Brevet FR2474743A1 — publié le 19810731

DISPOSITIF ELECTROMAGNETIQUE DU TYPE VIS-ECROU A SECURITE La présente invention concerne un dispositif électromagnétique du type vis-écrou, notamment prévu pour le déplacement vertical dans une enceinte étanche ama- gnétique et cylindrique, des barres de commande d'un réac- teur nucléaire. De nombreux dispositifs électromagnétiques du type visécrou permettant le déplacement des barres de commande d'un réacteur nucléaire sont connus. De tels dispositifs sont par exemple décrits dans les brevets français 2 041 128 et 2 320 656. Toutefois, ces disposi- tifs présentent certains inconvénients. En effet, des pièces en matériau magnétique doivent souvent être sou- dées à des pièces en matériau amagnétique, le moteur doit généralement être surdimensionné du fait de la dis- persion du champ magnétique dueaux différents filetages actifs, enfin la vis a tendance elle-même à être saturée magnétiquement, etc... La présente invention a pour but d'obvier à ces inconvénients à l'aide d'un dispositif simple et peu coûteux. Selon l'invention, ce dispositif est cons- titué, en combinaison, par un stator disposé autour de l'enceinte à sa partie supérieure, et, à l'intérieur de cette enceinte: - un rotor dans la partie supérieure de cette enceinte, libre en translation axiale le long de son arbre qu'il entraîne en rotation mais qui est fixe en trans- lation, cet arbre se prolongeant vers le bas sur tou- te la hauteur de l'enceinte et entrainant une tige filetée creuse à l'extrémité supérieure de laquelle est pratiquée une gorge, - un écrou coopérant avec la tige filetée et pouvant coulisser verticalement sans tourner à l'intérieur de l'enceinte et supportant les barres de commande du réacteur, - une mâchoire articulée dont une partie est solidaire du rotor et une autre de l'arbre, ce telle manière que lorsque le stator est alimenté le rotor soit attiré vers le haut, ce qui referme la mâ- choire dans la gorge prévue à cet effet dans la tige filetée et que, en faisant tourner le champ magnétique, un mouvement de rotation soit imprimé à l'arbre du ro- tor qui,à son tour,imprime le même mouvement de rota- tion à la tige filetée,dont la rotation assure le cou- lissement vertical sans tourner de l'écrou, tandis que lorsque le stator n'est pas alimenté, la mâchoire est ouverte, l'ensemble constitué par la tige filetée et l'écrou solidaire des barres de commande tombant alors au fond de l'enceinte étanche. De préférence, la lon- gumur de l'arbre est telle que ce dernier pénètre en- core dans la tige filetée lorsque cette dernière est tombée au fond de l'enceinte étanche. De ce fait, la tige peut être remontée aisément en alimentant le sta- tor,de manière à imprimer un mouvement de rotation au rotor et,par conséquent,à l'arbre et à la tige filetée creuse. Dans ce cas, des moyens sont prévus pour main- tenir la mâchoire ouverte tant que la gorge de la tige filetée n'est pas en regard de la mâchoire. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, avantages et caractéristiques de celle-ci appa- raltront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation de l'invention, des- cription à laquelle deux planches de dessins sont an- nexées. La figure i représente en coupe transversale un dispositif conforme à la présente invention, dispo- sé de manière à assurer le déplacement des barres de commande d'un réacteur nucléaire, Les figures 2 et 3 représentent en coupe se- lon respectivement les lignes II-IIetIII-II4 le disposi- tif de la figure 1, ú474743 Les figures 4 et 5 représentent en vue par- tielle agrandie la mâchoire du dispositif de la figure 1, respectivement fermée ou ouverte. En référence maintenant aux différentes figu- res, le dispositif électromagnétique du type vis-écrou, conforme à l'invention, est prévu pour assurer le dépla- cement vertical des barres de commande l du réacteur nu- cléaire 2. L'enceinte 3, réalisée dans un matériau ama- gnétique, est étanche. Elle affecte la forme d'un cylin- dre o il règne les mêmes conditions de température et de pression que dans le réacteur 2. A l'extérieur de l'enceinte 3 et à sa partie supérieure, le stator est constitué par un jeu de bobines 4 qui est prévu pour engendrer un champ magnétique transversal à l'intérieur de l'enceinte 3, champ pouvant tourner. A l'intérieur de l'enceinte 3, le rotor 5 disposé dans la partie supérieure de l'enceinte, affecte la forme particulière d'un manchon en matériau magnéti- que comme représenté en coupe figure 2..L'arbre 6 du ro- tor est libre en rotation mais il est fixe en transla- tion. Il se prolonge vers le bas sur toute la hauteur de l'enceinte. Des clavettes 7, par exemple, comme repré- sentées figt.e 2, assurent la liaison angulaire entre le rotor 5 et l'arbre 6 et transmettent à ce dernier le mouvement de rotation du rotor 5 lorsque le champ magné- tique engendré par le stator tourne. Une tige filetée creuse 8 constitue la vis du dispositif.Cette tige 8 est traversée par l'arbre 6 dont elle est coaxiale, et dont la forme de la section est prévue pour lui permettre d'imprimer à la tige 8 un mou- vement de rotation. Dans l'exemple représenté figure 3, cette section est de forme carrée. Bien évidemment, une autre forme pourrait être adoptée. Un écrou 9, pouvant coulisser verticalement sans tourner à l'intérieur de l'enceinte, coopère avec la tige filetée 8, de telle manière que de la rotation -4 de cette dernière, résulte la translation de l'écrou 9. Des ergots 10 faisant saillie à l'intérieur d'une rainu- re pratiquée dans-l'enceinte, permettent, par exemple, d'interdire la rotation de cet écrou comme représenté figure 3. Les barres 1 de commande du réacteur 2 sont solidaires de l'écrou 9 auquel elles sont fixées par exemple à l'aide d'un tube cylindrique 11. Une gorge 12 est pratiquée à l'extrémité su- périeure de la tige filetée creuse 8 de manière à former appui pour les dents d'une mâchoire articulée 13. Cette mâchoire 13 est constituée de deux par- ties 14 et 15 respectivement solidaires du rotor 5 et de l'arbre 6, de telle manière que les dents de la mâchoire 13 soient introduites dans la gorge 12 de la tige filetée 8 lorsque le rotor 5 est attiré en posi- - tion haute par le stator, et qu'elles soient hors de la gorge 12 lorsque le stator n'est pas alimenté, comme représenté plus clairement figures 4 et 5. Lorsque les bobines 4 sont alimentées, le rotor est attiré par le stator et prend une position haute tendant à réduire la réluctance opposée au flux magnétique. Ce faisant, l'extrémité bassedu rotor pous- se les dents de la mâchoire 13 dans la gorge 12 prévue à cet effet dans la tige filetée par l'intermédiaire de la partie 14 de la mâchoire. Le poids de la tige 8, de l'écrou 9 et des barres de commande 1 est alors entièrement pris en charge par le rotor 5 qui adopte une position d'équilibre axiale dépendant de l'ampli- tude du champ magnétique engendré par les bobines. Lorsque le champ magnétique tourne à la fa- çon d'un moteur électrique asynchrone ou d'un moteur pas-à-pas, le rotor va suivre le mouvement de rota- tion en entraînant l'arbre 6. Cet arbre imprime à son tour un mouvement de rotation à la tige filetée 8 qui, par conséquent, imprime un mouvement de translation à l'écrou 9 qui peut coulisser sans tourner. Selon le k474743 sens de la rotation, les barres de commande 1 qui sont solidaires de l'écrou 9, seront ainsi déplacées vers le haut ou vers le bas de manière continue et sans à-coup. En cas d'incident nécessitant la chute rapide des barres de commande l dans le coeur 2 du réacteur, ou en cas d'interruption de l'alimentation électrique des bobines 4 du stator, la sécurité est assurée par le fait que le rotor tombe en position basse n'étant plus attiré, et vient reposer sur les épaulements 16 prévus à cet effet sur l'arbre 6. La pièce 14 écarte la mâchoi- re qui s'ouvre; la tige filetée 8 n'étant plus retenue tombe alors en entraînant dans sa chute, qui est guidée par l'arbre 6, l'écrou 9 et les barres de commande 1. Des ergots 17 sont par exemple prévus au pied de l'enceinte étanche 3, de manière à retenir l'écrou à l'intérieur de l'enceinte, pour pouvoir assurer ulté- rieurement la remontée de l'ensemble. Cette remontée est obtenue en remettant sous tension les bobines 4 du stator, de manière à engendrer un champ électrique tournant. Le rotor 5 est alors at- tiré en position haute et imprime un mouvement de rota- tion de sens approprié à l'arbre 6, dont la longueur est prévue pour qu'elle pénètre encore dans la tige filetée 8 lorsque cette dernière est tombée au fond de l'encein-- te. De ce fait, un mouvement de rotation est imprimé à la tige filetée 8. L'écrou 9 reposant sur les ergots 17 ne peut pas encore se déplacer et, par coopération avec le filetage de la tige 8, imprime à cette dernière un mouvement de translation ascendant. Le rotor 5 étant en position haute, la mâ- choire 13 est fermée. Le bord de l'extrémité supérieure de la tige filetée 8 doit de ce fait être chanfreiné de manière à pénétrer entre les dents de la mâchoire 13 qui va venir se refermer dans la gorge 12. A ce moment, la tige filetée 8 est bloquée en translation et l'écrou 9 commence son mouvement ascendant à son tour, si le >474743 champ magnétique continue à tourner, assurant ainsi le re- lèvement des barres de commande 1. Des moyens peuvent être prévus pour éviter que la mâchoire 13 soit fermée pendant la remontée de la tige fi- letée 8. De tels moyens sont représentés figures 3 et 4, respectivement en position fermée et ouverte de la mâchoi- re 13. Un manchon 18 pourvu d'un ergot 19 peut coulis- ser dans une chambre annulaire prévue à cet effet dans l'ar- bre 6. Ce manchon 18 repose normalement sur l'extrémité su- périeure de la tige filetée 8, ce qui a pour effet de com- primer un ressort 20, le manchon étant ainsi repoussé dans la chambre. En l'absence de la tige filetée 8, le ressort pousse le manchon 18 hors de la chambre, et l'ergot 19 maintient la mâchoire 13 ouverte comme représenté figure 5. Lors de la remontée de la tige filetée 8, cette dernière repousse le manchon 18 dans la chambre, libérant ainsi la mâchoire qui peut venir se refermer dans la gorge 12. De préférence, le manchon a le même diamètre que la tige fi- letée 8. Bien que seul un mode de réalisation de l'in- vention ait été décrit, il est évident que toute modifi- cation apportée par l'Homme de l'Art dans l'esprit de l'invention, ne sortirait pas du cadre de la présente in- vention. Par exemple, un ressort hélicoïdal 21 peut être disposé entre l'arbre 6 et le rotor 5, de manière à an- nuler plus rapidement l'aimantation rémanente du dispo- sitif en cas d'incident. De même, n'importe quel moyen peut être utilisé pour ne donner à l'arbre 6 qu'un seul degré de liberté en rotation et aucun en translation. Les ergots 10 prévus pour interdire la rotation de l'écrou 9 peuvent être supprimés si le couple de blo- cage en rotation de cet écrou est obtenu par un autre moyen. Enfin, il faut noter que la présente invention pré- sente l'avantage de limiter le nombre de bobines électri- ques nécessaire par rapport aux dispositifs connus de ce type. k474743 REVENDICATIONS l.- Dispositif électromagnétique du type vis-écrou à sécurité, notamment prévu pour le déplacement vertical dans une enceinte amagnétique étanche cylindrique des barres de commande d'un réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il est constitué en combinaison par un stator disposé autour de ladite enceinte (3) à sa partie supé- rieure, et, à l'intérieur de ladite enceinte (3), - un rotor (5) dans la partie supérieure de ladite en- ceinte (3), libre en translation axiale le long de son arbre (6) qu'il entraîne en rotation mais qui est fixe en translation, ledit arbre (6) se prolongeant vers le bas sur toute la hauteur de ladite enceinte (3) et en- tra nant unetige filetée creuse (8) à l'extrémité supé- rieure de laquelle est pratiquée une gorge (12), - un écrou (9) coopérant avec ladite tige filetée (8) et pouvant coulisser verticalement sans tourner à l'in- térieur de ladite enceinte (3) et supportant lesdites barres de commande (1), - une mâchoire articulée (13) dont une partie (14) est solidaire dudit rotor (5) et une autre (15) de l'arbre (6), de telle manière que lorsque les bobines (4) dudit sta- tor sont alimentées, le rotor (5) soit attiré vers le haut ce qui referme la mâchoire (13) dans la gorge (12) prévue à cet effet dans ladite tige filetée (8) et que, en faisant tourner le champ magnétique, un mouvement de rotation soit imprimé à l'arbre (6) du rotor (5) qui, à son tour, imprime le même mouvement de rotation à la- dite tige filetée (8), dont la rotation assure le cou- lissement vertical sans tourner dudit écrou (9), tandis que lorsque le stator n'est pas alimenté, ladite mâchoi- re (13) est ouverte, l'ensemble constitué par ladite ti- ge filetée (8) et l'écrou (9) solidaire desdites barres de commande (l) tombant alors au fond de ladite encein- te (3). -474743 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que la longueur dudit arbre (6) est telle que ce dernier pénètre encore dans ladite tige filetée (8) lors- qu'elle est tombée au fond de l'enceinte (3). 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractéri- sé en ce que des moyens sont prévus pour maintenir ladite mâchoire (13) ouverte tant que la gorge (12) de ladite ti- ge filetée (8) n'est pas en regarddes dents de ladite mâ- choire (13). 4o- Dispositif selon la revendication 3, caract6ri- sé en ce que lesdits moyens sont constitu6s par un man- chon (18) pourvu d'un ergot (19), une chambre annulaire étant prévue dans ledit arbre (6), chambre dans laquelle ladite tige filetée (8) pousse ledit manchon (18) lors- qu'elle prend une position telle que ladite gorge (12) vienne en regard des dents de ladite mâchoire (13). 5.- Dispositif selon la revendication 2, caract6ri- sé en ce que le bord de l'extrémité sup6rieure de ladite tige filet6e (8) est chanfrein6 de manière à permettre son introduction dans ladite mâchoire (13) lorsque ledit rotor (5) est attiré vers le haut.