Brevet FR2282144A1 — publié le 19760312

La présente invention est relative à un dispositif d'obturation à commande thermique, adapté notamment à isoler un espace annulaire délimité entre, d'une part,une virole cylindrique ou analogue appartenant à la dalle horizontale de fermeture de la cuve à axe vertical d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide et,d'autre part, un composant supporté par cette dalle, ou bien,entre deux composants, montés à rotation et/ou amovibles par rapport à la dalle, vis-àvis des aérosols de métal présents dans une atmosphère d'un gaz neutre surmontant ie niveau du métal liquide dans la cuve. On sait que dans les réacteurs à neutrons rapides refroidis par un métal liquide, habituellement du sodium, le coeur est monté à l'intérieur d'une cuve à axe vertical assurant le confinement d'un volume approprié de ce métal et d'une atmosphère de gaz neutre régnant au-dessus du niveau du métal dans la cuve, celle-ci étant ouverte à sa partie supérieure et suspendue à une dalle de fermeture horizontale, reposant par sa périphérie sur une enceinte de protection à parois épaisses généralement en béton, qui l'entoure. La dalle est traversée par différents composants tels que des pompes, des échangeurs, des bouchons tournants, nécessaires au fonctionnement du réacteur, notamment à la circulation du métal liquide à travers le coeur et à la manutention des assemblages combustible constituant ce dernier. Or, ces composants sont soumis selon les régimes de fonctionnement du réacteur à des variations de température notables, entraînant des dilatations différentielles de leurs structures, ce qui conduit à prévoir des jeux importants entre les composants et les viroles des orifices ménagés dans la dalle pour le passage de ces composants. Ces jeux délimitent sur l'épaisseur de la dalle des espaces annulaires à l'intérieur desquels peuvent se produire, par suite des variations de température enregistrées, des solidifications d'aérosols de métal liquide, nuisant à la bonne marche du réacteur et empêchant notamment le débattement ou l'enlèvement des composants par rapport à la dalle.A titre d'exemple, des dépôts de métal entre la virole et la dalle et un bouchon tournant peuvent gêner, voire empêcher les rotations commandées de ce bouchon et rendre pratiquement impossibles les opérations de manutention sur les assemblages du coeur. La présente invention a pour objet un dispositif d'obturation destiné plus particulièrement à isoler les espaces annulaires existant entre la dalle et les composants mobiles et/ou amovibles, supportés par cette dalle tels que les bouchons tournants ou les corps de pompe ou d'échangeurs traversant la dalle, en évitant dans ces espaces les condensations préjudiciables de métal liquide. Selon l'invention, le dispositif considéré se carac térise en ce qu'il comporte un godet monté sous l'espace annulaire à isoler, ouvert à sa partie supérieure et partiellement rempli d'un volume variable de métal liquide de même nature que celui contenu dans la cuve, ce godet communiquant au-dessus du niveau de métal liquide dans le godet avec l'atmosphère de gaz neutre dans la cuve, une lame cylindrique portée par un composant et noyée par son extrémité inférieure dans le métal liquide du godet, et des moyens de commande pour provoquer automatiquement l'abaissement du niveau du métal liquide dans le godet, de manière à dénoyer la lame lors d'une réduction AT de température du métal liquide, entre une température T1 du métal liquide lorsque le réacteur est en service et une température plus basse T2 lorsque le réacteur est en régime de manutention, et inversement l'élévation correspondante du niveau de métal liquide dans le godet lors d'une augmentation de la température de T2 à T1. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, le godet est divisé en deux compartiments superposés, séparés par une cloison étanche sensiblement horizontale, les moyens de commande du niveau de métal liquide dans le godet étant constitués par des siphons de transvasement de ce métal liquide d'un compartiment à l'autre. Avantageusement, les siphons sont cons titués par des tubes coudés, traversant la cloison étanche du godet et dont les extrémités ouvertes débouchent respectivement dans l'un et l'autre des deux compartiments. De préférence enfin, la lame cylindrique pénètre dans le compartiment supérieur du godet jusqu'à un niveau ssetendant au-dessus de l'extrémité inférieure du siphon ouverte dans ce compartiment. Dans une autre variante de réalisation, les moyens de commande du niveau de métal liquide dans le godet sont directement constitués par la contraction du volume de métal liquide dans ce godet, créée par la variation-de température AT, la hauteur hl de la lame, noyée dans ie métal liquide étant choisie par rapport à la hauteur H du liquide dans le godet,de h manière à ce que le rapport hl soit inférieur au rapport PT1 et PT2 désignant respectivement les masses volumiques du métal liquide à la température T1 et à la température T2. Par exemple, le rapport hl/H est choisi inférieur à 0,075, pour une variation AT voisine de 3000C entre T1 égal à 400OC et T2 égal à 100;C. Avantageusement, pour limiter la hauteur noyée hl de la lame, la contraction du volume de métal liquide est combinée avec un effet de surpression AP, créé dans l'espace annulaire à isoler, pour assurer un débordement hors du godet d'un volume donné de métal liquide. Dans une autre variante de réalisation enfin, le volume de métal liquide débordant'du godet sous l'effet de la surpression hP est augmenté en positionnant la lame noyée dans le godet, de telle manière que la distance L1 de cette lame au bord de déversement soit supérieure à la distance L2 de l'autre bord. D'autres caractéristiques et avantages d'un dlspositif d'obturation à commande thermique établi conformément à l'invention apparaîtront encore à travers la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe axiale partielle d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, refroidi par circulation de métal liquide, illustrant notamment un système à deux bouchons tournants supportés par la dalle de fermeture de la cuve de ce réacteur, muni d'un dispositif d'obturation selon l'lnven- tion, - les figures 2a, 2b, 2c, 2d, illustrent à plus grande échelle le détail du dispositif d'obturation et permettent d'expliciter son fonctionnement pendant la marche du réacteur à différents régimes d'utilisation, - ia figure 3 est également une vue de détail à plus grande échelle également d'une autre variante de réalisation du dispositif considéré. Sur la figure 1, la référence 1 désigne le coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par circula tion d'un métal liquide approprié, notamment du sodium, assurant l'extraction des calories produites par la réaction de fission dans le coeur. Le volume de métal liquide 2, nécessaire au fonctionnement du réacteur, est confiné à l'intérieur d'une cuve ouverte 3 et s'élève dans cette cuve jusqu'à un niveau schématisé en 4, ce niveau étant surmonté dans la cuve par une atmosphère de gaz neutre 5, généralement de l'argon. La cuve 3 à axe vertical, est disposée à I'intérieur d'une enceinte de protection extérieure 7 en béton, qui présente une large ouverture circulaire 8 dans laquelle est montée une dalle horizontale 9 fermant la cuve 3. Cette dalle 9 supporte différents composants nécessaires à la marche du réacteur et notamment un système à deux bouchons tournants, respectivement 11 et 12, comprenant un grand bouchon 11 de forme générale cylindrique traversant un orifice approprié délimité par une virole montée dans la dalle, ce grand bouchon 11 supportant lui-même un petit bouchon 12, disposé à son tour dans un orifice du premier et dont l'axe est décalé latéralement, de telle sorte que les bouchons 11 et 12, par leurs rotations mutuelles combinées, permettent à un organe de manutention (non représenté) porté par le petit bouchon 12, de venir desservir le coeur du réacteur 1 en se positionnant à volonté au-dessus des assemblages combustibles de celui-ci.Le grand bouchon 11 par rapport à la virole de son orifice de passage dans la dalle et le petit bouchon 12 par rapport à la virole de son orifice dans le grand bouchon 11, délimitent ainsi des espaces annulaires 16, en communication avec l'atmosphère de gaz neutre 5 au-dessus du volume de sodium 4 dans la cuve 3, ces espaces annulaires devant être convenablement isolés des aérosols de métal liquide contenus dans cette atmosphère au moyen de dispositifs d'obturation à commande thermique, réalisés conformément à l'invention et dont les figures 2a à 2d, illustrent un premier mode de réalisation. Ce dispositif se compose principalement d'un godet 15 dont l'une des parois latérales 15a est rendue solidaire de la dalle 9 (ou du grand bouchon 11 selon la position de l'espace annulaire 16 intéressé), l'autre paroi 15b également verticale, étant interrompue pour permettre à l'intérieur du godet de communiquer librement avec l'atmosphere de gaz neutre 5. Le fond du godet 15c est horizontal et de largeur supérieure à l'espace annulaire 16 à obturer Le godet 15 est divisé intérieurement par une cloison étanche 18 sensiblement horizontale, selon deux compartiments superposés, respectivement 15d et 15e, communiquant entre eux dans la variante considérée par un ou plusieurs siphons 17, dont l'un en forme de tube coudé, est schématisé sur les dessins de la figure 2.Enfin, à l'intérieur du compartiment supérieur 15d pénètre une lame 19, solidaire selon le cas du grand ou du petit bouchon tournant 11 ou 12, cette lame 19 plongeant dans le godet 15 jusqu'à un niveau approprié, mais dans tous les cas situé au-dessus de l'orifice supérieur du siphon 17. Les figures 2a et 2d permettent d'expliquer le fonctionnement du dispositif pendant la marche du réacteur. La figure 2a illustre notamment le dispositif avant la mise en marche du réacteur, les deux compartiments 15d et 15e étant remplis par le gaz neutre de l'atmosphère 5. La figure 2b représente le même dispositif pendant la marche à pleine puissance, le compartiment supérieur 15d étant partiellement rempli par un volume de métal liquide 20, constitué par les aérosols du métal de la cuve, condensés dans ce compartiment. Sur la figure 2c, le dispositif est représenté pendant une période de manutention sur le coeur du réacteur, où la puissance de ce dernier est ramenée à une valeur pratiquement nulle, la température dans la cuve étant considérablement diminuée par rapport à celle qui est en jeu dans le cas correspondant à la figure 2b. Les deux compartiments 15d et 15e contiennent dans ce cas des volumes de métal liquide, respectivement schématisés en 20a et 20b, le niveau dans le compartiment supérieur 15d étant situé en dessous de l'extrémité inférieure de la lame plongeante 19. Enfin, la figure 2d représente le dispositif pendant la remontée en puissance du réacteur, le compartiment 15d étant cette fois rempli de métal liquide jusqu'à un niveau tel que la lame plongeante soit à nouveau immergée, en isolant de ce fait l'espace 16 de l'atmosphère 5. Lors du démarrage du réacteur, les deux compartiments 15d et 15e du godet 15 en contact avec l'atmosphère 5 sont remplis du gaz de couverture surmontant le niveau 4 du métal liquide dans la cuve 3, ce gaz ayant une pression PO et une tem perature Tg. Au fur et à mesure que le réacteur monte en puissance (figure 2b), le métal liquide dans la cuve s'échauffe pour atteindre à la pleine puissance du réacteur, une tempréature T1 voisine de 400 à 5000 C. Ce gaz se charge de vapeurs du métal liquide qui se condensent partiellement au contact des parois plus froides du godet 15,.et de l'espace annulaire 16, d'où le métal condensé retombe par gravité dans le godet 15.Le compartiment supérieur 15d se remplit progressivement à l'aide de ces condensats qui viennent d'abord obturer les orifices supérieurs des siphons 17, puis fermer totalement la communication avec l'espace annulaire 16 situé au-dessus du godet 15. Cet espace annulaire 16 est alors isolé de l'atmosphère 5 dans la cuve, le gaz contenu dans le compartiment 15e étant également porté à la température T1 et à la pression P1 (si l'on néglige la pression correspondant à la hauteur de métal liquide comprise entre le niveau de celui-ci dans le compartiment 15d et l'extrémité inférieure du siphon 17 dans ce même compartiment) qui règne dans l'atmosphère 5.L'étanchéité des composants portés par la dalle et en particulier les bouchons tournants 11 et 12 est ainsi assurée pendant tout le régime de fonctionnement en puissance du réacteur. En revanche, lors des régimes à plus faible puissance (figure 2c), par exemple au cours des opérations de manutention, la température T2 du gaz dans l'atmosphère 5 et de celui enfermé dans le compartiment 15e du godet 15 se situe entre 150 et 800 C Le volume de gaz emprisonné dans ce compartiment 15e restant constant, la chute de température entraîne corrélativement une chute de pression, le compartiment 15e étant ainsi amené à une pression inférieure à celle du compartiment 15d. Cette différence de pression amorce les siphons i7 et provoque une vidange du compartiment lad ,de telle sorte que le métal liquide qui est contenu dans ce dernier se transvase dans le compartiment inférieur 15e. La lame 19 solidaire du bouchon tournant 11 ou 12 est alors dénoyée et libérée, la rotation relative de ces bouchons pouvant dès lors s'effectuer librement, sans risques de blocage par le métal liquide. Une fois la période de manutention terminée et après la remontée en puissance du réacteur (figure 2d), le gaz de couverture de l'atmosphère 5 et dans le compartiment 15e se retrouve porté à la température T1 et à la pression P1. Le gaz contenu dans le compartiment 15e refoule le métal liquide par les siphons 17 dans le compartiment supérieur 15d, en assurant à nouveau, en combinaison aveca lame 19, l'obturation de l'espace annulaire 16, les conditions de remplissage des compartiments du godet se retrouvant dans la situation de la figure 2b. Bien entendu, il va de soi que dans l'exemple de réalisation précédent, il convient de prévoir un volume suffisant pour le compartiment inférieur 15e du godet 15, afin de pouvoir vidanger le compartiment supérieur 15d pendant les périodes de manutention à falble température à un niveau tel que la lame 19 soit dans tous les cas libérée. Par ailleurs, il convient de calculer le volume de ce compartiment 15d en fonction du volume de métal liquide à évacuer, afin d'éviter qu'un dénoyage prématuré de la lame immergée 19 ne se produise pour des variations de pression inférieures à celles qui correspondent au passage du régime du réacteur en service au régime du réacteur en période de manutention. Dans une autre variante de réalisation illustrée sur la figure 3, on retrouve le godet 15 dont l'un des côtés verticaux 15a est rendu solidaire de la dalle, l'autre côté 15b parallèle au premier étant interrompu pour permettre à ce godet de communiquer normalement avec l'atmosphère du gaz de couverture 5 qui surmonte le niveau du métal liquide 4 dans la cuve 3. On retrouve également dans ce cas la lame 19 solidaire du composant mobile ou amovible, qui plonge à l'intérieur du godet 15.Mais, dans cette variante, l'intérieur du godet n'est plus séparé en deux compartiments superposés communiquant par des siphons ; ce godet est en effet simplement ouvert vers l'extérieur, les dimensions en profondeur du godet et notamment la hauteur totale H offerte au métal liquide à condenser étant choisie par rapport à la profondeur hl de la lame 19 immergée dans le sodium pendant la marche normale du réacteur, de telle sorte que le rapport hl/H soit notamment inférieur à 0,075, cette valeur étant donnée par l'expérience. Dans cette variante en effet, on utilise la variation de la masse volumique du sodium contenu à I'intérieur du godet en fonction de la température. En particulier, pour un abaissement de cette dernière de 4000C en régime normal à 1000C en régime de manutention, cette variation est de l'ordre de 7,5%. Le rapport entre les valeurs de hl et de H étant ainsi fixé, la variation de température mise en jeu conduit à une contraction du métal liquide,de telle sorte que la lame 19 soit dénoyée de façon sûre pour la température considérée, en libérant le composant dont elle est solidaire. En variante de la réalisation précédente, il est possible de combiner à la disposition précédente réalisant l'autodénoyage de la lame mobile par la contraction du métal liquide, une chasse préalable partielle de celui-ci hors du godet, de façon à en réduire le volume. Dans ce cas, la valeur hl de la partie noyée de la lame est ramenée à une valeur inférieure h2 après création d'une surpression convenable AP dans l'espace annulaire. Enfin et selon uneautre variante, le volume du métal liquide à contracter peut être encore diminué, en positionnant la lame 19 dans le godet 15 avec un rapport 11./12 > 1, les valeurs Il et 12 représentant les distances de la lame aux cotés 15a et 15b du godet. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'obturation à commande thermique, adapté notamment à isoler un espace annulaire délimité entre d'une part une virole cylindrique ou analogue appartenant à la dalle horizontale de fermeture de la cuve à axe vertical d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide et d'autre part un composant supporté par cette dalle, ou bien entre deux composants, montés à rotation et/ou amovibles par rapport à la dalle, vis-à-vis des aérosols de métal présents dans une atmosphère d'un gaz neutre surmontant le niveau du métal liquide dans la cuve, caractérisé en ce qu'il comporte un godet monté sous l'espace annulaire à isoler, ouvert à sa partie supérieure et partiellement rempli d'un volume variable de métal liquide de même nature que celui contenu dans la cuve, ce godet communiquant au-dessus du niveau de métal liquide dans le godet avec l'atmosphère de gaz neutre dans la cuve, une lame cylindrique portée par un composant et noyée par son extrémité inférieure dans le métal liquide du godet, et des moyens de commande pour provoquer automatiquement l'abaissement du niveau du métal liquide dans le godet, de manière à dénoyer la lame lors d'une réduction AT de température du métal liquide, entre une température T1 du métal liquide lorsque le réacteur est en service et une tempé- rature plus basse T2 lorsque le réacteur est en régime de manutention, et inversement l'élévation correspondante du niveau de métal liquide dans le godet lors d'une augmentatlon de la température de T2 à Ti 2.Dispositif d'obturation à commande thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le godet est divisé en deux compartiments superposés, séparés par une cloison étanche sensiblement horizontale, les moyens de commande du niveau de métal liquide dans le godet étant constitués par des siphons de transvasement de ce métal liquide d'un compartiment à l'autre. 3 Dispositif d'obturation à commande thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les siphons sont constitués par des tubes coudés, traversant la cloison étanche du godet et dont les extrémités ouvertes débouchent respectivement dans l'un et l'autre des deux compartiments. 4, Dispositif d'obturation à commande thermique selon la revendication 2, caractérisé en ce que la lame cylindrique pénètre dans le compartiment supérieur du godet jusqu'à un niveau s'étendant au-dessus de l'extrémité inférieure du siphon ouverte dans ce compartiment. 5. Dispositif d'obturation à commande thermique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de commande du niveau de métal liquide dans le godet sont directement constitués par la contraction du volume de métal liquide dans ce godet, créée par la variation de température AT, la hauteur hl de la lame, noyée dans le métal liquide étant choisie dans un rapport prédéterminé avec la hauteur H du liquide dans le godet. 6. Dispositif d'obturation à commande thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rapport hl/H est choisi inférieur au rapport ,dans lequel PT1 et PT2 désignent respectivement la masse volumique du métal liquide à la température T1 et à la température T2. 7. Dispositif d'obturation à commande thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que la contraction du volume de métal liquide est combinée avec un effet de surpression AP, créé dans l'espace annulaire à isoler, pour assurer un débordement hors du godet d'un volume donné de métal liquide. 8. Dispositif d'obturation à commande thermique selon la revendication 5, caractérisé en ce que le volume de métal liquide débordant du godet sous l'effet de la surpression AP est augmenté en positionnant la lame noyée dans le godet d'une manière telle que la distance L1 de cette lame au bord de déversement soit supérieure à la distance L2 de l'autre bord.