Brevet FR2254091A1 — publié le 19750704

La présente invention se rapporte à une cuve sous pression pour un réacteur nucléaîre, cette cuve étant constituée par plusieurs viroles en acier reliées~entre elles par des soudures circulaires. De telles cuves sont soumises à des contraintes très élevées. Ainsi, dans le cas de réacteurs à eau sous pression qui constituent une application préférée de l'invention, les pressions à-l'intérieur de la cuve atteignent plus de 160 bars.En meme temps, les températures stélèvent à plus de 3000c. Si lton tient en outre compte des dimensions (les cuves sous pression pour des réacteurs de puissance modernes de, par exemple, 3000 MW th présentent un diamètre de 4 m ou davantage pour une hauteur d'au moins 10 m) , il apparatt que l'acier utilisé comme matériau pour les cuves était jusqu'à présent sollicité aussi fortement que possible. On a donc cherché, en observant des facteurs de sécurité usuels appliqués pour tenir compte d'influences de charge difficilement contrôlables, à pousser les sollicitations de l'acier jusqu'au voisinage de la limite d'allongement afin de réduire les dépenses de matériau. En outre, la qualité des cordons de soudure est considérée comme étant d'autant moins bonne que l'épaisseur du cordon de soudure est importante, et c'est également une des raisons pour lesquelles on cherchait à donner aux parois des cuves sous pression une épaisseur aussi faible que possible correspondant aux contraintes admissibles. La présente invention a pour but de permettre une économie supplémentaire dans la construction de réacteurs nucléaires,en particulier lorsque ces derniers doivent etre~installés en tant que centrales nucléaires au voisi-nage de régions à forte densité de population. Ce but est atteint d'une manière surprenante par le fait que, contrairement à la tendance en vigueur Jusqu a présent, la cuve sous pression pour le réacteur est dimensionnée de façon plusisportante. En effet, selon l'invention, la tension-axiale s'établissant pendant le fonctionnement, en particulier sous la pression de fonctionnement, s'élève au maximum à 20 % de la limite d'allongement. La cove sous pression conforme à l'invention pour réacteurs est réalisée avec une plus forte épaisseur de paroi pour respecter la limite de contrainte indiquée. Cette cuve exige donc des dépenses de matériau plus importantes. Les cordons de soudure devant êtrbéalisés sur la cuve sous pression sont alors également plus cofteux. Malgré cela, une centrale équipée d'une cuve sous pression conforme à l'invention est, dans l'ensemble, moins conteuse que d'autres cen-trales nucléaires étudiées ou construites jusqu'à présent, dont les réacteurs doivent répondre à des impératifs de sécurité déterminés. L'invention fait appel au fait qu'une rupture fragile de la cuve est exclue sous une contrainte s'élevant au maximum à 20 % de la limite d'allongement. Pour cette raison, il est possible, dans un réacteur nucléaire équipé d'une cuve sous pression conforme à l'invention, de renoncer à l'utilisation d'un dispositif de protection contre l'éclatement, dispositif qui doit empêcher une projection de frag ment s en cas de rupture de la cuve sous pression et qui doit procurer une structure assurant le-refroidissement du coeur du réacteur.Comparativement au coût de tels dispositifs de protection contre l'éclatement, le supplément de dépenses impliqué par la réalisation de la cuve sous pression conforme à l'invention est insignifiant, ce qui permet dans l'ensemble des économies considérables lors de la construction de réacteurs. nucléaires protégés contre l'éclatement. Avec des centrales nucléaires de la gamme de puissance usuelle actuellement de 1000 Ne ou davantage, on peut ainsi réaliser des économies de plusieurs millions de francs. Le but de l'invention peut être atteint , non seulement par une augmentation de l'épaisseur de paroi de la cuve sous pression, mais également par la mise en oeuvre de moyens supplémentaires pour réduire les tensions -axiales. On peut ainsi avantageusement réduire la tension axiale par des cabres de tension ou tirants posés entre la bride de la cuve recevant le couvercle et le fond de la cuve. A cet effet, on peut faire appel à un anneau de tension engagé entre la bride de la cuve et le couvercle et recevant une extrémité des tirants. L'autre extrémité des tirants peut être ancrée dans une calotte de tôle coiffant le fond sphérique de la cuve sous pression.Les tirants peuvent, de façon usuelle, être mis sous tension préalable, par exemple par voie hydraulique.Cependant, on peut également dimensionner ces tirants de manière qu'une tension préalable ne sty établisse que sous 11 effet de la di latation que subit la cuve sous pression du réacteur lors de l'échauffement à la température de service. Dans ce cas, les tirants doivent être refroidis. Pour mieux mettre en évidence l'objet de l'invention on va se référer au dessin annexé dont la figu re unique illustre une cuve sous pression de réacteur confor me à l'invention prévue pour un réacteur de puissance à eau sous pression de 1300 MWe, à quoi correspond une puissance thermique d'environ 4000 NW. La cuve sous pression du réacteur est placée dans une fosse 1 d'un blindage 2 en béton. La cuve se compose d'une partie inférieure de cuve 3 et d'un couvercle 4 fixé à l'aide de vis 5 indiquées en tirets à une bride 6 de --la partie inférieure 3. La partie inférieure 3 comprend une zone cylindrique~8 ayant une longueur d'environ 5 m et à peu près le meme diamètre. Cette zone est co-m---poeséede-5 viroles d'acier reliées par soudage.Les cordons de soudure sont indi qués en 10. En dessous de la zone cylindrique 8 est soudé un fond hémisphérique 11 qui est adapté au diamètre de la zone cylindrique 8. Au-dessus de la zone 8, le diamètre extérieur de la cuve sous pression du réacteur augmente car une bague 12 de plus grande épaisseur sur laquelle sont prévues huit tubulures 14 réparties uniformément sur le pourtour de la cu- ve est ici fixée par soudage. Les tubulures 14 débouchent dans les conduites de réfrigérant principal 15. On reconnatt que dans la cuve sous pression conforme à l'invention, une fente 16 est prévue entre le couvercle 4 et la bride 6. Un anneau 17 formant bride rt présentant un profil en équerre visible sur la figure ést en gagé dans cette fente. A cet vanneau 17 sont accrochés, par exemple cent câbles de tension ou tirants 18 répartis sur le pourtour de la cuve, chacun de ces tirants ayant un diamètre de, par exemple, 36 ma. Les extrémités inférieures des ti rants 18 sont ancrées dans une calotte en t81e 19 qui coiffe le fond hémisphérique 11. A l'aide d'écrous 20 prévus dans l'exemple de réalisation représenté aux deux extrémités des tirants 18, on donne à ces derniers une t-ension préalable aussi uniforme que possible. En réaction à la tension de traction de ces tirants, la cuve sous pression est soumise à une tension de compression. Les tirants exercent dans leur ensemble une tension telle sur la cuve sous pression que la tension axiale s'établissant pendant le fonctionnement et en particulier sous l'effet de la pression interne par exemple de 178 bars ne s'élève, dans la paroi de la cuve sous pression, qu'à moins de 20 % de la limite d'allongement. Cela est valable en premier lieu pour la zone cylindrique médiane 8 où la tension axiale présente sa plus grande valeur. Si l'on suppose, par exemple, que l'acier utilisé pour la construction de la cuve sous pression présente une limite d'allongement e 35 daN/mm2 , la tension axiale doit s'élever au maximum à 7 daN/mm . Pour un diamètre intérieur de 5 m, la force axiale résultant de la pression interne s'élève à 35-x 106daN. Pour une épaisseur de paroi de 250 mm, cela donne une tension de traction de 8,4 daN/mm2 Les tirants 18 de la cuve sous pression conforme à 1' inven- tion sont donc établis de manière qu'ils supportent, pendant le fonctionnement normal, une force de 6,3 x 106 daN. Pour ce cas, la tension subsistant dans l'acier de la cuve sous pression ne s'élève alors qu'à environ 7 daN/mm2, donc à 20% de la limite d'allongement. En cas d'échauffement depuis la tem- pérature ambiante (environ 200 O) à la température de fonctionnement (environ 320 C), la dilatation thermique de la partie inférieure 3 de la cuve sous pression s'élève à 35 mm. Si l'on donne aux tirants 18 à l'état froid un jeu de 27,3 mm, jeu qui est réglable à l'aide des écrous 20, les tirants sont allongés de 7,7 mm lors de la dilatation de la cuve sous pression. Par suite du module d'élasticité de l'acier des tirants 18, cet allongement établit, dans les 100 câbles d'un diamètre de 36 mm chacun, la force désirée de 6,3 x 10 daN . Dans les conditions de fonctionnement, la cuve sous pression du réacteur subit donc une tension axiale qui n'est pas supérieure à 7 daN/mm2 . Ainsi, une rupture fragile de la cuve sous pression est exclue et le dispositif de protection contre l'é-clatement, normalement nécessaire, peut être supprimé. REVEND I CAT IONS 1. Cuve sous pression pour un réacteur nucléaire,- de préférence pour un réacteur à eau sous pression, cette cuve étant composée de plusieurs viroles en acier reliées entre elles par des soudures circulaires, caractérisée par le fait que la tension axiale s'établissant dans la cuve dans les conditions de fonctionnement, en particulier sous la pression de fonctionnement, s'élève au maximum à 20 * de la limite d'allongement du matériau de la cuve 2. Cuve sous pression suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la tension axiale est réduite par des cibles de tension ou tirants disposés entre la bride que comporte la cuve pour recevoir le couvercle et le fond de la cuve sous pression. 3. Cuve sous pression suivant la revendication 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte un anneau de tension engagé entre la bride et le couvercle et recevant une extrémité des tirants. 4. Cuve sous pression suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que l'autre extrémité des tirants est ancrée dans une calotte de tale coiffant le fond hémisphérique-de la cuve sous pression