Brevet FR2326763A1 — publié le 19770429

La présente invention a pour objet une structure interne pour réacteur nucléaire et plus précisément pour réacteur du type à eau sous pression. On sait que les réacteurs du type à eau sous pression sont constitués essentiellement par une cuve de résistance à la pression dans laquelle se trouve le coeur constitué par le combustible nucléaire. Le réfrigérant, qui est de l'eau dans ce cas, circule dans la cuve pour assurer à 1 a fois le refroidissement du combustible et l'extraction des calories produites par la réaction en chaîne. Le coeur est en général constitué par un certain nombre d'assemblages combustibles associés entre eux selon une disposition particulière, l'ensemble de ces assemblages reposant sur la grille inférieure du réacteur solidaire de la cuve du réacteur. Par structure de coeur, il faut entendre ltensemble des organes mécaniques qui permettent d'assurer le maintien en place de ces assemblages combustibles et également de guider les barres de contrôle qui assurent le réglage du fonctionnement du réacteur et éventuellement son arrêt en cas de besoin. Les assemblages combustibles se présentent le plus souvent sous la forme d'une structure rigide comportant une pièce d'extre- mité supérieure et une pièce d'extrémité inférieure entre lesquelles sont fixés des crayons combustibles verticaux. Les assemblages reposent seulement sur la grille inférieure de coeur et ils sont donc soumis à une force ascentionnelle due à la circulation du fluide de refroidissement qui s'écoule de bas en haut. Pour immobiliser les assemblages, la cuve du réacteur comporte une grille intermédiaire ou grille supérieure de coeur disposée au-dessus des assemblages combustibles. Entre X pièce d'extrémité des assemblages et la grille supérieure de coeur, on interpose des systèmes élastiques.Le plus souvent, ces systèmes élastiques consistent en quatre ressorts à lame solidaires de la pièce d'extrémité supé- rieure par l'intermédiaire de vis. La présence de ces ressorts présente de nombreux incon vénients. On peut citer en particulier La force limitée de ces ressorts en raison du pe d!en cambrement qui leur est réservé Les ressorts sont situés très près du combustible. Ils sont donc irradiés, ce qui les fragilise. Leur présence constitue une gêne lors des operations de chargement et de déchargement du réacteur. La présente invention a précisément pour objet une structure interne et plus particulièrement des dispositifs de maintien des assemblages combustibles qui pallient les inconvenients cités ci-dessus. En effet, grâce à ces dispositifs on reporte vers la partie supérieure de la cuve du réacteur nucléaire, les systèmes élastiques assurant l'absorption des dilatations thermiques. Ces dispositifs permettent en outre le positionnement de ltextrémité supérieure des assemblages combustibles. En outre, ils peuvent aussi bien s'appliquer au cas des assemblages à crayons combustibles qu'au cas des assemblages à plaques en boitier. La structure interne se caractérise en ce quelle comprend une grille inférieure solidaire de ladite cuve, et sur laquelle sont fixés lesdits assemblages combustibles, une grille intermé- diaire située au-dessus desdits assemblages et également solidaire de la cuve, une grille supérieure située à la partie supérieure de ladite cuve et solidaire de ladite cuve, et une pluralité de dispositifs de maintien verticaux, s'étendant entre la grille sup- rieure et la grille intermédiaire, chaque dispositif de maintien étant constitué par une colonne possédant un axe vertical fixée a son extrémité supérieure sur ladite grille supérieure par linter- médiaire d'un système élastique déformable selon la direction verticale et chaque dispositif de maintien comportant à son extrémité inférieure des moyens de guidage vertical de l'extrémité inférieure dudit dispositif sur la grille intermédiaire, de moyens d'appui de ladite extrémité inférieure sur l'extrémité supérieure desdits assemblages. De préférence, chaque dispositif de maintien comprend à son extrémité supérieure une bride de maintien solidaire de la grille supérieure et traversant celle-ci par un alésage, la bride étant raccordée au corps dudit dispositif par un système élastique vertical, appliquant un effort dirigé vers l'extrémité inférieure dudit corps. Certains dispositifs de maintien qui sont associés à des assemblages combustibles pourvus d'éléments de commande, comportent dans leur corps allongé des organes de guidage en translation verticale desdits éléments de commande. De toutes façons, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures annexées sur lesquelles on a représenté - Sur la figure 1, une vue en coupe verticale de l'intérieur de la cuve d'un réacteur nucléaire comportant la structure interne, objet de l'invention, - Sur les figures 2, 3 et 4 des coupes verticales partielles de la partie inférieure du dispositif de maintien montrant des modes de réalisation des ensembles d'appui, - Sur les figures 5 et 6, des coupes verticales partielles de la grille intermédiaire et des assemblages combustibles montrant le centrage des extrémités supérieures des assemblages combustibles, - Sur les figures 7 et 8, des vues en élévation et en coupe horizontale de la partie inférieure du dispositif de maintien comportant un système à palonnier. La figure 1 représente l'ensemble de la structure interne concernant un seul assemblage combustible. On y a représenté la grille supérieure 2, la grille intermédiaire 4 et la grille inférieure 6. Ces grilles sont indirectement solidaires de la cuve du réacteur (non représentée). La grille 2 est munie sur sa périphérie d'une bride qui repose sur un épaulement interne de la cuve. La g-rille intermédiaire 4 est supportée par la grille 2 par l'intermédiaire de tirans verticaux non représentés. La grille inférieure 6 est fixée à l'extrémité inférieure d'une virole entourant le coeur. Cette virole est munie à son extrémité supérieure d'une bride reposant sur l'épaulement interne de la cuve. Le coeur est constitué par un certain nombre d'assemblages combustibles 8. Dans le mode de réalisation représenté sur cette figure, les assemblages sont du type à crayons. Les crayons combustibles 10 sont fixés dans une structure rigide comportant une pièce d'extrémité supérieure 12, et une pièce d'extrémité inférieure 14 reliées entre elles par des tubes creux verticaux 16. L'assemblage repose sur la grille inférieure 6 par sa pièce d'extrémité inférieure 14. Les tubes 16 servent au guidage des crayons absorbants 18 de l'élément de commande 20. Comme on l'a indiqué précédemment, les assemblages combustibles, sous l'action du liquide de refroidissement ont tendance à se soulever. Selon l'invention, l'assemblage combustible est maintenu en place par un dispositif de maintien portant la référence 22. Le dispositif de maintien a présente sous la forme d'une colonne 24 à axe vertical disposée entre les grilles 2 et 4. La colonne 24 est rendue solidaire de la grille 2 par un dispositif élastique. Elle comporte une bride supérieure 26 munie d'une collerette 28 fixée sur la grille 2, par exemple par des vis 30. La bride 26 comporte un alésage axial 30 dans lequel peut coulisser le prolongement 32 de la colonne 24. La bride 26 est reliée à la colonne 24 par un système élastique 34, prenant appui d'une part sur la face inférieure 36 de la bride et d'autre part, sur un épaulement 38 de la colonne. Le système élastique 34 tend à écarter la colonne 24 de la grille 2 selon une direction verticale. A son extrémité inférieure, la colonne 24 n'est pas fixée sur la grille intermédiaire 4. Elle comporte dans cette région, des organes mécaniques (schématisés sur cette figure par les références 40 et 42) solidaires de la colonne qui ont pour fonction d'appliquer sur la pièce d'extrémité supérieure 12, l'effort engendré par le système élastique 34, et dtassurer un guidage vertical de l'extrémité inférieure de la colonne sur la plaque intermédiaire. Ces moyens permettent d'empêcher ou du moins de limiter sensiblement les déplacements transverses de l'extrémité inférieure de la colonne qui, comme on lta dit, n'est pas solidaire de la grille intermédiaire.Ces organes mécaniques, dans certains modes de réalisation de l'invention, ont également pour fonction d'immobiliser dans un sens transversal, la pièce d'extrémité supérieure de l'assemblage combustible. Dans vautres modes de réalisations, cette fonction est remplie par des moyens solidaires de la grille intermédiaire et de la pièce d'extrémité supérieure. Par ailleurs, la colonne 24 joue le r8le de guide pour les crayons absorbants 18. Pour cela, elle est munie intérieurement de plaques perforées 44. On sait cependant que dans un réacteur nucléaire, certains assemblages combustibles ne comportent pas d'organes de commande de la réactivité. Les dispositifs de maintien associés à ces assemblages ne comportent bien sdr pas d'élément de guidage des organes de commande, mais ils sont par ailleurs, identiques. Sur la figure 2, on a représenté un premier mode dE réalisation des organes mécaniques 40 et 42. L'extrémité inférieure de la colonne 24 est munie de deux bras 5a et 52 diamétralement opposés par rapport à l'axe de la colonne 24 Le bras 50 supporte un pion de centrage et d'appui 54 qui traverse la grille 4 par l'alésage 56. Le pion 54 comporte une surface d'appui 58 plaquée sur la face supérieure de la pièce d'extrémité 12, par le système élastique 34. L'extrémité 60 du pion pénètre dans un orifice 62 de centrage ménagé dans la pièce d'extrémité 12. te bras 52 supporte un pion de centrage et d'appui identique mais qui est relié au bras par le système élastique 64. Ce système élastique permet de compenser les défauts de construction de l'assemblage combustible. Surla figure 3, l'extrémité inférieure de la colonne 22 comporte une broche verticale 66 traversant la grille 4 par l'alésage 68 et prenant appui sur la face supérieure de la pièce d'extrémité 12. La broche 70 est reliée à la colonne 24 par le système élastique 72, les deux broches étant diamétralement opposées. Le centrage est assuré par deux pions verticaux diamétralement opposés. Le pion 74 (seul représenté) traverse la grille 4 par l'alésage 76 et son extrémité inférieure pénètre dans le trou 78 ménagé dans la pièce d'extrémité supérieure 12. Dans le mode de mise en oeuvre représenté sur la figure 4, la broche 80 ne pénètre dans l'alésage 92 de la grille 4 que sur une partie de l'épaisseur de cette grille. La broche 84 solidaire de la pièce d'extrémité 12 pénètre ésalemen's partieilement dans l'alésage 82. L'appui est réalisé par le contact entra les deux broches. La broche 86 diamétralement opposée à la broche 80 est identique à celle-ci, mais elle est reliée à la colonne 24 par le système élastique 88. Dans le cas de la figure 3, les pions de centrages 76, solidaires de la colonne, peuvent être remplacés par des organes mécaniques représentés sur les figures 5 et 6. Sur la figure 5, 1E centrage de la pièce d'extrémité 12 est assuré par deux pions 90 et ?S' qui pénètrent dans les trous 92 et 92 de la pièce d'extrémit 12, qui sant disposes à iCG par rapport aux broches. Sur la figure 6, ce centrage est assuré par deux pions 54 et 94' solidaires de la pièce d'extrérnté t et qui pénètrent dans les alésages 96 et 96' de la grille 4, le pions étant disposés à 900 par rapport aux broches. Dans ces deux derniers cas, le centrage de l'extrémité inférieure de la colonne 24 est assuré par les broches 66 et 70 pénétrant dans les alésages 68 de la grille 4. Dans les exemples précédents, on a seulement deux points d'appui sur l'assemblage. Dans certains cas, il peut dtre utile d'en avoir m . Le dispositif de maintien comporte alors n broches d'appui, dcnt n - 1 sont reliées élastiquement à l'extré- mité inférieure de la colonne. Sur les figures 7 et 8, on a représenté un autre mode de réalisation des moyens d'appui. Ils consistent en un dispositif à palonnier constitué par le cadre mobile 100 articulé par rapport à la colonne 24 autour d'un axe horizontal materialisé par les pivots 102 et 104. Le cadre 100 est muni de deux broches d'appui 106 et 108 qui traversent la grille 4 pares alésages 110 et 110', et qui prennent appui sur la face supérieure de la pièce d'extré- mité. La droite joignant les points de fixation des broche ne doit pas bien sûr être parallèle à l'axe de pivotement. Le centrage est assuré par des pions ayant l'une des dispositions représentées sur les figures 3, 5 et 6. Sur la figure 79 les pions de centrage 112 sont identiques aux pions 74 de la figure 3.Ils sont disposés à 900 par rapport aux broches 106 et 108. Dans les exemples précédents, le dispositif de maintien coopère avec un seul assemblage comgustible au-dessus duquel il est placé. Dans d'autres cas, un même dispositif de maintien peut coopérer avec plusieurs assemblages combustibles. La dispositif de maintien est alors disposé selon une direction verticale qui passe par le centre de gravité des centres des assemblages combustibles concernés. Sur la figure 9, on a représenté un mode de réalisation dans lequel le dispositif de maintien coopère avec quatre assemblages combustibles 8. Chaque boîtier 114 (respectivement 114a, 114bus 114c) et 114d) contient deux assemblages combustibles 8 suspendus par leur pièce d'extrémité supérieure 12 à l'extrémité des boîtiers 114. Dans cet exemple, les assemblages combus+s; bles sont du type à plaques, et la barre de commande est du type cruciforme avec quatre bras 136. Chaque barre de commande peut pénétrer dans le coeur p ar des passages ménagés entre les boîtiers. Le guidage de chaque barre de commande mobile est assuré par des cloisons 130 qui se prolongent sur toute la hauteur du corps 100 de la pièce 10. Ces cloisons 130 ménagent à l'intérieur du corps 100 un passage cylindrique central 132 permettant le passage de ltorgane de commande de la barre de contrôle et d'autre part quatre fentes rayonnantes telles que 134 disposées à 90 les unes des autres et qui permettent le passage des bras 136 des barres de commande. Ces mêmes cloisons prenant appui sur les boîtiers par leur plan inférieur définissent également entre elles-mêmes et la colonne 24, quatre passages 138 pour la circulation du liquide de refroidissement qui coopèrent avec les ouvertures 139. Le passage central 132 se prolonge dans la pièce 32. Le dispositif de maintien comporte également des dispositifs élastiques secondaires en nombre égal à celui des assemblages combustibles à immobiliser. Dans ce cas, on a donc quatre dispositifs élastiques secondaires et ltéquivalent d'une broche d'appui fixe. Chaque dispositif élastique secondaire est fixé sur la colonne 24. Si l'on prend le dispositif élastique secondaire 150d, on voit qu'il est raccordé à ladite colonne 24 par un bras rayonnant 152d. Le dispositif 150d comprend un corps fixe 154d solidaire du bras 152d et une broche mobile 156d. Les broches 156 traversent la grille 4 par des alésages 158a, 158b, 158c et 158d. Les broches 156 sont sollicitées en permanence vers le bas par les ressorts 160. Chaque extrémité inférieure des broches 156 pénètre dans la douille 126 de l'assemblage combustible correspondant. Chaque broche comporte bien sûr un épaulement 162 qui coopère avec la douille. Pour avoir plus de détails sur ce mode de réalisation, on se reportera avantageusement à la demande de brevet français NO déposée ce jour par la demanderesse pour "Structure de coeur pour réacteurnucléaire". REVENDICATIONS 1. Structure interne pour réacteur nucléaire du type comportant à l'intérieur d'une cuve de résistance à la pression un coeur constitué par une pluralité d'assemblages combustibles et une pluralité d'éléments mobiles de commande, caractérisée en ce qu 'elle comprend une grille inférieure solidaire de ladite cuve, et sur laquelle sont fixés lesdits assemblages combustibles, une grille intermédiaire située au-dessus desdits assemblages et également solidaire de la cuve, une grille supérieure située à la partie supérieure de ladite cuve et solidaire de ladite cuve, et une pluralité de dispositifs de maintien verticaux, s' éten- dant entre la grille supérieure et la grille intermédiaire, chaque dispositif de maintien étant constitué par une colonne possédant un axe vertical fixé à son extrémité supérieure sur ladite grille supérieure par 1 intermédiaire d'un système élastique déformable selon la direction verticale et chaque dispositif de maintien comportant à son extrémité inférieure des moyens de guidage vertical de l'extrémité inférieure dudit dispositif sur la grille intermédiaire , de moyens d'appui de ladite extrémité inférieure sur l'extrémité supérieure desdits assemblages. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque dispositif de maintien comprend à son extrémité supérieure une bride de maintien solidaire de la grille supérieure et traversant celle-ci par un alésage et en ce que ladite bride est raccordée au corps dudit dispositif par un système élastique vertical, appliquant un effort dirigé vers l'extrémité inférieure dudit corps. 3. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que certains dispositifs de maintien qui sont associés à des assemblages combustibles pourvus d'éléments de commande, comportent dans leur corps allongé des organes de guidage en translation verticale desdits éléments de commande. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractériséeen ce que les assemblages combustibles sont du type comportant à leur partie supérieure une pièce d'extrémité supérieure, et en ce que certains desdits dispositifs de maintien coopèrent avec un seul assemblage combustible et en ce que les autres coopèrent avec une pluralité d'assemblages combustibles. 5 Structure selon l'une quelconque des reuendications 2 à 4, caractérisée en ce que les dispositifs de maintien comportent à leurs extrémités inférieures, situées au-dessus de la grille intermédiaire, des pions de centrage verticaux symétriques deux à deux par rapport à l'axe desdits dispositifs traversant la grille intermédiaire par des alésages et dont les extrémités inférieures pénètrent dans des trous ménagés dans les pièces d'extrémité supérieures des assemblages combustibles, et des broches verticales, symétriques deux à deux par rapport à l'axe du dispositif traversant la grille intermédiaire par des alésages et portant sur des surfaces d'appui ménagées sur lesdites pièces d'extrémité supérieure des assemblages toutes les broches d'un même dispositif sauf une étant reliée à coeur par des systèmes élastiques. 6. Structure salon l'une quelconque des re:endications 1 à 4, caractérisée en ce que les dispositifs de maintien comportent à leur extrémité inférieure, située au-dessus de la grille inter médiaire, des pions de centrage et d'appui verticaux et symétriques deux à deux par rapport aux axes desdits dispositifs, les pions traversant par des alésages la grille intermédiaire, et pénétrant dans des trous de centrage ménagés dans les pièces d'extrémité supérieure, lesdits pions comportant en outre une surface d'appui coopérant avec la face supérieure des pieces d'extrémité supérieure, tous les pions sauf un d'un même dispositif étant reliés à celui-ci par un système élastique. 7. Structure salon l'une quelcorque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les dispositifs de maintien comportant à leur extrémité inférieure, située au-dessus de la grilla d'intermédiaire, des broches erticales symétriques deux à deux par rapport aux axes des dispositifs traversant la grille intermédiaire par des alésages et portant sur des surfaces d'appui ménagées sur les pièces d'extrémité supérieure, et en ce que lesdites pièces d'extrémité supérieure sont munies de pions de centrages pénétrant dans des alésages ménagés dans ladite grille Interrédiaira 3. Structure selon l'une quelconque des revendications t à 4, caractérisée en ce que les dispositis de martien comportent à leur extrémité inférieure, située su-dassus de la grille d'inter édiaire. des broches verticales. symétrique ceux à ceux par rapport aux axes des dispositifs traversent la grille i--er^Édia1re par des alésages et oortsnt sur des surfaces d appui éeoéac sur les pièces @ 5805.3 GD et en ce que lesdites pièces d ' extrémité supérieure sont munies d'orifices dans lesquels pénètrent des pions de centrage solidaires de la face inférieure de la grille intermédiaire. 9. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les dispositifs de maintien comportent à leur extrémité inférieure, située au-dessus de la grille inter méd la ire, des broches verticales tour nées -ers le bas disposées symétriquement deux à deux par apport aux axes desdits dispositifs, lesdites broches pénétrant partiellement dans des alésages ménagés dans la grille intermédiaire, et en ce que les pièces d'extrémité supérieures sont munies de broches verticales tournées vers le haut, pénétrant également partiellement dans lesdits alésages, les broches tournées ver le haut et celles tournées vers le bas étant en contact par leur extrémité, toutes les broches tournées vers le bas sauf une étant reliée élastiquement à 1' extrémité inférieure desdits dispositifs de maintien. 10 Structure selon 1:ne quelconque des revendications 1 à 4,caractérisée en ce qu un dispositif de maintien coopérant avec un seul assemblage combustible comporte à son extrémité inférieure un cadre articulé par rapport audit dispositif autour d'un axe de pivotement perpendiculaire à l'axe dudit dispositif, ledit cadre étant muni de deux broches tournées vers le bas et disposées symétriquement par rapport à l'axe dudit dispositif, la droite joignant les deux broches n'état pas confondue avec ledit axe de pivotement 110 Structure selon la revendication 10, caractérisée an ce que le dispositif de maintien comporte deux pions de centrage verticaux disposés symétriquement par rapport à l'axe dudit dispositif selon une droite sensiblement perpendiculaire aux broches, lesdits pions traversant la grille intermédiaire par des alésages et pénétrant dans des trous ménagés dans la pièce d'extrémité supérieure dudit assemblage. 1 Structure selon la re endication 10, caractérisée en ce que la pièce d'extrémité supérieure dudit assemblage est munie de deux pions de centrage tournés ers le haut et disposés symétriquement par rapport à l'axe dudit dispositif selon une droite sensiblement perpendiculaire aux broches , les deux pions pénétrant dans des trous ménagés dans la grille intermédiaire. 13. Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce que la pièce d'extrémité supérieure dudit assemblage est munie de deux trous disposés symétriquement par rapport à l'axe dudit dispositif selon une droite sensiblement parallèle aux broches, dans lesquels pénètrent deux pions de centrage solidaires de la face inférieure de la grille intermédiaire.