Brevet FR2265153A1 — publié le 19751017

La présente invention se rapporte.aux réacteurs nucléaires et plus particuli0eiiient à un appareillage pour déplacer verticalement un bouclier surmontant la tête de fermeture d'un réacteur nucléaire. Pour obtenir réellement une sécurité de fonctionnement et une économie de construction et d'entretien des réacteurs nu- cléaires, on a fait des efforts dans la conception des réacteurs pour permettre une recharge rapide avec un temps mort minimum. Ainsi, au moment de la recharge, toutes les barres de réglage sont entièrement retirées du noyau du réacteur et emmagasinées dans la structure supérieure fixée à la tête du réacteur. Cette action permet aux barres de réglage de rester logées dans la tête du réacteur lorsque la tete et les mécanismes d'entraîne- ment des barres de réglage annexées sou enlevés en bloc pour recharger le réacteur. Pour être certain que les barres de réglage sont maintenues fermement dans cette position, les mécanismes d'entrainement de barre'de réglage sont munis d'un agencement de verrou magnétique dans lequel le flux magnétique est produit par des aimants permanents.On a par exemple proposé un agencement dans lequel le mouvement du bouclier. vers le haut permet aux aimants permanents d'être disposés dans une position dans laquelle le flux magnétique relie des verrous disposés dans le carter du mécanisme d'entraînement des barres de réglage et force les verrous à venir coopérer avec l'extrémité supé- rieure d'un arbre relié aux barres de réglage. Les aimants étant dans cette position supérieure, chaque arbre d'entrainement de barre de réglage et verrouillé fermement à I'encontre.dlun déplacement vers le bas. Ils sont cependant libres de se déplacer lorsque les éléments ne sont pas dans cette position.Le mouvement nécessaire de tous les aimants est produit simultanément lorsque le bouclier est levé sur quatre barres de levage espacées de façon. symétrique et montées entre le bouclier. et la tête de fermeture du réacteur. La présente.invention a pour objet principal un appareillage simple de levage de bouclier, oui soit sûr et maintienne le bouclier dans n'importe quelle'position. Avec cet objet en vue, la présente invention résidu en un appareillage pour mettre verticalement en place un bouclier surmontant un réacteur nucléaire comprenant une tête de fermeture montée sur un récipient sous pression de réacteur nucléaire, de multiples barres de levage espacées autour de la tête de fermeture et fixées à celle-ci à une extrémité et dont les autres extrémités font saillie à travers des ouvertures ménagées dans le bouclier, des organes pour supporter ledit bouclier sur lesdites barres de levage, caractérisé en ce que ces dernières sont stationnaires et en ce que chaque organe de support comprend un élément tubulaire supporté sur un épaulement desdites barres de levage immobiles et un dispositif entrainé sur ledit élément tubulaire qui coopère avec lui de manière telle que l'élément tubulaire est susceptible de déplacer verticalement le bouclier en le déplaçant ainsi vers une nouvelle position.. L'invention deviendra plus facilement apparente à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré, représenté à titre d'exemple, au dessin annexé dans lequel --la figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, montrant l'orientation du dispositif de soulèvement du bouclier par rapport aux composants du réacteur - la figure 2 est une vue agrandie du dispositif de levage du bouclier de la figure 1, représentant le bouclier dans une position basse ou position normale de fonctionnement - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, sauf que le bouclier est représenté dans sa position.haute ;; - la figure 4 est une vue en coupe et en perspective du dispositif - la figure 5 est une vue en plan du bouclier représenté sur la figure 1 - la figure 6 est une vue en perspective du bouclier de la figure 5 - la figure 7 est une vue prise selon les- lignes VII-VII de la figure 2 - la figure 8 est une vue prise selon les lignes VIII-VIII de la figure 3 - la figure 9 est une vue d'un agencement pour faciliter la remise en place du bouclier après sa séparation de la tête de fermeture. En se référant maintenant aux dessins dans lesquels les mêmes références numériques désignent les mêmes parties ou des parties correspondantes dans les diverses vues, on voit qu'on a représenté à la figure 1 une partie d'un réacteur nucléaire comprenant la'disposition de l'invention par rapport aux autres composants du réacteur. Le réacteur est d'un type classique comprenant un noyau 10 logé dans un récipient sous pression Il ayant une tête de fermeture 12 à son extrémité supérieure.- La tête de fermeture est conçue pour être fixée aux parois dru récipient sous pression par de nombreux boulons 14 de manière bien connue.Le noyau du réacteur comprend de multiples ensembles combustibles 16 ayant des barres comoustibles à l'inté-, rieur et comprenant des barres de réglage 18 susceptibles de se déplacer verticalement dans chaque ensemble de combustible pour régler la réactivité du noyau. Les barres de réglage sont fixées à leurs extrémités supérieures à une plaque 20 et à des arbres 22 des mécanismes d'entraînement des barres de réglage. Les mécanismes d'entraînement 24 des barres de réglage sont supportés par un raccord 26 fixé dans la tête de fermeture 12. I,'extrémité supérieure de chaque mécanisme d'entraînement des barres de réglage est munie d'un goujon 27 qui fait saillie à travers des ouvertures ménagées dans le bouclier 28. Des élé- ments 30 mus par ressort et supportés par les mécanismes d'entraînement des barres de réglage sont mis en oeuvre lors du mouvement vers le haut du bouclier pour permettre le verrouillage et le maintien des arbres d'entraînement du mécanisme d'en traînement dans une position haute pendant une opération de recharge ('e -combustible. Comme on l'a indiqué au début de la présente demande, on a trouvé souhaitable de créer un nouvel agencement du dispositif de-levage pour élever et abaisser le bouclier, pour effectuer la mise en oeuvre du mécanisme de verrouillage et également pour permettre l'enlèvement du bouclier lorsque l'on souhaite entretenir ou réparer n'importe lequel des mécanismes d'entraînement des barres de réglage. La structure utilisée à cet effet consiste en quatre barres de levage 31 montées sur des supports 32 fixés sur la tête de fermeture 12 du réacteur. Selon les figures 2-4, chaque barre de levage 31 comprend une extension supérieure 34 de diamètre réduit ,qui pénètre et s'étend vers le "haut à travers des trous 36 ménagés dans le bouclier 28. Comme le bouclier sert à procurer une protection dirigée vers le haut pour le réacteur, contre les missiles et phénomènes sismiques, il est fortement renforc par aes nervures verticales 38. Des prolongements coniques vers le haut 26 qui s'étendent à travers des trous 40 dans le bouclier aident à fournir la protection à l'encontre de perturbations sismiques. On ménage un jeu entre les trous et les prolongements pour assurer' une pénétration-facile lorsque le bouclier est installé même si les lignes centrales de nombreux mécanismes peuvent être légèrement déplacées de leur position prévue. Comme indiqué ci-dessus, le bouclier sert également, par son mouvement 'vertical, à mettre en oeuvre les dispositifs de verrouillage d'arbre d'entraînement des barres de réglage. Des bras de ma-noeuvre de levage tournants 42 (figures 2, 5 et 6) montés sur des tourillons 43 fixés dans des supports 44 soudés à l'extrémité supérieure du bouclier sont prévus pour s'attacher à un crochet de grue principal 45 lorsque l'on souhaite enlever le bouclier de la tête de fermeture. Comme on le décrira en détail ci-après, le dispositif utilisé pour lever et abaisser le bouclier consiste en un agencement à vis et écrou associé avec chacune des quatre barres'de levage 30 qui 'verrouillent automatiquement le bouclier dans n'importe quelle position. En utilisant pour cela devis et des écrous à billes, on peut réduire suffisamment le frottement pour que les quatre dispositifs de levage puissent être interconnectés mécaniquement' et mis en oeuvre en bloc manuellement.Un autre avantage réside dans le fait que le bouclier peut être maintenu dans une position absolument de niveau tout en étant déplacé verticalement, en éliminant de ce fait toute éventualité de gauchissement qui peut résulter de son inclinaison lorsque l'on utilise des vérins hydrauliques pour lever et abaisser le bouclier. En se repportant plus particulièrement aux figures 2 à 9, le dispositif utilisé pour lever et abaisser le bouclier comprend une vis tubulaire à billes 46 -qui glisse sur le prolongement supérieur de diamètre réduit 34. L'extrémité inférieure de la vis tubulaire à billes porte contre un épaulement 48 formé sur l'extrémité supérieure de la barre de levage et est maintenue en place par un écrou 50 qui est vissé sur l'extrémité supérieure du prolongement 34. il est important de remarquer que le poids total de la tête de fermeture 12, des mécanismes d'entrainement de barres de réglage 24 et que la structure de dessin classique supportée par les surfaces intérieures de la tête de fermeture peuvent dépasser 250 tonnes sur un grand réacteur et que ce poids est supporté pendant la période de levage sur les quatre prolongements 34 qui en conséauence sont conçus pour porter cette charge avec le facteur requis de sécurité nécessaire. Un écrou à billes 52 de configuration cylindrique s'ajuste sur la vis tubulaire à billes 46 et est relié par des boulons 54 å un prolongement tubulaire inférieur 56 monté également sur la tige de levage0 La 'vis 46 et l'écrou à billes 52 sont munis tous les deux de gorges semi-circulairès de configuration en hélice qui sont complémentaires l'une de l'autre et qui contiennent des billes de roulement 58 qui facilitent le mouvement vertical de l'écrou à billes 52 pendant les opérations de levage et d'abaissement du bouclier. Le prolongement tubulaire inférieur fait saillie à travers le bouclier comme représenté avec un jeu 36 suffisant pour permettre la rotation des composants sans gauchissement du bouclier. Deux paliers combinés 60 de butée et de guidage radial sont montés sur le prolongement tubulaire 56 et comprennent des chemins de roulement intérieur et extérieur 62 et 64 pour des rouleaux 66 disposés entre eux. L'écrou 67 maintient les paliers en place. Des bagues d'espacement cylindriques 68 et 70 ee pacent et supportent respectivement les chemins de roulement intérieur et extérieur et un tube de guidage cylindrique 72 con- tient les roulements et bagues pour obtenir un ensemble qui supporte à la fois les forces radiales et axiales. La position verticale des paliers est déterminée par ltem- placement d'un épaulement 74 contre lequel est forcé le chemin de roulement supérieur du palier ,supérieur, et par les bagues d'espacement 68 et 70. L'emplacement latéral de l'ensemble de paliers et par-conséquent de l'écrou à billes 52 est déterminé par le tube de guidage 72 qui est soudé sous la face inférieure du bouclier. Un Jeu suffisant est ménagé entre la surface usinée intérieure du tube de guidage 72 elles chemins de roulement extérieurs pour permettre un léger mouvement vertical relatif-X des paliers.Ceci représente la distance entre le dessous d'un rebord 76 formé sur~l'extrémité supérieure du pmolon- gement tubulaire 56 et la surface usinée supérieure 78 du bouclier lorsqu'il repose sur le chemin de roulement extérieur du palier supérieur 60. La 'grandeur X qui peut être de l'ordre de 3 mm est nécessaire pour-permettre une libre rotation de l'é crou à billes 52 et des pièces qui lui sont liées. Pour obtenir la rotation de l'écrou à billes 52, et par conséquent le soulèYement et -l'abaissement du bouclier, -un engrenage 80 ayant des dents disposées sur sa surface-extérieu- re est formé d'une seule pièce avec un élément 82 ayant un rebord 84 faisant saillie extérieurement.Cet élément est fixé à l'écrou à billes par par des boulons 86 disposés autour de sa surface périphéri,que. L'engrenage est entraîné par une vis sans fin 88 qui rend l'écrou à billes auto-bloquant dans n'importe quelle position en assurant ainsi que, lorsque le bouclier est soulevé de sa position de fonctionnement normal à une position différente, il sera verrouillé en place et par conséquent pas sujet à un déplacement vers le bas. La vis sans fin est représentée uniquement à titre d.'exemple puisqu'elle est réellement placée à un angle de 450 par rapport au bouclier. Le mécanisme utilisé pour obtenir un fonctionnement synchronisé de tous les écrous à billes, un pour chaque tige de levage, est représenté plus clairement sur les figures 5 et 6. Cette structure permet de garantir, que le bouclier restera de niveau pendant les opérations de levage et d'abaissement. Comme indiqué ci-dessus, le fonctionnement du dispositif de levage est effectué manuellement et la structure utilisée dans ce 'but comprend un volant manuel 90:fixé à un arbre 92 présentant un pignon conique.94 fixé à son extrémité extérieure. L'.arbre est supporté dans des paliers 96 montés sur des plaques 98 soudées ou fixées, ("une autre manière à la surface supérieure des élé- ments de renforcement 38.Le pignon conique 94 est en prise avec un pignon conique complémentaire 100 monté sur un arbre 102 qui, à son tour, est supporté de manière analogue dans des roulements 104. Les extrémités opposées de; l'arbre 102 sont munies de deux jeux de pignons coniques 106 et 108 fixés'res- pectivement à des arbres d'entraînement 110 et 112. Les quatre vis sans fin 88, une pour chaque bras de levage, décrits ci- dessus en référence à la figure 2, engrènent avec des engrena ges correspondants 80.Il est évident que lors de la rotation du volant 90, le pignon conique 94 donne un mouvement de rota tion à l'arbre 102 qui, à son tour, au moyen des deux jeux de pignons coniques 106 et 108 entraîne la rotation de des arbres d'entralnement 110 et 112. La rotation de ces arbres effectue la levée et l'abaissement du bouclier par l'intermédiaire des engrenages 80' et des vis.sans fin 88. Selon la figure 2,- le déplacement de l'écrou billes 52 est limité dans les deux directions. par des butées positives. La figure.? illustre l'agencement d'une butée.positive sur le bas de la tige de levage tandis que la figure 8 représente la position des butées sur le, sommet de la barre. Un collier 114 fixé .à chaque barre de levage 39 par des boulons 116 est muni d'un arrêt de came 118 conçu pour coopérer avec un arrêt de ca- me similaire 120 formé sur le bas de prolongement tubulaire 56, lorsque le bouclier est déplacé vers sa position la plus basse Dans la position soulevée représentée à la figure 8, le déplacement est limité de manière analogue par. un arrêt de came 122 dans le rebord supérieur de l'engrenage 80 et un arrêt de came 124 formé dans le collier 130 qui est fixé sur la partie supé- rieure de la vis tubulaire 46. Les filets de cette vis peuvent être protégés contre l'entrée des particules étrangères au moyen d'un joint 128. En fonctionnement, la rotation du volant manuel 90 donne une. force de rotation à l'arbre 102 qui à son tour transmet l'effort par l'intermédiaire des pignons coniques 106 et 108 aux arbres d'entraînement 110 et 112. La rotation de ces arbres et des vis sans finqu'Ils portent qui sont en prise constante avec les engrenages 80 entraîne la'rotation des écrous à billes 52 des prolongements tubulaires 56 des paliers de butée et de guidage 60, en déplaçant ainsi ces composants dans une direction verticale vers le haut. Puisque le bouclier repose sur les paliers combinés de butée et de guidage, il est déplacé2vec les paliers lorsque ceux-ci sont déplacés vers le haut, élevant ainsi le bouclier vers une position haute. Au moment où les écrous à billes 52 sont mis en oeuvre pour soulever le bouclier, le poids total du bouclier et de l'appareillage de levage qui en' est solidaire est. supporté par les paliers de butée 60 jusqu'à ce que la position supérieuressoit atteinte. La distance totale de déplacement du bouclier Y doit être au moins de 19 mm plus grande que la distance nécessaire pour actionner le dispositif de verrouillage des barres s de réglage, comme décrit précédemment.Après avoir atteint la limite supérieure, un crochet de grue est fixé à l'appareillage de levage et la tête de fermeture 12, les mécanismes d'entraînement des barres de réglage 24 et toute cette structure supportée à l'intérieur de 'la tête de fermeture sont soulevés verticalement. Pendant cette opération, les paliers de butée sont déchargés et le poids total est transféré par la surface usinée 78 et le rebord 76 aux écrous à billes 52 comme représenté sur la figure 3. Donc, les écrous doivent être conçus pour supporter cette charge qui peut atteindre 250 tonnes ou davantage pendant une gran de période réactive.. Cependa'nt, ceci ne présente aucun problème Puisqu'un écrou à billes avec un diamètre de 'circuit de bille de 112 mm etdes billes d'un diamètre de 13 mm supporte une charge statique de 54 tonnes par circuit et que 5 circuits sont prévus pour des raisons ae sécurité. Dans certaines conditions, par exemple pendant le remplacement d'une bobine. de mécanisme d'entraînement de barre de réglage, il devient nécessaire d'enlever le bouclier de la tête de fermeture du réacteur. Ceci estobtenu en enlevant les écrous 50 de l'extrémité supérieure de la barre deXlevage 30 après quoi on soulève le bouclier y compris les ensembles d'écrous à billes et de paliers de butée, hors des tiges au moyen de l'appareillage de levageO Póur protéger les filets 130 pendant cette opération et également pour faciliter la remise en place de l'ensemble du bouclier un manchon 132, représenté à la figure 9, présentant une pointe conique est vissé sur les filetas en remplacement d'un écrou utilisé pendant le fonctionnement normal. Avant que les bouclier soit ramené en place, il est nécessaire que toutes le vis 46 soient dans la position extrême basse par rapport aux écrous à billes 52 avec les cames d'arrêt 122 et 124 en contact comme représenté sur la figure 3. Cette procédure est nécessai re pour assurer que le bouclier se retrouve de niveau après que les écrous 50 aient été serrés de nouveau. R R V E X D I C A T I O N S 1.- Appareillage pour positionner verticalement un bouclier surmontant un réacteur nucléaire, comprenant une tête de ferme ture montée sur un récipient sous pression du réacteur nucléaire, de multiples barres de levage espacées autour de la tête de fermeture, fixées à celle-ci à une extrémité et ayant leurs autres extrémités qui font saillie à travers des ouverturesménagées dans le bouclier pour supporter ce dernier sur lesdi tes barres de levage, caractérisé en ce que lesdites barres de levage sont stationnaires et supportent chacune des organes comprenant un élément tubulaire supporté sur un épaulement des dites barres de levage stationnaires et un dispositif entraîné sur ledit élément tubulaire qui coopère avec lui de mànière telle que l'élément tubulaire est susceptible de déplacer le bouclier verticalement en déplaçant ainsi ce dernier vers une nouvelle position 2.- Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément de support comprend un palier sur chacune desdites barres de levage présentant une partie en contact- avec ledit bouclier pour absorber les charges imposées par ledit bouclier et en ce .que lesdits organes d'entraînement comprennent des arbres ayant sur eux des vis sans fin et un engrenage correspondant sur chacun des dispositifs entraînés en prise avec lesdites vis sans fin pour donner un mouvement de rotation audit dispositif entraîné. 3.- Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que des organes d'arrêt sont montés sur chacune desdites barres de levage au-dessus et en dessous desdits dispositifs entrainés, ainsi que des éléments d'arrêt complémentaires sur lesdits dispositifs entraînées susceptibles de venir en prise avec lesdits arrêts de barre de levage pour limiter respectivement la position, de déplacement haute et basse dudit bouclier.