Brevet FR2211717A1 — publié le 19740719

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement de secours du réacteur nucléaire dJune installation à turbine à gaz fonctionnant en circuit fermé, dont la voie d'écoulement sans fin pour le fluide de transmission de puissance contient successivement un compresseur, le réacteur nucléaire et une turbine. Pendant le fonctionnement normal, sans incident, d'une installation à turbine à gaz fonctionnant en circuit fermé, la chaleur engendrée par le réacteur nucléaire est dissipée par le jet de fluide de transmission de puissance de l'installation à turbine à gaz. Si, par suite d'un incident, par exemple la rupture d'un tuyau la quantité de fluide de pression qui est débitée à travers le- réacteur est réduite ou devient nulle, la chaleur encorde contenue dans le réacteur, et engendrée par ce dernier, doit & re dissipée par un dispositif refroidisseur de secours. Dans un dispositif de secours connu de ce genre, on prévoit un ventilateur ou une soufflante de refroidissement qui possède son dispositif d'entralnement propre et qui, en cas d'un refroidissement en catastrophe, fournit un réfrigérant au réacteur, ce réfrigérant pouvant, par exemple, entre du fluide de transmission de puissance refroidi. Comme en cas d'incident le teVfroidissement de secours doit commencer immédiatement, surtout S'il s'agit d'un réacteur rapide, la soufflante doit constamment tourner avec la turbine, meAme si ce n'est qu'au ralenti, ce qui implique une perte de puissance pour l'installation. Lorsque 11 installation comporte plusieurs groupes générateurs comportant chacun un compresseur et une turbine, on peut employer pour le refroidissement de secours un de ces groupes en le faisant actionner par son moteur de démarrage. Mais l'énergie consommée par le moteur de mise en marche fonctionnant ainsi est très élevée et il faut donc prévoir un groupe générateur de secours très grand. La présente invention a pour objet de permettre un refroidissement de secours qui est d'un effet s & dont la réalisation ne demande que des frais de construction peu importants, qui,pendant le fonctionnement normal de 1-' installation à turbine à gaz, n'absorbe pratiquement aucune énergie et qui n'en absorbe que très peu pendant le refroidissement de secours. Ce but est atteint par un dispositif refroidisseur de secours du type décrit ci-dessus du fait qu'un des étages du compresseur est actionné par un dispositif moteur indépendant de l'installa tion à turbine à gaz, qu'un réfrigérant précède cet étage de compresseur actionné séparément, que ce dernier toarne avec l'instal- lation à turbine à gaz quand celle-ci fonctionne normalement et que, lorsque surviens un incident exigeant un refroidissement de secours, cet étage du compresseur sert de soufflante de réfrigération, réglable à la puissance de refroidissement souhaitée. Il est en outre avantageux de prévoir, pour le fluide de transmission de puissance, une conduite de retour du réacteur nucléaire équipée d'un organe d'arrêt et qui relie la sortie du réacteur à l'entrée de l'étage du compresseur actionné séparément, le réfrigérant précédant cet étage du compresseur étant disposé sur le chemin du fluide de transmission de puissance qui s'écoule à travers cette conduite de retour. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse, l'étage du compresseur à entranement séparé tourne pendant le fonts tionnement normal de l'installation à turbine à gaz avec une puissance réduite en comparaison de son fonctionnement comme dispositif de refroidissement'de secours. Et de plus, il est avantageux de prévoir une conduite de dérivation pour le fluide de transmission, équipée d'une soupape-de retenue et qui by-passe 11 étage du compresseur à entranement séparé. De préférence, le dispositif moteur actionnant l'étage du compresseur à entraînement séparé est réglé à un moment de rotation constant d'une valeur égale à celle nécessaire pour le moment de rotation en cas de refroidissement de secours. L'invention sera décrite plus en détail à l'aide du dessin annexé qui en illustre schématiquement plusieurs exemples de réalisation. Sur ce dessin La figure î est une représentation schématique d'une installation à turbine à gaz fonctionnant en circuit fermé, conforme à l'invention La figure 2 est une coupe de l'enceinte du réacteur de l'installa tion montréé à la figure 1 ; et La figure 3 est une représentation schématique de l'installation à turbine à gaz en une forme de réalisation modifiée. L'installation illustrée par les figures 1 et 2 comporte un compresseur composé de trois étages il, 12, 2 un réacteur nucléaire 2 et une turbine 3 disposés dans l'ordre qu'on vient de donner dans le sens de l'écoulement du fluide de transmission de puissan ce, dans le circuit fermé 4. Ce circuit contient en aval de la turbine 3 un récupérateur 5, ensuite un réfrigérant préliminaire 6 entre ce dernier et l'étage il du compresseur et un réfrigérant intermédiaire 7 entre les étages 1 1 et 12 du compresseur. Une conduite de retour 8 du réacteur est branchée sur le circuit 4 à un point situé entre le réacteur 2 et la turbine 3 et cette conduite débouche à nouveau dans le circuit 4 en un point situé entre le récupérateur 5 et l'étage 13 du compresseur. Cette conduite de retour 8 relie donc la sortie du réacteur 2 à l'entrée de l'étage 13 du compresseur. Cet étage 19 du compresseur est actionné séparément par un dispositif d'entratnement 9 indépendant de l'installation à turbine à gaz, dans le cas d'espèce par un moteur électrique. Cet étage de compresseur 17 est précédé par un réfrigérant 10 disposé dans la conduite de retour 8. Pendant le fonctionnement sans incident de l'installation à turbine à gaz, l'étage 13 actionné séparément du compresseur tourne à la cadence normale de l'installation, et en cas de refroidissement de secours, il fait fonction de soufflerie réfrigérante et il peut Btre réglé à la puissance de refroidissement souhaitée. Pendant le fonctionnement normal de l'installation, l'étage 13 du compresseur tourne avec une puissance réduite en comparaison de sa puissance prévue pour le refroidissement de secours et la puis sance absorbée par cet étage de compresseur l 3 actionné séparément peut alors être si faible que le fluide de transmission y passe tout simplement sans subir une augmentation de sa pression. Pour agrandir encore davantage la section de passage du fluide parcourant le circuit 4 à l'endroit de l'étage l 3 du compresseur pendant le fonctionnement normal de l'installation, il est prévu pour le fluide de transmission de puissance une conduite de dérivation 11 équipée d'une soupape de retenue 12, qui by-passe l'étage 1 du comptes seur. Les étages 11 et 12 du compresseur et la turbine 3 sont montés sur un arbre commun avec un générateur 13. Ce groupe générateur ainsi que le récupérateur 5, le réfrigérant préliminaire 6 et le réfrigérant intermédiaire 7 sont disposés dans un espace 14. Quand le refroidissement de secours intervient, par exemple lorsqu'une rupture d'un tuyau a lieu dans l'espace 14, la pression du fluide parcourant le circuit 4 tombe vite à une faible pression d'équilibrage. L'étage 13 du compresseur qui suit pendant le fonctionnement normal de l'installation à turbine à gaz, sous une haute pression et en absorbant un minimum d'énergie, est alors porté sous une pression plus basse à une puissance supérieure pour faire fonction de soufflante de refroidissement et il déplace vers le réacteur nucléaire 2 la quantité de fluide de transmission nécessaire pour le refroidissement de secours.La partie du circuit 4 située à l'extérieur de l'espace 14 est alors court-circuitée par la conduite de retour 8 au réacteur, de sorte que le fluide traverse un circuit comprenant le réfrigérant 10 l'étage l 3 du compresseur et le-reac- teur nucléaire 2, la soupape de retenue 12 dans la conduite de dérivation il du compresseur étant fermée. Le dispositif moteur 9 de l'étage de compresseur 15 à entraine- ment séparé est réglé à un moment de rotation constant. Et la valeur de ce moment est égale à celle du moment de rotation nécessaire pour le refroidissement de secours. C'est ainsi que la quantité de chaleur prélevée du réacteur nucléaire s'adapte automatiquement aux conditions régnant en cas d'incident. lorsque le fluide de transmission de puissance est encore soumis à une pression supérieure, lté- tage de compresseur 13 fonctionne à une moindre vitesse ; si la pression du fluide baisse, la vitesse de l'étage 13 du compresseur monte. La conduite de retour 8 du réacteur contient un organe d'arrêt 15. Dans le circuit 4, un organe d'arrêt 16 est prévu immédiatement en amont de l'endroit où la conduite de retour 8 débouche. Pendant le fonctionnement normal et non perturbé de l'installation à turbine à gaz, l'organe d'arrêt 15 est fermé tandis que l' organe d'arret 16 est ouvert. Pendant le fonctionnement du refroidissement de secours, l'organe d'arrêt 15 est ouvert et l'organe d'arrêt 16 est fermé. L'augmentation de la pression à l'étage de compresseur l 3 qui est entratné séparément est, pendant le fonctionnement normal de l'installation, moindre que la chute de pression dans le réacteur nucléaire. Par conséquent, l'organe d'arret 15 de la conduite de retour 8 peut être une soupape de retenue. Et pour faire fonction de l'organe d'arret 16 une soupape de retenue est également suffisante. Comme on le distingue à la figure 2, l'étage de compresseur à entraînement séparé est encastré dans une paroi de l'enceinte de réacteur nucléaire 17. la conduite de retour 8 au réacteur avec le réfrigérant 10 est également noyée dans cette paroi. La conduite de dérivation 11, qui by-passe le compresseur, présente, comme on le distingue à la figure 2, une section annulaire et elle est réalisée sous forme d'une jaquette entourant étage de compresseur 1 . L'installation à turbine à gaz illustrée schématiquement par la figure 3 présente trois étages de compresseur 11, 12 et 1 , qui se suivent dans un circuit fermé 4. Le chiffre de référence 5 désigne un récupérateur, 6 désigne un réfrigérant préliminaire et 7 deux 2 réfrigérants intermédiaires. les étages 12 et 13 du compresseur ainsi que la turbine 3 sont montés sur le mme arbre que le générateur 13, mais le premier étage de compresseur 1 est actionné séparément par un dispositif de commande 9 indépendant de 1' installati- on à turbine à gaz, c'est-à-dire dans le cas illustré par un moteur électrique.Dans ce cas, une conduite de retour 8 au réacteur mène d'un point du circuit 4 situé entre le réacteur nucléaire 2 et la turbine 3 à un point qui se trouve immédiatement en amont du réfrigérant préliminaire 6 de ce circuit.4. En amont de ce dernier point, un organe d'arrêt 16 est prévu dans le circuit. La conduite de retour. 8 au réacteur est équipée d'un organe d'arrêt 15. Le circuit 4 présente un organe d'arrêt 18 entre l'étage de compresseur 11 et l'étage 12. De l'étage de compresseur 11, qui est actionné par un dispositif d'entraSnement séparé, une conduite de refroidissement 20 équipée d'un organe d'arret 19, qui by-passe les autres étages 1 et 13 du compresseur, va vers l'entrée du réacteur nucléaire 2. A proximité immédiate, en amont du point auquel la conduite de refroidissement 20 débouche dans le circuit 4, un organe d'arrêt 21 est monté dans ce dernier. Pendant le fonctionnement normal et sans incident de l'installation à turbine à gaz, les organes d'arret t5 et 19 sont fermés tandis que les organes d'arrêt 16, 18, 21 sont ouverts. Pendant le fonctionnement du refroidissement de secours, les organes d'arret 16, 18 et 21 sont fermés et les organes d'arret 15 et 19 sont ouverts. Et les organes d'arrêt 16, 19 et 21 sont réalisés sous forme de soupapes de retenue, si bien qu'ils ferment et ouvrent automatiquement. Seulement les organes d'arrêt 15 et 18 demandent à etre commandés. Tandis que, dans la forme de réalisation selon les figures 1 et 2, 11 étage de compresseur à entratnement séparé, c'est-à-dire l'é tage 1 , est disposé dans le circuit 4 à proximité immédiate en amont du réacteur nucléaire 2 et que le réfrigérant qui précède cet étage, c'est-à-dire le réfrigérant 10, est situé dans la conduite de retour 8 du réacteur, l'étage de compresseur séparément actionné de l'exemple de réalisation selon figure 3, c'est-à-dire l'étage de compresseur 1, est monté dans le circuit 4 du fluide en amont d'un autre étage de compresion, c'est-à-dire en amont des étages 1 et 1 . Un réfrigérant séparé 10 est donc inutile puisque le réfrigérant préliminaire 6 du circuit 4 est mis à profit pour le refroidissement de secours. Il est vrai que, dans la forme de réalisation selon la figure 3, les organes d'arrêt 15 et 18 doivent être actionnés du dehors, mais on fait l'économie d'un réfrigérent supplémentaire et l'étage de compresseur à entraïnement indépendant travaille à un niveau de pression faible, aussi bien pendant le fonctionnement normal de l'installation à turbine s gaz qu'au cas du refroidissiment de secours. En outre, l'étage de compresseur 1 à entraînement indépen- dant peut entre utilisé pour la 'tise en marche de l'installation à turbine à gaz. tans l'une et l'autre des formes de réalisation de l'invention, l'étage de compresseur à entraînement séparé (1 ou 1) peut présenter des aubes directrices et/ou des aubes mobiles à ajuster pour la variation de la puissance. La constance du couple de rotation peut Astre assurée dans ie dispositif d'entraînement 9, qui est un moteur électrique, en main- tenant constant le courant électrique absorbé- A cet effet, la fré- queno et par conséquent la vitesse du moteur électrique (moteur synchrone) et donc aussi celle de l'étage de compresseur à entraî ne: ent séparé est réduite en cas d'accroissement du courant, e vi- ce versa. REVEM)ICÂTI0NS i.- Dispositif pour le refroidissement de secours du réacteur nu nucléaire d1une installation à turbine à gaz fonctionnant en cir cuit fermé, dont la voie d'écoulement sans fin pour le fluide de transmission de puissance contient successivement un compres- seur, le réacteur nucléaire et une turbine, caractérisé en ce qu'un des étages du compresseur est actionné par un dispositif moteur indépendant de l'installation à turbine à gaz, qu'un ré frigérant précède cet étage de compresseur actionné séparément, que de dernier tourne avec l'installation à turbine à gaz quand celle-ci fonctionne normalement et que, lorsque survient un in cident exigeant un refroidissement de secours, cet étage du co presseur sert de soufflante de réfrigération réglable à la puis sance de refroidissement souhaitée. 2.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une conduite de retour du réacteur nucléaire est pré vue pour le fluide de transmission de puissance équipée d'un organe d'arrêt et qui relie la sortie du réacteur à 11 entrée de 11 étage du compresseur actionné séparément, le réfrigérant prévu cédant cet étage du compresseur étant disposé sur le chemin du fluide transmission de puissance qui -1écoule à travers cet-! te conduite de retour. 3.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage de compresseur à entraînement séparé tourne pendant le fonctionnement normal de l'installation à turbine à gaz avec une puissance réduite en comparaison de son fonction nement- comme dispositif de refroidissement de secours. 4.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif moteur actionnant 11 étage du compres seur à entraînement séparé est réglé à un moment de rotation constant d'une valeur égale à celle nécessaire pour le moment de rotation en cas de refroidissement de secours. 5.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu pour l'écoulement du fluide de transmis sion de puissance une conduite de dérivation équipée d'une sou pape de retenue et qui by-passe l'étage de compresseur à en traînement indépendant. 6.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étage de compresseur à entraînement indépendant est disposé à proximité immédiate en amont du réacteur nucléaire dans le circuit du fluide de transmission de puissance et que le réfrigérant précédent cet étage de compresseur est disposé tans la conduite de retour du réacteur. 7.- Dispositif renroidisseur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'augmentation de la pression à l'étage de compres seur entraîné séparément est, pendant le fonctionnement normal de l'installation, moindre que la chute de pression dans le ré acteur nucléaire et que l'organe d'arrêt monté dans la condui te de retour du réacteur est une soupape de retenue. 8.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la conduite de dérivation qui by-passe l'étage de compresseur à entrainement indépendant présente une section annulaire et qutelle -est réalisée 30US forme de jaquette en tournant cet étage du compresseur. 9.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un organe d'arrêt est prévu immédiatement en ar.snt de 11 endroit où la conduite de retour du réacteur débouche dans le circuit du fluide de transmission de puissance. 10.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que étage de compresseur à entraînement séparé est en castré dans la paroi de 11 enceinte du réacteur. 11.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la conduite de retour du réacteur nucléaire est en castrée dans la paroi de l'enceinte de ce dernier 120- Dispositif refroidisseur selon la revendication i, caractérisé en ce que ltétage de compresseur à entraînement séparé presen- te des aubes directrices et/ou des aubes mobiles à ajuster pour faire varier sa puissance. 13.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étage de compresseur à entraînement indépendant est disposé dans le circuit du fluide de transmission de puissance en amont d'un autre étage ou de deux étages du compresseur. 14.- Dispositif refrcidisseur selon la revendication 13, caractéri sé en ce qu'une conduite de refroidissement est prévue qui va de la sortie de 11 étage de compresseur à entraînement indépen- dant à l'entrée du réacteur nucléaire et by-passe le ou les au tres étages, un organe d'arrêt étant prévu dans cette conduite. 15.- Dispositif refroidisseur selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étage de compresseur à entraîment indépendant est utilisé pour la mise en marche de l'installation à turbine à gaz.