Brevet FR2157969A1 — publié le 19730608

La présente invention concerne un système d'entratnement de barres de commande pour réacteur nucléaire et, plus particulièrement, un système d'entratnement de barres de commande capable d'ajuster la position d'une ou plusieurs barres de commande en fonctionnement normal et capable, en outre, d'enfoncer une ou plusieurs barres de commande dans le coeur du réacteur en cas d'arrêt d'urgence de celui-ci. L'utilisation de barres de commande pour assurer la régulation de la puissance de sortie d'un réacteur nucléaire et pour assurer un arrêt d'urgence de celui-ci est bien connue. De telles barres de commande comprennent, généralement, des cylindres allon gés mobiles auxquels sont incorporés des matériaux absorbant les neutrons. Un système d'entratnezent de barres de commande comprend essentiellement un moteur électrique ou hydraulique pouvant fonctionner dans les deux sens et qui est utilisé pour assurer des ajustements fonctionnels de la position des barres de commande par rapport au coeur du réacteur nucléaire.Un système d'entratnement de barres de commande comprend aussi, généralement, des moyens pour maintenir les barres de commande dans une posichoisie donnée et, dans certains cas, il est conçu de manière à pouvoir faire osciller une barre de commande en modifiant continuellement sa position de manière à réaliser certaines caracté rétiques du réacteur. Dans des conditions d'urgence, il peut autre nécessaire d'arroter complètement le coeur du réacteur en enfonçant complètement un nombre suffisant de barres de commande dans celui-ci. Généralement, un arrêt d'urgence du réacteur s'effectue en laissant tomber une série de barres de commande sous > 'action de la pesanteur jusqu'à une position d'insertion maximale à l'intérieur du coeur. Bien que la force de la pesanteur soit utilisée au cours d'un arrêt d'urgence pour faire pénétrer les barres de commande dans le coeur, il n'est pas désirable de laisser tomber les barres de commande dans le coeur en chute complètement libre.En effet, si on laisse tomber les barres de commande en chute libre dans le coeur, il peut en résulter un certain endommagement au moment où les barres de commande atteignent la position d'inser- tion maximale et sont arrosées brusquement. En conséquence, il est préférable que les barres de commande pénètrent dans le coeur à une vitesse contrôlée au lieu de tomber en chute complètement libre. L'exécution des fonctions énumerées ci-dessus, à savoir le soulèvement et l'abaissement de la barre de commande, le maintien de celle-ci à une position choisie fixe et le contre de la vitesse de chute de la barre de commande lors de conditions d'arrêt d'urgence, doit s'effectuer d'une manière simple et fiable. En outre, le système d'entrainement doit être capable de fonctionner au cours d'un arrêt d'urgence dans toutes les situations accidentelles pouvant vraisemblablement se produire.Des systèmes d'entraînement de barres de commande types destinés à assurer ces fonctions utilisent jusqu'à présent un moteur d'entraînement à induction, un mécanisme de freinage convenable pour maintenir la barre à la position choisie et des moyens appropriés pour contre ler la descente de la barre de commande au cours d'un arrêt d'urgence. Ces systèmes nécessitent, généralement, l'utilisation d'engrenages de réduction importants, de dispositifs de freinage perfectionnés et des moyens complexes pour contrôler la vitesse de descente de la barre de commande au cours d'un arrêt d'urgence. L'invention a pour objet de créer un système d'entrarnement de barres de commande perfectionné pour réacteur nucléaire. Un autre but de l'invention est de créer un système d'entraf- nement de barres de commande d'une simplicité et d'une fiabilité plus grande et d'un prix de revient plus bas que dans les systèmes connus de la technique antérieure. L'invention a encore pou $ ut de créer un système d7entrat- nement de barres de commande perfectionné, de construction simple, comportant des dispositifs permettant d'ajuster la position d'une barre de commande, detmaintenir une barre de commande dans une position choisie, et de contrôler la descente d'une barre de commande au cours d'un arrêt d'urgence du réacteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins joints qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation. S r ces dessins la figure 1 est une vue en élévation latérale (avec certaines parties représentées en coupe) d'un système d'entratnement de barres de commande construit suivant l'invention la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1. les figures 3,4 et 5 sont des graphiques représentant, qua litativement, quelques-unes des caractéristiques du type de moteur utilisé dans de système suivant l'invention; la fiur 6 est un schéma de câblage rsprésentant unç tartie ;;u montage électrique du systt-me d'entraînement ae barres ae commande représenté sur es figures 1 et et Dans ses très grandes lignes, le système d'entraînement de barres de commande suivant l'invention comprend un câble 11 auquel est suspendue une barrie de commande 12. Un mécanisme rotatif 13 est prévu pour enrouler et dérouler le câble d manière a ajuster la position de la barre de commande 12 suspendue à celui-ci. Un moteur 15 est lié au mécanisme rotatif pour assurer son entrat- nement en vue d'enrouler le câble, et pour fournir un couple antagoniiste d'une grandeur permettant au câble de se dérouler du mécanis@e rotatif à une vitesse contrôle. Le moteur comporte un rotor à aimants permanents et un stator bobiné. Les moyens de commande sont prévus pour appliquer au moteur un courant alternatif d'une grandeur qui peut être choisie en vue d'assurer l'en- roulement et le déroulement du câble par le mécanisme rotatif, et pcur ccu e7 le courant au moteur au cours d'un arret d'urgence d@ réacteur.Des éléments de résistance sont branchés aux bornes des enroulements du stator du moteur pou assurer un freinage dynamique du mécanisme rotatif par le moteur lorsque le courant de celui-ci est coure au cours d'un arrêt d'urgence du réacteur. On va maintenant examiner, plus particulièrement, les figures 1 et 2 sur lesquelles on peut voir plus clairement les dé tai mécaniques du dispositif suivant l'invention. Le câble 11 upporte une barre de commande 12 à l'intérieur du coeur 21 d'un réacteur nucléaire. Dans le mode ae réalisation représenté de l'invention, un second câble 23 est prévu, câble auquel une barre de commande 25 est suspendue à l'intérieur du coeur 21 du réac t@ur. Les @âbles 11 et 23 sont fixés aux extrémités supérieures des barres de commande 12 et 25, respectivement, au moyen de dis @ositifs d'a crage convenables 27. @@ @@@@@@@ comprise eintre de coeur du réacteur et@@ système @@@@@@@@@@@@@ barres de commande seut êtr@ @uni@ d'un bou- @@@r de protection contre les radiations, non représonté. Pour @@@@@@@@@@@@@@@@entre axes ou l'es@acement latéral corrects @@@@@@@@@ @@@canande 12 et 25, les câtles 11 et 23 sont laté @@@@@@@@@@@@@@@@@ par un groupe de trais @@@@ culies de gai@@@e 29, @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@pporté@@ de mani8re à pouvoir tourner par des structures d'axe convenables 35 dals un carter 37.Le carter des poulies de guidage est convenablement conformé de manière à entourer les poulies de guidage d'un côté, et présente des ouvertures convenables dans ses parois pour permettre aux câbles 11 et 23 de le traverser à des emplacements appropriés. L'un des côtés du carter 37 reste ouvert, comme on peut le voir sur la figure 2. Comme on peut également le voir sur la figure 2, chacune des structures d'axe 35 comprend un axe 39 et deux écrous de montage d'extrémité 41. Un bottier d'axe 43 est fixé dans une ouverture du bottier 37 des poulies de guidage et supporte l'axe 39 en position relative fixe. Les poulies, dans le cas de la figure 2 la poulie 29, sont montes sur les axes 39 par des paliers 45 qui leur permettent de tourner sur les axes. Le carter 37 des poulies est fixé à un bâti principal 47 du système d'entratnement de barres de commande au moyen d'une patte de montage 49, visible sur la figure 2. Le bottier principal 47 constitue le support principal des divers éléments du système d'entratnerent de barres de commande. Le bottier principal 47 est convenablement conformé de manière à loger les divers éléments décrits ci-apres, et présente une protubérance sensiblement semi-cylindrique 51 à son extrémité sunérieure. La protubérance 51 est alésée axialement et loge un axe de pivotement 53 et un palier de tourillonnement 55. L'axe 53 est encastré dans deux supports 57 s'étendant vers le bas et qui sont fixés à une plaque supérieure 59 faisant partie du bottier, non représenté, du système d'entratnement de barres de commande. Sur le côté du bottier principal 47 opposé aux supports 7, est prévu un troisième support s'étendant vers le bas et essentiellement constitué ar un appendice 61. Un bottier de ressort 63 est fixé à l'appendice 61 au moyen d'une chape de support 65. Le boi- de de ressort contient un ressort, non représenté, oui forme un trosième point d'appui pour le bottier principal 47.Comme décrit @@-après de façon plus détailléc, dan le cas où l'un de câbles respectifs de suspension des barres de commande ou ces deux câbles à la feis viendraient à p;rend@e du mou, la charge élactique assu suffi@ante rée par le ressort contenu dans le boôtier 63 est cheisie pour fais ivoter de boîtier principal 47 aut our de l'axe de @@vot@- @gure 2. deei provequer l'actionn-@@nt de commutateur@ @nve 53 dans de sens des aiguilles d'un montre, sur @@@@ de la nables, décrits plus ioin et la génération résultante d'un signal électrique indiquant que lé poids de la barre n'est plus appliqué aux câbles 11 et/ou 23. Un tambour de câble 67 monté sur un arbre 68 présente une paire de gorges 71 et 73 dans lesquelles les câbles 11 et 23 sont enroulés en sirale. Les câbles sont fixés séparément au tambour au moyen d'éléments d'ancrage pivotants, non représentés, de sorte que, quand les barres sont complètement enfoncées, les c - bles sont entièrement déroulés du tambour et suspendus à leurs éléments d'ancrage pivotants respectifs. L'arbre 68 du tambour est immobilisé axialement, à l'une de ses extrémités, dans le bottier principal 47 par un écrou de blocage 75. L'arbre 68 tourillonne dans le bottier principal 47, au moyen de deux paliers axialement espacés 77 et 79. La séparation convenable entre les paliers 77 et 79 est assurée par un manchon d'espacement 81. I1 est prévu un pignon 83 monté sur le moyeu du tambour 67. Le pignon 83 engrène avec un pignon d'entratnement de tambour à cames 85 monté sur un arbre d'entratnement 87. L'arbre d'entrat- nement 87 tourillonne convenablement dans le bottier principal 47 à l'une de ses extrémités et, à son autre extrémité, dans une cuvette de support de palier 9. La cuvette 89 est fixée au bottier principal 47. Un pignon plus petit 91 est fixé à l'une des extrémités de l'arbre 87 de manière à être entraîné par celui-ci, et engrène avec un pignon d'entratnement de tambour à cames 93. Le pignon 93 est monté sur un tambour à cames et sur un arbre de transmission de position de barre 94, et fait tourner un tambour à cames 95 sur lequel sont disposées une série de cames 97.Un bottier de cames 99, fixé au bottier principal 47, au-dessus du tambour à cames 95, supporte une série de commutateurs 101. Comme on peut le voir sur la figure 1, les éléments d'actionnement des commutateurs traversent le bottier 99 de manière à pouvoir être attaqués parla came 97 dans certaines positions angulaires du tambour à cames 95. La position des barres de commande est ainsi électriquement indiquée par les comrautateurs à cames. En outre, le transmetteur de position de barre, qui comprend-une série de potentiomètres 103, fournit un signal de sortie électrique d'indication de position de barre. Le tambour à cames et l'arbre transmetteur de position de barre 94 sont accouplés par l'intermédiaire du train d'engrenages décrit ci-dessus pour assurer la rotation nécessaire pour la course totale de la barre de commande. Sur le côté du tambour 67 opposé au oignon 83, est disposé un pignon de vis sans fin 105. Le pignon de vis sans fin 105 est maintenu en place par un écran de palier de moyeu de tambour 107 qui protège également le palier 77. Une vis sans fin, non représentée, est en prise avec le pignon de vis sans fin 105 et peut titre entraînée en rotation de l'extérieur du bottier de l'ensemble, de manière à faire à son tour tourner le tambour 67, et à enrouler et dérouler ainsi les cables 11 et 23 en cas de panne du moteur d' entratnement 15. La vis sans fin, non représentée, est normalement désengrenée du pignon de vis sans fin 105, pour réduire l'inertie s'opposant à la rotation du tambour 67 au cours d'un arrat d'urgence. A ltextrémité de l'arbre de tambour 68 adjacente au pignon de vis sans fin 105, un évidement annulaire 109 est prévu dans cet arbre. L'évidement 109 reçoit la périphérie d'une ouverture pra tiquée dans une plaque de support mobile 111. La plaque 111 est sollicitée vers le haut par le ressort, non représenté, contenu dans le bottier 63, de sorte que la périphérie de l'ouverture de la plaque s'engage dans l'évidement 109 sur le côté inférieur de l'arbre 68. Comme précédemment mentionné, la tension du ressort est ajustee de telle façon que l'arbre 68 soit supporté sur un axe sensiblement horizontal en fonctionnement normal. Dans le cas où la charge de l'un et/ou/l'autre des câbles 11 et 23 disparatt, la sollicitation exercée par le ressort contenu dans le boftier 63 est suffisante pour provoquer un déplacement de l'arbre 68 vers le haut par la plaque 111, ce qui fait pivoter tout l'ensemble autour de l'axe de pivotement 53. Il est prévu un commutateur 113 muni d'un élément d'actionnement en contact avec la plaque 111. Lors d'un mouvement de la plaque 111 dt à un câble prenant du mou, le commutateur 113 est actionné et engendre un signal indiquant que l'une et/ou l'autre des barres de commande est ou sont coincées dans les canaux correspondants, ou que l'une de ces barres ou toutes les deux se sont séparées de leur câble de suspension. Pour établir une différenciation entre ces deux conditions, 1-' appareil est actionné dans le sens tendant à ressortir les barres de commande, de sorte que, dans le cas d'un coincement dans les canaux correspondants, le signal d'avertissement de cible mou disparatt. Pour entratner le tambour 67, il est prévu un moteur 15. Ce moteur peut autre d'un type convenable quelconque comportant un rotor a aimant ermanent et un stator bobiné. rien qu'un monere quelconque de eôles auissent être utilisés dans le meteur, le moteur représente est un moteur dichasé comportant seize pôles se rotor et aeux pôles de stator. Plus précisément, le moteur 15 comprend un moyeu de rotor 115 tourillonnant dans un palier 117, monté dans le boîtier principal *7, et dans un palier 119, monté dans le capot d'extrémité 121 du moteur. Un élément de retenue 125 convenablement conformé est monté dans le capot d'extrémité 121, et un boulon 125 le traverse pour immobiliser axialement l'arbre moteur 126.L'arbre moteur 126 est claveté sur le moyeu 115 du moteur, de manière a autre entraîné par celui-ci. Un pignon 127 est claveté sur l'arbre moteur 126 et engrène avec le grand pinon d'entraînement principal 129 du tambour 67. Ainsi, lors d'une rotation de l'arbre moteur, le tambour 67 est lui-même entratné par l'intermédiaire d'un engrenage réducteur. Comme précédemment décrit, le moteur 15 comprend seize pôles de rotor. L'unde ces pôles de rotor est représenté sur la figure 2 en 131 ; il est fi.é au moyeu 115 par un boulon de montage convenable 133. Les pôles du rotor comprennent des aimants permanents Les deux pâles du stator sont, par contre, constitués par des pô- les bobinés diphasés, dont l'un est indiqué en 175 sur la figure 2. L'enroulement du pôle$ de stator 135 est indiqué en 137, et il peut être considéré comme l'enroulement de sinus. Des fils électriques 139 sont prévus pour l'enroulement 137 et, dans le mode de réalisation représenté, ils sont destinés à être branchés sur une source de courant alternatif diphasé.En utilisant un rotor à aimants permanents, on évite un collecteur et des balais dans la construction du moteur 15. De préférence, les deux enroulements du stator sont physiquement en quadrature. Le circuit magnétique est conçu de telle façon que le flux traversant chacun des enroulements varie sinuseidalement en fonction de la position du rotor sur 3@C . Cette disposition est représentée sur les fiures ) et 4.On tam asser à travers chacun aes enteulenents du sator un ceurant qui présente également und variation d'amplitude si@soîdale en f@@ tion d@ la po@ltien de @'arbre, @@ hase avec le flux passant aa.s l'err:ulement. @ette part@@@a- @lté est égale@e@t @@diquée @ur @es figures 3 et 4 en tra@t @n- terrempu. Le @@@@@e enge@aré ar@e moteur est @@@@@@@@@el au pro- duit du @@@@ ar@@@ coura@t La contrlbution de @nacun des deux enroulemenvs du stator au couple de Sortie du moteur est repré sete qualitativement sur la figure 5. Le alcul quantitatif du couple peut être effectué par application de fonnules bien connues dans la technique, et ne sera pas décrit en détails ici. Pour assurer un fonctionnement convenable du moteur tel que le courant traversant chacun des enroulements du stator varie sinusoîdalement avec la position de l'arbre, on utilise un resolveur 141. Cette disposition est visible sur la figure 6 où le resolveur 141 est entraîné par l'arbre moteur, les enroulements de sortie du resolveur étant en phase avec les enroulements du moteur. Les enroulements de sortie du resolveur sont indiqués en 143 et 145 ; ils sont respectivement connectés à des démodulateurs convenables 147 et 149. Après avoir été démodulées dans les démodulateurs 147 et 149, les sorties respectives des enroulements 143 et 145 sont amplifiées dans des amplificateurs respectifs 151 et 153. Les sorties des amplificateurs 151 et 153 sont alors appliquées aux enroulements de stator respectifs 137 et 157, respectivement.Des moteurs et des systèmes d'entralnement à moteur du type décrit sont connus dans la technique et, par conséquent, une description plus complète du fonctionnement du moteur 15 est considérée comme inutile. Les barres de commande 12 et 25 sont d'un poids constant mais, étant donné que les câbles de support 11 et 23 sont enroulés en spirale sur le tambour 67, le couple de sortie du moteur nécessaire dépend des rayons respectifs des spirales. En conséquence, ce couple varie avec les positions respectives des barres de commande. Etant donné qu'aucun contrepoids n'est prévu pour compenser la masse des barres de commande, le couple exercé sur le noteur est toujours de mme sens, quel que soit le sens de rotation du moteur.Pour Laire fonctionner le tambour 67 de manière à soulever les barres de commande, on choisit le courant alternatif appliqué au moteur 15, de préférence à une fréquence de l'ordre de 50 Hz, d'une amplitude assurant un couple de sortie suffIsant pour vaincre le couple exercé sur le moteur en sens inverse par le poids des barres de commande, ce qui provoque le soulèvent de celles-ci.Par contre, lorsque les barres de commande doivent autre abaissées, l'amplitude au courant appliqué au moteur est choisie telle qtie leDouple de sortie du moteur soit inférieur à celui qui est aûpliqué par les barres, en permettant ainsi a ces verrières de faire to@@@er e tambour @ l'encontre du couple appliqué à celui-ci par le moteur, ce qui permet l'a bassement des barres dans le coeur. Pour maintenir les barres de commande à une position choisie, on utilise une source de courant continu 161. La source de courant continu 161 est capable d'appliquer sélectivement aux enroulements 137 et 157 un courant continu d'une grandeur suffisante pour maintenir le rotor du moteur 15 fixe et, par conséquent, pour suspendre les barres de commande à une position fixe. Un autre mode de fonctionnement du système peut-être un mouvement pas-à-pas des barres par petits incréments. A cet effet, on peut appliquer de courtes impulsions de courant alternatif d'amplitudes différentes. En cas d'urgence exigeant un arrSt rapide du réacteur, tout le courant continu ou alternatif est complètement coupé du moteur 15. Le couple appliqué, par l'intermédiaire du tambour, au moteur par le poids des barres de commande, provoque une rotation du tambour et du rotor du moteur, cependant que les barres de commande tombent sous l'action de la pesanteur dans le coeur du réacteur. Dans ces conditions, le rotor à aimants permanents du moteur provoque la génération d'un courant dans les enroulements du stator de celui-ci. Chacun desdits enroulements de stator comporte une résistance 163 branchée à ses bornes. L'énergie ainsi engendrée, lors d'un arrêt d'urgence, dans les enroulements de stator du moteur,est dissipée à travers les résistances 163, ce qui se traduit par une limitation de la vitesse des barres de commande. La valeur des- résistances est choisie de manière à limiter la vitesse des barres de commande lors d'un arrêt d'urgence à un niveau nominal prédéterminé. Grâce à cette disposition, aucune commutation n'est nécessaire pour faire passer l'appareil d'un mode de fonctionnement normal à un mode de freinage dynamique au cours d'un arrêt d'urgence, étant donné que les résistances sont branchées aux bornes des enroulements en permanence. Si on le désire, on peut rendre les résistances 163 variables, ce qui permet un contrôle précis de la vitesse des barres de commande lors d'un arrêt d'urgence. On voit donc que l'invention permet de réaliser un système d'entrarnement de barres de commande perfectionné pour réacteur nucléaire. Les couples d'actionnement du système d'entratnement des barres de commande, en fonctionnement normal et lors d'un freinage rétroactif deS barres de commande au cours d'un arrêt d'urgence, sont assurés par un même moteur d'entraInement à aimants permanents sans balais. En outre, un contre de la vitesse de chute libre des barres de commande au cours d'un arrSt d'urgence par gravité est assuré, sans qu'il soit nécessaire de pré h' voir, à cet effet, une énergie électrique ou/autre dispositifs d'amortissement mécaniques. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit ; elle est susceptible de nombreuses variantes selon les applications envisagées sans qu'on s'écarte pour autant du cache de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système d'entr@ônement de @arres @@ @ommande pour réacteur nucléaire, du ty e compre a@t au moins un câ@le de sus@en- sion de @arres @e commande, un mécantis@e rotat@@@ por@ enrou@er et dérouler ce câble de manière ajuuster la position a'une barre de commande suspendue à ce@ui-ci, et unmoteur lié au mécanisme retatif pour l'entraîner de manière à enrouler le câble, ledit système étant caractérisé en ce que ledit moteur est capable de fournir un couple antagoniste d'une grandeur permettant au câble de se dérouler du mécanisme rotatif à une vitesse contrôlée, ledit moteur comportant un rotor à aimants permanents et un stator bobiné, des moyens de commande pour appliquer un courant alternatif d'une tension pouvant être choisie au moteur pour enrouler et dérouler le câble sous l'action du mécanisme rotatif et pour couper le courant du rotor au cours d'un arrêt d'urgence du réacteur, et des moyens de résistance, branchés aux bornes des enroulements du stator du moteur, pour assurer un freinage dynamique du mécanis- me rotatif par ie moteur, lorsque le courant de celui-ci est cou p au cours d'un arrêt d'urgence du réacteur. 2. Système d'entraîneet de barres de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande comprennent des moyens pour appliquer un courant continu au moteur de ânière à maintenir le mécanisme rotatif dans une position fixe. 5. Système d'entraînetent de barres de commande suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moteur comprend plusieurs pôles, et en ce que le courant alternatif précité est polyphasé. 4. Système d'entraînement h barres de commande suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rotor comprend seize p8les, en ce que le stator comprend une paire d'enroulements en quadrature de phase, et en ce que le courant alternatif est diphasé. t. Système d'entraînement de barres de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 *, caractérisé en ce qu il comprend deu câbles enr ulés et déroulés par le mécanisme rotatif, cacn de ces câbles étant capable d'assurer la suspension d'une barre de commande. 6. Ststème d'entraînement de @arres de commande suivant l'une quelconque ces revendications @ 5, caractérisé en ce que le mécanisme rotatif comprend un tambour de câble ou de câbles et un train d'engrenages accoé avec ce@@@@@