Brevet FR2481506A1 — publié le 19811030

L'invention concerne un dispositif de cloisonnement du coeur d'un réacteur nucléaire par des éléments amovibles, le coeur du réacteur étant constitué par des assemblages prismatiques juxtaposés à l'intérieur d'une enveloppe limitant latéralement un espace entourant le coeur dans lequel circule un liquide de refroidissement. Dans les réacteurs nucléaires, en particulier dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression le coeur du réacteur constitué par un ensem- ble d'assemblages de forme prismatiques, généralement à section carrée et disposés verticalement, est parcouru par un liquide de refroidissement, gé- néralement de l'eau, dans la direction longitudinale des assemblages pour le refroidissement de ceux-ci et le transfert de la chaleur du coeur vers les générateurs de vapeur. Dans le cas des réacteurs à eau sous pression, les assemblages à section carrée sont disposés verticalement et lVeau de refroidissement sous pression circule elle-même dans la direction verticale en-contact avec les assemblages combustibles constitués par un ensemble de tubes renfermant la matière fissile réunis sous forme d9un faisceau. L'ensemble du coeur est disposé dans une jupe enveloppe qui est généralement de forme cylindrique comme la cuve qui contient le coeur et ses équipements annexes baignant dans le liquide de refroidissement. L'ensemble des assemblages constituant le coeur présentent une section de forme irrégulière comportant des redans qui s'inscrit à l'inté- rieur de la section de la jupe enveloppe, si bien queil subsiste entre les assemblages périphériques et la jupe enveloppe, une zone annulaire qui est vide de combustible. Pour conserver la géométrie initiale du coeur et empêcher le ré- frigérant de circuler librement dans cette zone et le canaliser sur le coeur proprement dit, il est connu d'utiliser un ensemble de cloisonnement qui épouse exactement le contour du coeur. La fixation de cet ensemble de cloisonnement pose des problèmes de réalisation pratique liés au fait que les exigences en ce qui concerne la précision dimensionnelle de cet ensem- ble sont très sévères et que les conditions règnant dans la cuve du réac- teur en service (pression, température et rayonnements) nécessitent la pri- se en compte de possibilités diverses de dformation d la structure en ser- vice. 2 48 1506 Les dispositifs de cloisonnement des réacteurs de l'art anté- rieur sont généralement réalisés sous forme monobloc et constitués par des plaques de cloisonnement longitudinales fixées à des plaques de renfort transversales appelées conformateurs, elles-mêmes fixées à l'enveloppe cylindrique du coeur. De telles structures monoblocs sont difficiles à ré- aliser et leur mise en place et leur fixation à l'intérieur de la jupe cy- lindrique enveloppant le coeur est également une opération délicate. Il faut en effet que l'ensemble constitué par la jupe enveloppe et le disposi- tif de cloisonnement ménage un espace parfaitement défini pour les assembla- ges constituant le coeur du réacteur et supporte des déformations en ser- vice à l'intérieur de la cuve du réacteur. De plus les dispositifs de fixation des éléments constituant cette structure complexe, qu'ils soient constitués par des vis ou par des tenons associés à des soudures sont extrêmement sensibles aux contraintes mécani- ques et aux flux neutroniques que la structure est amenée à subir à l'inté- rieur de la cuve du réacteur lorsque celui-ci est en service. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de-cloi- sonnement du coeur d'un réacteur nucléaires par des éléments amovibles, le coeur du réacteur,étant constitué par des assemblages prismatiques juxta- posés à l'intérieur d'une enveloppe limitant latéralement un espace entou- rant le coeur dans lequel-circule un liquide de refroidissement dans la di- rection longitudinale des assemblages, une plaque inférieure et une plaque supérieure de soutien étant dtautre part disposée de part et d'autre du coeur dans la direction longitudinale, ce dispositif de cloisonnement étant d'une structure telle que sa construction et sa mise en place dans la jupe enveloppe. du coeur soient facilitées et que ses déformations sous l'effet des conditions régnant dans la cuve du réacteur en service soient compati- bles avec les fonctions du dispositif de cloisonnement et permettent d'évi- ter une détérioration des éléments de liaison de la structure. Dans ce but, le dispositif de cloisonnement suivant l'invention est constitué par un ensemble de boitiers comportant chac un au moins deux plaques assemblées rigidement à angle droit disposées dans la direction longitudinale des assemblages et une pluralité de plaques transversales disposées perpendiculairement aux plaques longitudinales et assemblés rigi- dement à ces plaques, ces boitiers étant disposés de façon amovible côte à côte à l'intérieur de l'enveloppe du coeur et en appui sur celle-ci de façon que les faces des plaques longitudinales dirigées vers le coeur du réacteur servent de faces d'appui aux assemblages disposés à la périphérie 2 48 1506 du coeur, chacun des boitiers étant fixés à l'une au moins des plaques supérieures ou inférieures de soutien, à l'une au moins de ses extrémités par une liaison souple autorisant des déplacements longitudinaux du boi- tier. Afin de bien faire comprendre l'invention on va maintenant dé- aire à titre d'exemple non limitatif en se référant aux figures jointes en annexe plusieurs modes de réalisation du dispositif de cloisonnement sui- vant l'invention appliqués au cas d'un réacteur nucléaire à eau sous pres- sion. La figure 1 représente dans une vue en coupe par un plan verti- cal une partie du dispositif de cloisonnement en position à l'intérieur de la jupe enveloppe du coeur du réacteur. La figure 2 représente une vue suivant A-A de la figure 1. La figure 3 représente le détail noté 3 sur la figure 2 à une échelle agrandie. La figure 4 représente le détail noté 4 sur la figure 2 à une échelle agrandie. La figure 5 représente dans une vue en coupe par un plan verti- cal, un second mode de réalisation d'un boitier du dispositif de cloison- nement. La figure 6 représente dans une vue en coupe par un plan verti- cal un boitier du dispositif de cloisonnement suivant l'invention, compor- tant des éléments de protection et des éléments de mesure. La figure 7 représente une coupe suivant B-B de la figure 6. Sur la figure 1, on voit une partie de la jupe enveloppe cylin- drique 1 du coeur dont ltaxe est vertical, en position dans la cuve du réacteur. Cette jupe enveloppe 1 est solidaire d'une plaque de base 2 sur laquelle reposent les assemblages combustibles 24 constituant le coeur du réacteur. La plaque de base 2 est percée de trous 5 pour le passage de l'eau de refroidissement à travers le coeur du réacteur et de trous 6 pour la mise en place du dispositif de cloisonnement. Le dispositif comporte également une plaque supérieure 7 permet- tant la fixation du dispositif de cloisonnement. Les assemblages 24sont maintenus en position fixe entre les pla- ques 2 et 7 qui limitent le' coeur à sa partie supérieure et à sa partie inférieure. 248 1506 Sur la figure 2, on a représenté une partie du dispositif de cloisonnement comportant des boitiers 8, 9, 10 et Il juxtaposés les uns par rapport aux autres à la périphérie de la jupe enveloppe 1, de façon à ménager à la partie centrale de cette enveloppe l'emplacement du coeur du réacteur constitué par les assemblages 24. Le boitier 9 est constitué par deux plaques 12 et 13 verticales c'est-à-dire disposées dans la direction longitudinale des assemblages. plan Le boitier 10 dont une vue en coupe par un/vertical est représen- tée à la figure 1 est constitué de deux plaques verticales 14 et 15, dis- posées à angle droit suivant l'assemblage dont le détail est représenté à la figure 4 et par une plaque de renfort 16 perpendiculaire à la plaque sur 14 soudée à celle-ci,/sa face externe 17 dirigée vers l'enveloppe 1. Ainsi qu'il est visible sur la figure 4, les deux plaques 14 et comportent des rainures 18a et 18b respectivement usinées dans une di- rection perpendiculaire à leurs faces communes d'assemblage 20 faisant un angle de 450 avec les faces internes des plaques 14 et 15. Une clavette 19 permet d'assembler les faces 14 et 15 constituant la paroi interne du boitier 10. Les boitiers 9 et 10 peuvent de même être assemblés l'un avec l'autre Or l'intermédiaire d'une clavette 23 introduite dans des rainures 24 et 25 ménagées dans les plaques verticales 13 et 14 respectivement, sur toute leur longueur. Les boitiers 8 et 11 sont constitués par des plaques 27 et 28 respectivement, de grande largeur, sur la face externe desquelles sont sou- dées des plaques verticales de raidissement 29 et 30 respectivement. L'ensemble des faces internes des plaques verticales 12, 13, 14 27 et 28 constitue les faces d'appui des assemblages combustibles 24 dispo- sés à la périphérie du coeur.. On voit donc que les boitiers peuvent être de plusieurs types mais qu'ils comportent dans tous les cas au moins deux plaques verticales assemblées rigidement et disposées perpendiculaires l'une par rapport à l'autre. Sur la figure 1 on voit le boitier 10 dans une vue en coupe par un plan vertical. Ce boitier 10 est constitué non seulement de plaques verticales telles que 14 mais encore de plaques horizontales de renfort 32 percées de trous 33 pour le passage de l'eau de refroidissement. On voit sur la figu- re 2, que ces plaques de renforcement 32 sont disposées dans les angles 2 48 1506 dièdre ménagés entre les plaques verticales et que leur contour extérieur comporte une portion de cercle pour leur mise en appui sur des pièces an- nulaires dtappui 35 fixées sur la paroi intérieure de la jupe enveloppe 1. On voit sur la figure 1 que les plaques horizontales 32 et les pièces d'appui annulaires 35 sont disposées au niveau des grilles entre- toises 37 de l'assemblage 24. Des orifices 40 sont prévus dans la plaque verticale 14 pour é- quilibrer la pression entre le coeur du réacteur et l'intérieur du boitier 10. Le boitier 10 comporte également une plaque de renfort supérieu- re 41 et une plaque de renfort inférieure 42 qui sont maintenues par vis aux extrémités de la plaque verticale 14. Sur la plaque de renfort inférieure 42 est fixé un pion de cen- trage creux 43 qui vient se placer lors de la mise en position du boitier 10 dans un trou traversant 6 ménagé dans la plaque support inférieure 2. La plaque inférieure 42 repose sur la plaque de support 2 par l'intermx- diaire d'un bossage 59. La plaque renfort supérieure 41 comporte des orifices pour le passage de l'eau de refroidissement 44 et un orifice 45 permettant la fixation du boitier par rapport à la plaque supérieure 7. Le dispositif de fixation du boitier sur la plaque supérieure de soutien 7 est constitué par un pion de centrage en deux parties 46 et 47 coulissant l'une à lVintérieur de l'autre avec interposition duun res- sort 48 porté par la plaque supérieure de renfort 41 du boitier et par une pièce dtappui 49 solidaire de la plaque supérieure 7. Lors de la mise en place de la plaque 7 au-dessus des boitiers, les dispositifs 49 viennent en position sur les pions de centrage 46, 47 ce qui a pour effet de comprimer le ressort 48 qui permet la fixation en position du boitier entre les deux plaques 2 et 7. - Chacun des boitiers est ainsi maintenu en position sans que pour autant sa fixation interdise des dilatations du boitier et des déplace- ments dans la direction longitudinale. En effet, le boitier ntest relié à la jupe enveloppe 1 par aucune fixation rigide, les boitiers étant uniquement en appui par les plaques de renfort 32, sur les anneaux d'appui 35. A la figure 5, est représentée une variante du dispositif de fixation des boitiers par rapport aux plaques 2 et 7. Dans cette variante, un pion de centrage 50 solidaire de la pla- 2 48 15 0 6 que supérieure 7 vient s'engager dans une ouverture 51 ménagée dans la plaque de renfort supérieure 52 du boitier. Des ressorts à lames 54, solidaires de la plaque de renfort 52 du boitier sont comprimés par la plaque 7 lors de la mise en place de cette plaque 7 au-dessus du coeur du réacteur. Le boitier est ainsi maintenu en place par la force de compres- sion des ressorts, la plaque inférieure de renfort 53 du boitier portant un pion de centrage 55 qui vient s'engager dans un trou borgne 6 de la pla- que de support 2. Le pion de centrage 55 comporte une partie médiaBe épais- se 58 limitant la position du boitier en hauteur. L'ouverture 51 ménagée dans la plaque 52 a une forme profilée permettant l'introduction d'un outil de levage du boitier pour en-effec- tuer l'enlèvement ou la mise en place. Des ouvertures 56 pour le passage de l'eau sont ménagées dans la plaque inférieure 53cependant que des ouvertures 57 sont également mé- nagées dans la plaque supérieure 52. Sur les figures 6 et 7, on a représenté un boitier tel que le boitier 10 représenté à la figure 1, dans lequel on a inséré des barreaux et des plaques 61, dans des ouvertures prévues dans les plaques de ren- fort 32, dans le but d'absorber les neutrons et de limiter le rayonnement à l'extérieur de l'enveloppe du coeur et & la cuve du réacteur nucléaire, ou encore de produire des radio-éléments. On a également représenté sur les figures 6 et 7, un dispositif 63 servant à la mesure de la puissance neutronique dégagée par le coeur à l'endroit considéré, à la mesure de la dose d'irradiation reçue à cet en- droit et éventuellement pour l'injection de poison liquide ou le prélève- ment de liquide de refroidissement au voisinage du coeur du réacteur. Les boitiers sont disposés autour du coeur du réacteur en nombre voulu et suivant une répartition déterminée pour ménager aux assemblages 24 un emplacement correspondant exactement à la section du coeur du réac- teur. Les boitiers sont assemblés ainsi qu'il est visible sur la fi- gure 3 par des clavettes insérées dans des rainures pratiquées dans cha- cune des plaques verticales de contact entre les boitiers, si bien que la fuite de liquide entre les plaques telles que 13 et 14 est fortement limi- tée par cet assemblage à clavettes et rainures. Il apparaît que la mise en place des boitiers à l'intérieur de la jupe enveloppe 1, elle-même disposée dans la cuve du réacteur peut être 248 150 6 effectuée très simplement puisqu'il suffit d'amener chacun des boitiers dans sa position à l'intérieur de la jupe enveloppe avec un outil de ma- nutention engagé dans l'ouverture prévue sur la plaque de renfort supérieu- re du boitier. Le boitier est alors mis en contact avec chacun des anneaux d'ap- pui 35 de la jupe enveloppe 1 par l'intermédiaire de ses plaques de ren- fort horizontales 32. Lorsque la mise en place de tous les boitiers a été effectuée, on peut mettre en place les assemblages 24 pour la constitution du coeur, puis mettre en place la plaque supérieure de soutien 7. Lorsque cette pla- que 7 est correctement orientée, les pions de centrage supérieurs viennent se mettre en position au niveau de chacun des boitiers qui sont eux-mêmes centrés par rapport à la plaque de base 2 grâce aux pions de centrage soli- daires des plaques inférieures de renfort, les boitiers sont alors mainte- nus en position par compression des ressorts dont la force s'applique en- tre la plaque renfort supérieure du boitier et la plaque de soutien 7. On voit que les principaux avantages du dispositif suivant ltin- vention sont de permettre une construction simplifiée du dispositif de cloisonnement, par éléments séparés et amovibles, de faciliter la mise en place de ce dispositif de cloisonnement et de permettre des mouvements du cloisonnement sous l'effet des dilatations ou bs contraintes d'origine mé- canique ou dues au rayonnement. Mais l'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits, elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi qu'il est possible de fixer la position des boitiers par rapport à l'enveloppe 1, non seulement grâce à des pions de centrage solidaires de la plaque de renfort inférieure du boitier, mais également grâce à des clavettes engagées dans des rainures ménagées dans les plaques de renfort horizontales du boitier et dans les anneaux d'appui de la jupe enveloppe, mises en concordance, lors de la mise en place du boitier. Il est également possible de prévoir des dispositifs de liaison des plaques verticales des boitiers, différents desdispositifs à rainures et clavettes qui ont été décrits. Il est également possible de prévoir des modes de fixation des plaques verticales de raidissement de ces boitiers différents de joints soudés. On peut par exemple prévoir des modes de fixation par vis. D'au- tre part, il est possible d'imaginer des modes de liaison souples entre 248 1506 les boitiers et les plaques de soutien supérieures ou inférieures diffé- rents des dispositifs à ressort qui ont été décrits. On pourrait par exem- ple imaginer des dispositifs de liaison du type pneumatique ou hydrauli- que. D'autre part on a décrit des types de boitiers comportant deux pla- ques verticales disposées à angle droit, deux plaques verticales disposées à angle droit et une plaque de renfort ou encore une plaque verticale de grande largeur associée à des plaques de renfort soudées sur l'une de ses faces. Il est bien évident qu'en fonction de la-disposition du coeur, on pourra imaginer d'autres formes de boitiers ces boitiers comportant de toutes façons au moins deux plaques verticales disposées à angle droit. Dans les dispositifs qui ont été décrits, les plaques de renfort horizontales étaient disposées de façon à se trouver à un niveau corres- pondant au niveau des grilles entretoises des assemblages combustibles, mais il est bien évident que l'on pourra disposer ces plaques de renfort horizontales suivant une répartition différente. Enfin, le dispositif de cloisonnement qui a été décrit s'appli- que non seulement au cas des réacteurs nucléaires à eau sous pression mais au cas de tous les réacteurs nucléaires à eau et également à tout autre type de réacteurs comportant un coeur constitué par des assemblages pris- mktiques juxtaposés à l'intérieur d'une enveloppe limitant un espace entou- rant le coeur. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de cloisonnement du coeur d'un réacteur nucléai- re par des éléments amovibles, le coeur du réacteur étant constitué par des assemblages prismatiques juxtaposés à l'intérieur d'une enveloppe li- mitant latéralement un espace entourant le coeur, dans lequel circule un liquide de refroidissement dans la direction longitudinale des assembla- ges, une plaque inférieure et une plaque supérieure de soutien étant d'au- tre part disposées de part et d'autre du coeur dans la direction longitu- dinale, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un ensemble de boitiers (8, 9, 10, 11) comportant chacun au moins deux plaques (12-13, 14-15, 27- 29, 28-30) assemblées rigidement à angle droit et disposées dans la direc- tion longitudinale des assemblages (24>, et une pluralité de plaques trans- versales (32) perpendiculaires aux plaques longitudinales et assemblées ri- gidement à ces plaques, ces boitiers (8, 9, 10, 11) étant disposés de fa- çon amovible côte à c8te à l'intérieur de l'enveloppe du coeur (1)et en appui sur celle-ci de façon que les faces des plaques longitudinales di- rigées vers le coeur du réacteur servent de faces dtappui aux assemblages (24) disposés à la périphérie du coeur, chacun de ces boitiers (8, 9, 10, 11) étant fixé à leune au moins des plaques supérieures ou inférieures de soutien (2, 7) à l'une au moins de ses extrémités, par une liaison souple (46, 47, 48) autorisant les déplacements longitudinaux du boitiert 2.= Dispositif de cloisonnement suivant la revendication 1 ca- ractérisé par le fait qu'une partie au moins des plaques longitudinales (14, 15) des boitiers sont assemblées les unes aux autres par l'intermé- diaire de clavettes (19) engagées dans des rainures (18a, 18b) ménagées dans ces plaques dans la direction longitudinale, sur toute la longueur des plaques (14, 15). 3.- Dispositif de cloisonnement suivant lune quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que le dispositif de liai- son souple entre le boitier (10) et l'une des plaques de soutien (7) est constitué par un pion de centrage en deux parties (46 et 47) coulissant l'une à l'intérieur de l'autre dans la direction longitudinale et entre lesquelles est disposé un ressort (48), fixé sur une plaque de renfort (41) disposée à l'extrémité du boitier (10)-venant à proximité de la pla- que de soutien (7) correspondante lors de sa mise en place, la plaque de soutien (7) portant un dispositif d'appui 49 venant se centrer sur le pion (46, 47) lors de la mise en place de la plaque (7)s provoquant la 248 1506 compression du ressort (48). - 4.- Dispositif de cloisonnement suivant l'une quelconquedes re- vendications 1 et 2 caactérisé par le fait que le dispositif de liaison souple entre le boitier (10) et l'une des plaques de soutien (7) est cons- titué par un pion de centrage (50) solidaire de la plaque de soutien (7), par des ressorts à lames (54) intercalés entre une plaque de renfort d'ex- trémité du boitier (52) et la plaque de soutien (7) et par une ouverture (51) pratiquée dans cette plaque de renfort d'extrémité (52) pour l'enga- gement du pion de centrage (50) porté par la plaque de soutien (7). 5.- Dispositif de cloisonnement suivant l'une quelconque des re- vendications 3 et 4 caractérisé par le fait que le boitier (10) est asso- cié à l'une de ses extrémités à un dispositif de liaison souple (46, 47, 48) et à son autre extrémité à un pion de centrage (43) dans la plaque de soutien correspondante (2). 6.- Dispositif de cloisonnement suivant l'une quelconque des re- vendications 1, 2, 3, 4 et 5 caractérisé par le fait qu'une partie au moins des boitiers (8, 9, 10, 11) comporte une plaque longitudinale de grande largeur (27, 28) associée à plusieurs plaques de raidissement lon- gitudinales (29, 30) disposées perpendiculairement à cette plaque longi- tudinale de grande largeur (27, 28) et fixées rigidement à cette plaque sur sa face externe, c'est-à-dire dirigées vers l'enveloppe du coeur (1). 7.- Dispositif de cloisonnement suivant l'une quelconque des re- vendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6 caractérisé par le fait que chacun des boitiers (8, 9, 10, 11) est en appui sur l'enveloppe du coeur (1) par l'in- termédiaire de plaques transversales 32 appelées plaques de renfort sur des anneaux d'appui (35) solidaires de la surface interne de l'enveloppe du coeur (1). 8.- Dispositif de cloisonnement suivant la revendication 7 ca- ractérisé par le fait que les boitiers (8, 9, 10, 11) sont maintenus en position par rapport à l'enveloppe du coeur (1) par des clavettes intro- duites dans des rainures usinées en concordance dans les anneaux d'appui (35) et dans les plaques de renfort transversales (32) du boitier. 9.- Dispositif de cloisonnement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que des dispositifs de pro- tection absorbant les neutrons (60, 61) ou des dispositifs destinés à la production de radio-éléments sont introduits à l'intérieur des boitiers (8, 9, 10, 11), fixés sur les plaques transversales de renfort (32) de ces boitiers. 2 48 1506 1O.- Dispositif de cloisonnement suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que des dispositifs (63) de mesure, de prélèvement ou d'injection de poison liquide sont introduits chns les boitiers et portés par les plaques transversales de renfort (32) de ces boitiers.