Brevet FR2346814A1 — publié le 19771028

La présente invention est relative aux réacteurs nucléaires et concerne plus particulièrement une structure de support supérieure des pièces internes supérieures d'une cuve de réac teur nucléaire. Un réacteur nucléaire type comprend un noyau constitué d'une pluralité d'ensembles combustibles, logés dans u-e cuve de pression. Un fluide de refroidissement de réacteur, tel que l'eau ou un métal liquide, est amené à circuler à travers le noyau où il absorbe l'énergie calorifique utilisée par la suite pour vaporiser un fluide et entraîneur un ensemble turbine-gene- ratrice.Le courant de fluide de refroidissement le long des ensembles combustibles est généralement à l'origine de forces hydrauliques qui tendent à déplacer lesdits ensembles dans le sens de circulation du fluide de refroidissement. 3ans de nombreux réacteurs, le fluide de refroidissement traverse le noyau ver ticalement de bas en haut, tendant de ce fait à souleve-r les ensembles combustibles. De manière à annuler de telles forces de soulèvement on utilise une structure de support supérieure de pièces internes qui reporte les charges de soulèvement sur la cuve de réacteur qui entoure le noyau. Suivant les techniques anciennes, cette structure de support supérieure de pièces internes comporte ue plaque de noyau supérieure perforée, située directement au dessus des ensembles et des colonnes de support F 'élevant au- dessus de la plaque, qui s'accrochent à une structure supérieure re de support. la structure supérieure de support appartenait à l'un des trois types-de base. le premier type de base comprenait une plaque plane pourvue d'un rebord périphérique, lequel était accroche à une saillie de la cuve de réacteur. toutefois, ce montage de plaque est limité à des réacteurs de petites dimensions, à cause des impératifs relatifs à l'intégrité structurelle. Dans le cas de réacteurs plus importants, on utilisait d'autres agencements de structure de support supérieure comportant dez composants structurels supplémentaires. De ce fait, le second type de structure de support supérieure était une plaque plane comprenant un profilé ou une nervure à sa partie inférieure.g > ? plaque était également pourvue d'un rebord d'appui à sa rie.Le troisieme-type de base qui a été utilisé ne peut être mieux comparé qu'à un chapeau haut de forme dont l'intérieur con- porte également un montage de support profil/nervure. le bord du chapeau qui a la même fonction que le rebord de la structure 'de support supérieure repose sur un épaulement en saillie de la cuve de réacteur. les montages à profilés profonds des deux derniers types étaient constitués d'un assemblage coplexe de plaques et de cylindres fixés ensemble par une soudure d'angle. Tous ces montages connus de structure de support supérieure avaient certains inconvénients. la plaque unique est, pour des raisons structurelles, limitée à des cuves de réacteur de petit diamètre. Les montages comportant les profilés profonds sont compliqués, demandent du temps et sont coûteux pour leur fabrication.En outre, du fait que les pièces internes accomplissent des fonctions autres que celle de support vertical, comme par exemple le support et le guidage des appareillages de contrôle du noyau, le guidage des barres de contrôle ainsi que le support et le guidage d'autres composants tels que les conduites relatives à la sécurité, la complexité du montage à profilés profonds fait que celui-ci gene les composants nécessaires pour ces fonctions. I1 en résulte que le passage des autres composants est rendu très compliqué et qu'il faut prévu' un nombre excessif d'intersections de profilés. De plus, parmi les inconvénients des montages à profilés il faut citer la nécessité d'avoir des colonnes de support et des tubes de guidage de barre de contrôle extrêmement longs. les tubes et les colonnes doivent s'étendre de la plaque de noyau supérieure jusqu'à hauteur du rebord de support de l'ensemble plaque plane et profilés et même au-delà, jusqu'au sommet du chapeau, dans l'ensemble chapeau haut de forme et profilés. La longueur excessive augmente les charges, en particulier celles dues au courant contraire de réfrigérant et de ce fait diminue les marges de sécurité des tubes et des colonnes. la longueur excessive des tubes peut être particulièrement préjudiciable aux tubes de guidage qui, s'ils ne sont pas.maintenus dans un alignement oorrect, pourraient compromettre la possibilité de contrôler le réacteur. Il est aussi souhaitable, au point de vue sécurité d'augmenter le volume de la chambre supérieure, région qui se trouve au dessus de la structure de support supérieure. Dans le cas peu probable d'un accident provoquant une perte de fluide de réfrigération, une chambre supérieure plus importante fournit une source de fluide de refroidissement disponible pouvant s'écouler à l'intérieur du noyau. les montages intérieurs comportant les profilés profonds limitent le volume disponible de la chambre supérieure. le but de la présente invention est donc de réaliser une structure de support supérieure permettant d'assurer les fonctions nécessaires de support et de guidage et qui élimine également les complications du montage à profilés profonds, les nécessités d'avoir des longueurs excessives et les limitations du volume de la chambre supérieure. Â cet effet, la présente invention réside en un réacteur nucléaire comprenant une cuve de réacteur à pression, une pluralité d'ensembles combustibles nucléaires montés dans ladite cuve et formant ensemble un noyau nucléaire, une plaque de noyau supérieure disposée au-dessus desdits ensembles pour empêcher tout déplacement vers le haut desdits ensembles, une structure de support supérieure montée dans ladite cuve de façon à se trouver à une distance donnée au-dessus de ladite plaque de noyau supérieure, ladite structure de support supérieure supportant les pièces internes supérieures de réacteur et une pluralité de colonnes de support montées sur ladite structure de support supérieure1 caractérlsé en ce que ladite structure de support supérieure se présente sous la forme d'un chapeau haut de forme renversé ayant un bord formant une collerette de support qui est supportée par la cuve, et une portion transversale horizontale disposée en-dessous de la collerette et portant lesdites colonnes de support. Grâce à cet agencement, la longueur des colonnes de support et des tubes de guidage ainsi que des autres composants faisant partie des pièces internes supérieures, est réduite, ce qui fait que la charge sur lesdits composants est di minuée. L'inventioaSera mieux comprise en se référant à la description qui va suivre d'une forme de réalisation préférée donnée à titre d'exemple seulement aux dessins annexés. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue fragmentaire d'une coupe pratiquée verticalement 'à travers un réacteur comprenant une struc- turne de support supérieure réalisée. suivant la présente invention et - la figure 2 est une vue semblable à celle de la figure 1, montrant une autre structure de support supérieure réalisée suivant la présente invention. Sur les figures 1 et 2, on a représenté une cuve de réacteur 10 comportant un corps de cuve 12 et un couvercle amovible 14. Â l'intérieur de la cuve 10 on trouve un noyau de réacteur 16 constitué d'une pluralité d'éléments combustibles 18 disposés-côte à côte pour former un ensemble de configuration générale cylindrique.Le courant principal de fluide de refroidissement de réacteur entre dans la cuve à travers une pluralité de tubulures d'entrée (non représentées) pénètre dans le noyau 16 par le fond,remonte entre les éléments combustibles 18 en les léchant et sort de la cuve 10 par une pluralité de tubulures de sortie 20. le fluide de refroidissement est radialement confiné le long du noyau 16 par une enveloppe de noyau 22 qui supporte une plaque inférieure (non représentée) sur laquelle reposent les ensembles 18. L'enveloppe de noyau 22 est supportée par son rebord 24 qui repose sur un épaulement 26 du corps de cuve 12. Au sommet du noyau 16 se trouve la structure supérieure 2 & de pièces internes de cuve de réacteur dont le rôle est de maintenir vers le bas les ensembles combustibles 18, de supporter des instruments de contrôle du réacteur tels que des thermocouples, et de supporter et guider les barres de contrôle 30 à travers des tubes de guidage 31. les barres de contrôle 30 peuvent être insérées ou extraites à volonté d'ensembles combustibles 18 choisis pour la conduite de la puissance du noyau. La fonction qui consiste à maintenir vers le bas les ensembles combustibles est nécessaire à cause des forces hydrauliques de soulèvement imposées auxdits ensembles combustibles 18, par le courant de fluide de de refroidissement remontant à travers ces derniers ainsi que d'une force élastique préréglée agissant sur l'assemblage.Du fait que le fluide de refroidissement en circulation tend à soulever les ensembles combustibles 18, il est nécessaire que les forces de soulèvement soient neutralisées par la structure supé rieure 28. En conséquence, la structure supérieure 28 de pièces internes est constituée par une plaque de noyau supérieure 32 disposée directement au-dessus des ensembles 18. La piaque de noyau 32 peut également comprendre des moyens de positionnement comme par exemple des broches qui s'enfoncent dans la partie supérieure des ensembles combustibles 18.La plaque de noyau supérieure 32 est fixée sur une structure supérieure de support 34 par une pluralité de colonnes de support 36, ladite structure supérieure de support 34 étant elle-même supportée par le corps de cuve 10 comme exposé ci-après. les colonnes de support 36 peuvent être fixées sur la structure de support supérieure 34 par boulonnage ou par tout autre moyen adéquat. L'espace à l'intérieur de la cuve, situé au-deesus de la structure-de support supérieure 34 est appelé chambre supérieure. Suivant la présente invention, la forme de la structure de support supérieure 34 est sensiblement celle d'un chapeau haut de forme renversé. le bord du chapeau constitue la collerette 38 de la structure de support 34 qui reporte la charge de la structure 28 sur la cuve 10. La paroi latérale du chapeau est un cylindre 40 disposé verticalement qui relie la collerette 38 au fond du chapeau (dans sa position inversée), le fond du chapeau étant une plaque de support supérieure 42 relativement épaisse de forme circulaire. Cette plaque 42 est percée d'une pluralité de passages verticaux 44 à travers lesquels passent les tubes de guidage 31 des barres de controle, les colonnes de support 36 ainsi qu'une quantité voulue de fluide de refroidissement.A cause de la charge qu'elle doit transmettre, de son diamètre relativement important, de l'ordre de 3 m à 4,5 m et des passages 44 qui la traversent, la plaque 42 a une épaisseur d'environ 35 à-65 cm. Elle est, comme la plupart des composants internes supérieurs, de préférence en acier inoxydable soudé par forgeage ou par coulée au cylindre 40 qui lui-même est soudé à la collerette 38. Lors des opérations d'entretien et de recharge, la structure 28 toute entière, comprenant la structure de support supérieure 34, les colonnes de support 36 et les tubes de guidage 31 ainsi que la plaque 32, est enlevée en une fois avec ou après enlèvement du couvercle de cuve 14. De manière à absorber les charges permanentes et passagères appliquées sur la structure de support supérieure 34 en forme de chapeau renversé, des moyens élastiques 46, par exemple un anneau élastique 46a, sont de préférence utilisés près de la collerette 38. L'anneau élastique 46a de la figure 1 est disposé en dessous du bord 38. La collerette 38 est donc placée en tre le couvercle 14 et l'anneau 46a qui repose sur le rebord 24 de l'enveloppe de noyau, ledit rebord 24 reposant lui-même sur l'épaulement 26 de la cuve. Une autre forme de réalisation de la structure de support supérieure 34 en forme de chapeau renversé est représentée à la figure 2, laquelle montre une autre localisation des moyens élastiques 46.Suivant cette autre forme de réalisation, un anneau élastique 46b repose sur la collerette 38 et est en contact avec un prolongement 48 du couvercle 14. Le prolongement 48 peut être monté sur le couvercle 14 ou se présenter sous la forme d'une bague amovible. La collerette 38 de la structure de support supérieure repose sur le rebord 24 de l'enveloppe de noyau, qui lui-même repose sur je'épar lement 26 de la cuve. Dans cette forme de réalisation, les char- ges dirigées de bas en haut de l'enveloppe de noyau et de la structure 28.peuvent être transférées par l'intermédiaire de l'anneau 46b, lequel est de ce fait plus important que dans la forme de réalisation montrée à la figure 1. La structure de support supérieure 34 de la figure a diffère principalement de celle de la figure 1 par les dimensions de la collerette 38, du cylindre 40 et de la plaque 42. Plus particulièrement, la hauteur du cylindre 40 est diminuée du fait que l'anneau 46b se trouve au-dessus de la collerette 38. et que l'on utilise un prolongement 48 avec le couvercle de cuve. Le fait d'avoir une hauteur de cylindre réduite simplifie le processus de fabrication. Par exemple, la plaque de support 42 et le cylindre 40 peuvent, si on le désire, être fabriqués en une seule pièce. De manière à réduire les contraintes à la jonction de ces deux pièces, on prévoit de préférence un congé 50. De même, la collerette 38 pourrait aussi être fabriquée avec le cylindre 40. le cylindre 40 pourrait également être fabriqué en deux par tiers, une partie supérieure faisant corps avec la collerette 38 et une partie inférieure faisant corps avec la plaque 42, les deux parties étant ensuite reliées ensemble par une soudure circonférentielle. Les avantages résultant d'une structure de support supérieure 34 en forme de chapeau haut de forme renversé, réalisée suivant la présente invention seront immédiatement appréciés par les spécialistes de ce genre de technique. Parmi ces avantages il y a la longueur réduite des colonnes de support et des tubes de guidage des barres de contrôle ainsi qu'une structure moins compliquée que dans les réalisations antérieures. le fait d'avoir des colonnes de support plus courtes permet de disposer la plaque de support supérieure 42 plus bas dans la cuve que dans le cas des réalisations antér-ieures. le raccourcissement de la portée des colonnes de support ainsi que de la longueur des tu- bes de guidage augmente les marges de sécurité. La structure suivant l'invention est plus simple du fait que les composants de renforcement de plaque anciennement utilisés sont maintenant supprimés. Cette structure convient donc mieux pour être utilisée avec des composants auxiliaires et de sécurité qui, dans des centrales nucléaires pourraient devoir être placés au voisinage immédiat du noyau de réacteur, ce qui nécessiterait un grand nombre d'intersections de composants dans les dispositions antérieures. En outre, la structure simplifiée suivant l'invention fait appel à des techniques de fabrication moins complexes, moins longues et moins coûteuses. Enfin, elle est compatible avec une chambre supérieure agrandie, ce qui augmente la sécurité du réacteur. R E V E N D i C À T i O N S 1.- Réacteur nucléaire comprenant une cuve ds-Rssion, une pluralité d'ensembles combustibles nucléaires montés dan ladite cuve et formant ensemble un noyau nucléaire, une plaque de noyau supérieure disposée au sommet desdits ensembles pour empêcher un déplacement de bas en haut desdits ensembles, une structure de support supérieure montée dans ladite cuve de ma ni ère à se trouver à une certaine distance au-dessus de ladite plaque de noyau supérieure, ladite structure de support supérieure supportant les pièces internes supérieures du réacteur, et une pluralité de colonnes de support montées sur ladite struc ture de support supérieure, caractérisé en ce que ladite struc ture de support supérieure a la forme générale d'un chapeau haut de forme renversé ayant un bord formant une collerette de support qui repose sur la cuve et une partie transversale hori zontale disposée en dessous de la collerette et portant lesdi tes colonnes de support. 2.- Réacteur nucléaire suivant la revendication 1, caracté risé en ce que ladite structure de support supérieure est disposée sur un épaulement pratiqué à l'intérieur de ladite cuve et en ce qu'un anneau élastique est disposé entre ledit épaulement et ladite collerette. 3.- Réacteur nucléaire suivant la revendication 2, dans le quel une enveloppe de noyau entoure ledit noyau nucléaire et une partie de ladite structure de support supérieure, ladite envelsp- pe de noyau comprenant un rebord d'enveloppe à sa partie supé rieure pour être supportée par la cuve de réacteur, caractérisé en ce que ledit rebord d'enveloppe repose directement sur ledit épaulement, en ce que ledit anneau élastique est disposé direc tement sur ledit rebord d'enveloppe et en ce que ladite colleret te de structure de support supérieure est disposée au-dessus du dit anneau élastique et directement sous le couvercle de la cu ve. 4.- Réacteur nucléaire suivant la revendication 3, caracté risé en ce que ladite structure de support supérieure est montée sur le couvercle de cuve de manière à être retirée avec ce der nier du corps de cuve inférieur.