Brevet FR2363864A1 — publié le 19780331

L'invention concerne une centrale nucléaire protégée contre les ruptures par éclatement, comportant une enceinte de pression pour le réacteur ainsi que des organes raccordés par serrage à ladite enceinte par l'intermédiaire des conduites principales de refroidissement sur lesquelles ils se trouvent fixés par serrage, l'enceinte de pression étant montée sur une assise avec possibilité de déplacements axiaux et radiaux pour la dilatation thermique et étant entourée d'uné enveloppe de protection contre les ruptures par éclatement équipée eaté couvercle de dispositifs de serrage grâce auxquels l'enceinte est soumise, en service, à chaud, à une précontrainte de direction axiale, et se trouve centrée par rapport à la structure extérieure porteuse, en béton précontraint, du blindage biologique. Ce montage d'une enceinte de pression pour réacteur devant permettre les déplacements axiaux et radiaux dus à la dilatation thermique a fait l'objet par exemple de la demande de brevet 1YP-OS-2 432 011 et le centrage de l'enceinte a' 1' inté- rieur d'une enveloppe de sécurité anti-éclatement avec utilisation de support-oscillants est décrit dans le brevet D-PS 2 438 698 . Dans ces installations protégées contre l'explosion, l'enceinte de pression du réacteur, à partir de laquelle se définit de préférence le joint fixe du circuit primaire, voit sa position déterminée par les ressorts de traction des blocs de l'assise et par les générateurs de vapeur qui y sont raccordés par l'intermédiaire des conduites principales de refroidissement. L'assise présente en direction horizontale une constante de ressort relativement réduite, ce qui est souhaitable pour éviter l'apparition de contraintes. Toutefois, des efforts relativement réduits peuvent occasionner un décalage notable de l'enceinte de pression du réacteur. le brevet DU-PS 2 327 759 prévoit un système d'appui permettant les déplacements par dilatation thermique sur les générateurs de vapeur et utilisant des portées obliques d'une pente déterminée a, la tuyauterie raccordant chaque générateur de vapeur a' l'enceinte ae pression du réacteur subissant alors en direction de 11 enceinte un effort f = G. tg a, Lorsque l'enceinte de pression est à 11 état froid et ne subit encore aucune précontrainte dans son enveloppe de sécurité antiéclatement, différents efforts dus au défaut d'alignement et surtout aux poids différents des générateurs de vapeur peuvent s'appliquer à l'enceinte de pression et la déplacer.Les poids peuvent varier par exemple du fait de la différence de remplis sate en eau des générateurs de vapeur ou, lors des tests préventifs successifs, du fait de 11 enlèvement nécessaire des blocs de béton entourant les générateurs0 D'autres organes raccordés par tuyauteries à l'enceinte de pression du réacteur peuvent aussi exercer des efforts sur celle-ci ; c'est ainsi que sont également raccordées à l'enceinte des conduites de refroidissement de secours. En prenant pour base une installation à énergie nucléaire protégée contre les ruptures par éclatement, du type précité l'invention a pour but de concevoir cette installation de telle sorte que l'enceinte de pression demeure centrée lorsqutelle est soumise à des efforts latéraux asymétriques, meAme à froid. Un but particulier de l'invention est de réaliser ce centrage de façon telle qu'il se maintienne lorsque l'enceinte de pression du réacteur se réchauffe jusqu'à la température de service , de façon à éviter l'apparition de contraintes lors du serrage de l'enceinte de pression dans son enveloppe de protection anti explosion. L'invention résoud ces problèmes dans une installation à énergie nucléaire protégée du type précité, en prévoyant que l'enveloppe de pression du réacteur, à l'état froid, puisse s' ap- puyer en position centrée sur des supports auxiliaires disposés dans une zone radiale et répartis sur sa périphérie externe, qu a cet effet l'enceinte de pression du réacteur soit guidée par des portées de centrage inclinées vers le haut de forme conique en biais vers l'extérieur et dont le sommet du c8ne se trouve sur l'axe de l'enceinte de pression. lesdites portées viennent au contact de contre-portées fixes de pente corres pondant la pente a des portées de centrage et des contre-portées étant choisie de telle sorte que celles-ci soient d'abord au contact en raison axe'la dilatation thermique axiale et radiale et de la charge due au poids, les surfaces de porte se soulevant par rapport aux contre-portées lorsque la température monte jusqu'à la température de service, le centrage de l'en- ceinte de pression étant alors assure par l'action des éléments de serrage du coté du couvercle conjuguée à la réaction du côté de l'assise. les principaux avantages offerts par l'invention résident dans le fait que l'enceinte de pression du réacteur présente à froid et à chaud une position centrée bien définie et que le passage d'un centrage à l'autre s'effectue en un processus continu excluant l'apparition de contraintes0 La pente des portées et contre-portées de centrage est déterminée de telle sorte que l'on obtienne le décollement recherché c1 est -à-dire que l'on choisit cette pente, légèrement plus faible que celle d'un cône de glissement sur lequel se déplaceraient les points de la périphérie extérieure de l'enceinte de pression dans la zone des portées de centrage. I1 est particulièrement avantageux que l'angle d'inclinaison a soit inférieur de quelques degrés à l'angle d'inclinaison a' du cône de glissement idéal k en laissant un espace en forme de coin entre les angles ss et ss respectivement complémentaires des angles a et a' ; on obtient ainsi, au début du réchauffage, un guidage précis dans la zone de contact des surfaces de portée, puis la distance augmente et la portée de centrage décolle de sa contre-portée, le centrage par l'enveloppe de sécurité étant alors déjà intervenu. Les appuis auxiliaires sont à prévoir de préférence dans la zone des plans axiaux de l'enceinte de pression passant par les axes des conduites principales de refroidissement. Selon une autre forme d'exécution préférée de l'invention, les portées de centrage sont prévues sur les griffes-supports soudées sur la périphérie extérieure de l'enceinte de pression du réacteur et les contre-portées sur les consoles ancrées dans le béton précontraint du blindage biologique. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée plus en détail à l'aide d'un exemple d'exécution illustré par des figures. Celles-ci représentent la figure 1 , une coupe axiale d'une installation d'énergie nucléaire du type à eau pressurisée, avec une enceinte de pression du réacteur montée dans une enveloppe de protection antiéclatement. La moitié gauche de la figure représente une coupe faite dans le plan Ila - lia et la moitié droite une coupe faite dans le plan IIb - IIb de la figure 2 la figure 2, une coupe de l'enceinte de pression du réacteur faite à hauteur des conduites principales de refroidissement. les griffes-supports et les consoles de centrage à froid sont représentées en pointillés la figure 3 , sur un diagramme, la dilatation thermique axiale et radiale du point A de la figure 1 ainsi que l'abaissement de l'enceinte de pression (qui dépend de la pré contrainte), la température en OG étant portée sur l'axe des x et le déplacement s exprimé en mm en ordonnées ; la figure 4 , le déplacement résultant du point A obtenu sur la figure 3 reporté en mm sur un diagramme à coordonnées rectangulaires où les abscisses et les ordonnées sont en mm.On suppose que les diagrammes des figures 3 et 4 se rapportent à une installation nucléaire d'environ 1300 MWel dimensionnée en fonction de cette puissance, c'est-à-dire dont l'enceinte de pression a une longueur axiale d'environ 11 m et un diamètre d'environ 5 m, et la figure 5 est une vue agrandie du détails de la figure 1. l'installation à énergie nucléaire protégée contre l'éclatement représentée à la figure 1 comporte une enceinte de pression du réacteur 1 comportant la partie cuve la et le cou vercle lb. Dans un plan a perpendiculaire à l'axe > se raccor- des à l'enceinte de pression 1) les conduites principales de fluide de refroidissement 2 dont une seule est visible sur la figure 1, mais dont quatre en tout apparaissent sur la figure 2, chacune de ces quatre conduites étant disposée symétriquement par rapport aux plans axiaux principaux perpendiculaires entre eux bl et b2. les conduites principales de refroidissement 2 sont des conduites doubles ou duplex où la partie de conduite supérieure 2a est séparée par une cloison 3 de la partie de conduite inférieure 2b La partie de conduite supérieure 2a sert à l'évacuation dans le sens de la flèche 2a', de l'eau de refroidissement réchauffée dans le coeur du réacteur 4 .La partie inférieure 2b sert à l'admission et l'on voit que l'eau de refroidissement s'écoule dans la chambre annulaire 5 comprise entre la paroi 1 a 1 de l'enceinte de pression et la cuve 6 du coeur, l'eau gagnant ensuite par la sole inférieure grillagée 7 le coeur du réacteur 4 où elle refroidit les éléments combustibles 8, dont on n'a représenté que le profil extérieur avant de quitter la cuve 6 du coeur ou l'intérieur du réacteur par la partie 2a de la conduite0 Les générateurs de vapeur raccordés aux conduites principales de refroidissement 2 ne sont pas représentés, non plus que les pompes assurant la circulation de l'eau de refroidissement dans le circuit décrit, l'essentiel est de constater que les efforts provenant des générateurs de vapeur sont transmis à l'enceinte de pression 1 par les conduites principales 2 étant donné la liaison de force établie par les conduites 2 entre ces générateurs et l'enceinte de pression 1. les conduites de refroidissement de secours 9a, 9b sont également raccordées à l'enceinte de pression 1 , la conduite supérieure 9a débouchant dans la cuve du coeur 6, la conduite inférieure 9b dans la chambre annulaire 5. le couvercle lb de l'enceinte de pression 1 est fixé de façon étanche à la partie inférieure la par des boulons de couvercle 10 (dont un seul est représenté sur la figure 1 par son axe). Sur le couvercle lb,repose un couvercle de retenue Il à plusieurs couches, comportant une bague extérieure forgée lla et différentes couches îlb. La couronne de retenue 12 recouvre le renflement périphérique du couvercle de retenue 11 ; elle porte le palier 13 des supports oscillants 14 munis d'un vérin hydraulique de manoeuvre 15.Les supports oscillants 14 sont repartis régulièrement sur la périphérie de l'enceinte de pression 1, de même que les boulons 10 du couvercle et les portées cylindriques 14a, 14b des supports oscillants 14 sont au contact des contre-portées correspondantes 12b de la couronne de retenue 12 et des contre-portées 16a des éléments de butée 16. Ces derniers sont montés contre les portées en dépouille inclinées vers l'intérieur 17a d'un caisson annulaire 17 prenant appui sur le blindage biologique 18, réalisé, comme le caisson annulaire, en béton précontraint. Le blindage biologique 18 est constitué essentiellenent d'une enveloppe cylindrique avec une partie de fond, enveloppe entourant l'enceinte de pression du réacteur 1 avec un écartement annulaire sî. le caisson annulaire 17 et le blindage biologique 18 sont traversés par des perçages axiaux 19 recevant des cibles de tension axiaux 20 d'une armature servant à la précontrainte du béton. Les câbles de tension et éléments de serrage en direction tangentielle et radiale n'ont pas été représentés sur la figure.Le caisson annulaire 17 est centré exactement, par rapport à l'axe longitudinal c du réacteur, par des tenons de centrage 21 ancrés dans le blindage biologique 18 dans la zone de la surface de séparation 22, et par des douilles correspondantes 23. Tenons et douilles 21, 23 sont disposés régulièrement sur la périphérie du blindage bio logique 18 et du caisson annulaire 17. Le blindage biologique 18 et le caisson annulaire 17 sont ainsi, gracie à l'armature 20, reliés axialement sous précontrainte, et peuvent absorber des efforts axiaux considérables. De même les éléments non repré sentés de cette garniture disposés en direction tangentielle permettent au caisson et à l'écran précités d'absorber des ef forts radiaux importants. Le fond 18a et l'enveloppe 18b du blindage biologique 18 forment la fosse du réacteur 24 par leurs parois internes , l'enceinte de pression 1 étant séparée de l'enveloppe 18b, comme déjà mentionné, par l'écartement radial sl (chambre annulaire correspondante S1) et étant séparé du fond 18a par l'écartement axial s2 (chambre S2). L'enceinte de pression 1 est supportée par l'intermédiaire de la bordure de base annulaire lc, par des ressorts de traction en U 25 répartis sur le pourtour de la bordure de base, les ressorts de traction 25 sont sollicités à la traction par la çharge axiale que représente le poids de l'enceinte de pression 1 et par les forces axiales de précon trainte et à la flenon par les forces radiales.Les ressorts 25 sont suspendus iwans des cuvettes 26 régulièrexent réparties sur la périphérie de l'enceinte de pression 1. Les cuvettes présentent des cloisons latérales extérieure et intérieure 26a ains qu une plaque de fond 26b. Les plaques de fond 26b reposent sur une plaque d'assise annulaire 27 supportée par un revetement annulaire en acier 28 du fond 18a. Dans la chambre annulaire S1 se trouve disposée une couche de béton isolant 29 en con tact direct avec la paroi 1 a 1 de l'enceinte. Cette couche est constituée par des blocs préfabriqués 29a en béton Leca, lequel est un béton isolant de consistance poreuse, de poids spécifique relativement réduit et pouvant supporter aussi bien les efforts de compression radiaux qu' axiaux. Ces blocs de béton Becta 2qa sont protégés de l'abrasion par une enveloppe de tôle et sont empilés les uns à côté et au-dessus des autres dans la chambre annulaire 51 de façon à pouvoir etre enlevés à partir du haut lors des visites préventives successives L'espace compris entre la couche de béton isolant 29 et le blindage biologique est rempli d'un matériau de remblaiement 30, gravier ou sable à gros grains de préférence, qui pendant et après son introduction dans la chambre annulaire Sl, est compressé par vibrage ou compactage, réalisant ainsi une sécurité contre ltexplosion dite totale mveme en direction radiale, l'enceinte de pression du réacteur n'étant pas seulement en précontrainte axiale, mais bénéficiant également en cas de dilatation radiale, d'un appui solide sur la couche de béton isolant 29, le matériau de remblaiement 30 et le blindage biologique attenant 18 et 18b. Le matériau de remblaiement 30 est recouvert, du coté de la couche de béton isolant 29, de couches de tale à recouvrement 31, les différentes tôles de cette enceinte de tôle 31 étant fixées par des boulons d'ancrage 31a dans le blindage biologique 18.Grâce à cette disposition, les particules du matériau de remblaiement 30 ne peuvent pas s'introduire dans les joints d'assemblage du béton isolant 29 et, de plus, on évite par là les fuites d'air de refroidissement insufflé dans le matériau de remblaiement 30 par les canaux 32 répartis sur le pourtour de enceinte de pression 1 et par les injecteurs d'air de refroidissement 33. Après avoir circulé et s'être chargé de chaleur, ltair de refroidissement quitte le matériau 30 par la chambre annulaire 34 servant d'espace de refroidissement par air et constituée par 11 espace séparant le tube 35, prévu dans la maçonnerie, de l'isolant 36 de la conduite principale de refroidissement 2.Celle-ci est équipée de viroles d'acier 37 la protégeant contre les risques d'éclatement. Vers le haut, la chambre annulaire S1 est obturée par une membrane d'étanchéité 38 maintenue en position par une plaque annulaire 39 et ancrée par son autre extrémité au blindage biologique 18. La plaque annulaire 39 maintient en même temps vers le bas les blocs de béton isolant 29a.Elle présente des nervures 39a que la couronne de retenue 12 appuie contre le béton isolant 29 Pour que la description soit complète, il faut également mentionner que la cuve du coeur 6 est suspendue par une bride 6a à une contre bride Id de la partie inférieure I et est maintenue en position par le couvercle lb, avec intercalage d'un élément annulaire 40. La structure de support du coeur 41, qui est également supportée par la cuve du coeur, assure le passage des barres de contrôle et des éléments combustibles non représentés en détail. Le repère 42 désigne une traverse fixée au fond de la cuve servant d'appui de sécurité en cas de chute de la cuve du coeur en assurant le maintien du refroidissement de secours. le repère 32' désigne un canal d'air de refroidissement débouchant dans la chambre annulaire 52 au-dessous de l'enceinte 1. Dans cette chambre, comme dans la chambre annulaire S1, la une couche de béton isolant 29' est disposée directement contre le fond 1 a 2 de l'enceinte 1 et, entre cette couche et le fond 18a est également mis en place un remblai 3Dt de gravier, de particules de céramique ou de matériau similaire laissant passer l'air. Par les buses 32a, de l'air de refroidissement peut ainsi autre insufflé dans le matériau 39t. Le joint annulaire 43 isole de façon étanche lTespace/du matériau 30' par rapport à la bordure dé base îc supportant l'enceinte. Sur la figure 1, l'enceinte de pression du réacteur 1 est représentOe dans sa position de service3,eî2esubit dans cette position une précontrainte axiale et radiale du fait de l'action des supports oscillants 14 qui, disposés dans des plans semi-axiaux, agissent obliquement de l'extérieur sur la couronne de retenue 12. Les efforts de précontrainte exercés sont absorbés par les ressorts de traction 25 et les butées correspondantes 26, 27 avec tension des ressorts 25 précités. Les efforts de réaction sont absorbés par le blindage biologique 18 et le caisson annulaire 17, en chargeant l'armature 20. Par ailleurs, les efforts radiaux s'exerçant depuis la paroi 1 a 1 sur la couche de béton isolant 29 et le matériau de remplissage 30 sont absorbés par le blindage biologique 18.Dans cette position de précontrainte, l'enceinte de pression 1 du réacteur est exactement centrée. Si, par contre, l'enceinte de pression n'est pas encore en précontrainte à l'intérieur de son enveloppe de sécurité anti-éclatement, c'est-à-dire avec les supports oscillants 14 ouverts, ceux-ci n'exercent pas leur fonction de centrage. C'est le cas, par exemple, lorsque le réac t-eur n'est pas encore en marche, ou lorsqu il a été mis à l'arrêt pour l'échange des éléments conbustibles, couvercle lb enlevé. Suant donné que dans ce cas encore, des efforts sont transmis par les conduites 2 et éventuellement 9a, 9b à 11 enceinte 1, l'invention prévoit un centrage auxiliaire. Pour réaliser celui-ci, il est prévu de guider l'enceinte 1 au moyen de surfaces de portée de centrage 44 inclinées vers le haut, de forme conique en biais vers l'extérieur et dont le sommet invisible sur la figure 4 est situé sur l'axe de l'en- ceinte de pression 1, portées venant au contact de contreportées fixes 45 de pente correspondante. Les portées de centrage 44 sont disposées respectivement sur des griffessupports 44a, soudées à la périphérie extérieure de l'enceinte de pression 1 du réacteur (cordons de soudure 44b) .Les contre-portées 45 sont disposées sur des consoles 45a, ancrées dans le béton précontraint du blindage biologique 18.Celui-ci peut être équipé de poches correspondantes 18c, des rondelles de calage 45b servant alors au positionnement exact des différentes consoles-45a, c'est-à-dire au réglage en hauteur. Comme le montrent les figures 1 et 2, les appuis auxiliaires 44, 45 sont disposés dans la zone des plans axiaux de l'enceinte de pression passant par les axes d des conduites principales de refroidissement, au-dessous des tubulures 2c de ces conduites. I1 est également possible de prévoir la position des appuis 44a, 45a au-dessus des tubulures 2c, pour les rendre plus accessibles. La pente de la portée de centrage 44 et, par conséquent, celle de la contre-portée 45 est représentée sur la figure 5 par l'angle a . le point À de la portée de centrage 44 des figures 1 et 5 se déplace, lorsqu'intervient une dilatation thermique axiale et radiale de l'enceinte de pression 1, le long de l'enveloppe k du conne de glissement idéal dont le sommet est désigné par K sur la figure 1. Ce mouvement est matérialisé sur la figure 4 par la ligne k et par la flèche k 1 , la pente étant ici indiquée par l'angle a' L'angle d'inclinaison a est associé à la portée de centrage et à la contre-portée 44, 45 . Si les portées 44, 45 sont en parfait contact au debout du mouvement axial et radial de dila- tation, elles sont amenées à se séparer progressivement lorsqu'un point À quelconque de la portée de centrage 44 exécute, sous l'action de la dilatation thermique, un déplacement selon la ligne k, d'où finalement un décollement de ces portées.Ceci a lieu lorsque l'enceinte de pression du réacteur 1 représentée à la figure 1 est installée à l'intérieur de son enveloppe de protection antiéclatement et portée à la température de service, les supports oscillants 14 assurant après le décollement des portées 44, 45 , en association avec le support inférieur lc, 25, le centrage de enceinte de pression 1. Sur la figure 4, les angles complémentaires respectifs des angles a et a' ont été désignés par ss et ' . Pour un réacteur de la classe de puissance citée au début (environ 2 000 MWth et 1 300 MWel) il est avantageux de choisir l'angle complémentaire ss égal à 300 , ce qui donne une différence de 4,20 avec l'angle complémentaire ss' d'ouverture du cône de glissement idéal k par rapport à la verticale (axe c). L'angle représentant la différence est repéré par t sur la figure 4. Les angles a et a' représentés en bas et à droite de la figure 4 comme angles alternes-internes sont respectivement de 600 et de 64,2 . La figure 3 représente les phénomènes de dilatation, sous la forme d'un diagramme rendant compte des déplacements du point À qui sont séparés en une composante de dilatation ther mique axiale (courbe fa) ) et une composante de dilatation thermique radiale (courbe r ) ; la courbe ft indique en outre l'abaissement de l'enceinte de pression 1 du réacteur, abaissement qui dépend de la précontrainte. Etant donné que cet abaissement q est dirigé en sens contraire des composantes axiale et radiale fa eut f de la dilatation thermique, il doit entre déduit de cette dilatation thermique comme une valeur négative. On obtient le mouvement du point A conformément à la figure 4 (ligne k), par superposition des courbes de la figure 3. On voit que ces courbes ont été établies pour une plage de températures allant de 0 à 3000C (températures de service usuelles). R.EE N D I CÂ I.I.O.N.S 1.Installation à énergie nucléaire protégée contre les ruptures par éclament, comportant une enceinte de pression pour le réacteur ainsi que des organes raccordés à ladite enceinte par l'intermédiaire des conduites principales de refroidissement sur lesquelles ils se trouvent fixés, l'enceinte de pression étant montée sur une assise avec possibilité de déplacements axiaux et radiaux pour la dilatation thermique et étant entourée d'une enveloppe de protection contre les ruptures par éclatement équipée côté couvercle de dispositifs de serrage grâce auxquels l'enceinte te est soumise, en service, à chaud à une précontrainte de direction axiale, et se trouve centrée par rapport à la structure estérieure porteuse, en béton précontraint, du blindage biologique, caractérisée par le fait que l'enceinte de pression, à l'état froid, peut s'appuyer en position centrée sur des supports auxi- liaires disposés dans une zone radiale et répartis sur sa pé- riphérie externe, qu a cet effet, l'enceinte de pression est guidée par des portées de centrage inclinées vers le haut, de forme conique en biais vers ltextérieur et dont le sommet du cbne se trouve sur l'axe de l'enceinte de pression, lesdites portées venant au contact de contre-portées fixes de pente correspon dante, la pente a des portées de centrage (44) et des contreportées (45) étant choisie de telle sorte que les portées de centrage (44) soient d'abord guidées en contact avec les contreportées (45) en raison de la dilatation thermique axiale et radiale et compte tenu de la charge due au poids, puis décollent des contre-portées (45) par suite de l'échauffement jusqu'à la température de service, le centrage de I1 enceinte de pression (1) étant alors assuré par l'action des éléments de serrage (12, 14,16) disposés du caté du couvercle conjuguée à la réaction de l'assise (lc, 25, 26) du côté du fond. 2. installation selon la revendication 1 , caractérisée par le fait que l'angle d'inclinaison a est inférieur de quel ques degrés à l'angle d'inclinaison a' du cône de glissement idéal k, un espace en forme de coin étant laissé entre les angles complémentaires respectifs fi et ss' des angles a et a' 3. Installation selon les revendications 1 ou 2, ca- ractériséepar le fait que les supports auxiliaires se situent dans la zone des plans axiaux de l'enceinte de pression passant par les axes (d) des conduites principales de refroidissement. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les supports auxi linaires (44a, 45a) sont disposés soit au-dessous, soit au-dessus des tubulures (2) des conduites principales de refroidissement. 5. Installation selon llune quelconque des revendica tions 1 à 4, caractérisée par le fait que les portées de centrage (44) sont prévues sur des griffes-supports (44a) soudées à la périphérie extérieure de l'enceinte de pression (1) et que les contre-portées (45) sont prévues sur des consoles (45a) ancrées dans le béton précontraint du blindage biologique (18). 6. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que les consoles (45a) sont ajustables en hauteur.