Brevet FR2388376A1 — publié le 19781117

La présente invention a pour objet un dispositif de mise en circulation d'un liquide dans un réacteur nucléaire du type piscine Plus précisément, la présente invention concerne un groupe moto-pompe pour la mise en circulation du liquide caloporteur (en général de l'eau) d'un réacteur nucléaire du type piscine dans lequel l'enceinte formant piscine est séparée par une cloison horizontale en une région inférieure dite "cuve" et une région supérieure ouverte dite "piscine". Le coeur du réacteur est situé dans la partie "cuve" ainsi que les échangeurs primaires et les pompes primaires.Chaque pompe primaire comporte en fait un moteur d'entraSnement et une partie pompe proprement dite qui se trouve nécessairement dans la région cuve L'un des problèmes est l'implantation du moteur électrique d'entraînement de la pompe. Une première solution consiste à utiliser un moteur disposé au-dessus de la surface libre de l'eau de la piscine et à relier la pompe au moteur par un arbre de transmission. Mais, compte tenu de la hauteur d'eau qu'il faut prévoir dans la piscine, cet arbre a nécessairement une longueur importante, ce gui pose des problèmes pour son dimensionnement et sa résistance mécanique. Ctest la solution qui a été adoptée dans la demande de brevet français nO EN 74 29646 du 30 septembre 1974 On peut aussi accoupler la pompe primaire à un moteur électrique immergé dans la piscine et de ce fait, on rend plus compact l'ensemble en réduisant la longueur de l'accouplement mécanique moteur-pompe Toutefois, les conditions d'arrêt du réacteur nécessitent la présence d'volant d'inertie placé sur l'arbre commun à la pompe et au moteur, afin que la pompe continue à assurer, pendant un temps suffisamment long, la circulation du fluide réfrigérant dans le coeur du réacteur. Or, ce volant fonctionnant dans l'eau devrait avoir des dimensions importantes, pour que son ralentissement ne soit pas trop rapide et l'énergie nécessaire à son entraînement diminuerait sensiblement le rendement global du groupe électropompe. On peut également avoir un couplage magnétique entre les arbres moteur et pompe à travers une virole d'etanchéité (système type Rotaflux) mais cette disposition ne serait pas économique dans le cas présent et peut poser des problèmes de fiabilité, La présente invention a précisément pour objet un dispositif de mise en circulation du liquide calogène qui pallie les inconvénients des solutions citées ci-dessus, en permettant au moteur d'entraînement et au volant d'inertie de fonctionner en atmosphère gazeuse (par exemple de l'air) tout en réduisant très sensiblement la longueur de l'arbre de transmission entre la pompe proprement dite et le moteur d'entraînement, Cette solution évite également l'emploi de dispositifs de couplage magnétique.Elle permet cependant un démontage aisé de la partie pompe immergée dans la région "cuve, Le dispositif de mise en circulation d'un liquide dans un réacteur du type piscine comportant à l'intérieur d'une fosse une partie.inférieure dite "cuve1, séparée d'une partie supérieure dite "piscine" par une cloison horizontale, ledit dispositif comportant un moteur associé à un volant d'inertie et une pompe proprement dite reliée audit moteur par un arbre vertical, ladite pompe étant disposée à l'inte- rieur de la partie "cuve", ledit arbre traversant ladite cloison par un orifice se caractérise en ce que ledit moteur et ledit volant inertie sont disposés à l'intérieur de la partie "piscine", ledit moteur et ledit volant d'inertie étant placés à l'intérieur d'une structure en forme de cloche, d'axe vertical et ouverte à son extrémité inférieure, ladite ouverture inférieure étant disposée au droit dudit orifice et obturée par une plaque support, ledit moteur et ledit volant occupant la partie supérieure de ladite structure en cloche, ladite plaque support étant fixée de façon étanche sur ladite cloison, ladite plaque support comportant des moyens de mise en communication de l'intérieur de ladite cloche avec la partie "piscine" ou la partie "cuve", de telle façon que ledit liquide puisse pénétrer à la partie inférieure de ladite cloche, ladite cloche contenant un gaz et ayant un volume tel qu'à la pression du liquide mis en communication avec ladite cloche, ledit gaz occupe au moins toute la partie supérieure de ladite cloche où se trouvent ledit moteur et ledit volant. De préférence, ladite structure en forme de cloche est constituée par trois compartiments communicants de forme cylindrique, les deux compartiments supérieurs étant occupés par ledit moteur et ledit volant d'inertie Selon un premier mode de mise en oeuvre, ladite cloche est mise en communication avec la partie "piscine" par des orifices ménagés dans la plaque support et un joint annulaire assure l'étanchéité entre le rebord de l'orifice dans ladite cloison horizontale et ladite plaque support. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, ladite cloche est mise en communication avec la partie "cuve" par des orifices ménagés dans ladite plaque support et un joint annulaire assure l'étanchéité entre le rebord de ladite plaque support et ladite cloison horizontale. De toutes façons, l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de deux modes possibles de sa réalisation, 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 d'un réacteur piscine comportant un groupe moto-pompe selon l'invention, et - sur la figure 2, une vue en coupe verticale d'un groupe moto-pompe, la demi-vue de droite illustrant un premier mode de réalisation, la demi-vue de gauche un deuxième mode. Sur la figure 1, on a représenté en coupe verticale un réacteur du type piscine pour la production d'énergie thermique Comme on le voit sur cette figure, l'ensemble de l'installation est placé dans une fosse 2 limitée par une parol bétonnée 4 qui est bien sûr ouverte à son extrémité supérieure.La partie inférieure de la fosse 2 est occupée par une cuve métallique 6 qui est fermée a son extrémité supérieure par une cloison horizontale 8 constituée par deux parois 10 et 101 ménageant entre elles un espace, L'ensemble de la fosse 2 est ainsi partagé en une zone inférieure appelée "cuve", portant la référence 12, et une zone supérieure 14 appelée "piscine", Un fluide réfrigérant circule dans l'installation, ce fluide étant de préférence de l'eau. Dans la cuve t2 on trouve, d'une part le coeur 15, d'autre part, au moins un échangeur primaire 16 et par ailleurs, une pompe de mise en circulation du fluide de refroidissement 18. Comme on l'a déjà exposé, la présente invention concerne plus spécialement une dispositicn particulière llee à cette pompe 18 Il faut par ailleurs savoir que par les dispositions particulières déjà décrites dans la demande de brevet citée, on maintien une surpression de l'ordre de 6 bars dans la cuve 12, alors que dans la piscine 14 on ne trouve bien sûr que la pression hydrostatique, Les flèches indiquent la circulation du fluide caloporteur (c-est-à-dire par exemple de liteau), entre le coeur 15, le ou les échangeurs primaires 16 et la ou les pompes primaires 18 Sur la figure 2, on a représenté en coupe verticale la partie supérieure de la pompe 18, c'est-à-dlre la partie de cette pompe qui correspond à la liaison entre l'impulseur de la pompe et son moteur d'entraînement Les pompes primaires consistent essentiellement en des groupes moto-pompes comportant une partie pompe proprement dite qui est constituée essentiellement par l lmpulseur 20 entouré par la jupe cylindrique 22 et par un moteur électrique d'entraînement portant sur cette figure la référence 24. L'impulseur 20 est bien. sûr entraîné en rotation par le moteur 24 et on va décrire, conformément à l'invention, le mode préféré de liaison et d'installation de cette moto-pompe. On va tout d'abord décrire la partie pompe proprement dite qui n'est pas réellement spécifique de l'invention, L'impulseur 20 est fixé au voisinage de l extremlte inférieure d'un arbre vertical d'entraînement 26 qul est porté et guidé en rotation à son extrémité inférieure, par un palier-butée 28.A l'interieur de la jupe 22 de la pompe, on trouve également un diffuseur 30 La jupe 22 comporte, à son extrémité supérieure, des conduites telles que 32 de sortie de l'eau aspirée par la pompe dans la virole inférieure 34. En outre, un flotteur 36 qui est guidé en translation verticale et qui coopère avec une partie évasée 38 de la jupe 22, Doue le rôle de clapet anti-retour La liaison entre la pompe proprement dite et le moteur qui se trouve dans la région 'piscine" 14, se fait par l'intermédiaire d'une virole 40 soudée aux parois 10 et l0' (figure 1). La jupe 22 de la pompe est prolongée par une virole cylindrique 42 qui traverse la virole 40 et dont l'extrémité supérieure est fixée sur une plaque support 44 disposée au-dessus de la paroi supérieure 10 Une assise 46, qui entoure la virole 40 au niveau de la plaque supérieure 10, en coopérant avec la plaque de base 44, assure au moins une étanchéité relative entre la partie piscine" et la partie cuve Le moteur 24 de la pompe est enfermé dans une structure ayant la forme d'une cloche et portant la référence générale 50 Cette cloche 50 est en fait constituée par la superposition de trois compartiments cylindriques d'axe vertical portant respectivement les références 52a, 52b et 52c et com munlquant entre eux.Le compartiment 52c est pourvu sur sa périphérie d'un rebord 54- qui permet d'assurer une certaine étanchéité entre la plaque support 44 et le rebord 54. On crée ainsi, grâce à la plaque support 44 et à la structure en forme de cloche 50, un ensemble semi-étanche A Iiintérieur de l'ensemble constitué par la cloche 50 et la plaque support 44, on trouve tout d'sabord un premier-palierbutée 58 traversant la plaque support et guidant l'arbre 26 de la pompe! puis un ensemble d'accouplement démontable 60 entre un deuxième arbre intermédiaire vertical 62 et l'arbre 26 de la pompe proprement dite.Ce deuxième arbre 62 entraîne en rotation un volant d'inertie 64 qui est logé à Itintérieur du compartiment intermédiaire 52b. Cet arbre intermédiaire 62 est raccordé à l'arbre 65 du moteur 24. Les arbres 62 et 65 sont reliés entre eux par un dispositif diaccouplement semi-élastique 68 c Sur l'arbre 65 est claveté un rouet de ventilateur 70 qui permet la mise en mouvement de l'air contenu, comme on-le verra ultérieurement, dans la structure en cloche 50, ce qui assure ainsi la ventilation et le refroidissement du moteur 24.En fonctionnement, les compartiments 52a et 52b sont entièrement remplis par un gaz sous pression réduite et qui peut, par exemple, être de l'air ou de préférence un gaz inerte par exemple de l'Argon Quant au compartiment inférieur 52c, il est partiellement rempli de ce même gaz sous pression et également d'eau de refroidissement On a symbolisé par A le niveau de séparation entre lweau et l'air sous pression. En fonctionnement normal, le niveau de séparation A est situé sensiblement en-dessous du volant d inertie 64 et suffisamment en-dessous pour que, lors des variations de pression dues au fonctionnement du réacteur, ce niveau reste toujours à l'inté- rieur du compartiment inférieur 52c.Selon les cas, le liquide à l'intérieur du compartiment 52c est raccordé à la région "piscine" 14 et ainsi la pression de ce liquide est de l'ordre de 2 bars absolus, ou bien ce liquide est raccordé à la partie "cuve" 12 et la pression de ce liquide est alors de l'ordre de 6 bars absolus. Sur la demi-vue de droite de la figure 2, on a repré senté ce premier mode de réalisation (liaison avec la piscine). Dans ce cas, l'assise 46 est munie d'un joint d'étanchéité 48 et des orifices 80 sont prévus dans la plaque support 46. I1 faut alors assurer une bonne étanchéité au niveau du palierbutée 58 du fait de la différence de pression de part et d'autre de ce palier. Cela peut être obtenu par exemple à l'aide d'un labyrinthe permettant tout au plus une fuite de 0,25 m3/h. Sur la demi-vue de gauche de la figure 2, on a représenté le deuxième mode de réalisation (liaison avec la cuve). Dans ce cas, la paroi supérieure 10 comporte une deuxième assise 46' extérieure à la première 46, cette assise 46' étant pourvue d'un joint 82 qui coopère avec la plaque support 44 pour assurer une étanchéité de l'ordre de 10 1/heurte et des échancrures 84 sont ménagées dans l'assise interne 46. On comprend aisément qu'ainsi l'intérieur du compartiment 52c est en communication avec l'intérieur de la région "cuve" 12 du réacteur. En conséquence, le palier 58 ne comprend qu'une butée et contre-butée de la pompe et I"étanchéité est inutile puisque de part et d'autre de ce palier on a la même pression (de l'ordre de 6 bars dans ce cas3. Au moment de la mise en place de la structure en forme de cloche 50, celle-ci -est entièrement remplie d'air ou du gaz inerte considéré. Au moment de l'immersion, l'eau remonte dans ce compartiment sous l'effet de la pression de l'eau et les volumes des divers compartiments 52a, 52b et 52c de la cloche 50 sont tels que cette eau vient se stabiliser à un certain niveau A dans le compartiment inférieur 52c correspondant à une pression déterminée de l'air (ou du gaz) emprisonné dans la cloche.Selon les deux cas envisagés, cette pression pourra être de 1tordre de 2 bars ou de l'ordre de 4 ou 6 bars Le volume total de la cloche et, en particulier, celui du compartiment inférieur, est tel que, meme en cas de surpression par exemple dans la cuve 12, la remontée du niveau A de séparation entre le gaz est limitée et que le liquide reste à l'intérieur du compartiment inférieur 52c Bien entendu, les étanchéités ne sont réallsées qu'entre liquides (cas de la piscine et cas de la cuve) ,ce qui simplifie leur réalisation et permet par ailleurs d'admettre des fuites limitées Pour le démontage du moteur ou de la pompe, on opère de la façon inverse On comprend bien que ce mode de réalisation du dispositif de mise en circulation du fluide liquide de refroidissement convient à tous les impératifs qui avaient été fixés. En effet, le volant inertie 6- est bien situé dans une région entièrement occupée par le gaz. il en va de même du moteur électrique. En outre, du fait que le moteur électrique est disposé immédiatement au-dessus de la cloison horizontale 8, la longueur de l'arbre de transmission entre le moteur et la pompe est très réduite, REVENDI CAT IONS 1. Dispositif de mise en circulation d'un liquide dans un réacteur du type piscine comportant à l'intérieur d'une fosse une partie inférieure dite "cuve" séparée d'une partie supérieure dite "piscine" par une cloison horizontale, ledit dispositif comportant un moteur associé à un volant d'inertie et une pompe proprement dite reliée audit moteur par un arbre vertical, ladite pompe étant disposée à l'inté- rieur de la partie "cuve", ledit arbre traversant ladite cloison par un orifice, caractérisé en ce que ledit moteur et ledit volant d'inertie sont disposés à l'intérieur de la partie "piscine", ledit moteur et ledit volant dlinertie étant placés à l'intérieur d'une structure en forme de cloche, d'axe vertical et ouverte à son extrémité inférieure, ladite ouverture inférieure étant disposée au droit dudit orifice et obturée par une plaque support, ledit moteur et ledit volant occupant la partie supérieure de ladite structure en cloche, ladite plaque support étant fixée de façon étanche sur ladite cloison, ladite plaque support comportant des moyens de mise en communication de l'intérieur de ladite cloche avec la partie "piscine' ou la partie cuvez t', de telle façon que ledit liquide puisse pénétrer à la partie inférieure de ladite cloche, ladite cloche contenant un gaz et ayant un volume tel qu' la pression du liquide mis en communication avec ladite cloche, ledit gaz occupe au moins toute la partie supérieure de ladite cloche où se trouve ledit moteur et ledit volant. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure en forme de cloche est constituée par trois compartiments communlcants de forme cylindrique, les deux compartiments supérieurs étant occupés par ledit moteur et ledit volant d'inertie. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite cloche est mise en communication avec la partie "piscine.' par des orifices ménagés dans la plaque support et en ce qu'un joint annulaire assure l étant chéité entre le rebord de l'orifice dans ladite cloison horizontale et ladite plaque support. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit arbre traverse ladite plaque support par un palier muni de labyrinthes d'étanchéité. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite cloche est mise en communication avec la partie "cuve" par des orifices ménagés dans ladite plaque support et en ce qu'un joint annulaire assure l'étanchéité entre le rebord de ladite plaque support et ladite cloison horizontale.