Brevet FR2326011A1 — publié le 19770422

La présente invention est relative à un tracteur nucléaire refroidi par un métal liquide mis en circulation par une pompe, dite pompe "ri.1 45 'e t stapplique plus particulierement à un réacteur nucléairs à neutrons rapides refroidi par du sodium liquide, circulant entre le coeur du réacteur où ce réfrigerant acquiert les calories dégagées par la fission du combustible et des échangeurs de chaleur où ces calories sont transmises à un fluide secondaire en vue de leur récupération ultérieure. On sait que dans les reacteurs de ce type, le coeur ou partie active, formé par la juxtaposition appropriée d'assemblages fissiles et fertiles, est immergé dans un volume convenable de sodium liquide, apte à refroidir ces assemblages, ce volume étant contenu dans une cuve métallique, dite cuve principale, ouverte à sa partie supérieure et suspendue sous une dalle en béton fermant la partie haute d'un caisson de protection à parois epaisses également en béton, délimitant l'enceinte du réacteur. Le coeur est lui-même contenu dans la cuve principale à l'intérieur dwune cuve interne montée dans la première, et repose sur un sommier transversal s'appuyant sur le fond ou la virole latérale de cette cuve principale.En fonctionnement, le sodium liquide de refroidissement est mis en circulation continue, de façon à traverser le sommier puis les assemblages du coeur selon le sens vertical ascendant, Au contact de ces assemblages, le sodium s'échauffe avant d'être recueilli au-dessus du coeur dans la cuve interne, Il est alors conduit vers des orifices d'entrée prévus dans les enveloppes d'une série d'échangeurs primaires Où il cède ses calories au fluide secondaire traversant ces échangeurs. A la sortie de ces derniers, le sodium ainsi refroidi est aspiré par des pompes primaires qui le renvoient sws le sommier du coeur pour un nouveau passage à travers celui-ci. Dans les réacteurs classiques les plus récents et en particulier dans le réacteur Phénix actuellement en fonctionnement, la solution adoptée est dite intégrée et correspond au montage des échangeurs et des pompes à l'intérieur même du caisson dans la cuve principale du réacteur. Notamment, ces pompes et échangeurs sont disposés avec leur axe vertical et sont de préférence régulièrement et alternativement répartis autour de l'axe de la cuve principale et du coeur du réacteur contenu dans celle-ci. Les orifices d'entrée des échangeurs sont prévus dans la partie de ceux-ci qui pénètre dans la cuve interne au-dessus d'un redan latéral incliné, prévu dans la paroi de cette cuve, tandis que leurs orifices de sortie sont disposés sous ce redan, dans l'espace compris entre la cuve principale et la cuve interne, Le sodium froid sortant de ces orifices se répartit dans cet espace puis est repris par les pompes à travers une jupe d'aspiration entourant chacune de celles-ci. Le sodium aspiré est ensuite refoulé par des conduits de forte section pour être renvoyé sous le sommier et le coeur, comme dit plus haut. La présente invention est relative à un réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide mis en circulation par au moins une pompe primaire, ou l'encombrement de la solution classique ainsi rappelée est considérablement réduit, en procurant en outre d'autres avantages tels qu'une réduction du nombre des passages dans la dalle de fermeture du réacteur, une diminution du diamètre de la cuve principale et la suppression des jupes d'aspiration autour des pompes. A cet effet, le réacteur considéré, comportant au moins une pompe du genre à arbre d'en-traPnement vertical munie en bout et à son Extré- mité inférieure d'une roue à aubes, se caractérise en ce qu'il comprend un échangeur associé à chacune desdites pompes, de forme annulaire et muni d'un alésage central traversé par l'arbre d'entrainement de la pompe, la roue de celle-ci étant montée sous ledit échangeur, un collecteur disposé sous la roue et comportant une lanterne ou tulipe ouverte d'aspiration ascendante du métal liquide, un palier hydrostatique disposé au-dessus de la roue pour guider arbre d'entratnement et un diffuseur non démontable entourant la roue et dans lequel débouche au moins un conduit de refoulement. Avantageusement, l'arbre d'entraînement est entouré par un manchon de protection démontable, portant en bout le palier hydrostatique et muni d'un joint assurant l'étanchéité entre le support du palier et une collerette prolongeant le diffuseur, Selon une autre caractéristique, la roue de la pompe est également munie d'un joint à labyrinthe, coopérant avec le support du palier hydrostatique. Dans un mode de réalisation particulier, ie diffuseur fixe présente un profil extérieur sphérique, raccordé à la base de la lanterne d'aspiration par une partie cylindrique prolongée par une partie conique. La structure fixe et non démontable, notamment par liaison avec le sommier du réacteur de la lanterne d'aspiration et du diffuseur permet de simplifier la géométrie des pièces tiliséeso Notamment, la pompe considérée peut etre réalisée au moyen de tôles assemblées par mécanosoudure et non plus en pièce de fonderie, comme dans les solutions antérieures, La disposition qui consiste en outre à mettre en oeuvre une lanterne d'aspiration à circulation verticale ascendante par opZposition aux réalisations classiques où l'aspiration de la roue est descendante, permet avantageusement de monter directement celle-ci sous un échangeur. La compacité du groupe échangeur-pompe ainsi réalisé pressente des avantages spécifiques, résultant notamment d'une hauteur de refoulement améliorée et plus spécialement d'une augmentation du coefficient dit NSPH (Net section pressure head), c'est-a-dire de la pression minimale requise à l'aspiration pour éviter la cavitation. Ces dispositions permettent de plus une limitation du diamètre et du poids de la pompe. Les dispositions de l'invention permettent également une simplification de la forme du redan de la cuve interne et une meilleure organisation dynamique de l'écoulement du réfrigérant, l'aspiration du sodium froid par chaque pompe s'effectuant directement dans la zone où ce sodium sort de l'échangeur. D'autres caractéristiques d'un réacteur mettant en oeuvre les dispositions de l'invention, apparattront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, équipé de pompes primaires selon l'invention, associées chacune à un échangeur de chaleur intégré dans la cuve de ce réacteur, - la Fig. 2 est une vue en coupe axiale à plus grande échelle, illustrant le détail de la réalisation de la pompe considérée. Sur la Fig. 1, la référence 1 désigne le coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides, comportant notamment une partie active centrale 2 et une couverture fertile latérale 3, cette disposition habituelle du coeur n'étant nuilement impérative. Le coeur 1 repose sur un sommier de support 4, lui-mtme en appui sur un platelage inférieur 5 réuni par une virole coniqus 5 à-la paroi interne d'une cuve métallique 7, dite cuve principale, contenant le coeur et un volume convenable d'un réfrigérant liquide, notamment de sodium, amené à circuler à travers les assemblages du coeur pour en extraire les calories dégagées par la fission nucléaire. La cuve 7 est doublée extérieurement par une seconde cuve 8, dite cuve de sécurité, les cuves 7 et 8 étant suspendues par leur partie supérieure sous une dalle de fermeture 9, reposant par des organes d'appui 10 contre un épaulement latéral interne Il managé dans un caisson de protection 12 à parois épaisses en béton, délimitant exté- rieurement l'enceinte du réacteur. La dalle 9 comporte de façon connue, des orifices de passage tels que 13,notamment pour le montage d'un systeme de bouchons tournants 14, permettant d'accéder au coeur à l'intérieur de la cuve 7 à travers le volume de sodium qu'elle contient.En outre,d' autres orifices 15 sont ménagés dans la dalle 9 pour le montage de composants nécessaires au fonctionnement du réacteur et notamment d'échangeurs de chaleur cnrle ment recrésentés en 16 et répartis autour de l'axe vertical du coeur de ces échangeurs pénètre à l'intérieur de la cuve 7 dans le volume de sodium et est supporté par la partie supérieure de la dalle grâce à ne brize d'appui 17, le passage de chaque échangeur étant entouré par une jupe d!aspiration 18. En outre3 chaque échangeur comporte des orifices d'entrée 19 et de sortie 20, permettant au sodium circulant dans la cuve 7 de traverser ces échangeurs afin d'y restituer les calories acquises dans le coeur. Chaque échangeur traverse dans sa partie située entre ses orifices d'entrée et de sortie, un redan latéral 21 incliné, appartenant à la paroi d'une cuve interne 22, montée à l'intérieur de la cuve principale 7 et contenant le coeur 1, cette cuve interne reposant sur le sommier de support 4 ou en étant solidaire. Le redan 21 comporte à sa périphérie un bard retourné 23, avantageusement solidarisé de la paroi de la cuve principale 7 ou de la virole d'appui conique 6 du platelage 5. Enfin, ce bord retourné 23 est prolongé par un baffle supérieur 24, parallèle à la paroi de la cuve 7 et destiné à protéger celle-ci vis-à-vis des effets du sodium chaud contenu dans la cuve 22. Le trajet du sodium lors du fonctionnement du réacteur est schématisé par les flèches représentées en traits pleins sur le dessin de la Fig. 1. Le sodium chaud recueilli en 25 à la sortie du coeur se dirige selon la flèche 26 vers les orifices d'entrée 19 des échangeurs is. Après traversée de ces derniers et échange des calories avec le-fluide secondaire, le sodium refroidi sort par des orifices 20 selon le sens de la flèche 27 pour etre recueilli dans l'espace 28, ménagé sous le redan 21, entre la cuve interne 22 et la cuve principale 7.Ce sodium refroidi est alors aspiré selon la flèche 29 par des pompes de circulation 30 établies conformément à l'invention, ces dernières permettant de refouler ce sodium froid par des conduits 34 et selon la flèche 32 sous le sommier 4 avant de subir un nouveau passage dans le coeur selon le sens ascendant, schématisé par la flèche 33. La Fig. 2 illustre plus en détail la réalisation d'une pompe de circulation 30 mise en oeuvre selon l'invention. Sur cette figure, on a représenté en 40 un arbre d'entrainement vertical, muni d'un embout d'extrémité 41 auquel est fixée une roue transversale 42 à aubes 43. L'arbre 40 est guidé à sa partie inférieure par un palier hydrostatique 44, comportant en regard de l'embout 41 un évidement en creux 45, permettant à un fluide neutre de sustentation approprié d'être admis sous pression par un canal 45a, afin d'assurer le guidage et le soutien de 11 arbre au cours de sa rotation. Le corps du palier 44 est réuni à un manchon de protection 46, coaxial à l'arbre 40 et terminé par un bord 47 prolongé par une lèvre 48, apte à coopérer da façon étanche avec une collerette 49.Celle-ci prolonge un rebord 50 d'un diffuseur fixe 51, dans lequel est refoulé le sodium provenant de la roue 42. L'étanchéité entre - exeniité cu manchon 46 et le diffuseur 51 est complétée par un bord relevé 52 prévu en bout de la partie 50 du diffuseur et coopérant avec une seconde lèvre 53 de l'embout 47. Enfin, un joint à labyrinthe 54 est monté entre le corps du palier 44 et la roue 42, ce joint à labyrinthe comportant notamment des gorges en creux 55 prévues dans le palier et dans lesquelles s'engagent des ailettes cylindriques 56 ménagées dans la face antérieure de la roue. Des dispositions similaires sont prévues sous la roue, pour coopérer avec la lanterne fixe 60 décrite ci-après. Le diffuseur fixe 51 comporte une partie à profil sphérique 57, raccordée à une partie cylindrique 58, elle-meme prolongée par une partie conique 59 rendue solidaire d'une lanterne ou tulipe d'aspiration ouverte 60, montée dans l'axe de la roue 42 et de l'arbre d'entraSnement 40, cette lanterne comportant à sa partie supérieure un profil épanoui 51, suivant celui des aubes 43 de la roue 42. Le trajet du sodium dans la pompe est schématisé par les flèches en traits pleins. L'aspiration est réalisée verticalement et selon le sens ascendant à l'intérieur de la lanterne 60, le sodium étant ensuite refoulé par les aubes 43 de la roue 42 selon les flèches 63.pour Qtre repris par des aubes fixes 64 ménagées à l'intérieur du diffuseur 51. Le sodium recueilli par la partie sphérique 57 du diffuseur selon la flèche 65 est finalement évacué par les conduits 31, raccordés au diffuseur, de préférence dans la région cylindro-conique 58, 59 de celui-ci. Comme représenté sur la Fig. 2, la pompe 30 est avantageusement montée selon une disposition préférée de l'invention, à l'extrémité inférieure d'un échangeur 16 dont le r81e et la mise en oeuvre ont été définis en relation avec la Fig. 1. A cet effet, l'échangeur considéré comporte un alésage axial 66, permettant le passage du manchon de protection 46 entourant l'arbre d'entralnement 40. Dans ces conditions, le sodium froid sortant des orifices 20 selon le sens des flèches 27, est directement recueilli dans l'espace 28 par la lanterne 60 avant d'être refoulé par les conduits 31. Il en résulte des avantages importants, notamment du fait de l'utilisation pour chaque pompe d'un diffuseur fixe, permettant de supprimer une jupe d'aspiration. Le gain obtenu sur le diamètre de la cuve et sur le nombre des orifices ménagés dans la dalle de fermeture de cette dernière est par ailleurs particulierement appréciable. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas a l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté ci-dessus elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Réacteur nucléaire refroidi par un métal liquide, comportant au moins une pompe du genre à arbre d'entraînement vertical munie en bout et à son extrémité inférieure d'une roue à aubes, caractérisé en ce qutil comprend un échangeur associé à chacune desdites pompes, de forme annulaire et muni d'un alésage central traversé par l'arbre d'entraînement de la pompe, la roue de celle-ci étant montée sous ledit échangeur, un collecteur disposé sous la roue et comportant une lanterne ou tulipe ouverte d'aspiration ascendante du métal liquide, un palier hydrostatique disposé au-dessus de la roue pour guider l'arbre d'entrainement et un diffuseur non démontable entourant la roue et dans lequel débouche au moins un conduit de refoulement. 2. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre d'entraînement de la pompe est entouré par un manchon de protection démontable portant en bout le palier hydrostatique et muni d'un joint assurant lrétanchéité entre le support du palier et une collerette prolongeant le diffuseur. 3. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue de la pompe est munie d'un joint à labyrinthe, coopérant avec le support du palier hydrostatique. 4. Réacteur nucléaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diffuseur présente un profil extérieur sphérique, raccordé à la base de la lanterne d'aspiration par une partie cylindrique prolongée par une partie conique. 5.Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant une cuve principale à axe vertical supportant le coeur du réacteur et une cuve interne disposée dans la cuve principale et contenant le coeur, cette cuve interne assurant la séparation du métal liquide de refroidissement entre la sortie du coeur et la sortie des échangeurs de chaleur par un redan transversal raccordé directement à la cuve principale ou par l'intermédiaire d'un baffle doublant la paroi de ladite cuve, caractérisé en ce que ledit redan est traversé par les échangeurs de chaleur répartis autour de l'axe du coeur, de façon telle que les pompes associées auxdits échangeurs aspirent le métal liquide sous ledit redan, dans Il espace compris entre la cuve interne et la cuve principale.