Brevet FR2491577A1 — publié le 19820409

L'invention concerne un dispositif de dérivation à action rapide destiné à une conduite véhiculant surtout du sodium liquide. Dans les centrales électriques nucléaires comportant des réacteurs rapides refroidis au sodtifl liquide, de la vapeur d'eau entrainant une turbine est actuellement engendrée dans un générateur de vapeur. Lorsqu'elles sont chauffées, l'eau et la vapeur sont séparées du sodium liquide par des parois tubulaires. S'il se produit un défaut d'étanchéité des parois tubulaires, l'eau ou la vapeur entrent en contact avec le sodium et réagissent violemment. En cas de pénétrations importantes, cette réaction s'accompagne d'une forte élévation de pression, les températures s'élèvent jusqu'à 800 à 11000C et des produits de réaction pénètrent rapidement dans d'autres parties du générateur de vapeur et dans le circuit de sodium. Dans ce cas, il s'agit d'une avarie. En constatant simplement la pénétration d'eau dans le sodium, on ne peut pas éliminer le risque de destruction du générateur de vapeur. Il faut dans tous les cas limiter dans le temps et dans l'espace les conséquences de la réaction et leur extension, il faut ramener au minimum possible la quantité des deux corps en réaction, il faut décharger de pression la partie du générateur de vapeur où la réaction s'est produite et il faut permettre rapidement l'évacuation des produits de réaction et du sodium résiduel vers des récipients séparateurs spéciaux.Ces conditions ne sont remplies actuellement qu'en partie, par exemple en ce sens que dans la partie intéressée du générateur de vapeur et dans un récipient séparateur sont prévus des disposés tifs de protection contre la pression, habituellement des membranes qui crèvent automatiquement. Dans bien des cas, ces dispositifs de protection sont complétés par des robinets de fermeture sur la conduite d'amenée principale et la conduite de sortie, pour isoler le générateur de vapeur du reste du circuit.Un système perfectionné de protection contre les avaries est permis par des dispositifs à action particulièrement rapide qui sont capables, par fermeture, de séparer assez rapidement, c'est-à-dire en l:espace d'une à deux secondes, la partie avariée du générateur de vapeur de la partie restante, afin d'empêcher la propagation des conséquences de la réaction dans le circuit. Toutefois, dans les exécutions actuellement connues de ces dispositifs appelés fermetures rapides, seule la fonction de fermeture de certains types de valves est réalisée et il subsiste des difficultés notables quant aux dimensions à donner aux organes de commande des dispositifs de fermeture. Ces difficultés empêchent l'application pour de grands diamètres intérieurs qui sont nécessaires pour séparer des sections entières d'un générateur de vapeur.Dans d'autres exécutions connues de fermetures rapides, la fonction de dérivation est aussi déclenchée, c'est-à-dire que simultanément la conduite principale de sodium se ferme et l'entrée du récipient séparateur mentionné s'ouvre, de sorte que la partie considérée du générateur de vapeur est déchargée de pression. Dans une solution déjà proposée dans une précédente demande de brevet déposée en Tchécoslovaquie sous la référence PV 5273-76, sur une tige de traction commune commandée par un électro-aimant et un ressort sont disposés un obturateur du circuit de sodium et un couteau cylindrique servant à couper la membrane séparatrice qui libère une tubulure de dérivation pour l'évacuation de produits de réaction vers des récipients séparateurs.Dans ce cas aussi, il est difficile de calculer les dimensions de l'obturateur de commande car lorsqu'il coupe la membrane séparatrice, le couteau surmonte aussi bien la résistance de la membrane que la pression du circuit de sodium et éventuellement du circuit de vapeur. En outre, on risque qu'au bout a d'un certain temps, sous l'in- fluence de hautes températures de fonctionnement, il ne se produise une diminution de la précharge du ressort et qu'ainsi, le fonctionnement du dispositif de fermeture ne soit compromis ou même supprimé. Les inconvénients mentionnés sont supprimés essentiellement par le dispositif de dérivation à action rapide selon l'invention, qui convient surtout à des conduites véhiculant du sodium liquide, qui est formé d'un corps présentant une tubulure d'entrée, une tubulure de sortie et une tubulure de dérivation et dans lequel une tige de traction porte d'une part une fermeture de la tubulure de sortie, d'autre part une cloison de la tubulure de dérivation, l'invention résidant dans le fait que la tubulure de dérivation est munie d'un appendice cylindrique où est montée une partie prolongée de la tige de traction, qui est reliée solidairement à la cloison et est munie à son extrémité d'une butée, l'appendice cylindrique étant muni d'au moins une ouverture latérale où sont disposés une butée mobile et un servomoteur de commande. La butée mobile peut être sous la forme d'un levier à deux bras monté de manière à pouvoir tourner sur un tourillon disposé dans une ouverture latérale de l'appendice cylindrique, dont l'un des bras est monté dans un évidement prévu sur la paroi frontale d'un noyau mobile du servomoteur de commande, exécuté sous forme d'électro-aimant, tandis que le deuxième bras s'engage à l'intérieur de l'appendice cylindrique. Un couteau en forme de cuvette peut être monté, de manière à pouvoir coulisser avec étanchéité, à l'ouverture d'entrée de la tubulure de dérivation dont la section correspOnd à celle de l'ouverture d'entrée de l'appendice cylindrique. La membrane peut présenter un centre rigide et entre celui-ci et la butée mobile, un poids sous la forme d'un cylindre creux peut être monté sur la tige de traction de manière à pouvoir coulisser librement, la butée de la tige de traction pouvant avoir la forme d'un disque. Ainsi, la cloison de la tubulure de dérivation peut être formée par un obturateur qui peut être monté de manière à pouvoir coulisser avec étanchéité dans l'ouverture d'entrée de l'appendice cylindrique, l'ouverture de sortie de la tubulure de dérivation étant munie d'une surface de siège. La fermeture peut avoir la forme d'un coin unilatéral et la tubulure de sortie peut présenter une surface de siège. La fermeture peut en outre avoir la forme d'un coin bilatéral et les tubulures d'entrée et de sortie peuvent présenter des sièges, le siège situé du cté de la tubulure d'entrée étant muni à sa circonférence d'ouvertures de dérivation On obtint un plus grand effet de l'invention en tirant parti de la surpression, et éventuellement aussi de la gravité, pour entrainer la fermeture. La fermeture ne risque plus, ainsi, d'être compromise ou empêchée de fonctionner. Le mécanisme de commande a simplement une fonction de déclenchement et on peut donc lui donner de petites dimensions. Pour fermer le dispositif, il suffit d'une petite fraction de l'énergie nécessaire actuellement à cet effet, ce qui simplifie aussi les sorties du système pour l'indication d'une avarie.Le dispositif de tiroir assure en outre une diminution notable du coefficient de résistance hydraulique aussi bien que de la force de fermeture nécessaire. Un exemple concret de l'objet de l'invention est représenté schématiquement par les dessins annexés sur lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'un mode d'exécution fondamental du dispositif la figure 2 est une coupe axiale d'un détail du dispositif de la figure 1 avec une variante d'exécution de la fermeture les figures 3 et 4 sont des détails de variantes d'exécuation de l'appendice cylindrique de la tubulure de dérivation selon la figure 1, en coupe axiale. Le dispositif selon l'invention présente un corps 1 muni d'une part d'une tubulure d'entrée 2 et d'une tubulure de sortie 3, dirigées horizontalement, coaxiales et prévues dans un circuit non représenté d'une partie d'un générateur de vapeur et en outre d'une tubulure-de dérivation 4, se dirigeant verticalement vers le bas et relié à des récipients séparateurs non représentés. Dans le corps 1 est montée une tige de traction 5 à l'extrémité supérieure fourchue de laquelle est fixée une fermeture 6 de la tubulure de sortie 3. La fermeture 6 est disposée dans le corps 1 au dessus du niveau des tubulures d'entrée et de sortie, 2,3, l'extrémité fourchue de la tige de traction 5 entourant aussi bien la fermeture 6 que le profil d'écoulement entre les tubulures d'entrée et de sortie. Sur la tige de traction 5 est en outre montée une cloison 7 de la tubulure de dérivation 4. La tubulure de dérivation 4 est munie d'un appendice cylindrique 8 dans lequel est montée une partie prolongée de la tige de traction 5 qui est reliée solidairement à la cloison 7 et munie, à l'extrémité, d'une butee 9 sous forme de disque. L'appendice cylindrique 8 est muni d'une ouverture latérale 10 dans laquelle sont disposés une butée mobile 11 et un servomoteur de commande 12. La fermeture présente par exemple la forme d'un coin unilatérale 13, la tubulure de sortie 3 du corps l étant munie d'un siège 14. L'obturateur 6 peut aussi avoir la forme d'un coin bilatéral 15. En pareil cas, les tubulures d'entrée et de sortie 2, 3 sont munies de sièges 14, le siège 14 situé du côté de la tubulure d'entrée 2 étant muni à sa circonférence d'ouvertures de dérivation 16. La cloison de la tubulure de dérivation 4 est formée par exemple d'une membrane 17 munie d'un couteau en cuvette 18. La membrane 17 est insérée entre la tubulure de dérivation 4 et l'appendice cylindrique 8, elle est rendue étanche par un soudage d'étanchéité et munie d'une partie centrale rigide 20 pour la fixation à la tige de traction 5. Le couteau en cuvette 18 est monté de manière à pouvoir coulisser avec étanchéité dans l'ouverture de sortie 21 de la tubulure de dérivation 4 dont la section correspond à la section de l'ouverture d'entrée 22 de l'appendice cylindrique 8. Dans le cas où la différence de pression agissant sur la membrane ne suffit pas à la percer, entre la partie centrale rigide 20 de ia membrane 17 et la butée mobile 11, un poids 23 sous la forme d'un cylindre creux est monté de manière à pouvoir coulisser librement sur la tige de traction 5. Ou encore, la cloison 7 est formée d'un obturateur 24 monté de manière à pouvoir coulisser avec étanchéité dans 1' ouverture d'entrée 22 de l'appendice cylindrique 8, l'ouverture de sortie 21 de la tubulure de dérivation 4 étant munie d'une surface de siège 25. La butée mobile 11 est formée par exemple par un levier à deux bras 26 qui est monté de manière à pouvoir tourner sur un tourillon 27 disposé dans une ouverture latérale 10 de 1' appendice cylindrique 8. Le premier bras 28 du levier 26 s' engage dans un évidement 29 du cté frontal 30 du noyau mobile 31 du servomoteur 12, formé d'un électro-aimant 32, tandis que le deuxième bras 33 du levier 26 s'engage à l'intérieur de l'appendice cylindrique 8. Si un poids 23 n'est pas nécessaire, la butée 9 de la tige de traction 5 est montée directement sur la butée mobile 11. La cloison 7 formée d'une membrane 17 munie d'un couteau en cuvette 18 peut en particulier servir avantageusement pour des circuits où une grande étanchéité est exigée, par exemple pour un circuit de sodium liquide. La cloison 7 formée d'un obturateur 24 peut servir avantageusement pour des circuits moins exigeant quant à l'étanchéité, par exemple pour des circuit de vapeur et d'eau d'un générateur de vapeur. Lorsqu'il est indiqué que de l'eau a pénétré dans le sodium, un système indicateur non représenté envoie une impulsion électrique dans l'enroulement de l'électro-aimant 32. Le noyau mobile 31 est attiré dans la cavité de l'electro-aimant 32 et libère le premier bras 28 du levier à deux bras 26. Le levier tourne sous l'influence du poids 23 et libère celui-ci. Par chute libre, l'énergie potentielle du poids 23 se change en énergie cinétique. Une fois que la butée 9 est atteinte, cette énergie agit sur la tige de traction 5 qui commence à se mouvoir vers le bas, cause une flexion de la membrane 17 et le coupage de celle-ci par le couteau en cuvette 18. Une fois la membrane 17 entièrement coupée, le couteau en cuvette 18 se déplace dans l'ouverture d'entrée 22 de l'appendice cylindrique 8 de la tubulure de dérivation 4 comme un piston dans un cylindre et sur le couteau 18 agit la différence de pression entre le fluide situé au dessus de la membrane 17 et l'atmosphère inerte située en dessous de celle-ci. La force engendrée par cette différence de pression cause un mouvement supplémentaire de la tige de traction 5 et de la fermeture 6 qui lui est reliée et qui ferme la tubulure de sortie 3 du corps 1.La longueur de l'ouverture d'entrée 22 de l'appendice cylindrique 8 est choisie de façon telle que la pression hydraulique en action communique à la fermeture 6 une vitesse suffisante pour fermer complètement la tubulure de sortie 3 du corps 1. Aussitôt que le couteau en cuvette 18 quitte 1' ouverture d'entrée 22 de l'appendice cylindrique 8, le fluide de travail et les produits de réaction peuvent se rendre librement au récipient séparateur et le circuit de la partie avariée du générateur de vapeur est déchargé de pression. Si l'on n'utilise pas de poids 23, la différence de pression étant suffisante, il se produit, après libération de la tige de traction 5, une flexion de la membrane 17 et celle-ci est coupée par le couteau en cuvette 18, sous l'effet de la différence de pression. Si la cloison est formée d'un obturateur 24, celui-ci, une fois la tige de traction 5 libérée, se déplace dans l'ou verture d'entrée 22 de l'appendice cylindrique 8 comme un piston dans un cylindre et assume ainsi la fonction d'un organe d'entralnement de la fermeture 6. La libération de la tubulure de dérivation 4 a lieu à un moment où l'obturateur 24 quitte l'ouverture d'entrée 22 de l'appendice cylindrique 8 de la tubulure de dérivation 4. REVENDICATIONS 1. Dispositif de dérivation à action rapide pour conduites véhiculant surtout du sodium liquide, formé d'un corps présentant une tubulure d'entrée, une tubulure de sortie et une tubulure de dérivation et dans lequel une tige de traction porte d'une part une fermeture de la tubulure de sortie, d' autre part une cloison de la tubulure de dérivation, dispositif caractérisé par le fait que la tubulure de dérivation (4) est munie d'un appendice cylindrique (8) dans lequel est montée une partie prolongée de la tige de traction (5), qui est reliée solidairement à la cloison (7) et est munie à son extrémité d'une butée (9), l'appendice cylindrique (8) présentant au moins une ouverture latérale (10) à laquelle sont associés une butée mobile (11) etun servomoteur (12). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la butée mobile (11) est formée d'un levier à deux bras (26) monté de manière à pouvoir tourner sur un tourillon (27) disposé dans une ouverture latérale (10) de l'appendice cylindrique (8), dontl'un des bras (28) s'engage dans un évidement (29) de la paroi frontale (30) d'un noyau mobile (31) du servomoteur (12), formé d'un électro-aimant (32), tandis que le deuxième bras (33) s'engage à l'intérieur de l'appendice cylindrique (8). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, comportant une cloison formée d'une membrane et d'un couteau en cuvette et caractérisé par le fait que le couteau en cuvette (18) est monté de manière à pouvoir coulisser avec étanchéité dans l'ouverture de sortie (21) de la tubulure de dé rivation (4) dont la section correspond à la section de l'ouverture d'entrée (22) de l'appendice cylindrique (8). 4. Dispositif selonl'unedes revendications 1 à 3, comportant une tige de traction en position verticale et caractérisé par-le fait que la membrane (17) présente un centre rigide (20) et qu'entre celui-ci et une butée mobile (11) de la tige de traction (5), un poids sous la forme d'un cylindre creux est monté sur la tige de traction (5) de manière à pouvoir coulisser librement, la butée (9) de la tige de traction (5) présentant la forme d'un disque. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par lé fait que la cloison (7) de la tubulure de dérivation (4) est formée d'un obturateur (24) monté de manière à pouvoir coulisser avec étanchéité dans l'ouverture d'entrée (22) de l'appendice cylindrique (8), l'ouverture de sortie 21) de la tubulure de dérivation (4) présentant une surface de siège (25). 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la fermeture (8) présente la forme d'un coin unilatéral, la tubulure de sortie (3) du corps (1) étant munie d'un siège (14). 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la fermeture (6) présente la forme d'un coin bilatéral (15) et que les tubulures d'entrée et de sortie (2,3) sont munies de sièges (14), le siège (14) situé du cbté de la tubulure d'entrée (2) étant muni, à sa circonférence, d'ouvertures de dérivation (16).