'entrée de la soupape aval soit raccordée à une sortie de la première soupape et que, lorsque les deux obturateurs de soupape occupent la position de fermeture, les deux soupapes soient parcourues successivement par le fluide, les deux autres sorties 30 des soupapes étant raccordées en parallèle à la seconde branche. 4. Dispositif suivant la revendication 3jcaractérisé par le fait que les conduites sous pression qui aboutissent aux faces supérieures et inférieures des pistons de commande des deux soupapes sont branchées en parallèle. 35 5. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une soupape de retenue est prévue dans la seconde sortie de la soupape aval.