Brevet FR2508225A1 — publié le 19821224

L'invention concerne un dispositif de jonction entre le conduit de refoulement d'une pompe primaire et un conduit solidaire du support de coeur d'un réacteur à neutrons rapides refroidi par un métal liquide. Dans ce type de réacteur, le métal liquide constitue le fluide primaire qui permet le refroidissement des assemblages combustibles déga- geant de la chaleur et constituant le coeur du réacteur. La chaleur du coeur est prélevée par le métal liquide, générale- ment du sodium liquide, qui est envoyé à la base du coeur par les pompes primaires qui peuvent être soit plongées dans le sodium liquide remplis- sant la cuve du réacteur, dans le cas d'un réacteur nucléaire intégré, soit disposées à l'extérieur de la cuve, dans le cas d'un réacteur nucléaire à boucles. Le sodium liquide échauffé par le coeur du réacteur pénètre dans des échangeurs de chaleur permettant l'échauffement d'un second métal li- quide constituant le fluide secondaire qui lui-même est utilisé pour la production de-vapeur dans les générateurs de vapeur 6 A sa sortie des échangeurs de chaleur, le fluide primaire refroi- di pénètre dans une zone de la cuve d'o il est, grâce aux pompes primaires, réinjecté à la base du coeur du réacteur. Le sodium refroidi dans les échangeurs de chaleur, ou sodium froid, est néanmoins à une température supérieure à 3000, si bien que les pompes primaires subissent des dilatations, lorsque le réacteur nucléaire est en fonctionnement. De plus, la température du fluide primaire n'est pas constante au cours du fonctionnement du réacteur et en conséquence la dilatation des dif- férentes parties de-la pompe est variable. En outre, les pompes et leurs accessoires subissent des vibrations dues en particulier à la circulation à grande vitesse du sodium liquide. Dans les réacteurs nucléaires du type intégré, en particulier, o les pompes primaires injectent le métal liquide dans des conduits solidaires du support de coeur, il est nécessaire de réaliser à la fois la continuité de circulation de ce sodium liquide entre la pompe et le conduit solidaire du support et de permettre des déplacements de la pompe par rapport au sup- port de coeur, ou sommier, sur lequel reposent les assemblages combustibles et qui permet leur alimentation en sodium. Pour réaliser ces fonctions, on utilise généralement une manchet- te de liaison fixée d'une part sur le conduit de refoulement de la pompe et d'autre part sur le sommier, de façon non rigide, et débouchant dans le conduit solidaire du sommier. Une telle manchette cylindrique ne permet cependant pas de régler les vitesses d'écoulement du métal liquide avant son injection dans le conduit solidaire du sommier. En outre, pour permettre les déplacements transversaux par rapport à l'écoulement, il est nécessaire de réaliser un montage à cardan de l'en- semble de la pompe ce qui complique la construction et la fixation de celle- ci. Enfin, on ne peut pas assurer un montage de la pompe à la fois suffisamment souple pour absorber les déplacements et suffisamment rigide et résistant mécaniquement pour résister aux diverses sollicitations (séis- mes en particulier). Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de jonc- tion entre le conduit de refoulement d'une pompe primaire et un conduit so- lidaire du support de coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides re- froidi par un métal liquide, le métal liquide constituant le fluide primai- re du réacteur étant envoyé à la base du coeur par des pompes primaires qui injectent le métal liquide dans des conduits solidaires du support de coeur, pour le refroidissement de ce coeur, ce dispositif de jonction devant per- mettre des déplacements suffisants de la pompe par rapport au support de coeur pendant le fonctionnement du réacteur tout en assurant une jonction constante et résistant aux sollicitations mécaniques, en particulier aux vibrations, assurant un certain réglage des vitesses du métal liquide avant son injection dans le conduit solidaire du support de coeur. Dans ce but, le dispositif de jonction suivant l'invention compor- te: une manchette de forme tronconique disposée dans le prolongement du conduit de refoulement de la pompe dont la petite base est située au voisinage de la sortie du conduit de refoulement et la grande base au voisinage de l'entrée du conduit solidaire du support de coeur, une pièce de liaison solidaire de la manchette au niveau de sa petite base et symétrique de révolution autour de ltaxe de la manchette, portant à sa partie centrale, au voisinage de l'axe de symétrie, la partie mobile d'un moyen de liaison articulé dont la partie fixe est portée par la pompe per- mettant à la fois des débattements latéraux et le maintien de la manchette sur le conduit de la pompe malgré les efforts axiaux, la partie périphéri- que de la pièce de liaison d'un diamètre supérieur au diamètre de la petite base de la manchette présentant une surface sphérique symétrique autour de l'axe de la manchette complémentaire d'une surface correspondante usinée à l'extrémité du conduit de refoulement de la pompe, l'étanchéité entre ces deux surfaces disposées l'une contre l'autre étant assurée par un joint à labyrinthe cependant que la pression du métal liquide refoulé par la pom- pe s'exerçant sur la partie de cette pièce de liaison comprise entre sa par- tie périphérique et sa partie fixée à sa manchette permet d'exercer une for- ce de direction axiale sur la manchette, un dispositif d'étanchéité intercalé entre l'extrémité de sortie de la manchette et le conduit solidaire du support de coeur dont l'extrémité sur laquelle est engagée l'extrémité de sortie de la manchette est d'un diamè- tre différent de celui de l'extrémité de la manchette, un moyen élastique intercalé entre l'extrémité de la manchette et une piè- ce d'appui solidaire du support de coeur sur toute la périphérie de la man- chette pour le maintien latéral de cette manchette dont l'extrémité de sor- tie peut se déplacer librement dans la direction axiale par rapport au con- duit solidaire du support de coeur. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant dé- crire à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation du dispositif de jonction suivant l'invention utilisé dans le cas d'un réacteur nucléaire intégré, pour joindre le conduit de refoulement de la pompe disposé vertica- lement, au conduit solidaire du sommier sur lequel reposent les assemblages disposé en dessous de la pompe. La figure unique représente une vue en coupe par un plan de symé- trie du dispositif de jonction suivant l'invention disposé entre la partie inférieure d'une pompe primaire et un conduit solidaire du support de coeur. Sur la figure unique, on-voit la partie inférieure 1 de la volute d'une pompe primaire disposée à l'intérieur de la cuve d'un réacteur nucléai- re à neutrons rapides refroidi par du sodium liquide. La cuve de ce réacteur nucléaire contient également le support de coeur du réacteur sur lequel sont disposés les assemblages combustibles cons- tituant le coeur. Sur ce support de coeur, ou sommier, est fixé un conduit d'injec- tion de sodium liquide à la base des assemblages dont l'extrémité d'entrée 2 est visible sur la figure. Cette extrémité d'entrée 2 disposée verticalement débouche dans une sphère creuse sur laquelle est fixée la partie de sortie du conduit solidaire du support de coeur Cette partie de sortie est horizontale et permet la répartition du sodium à la partie inférieure de l'ensemble du coeur. La partie inférieure de la volute 1 est reliée à sa périphérie à un anneau de jonction 4 La partie inférieure de la volute et cet anneau 4 constituent le conduit de refoulement de la pompe. Le dispositif de jonction entre le conduit de refoulement de la pompe et la partie d'entrée 2 du conduit solidaire du support de coeur est constitué par une manchette 6, une pièce de liaison 7 disposée du c 6 té du conduit de refoulement de la pompe et un ensemble d'étanchéité et de main- tien 8 disposé du côté du conduit solidaire du sommier. L'ensemble du dispositif de jonction est symétrique de révolution autour de l'axe vertical 5 de la pompe. La pièce de liaison 7 est fixée par soudure au niveau de la petite base de la manchette tronconique 6, au voisinage du conduit de refoulement de la pompe. Cette pièce de liaison 7 comporte une partie périphérique 9 usinée suivant une surface sphérique complémentaire d'une surface sphérique usinée sur la surface externe de l'anneau 4. Ces deux surfaces sphériques en contact assurent une étanchéité à Zrajce la jonction entre le conduit de refoulement de la pompe et la manchette, tun joint à labyrinthe 10 disposé entre la pièce de liaison 7 et l'anneau 4. La pièce de liaison 7 comporte également une partie centrale re- liée à la partie périphérique par l'intermédiaire d'un croisillon 12. Cette partie centrale est constituée par la partie mobile 14 d'une liaison à rotule dont la partie fixe 6 est portée par la partie inférieure de la volute de la pompe à sa partie centrale, au voisinage de l'axe de symétrie 5 L'axe 15 de cette liaison à rotule est fixé à la partie centrale taraudée de la pièce fixe 6 de l'articulation. La manchette tronconique 6 est évasée depuis son extrémité d'entrée au voisinage de la sortie du conduit de refoulement jusqu'à son extrémité de sortie au voisinage de l'extrémité d'entrée du conduit solidaire du som- mier. L'ensemble d'étanchéité et de maintien 8 est fixé à l'extrémité de la manchette 6, au niveau de sa grande base, et comporte un anneau sur lequel sont fixés dtune part des secteurs tronconiques élastiques 16 portant à leurs extrémités des appuis sphériques 17 et d'autre part un ensemble de seg- ments d'étanchéité 18. L'extrémité de la manchette 6 et l'anneau 8 pénètrent à l'inté- rieur de l'entrée du conduit 2 qui est d'un diamètre supérieur au diamètre de la grande base de la manchette 6. Les segments 18 sont intercalés entre l'anneau 8 et la surface interne du conduit 2, alors que les secteurs élastiques 16 sont en appui par-l'intermédiaire des pièces sphériques 17 sur des surfaces usinées lo- calement suivant une forme sphérique et solidaires du conduit 2. On voit que l'extrémité de sortie de la manchette 6 et l'anneau 8 sont libres de se déplacer dans la direction de l'axe 5 à l'intérieur de l'entrée du conduit 2. Lorsque du sodium liquide circule à l'intérieur de la manchette 6 à la sortie du conduit de refoulement de la pompe, la surpression de ce so- dium par rapport au sodium contenu dans la cuve est responsable de forces s'exerçant sur la paroi de la manchette et dont la résultante est une for- ce de direction axiale dirigée vers la pompe La liaison articulée centrale 6-14 permet de résister à cette force axiale. D'autre part, entre la partie périphérique de la pièce de liaison 7 et la partie de jonction de cette pièce sur la manchette 6 au niveau de sa petite base, il existe une surface annulaire 20 perpendiculaire à l'axe sur laquelle s'exerce la pression du sodium liquide refoulé par la pompe. Cette pression crée une force axiale opposée à la force créée par la pression du sodium à l'intérieur de la manchette 6. Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, ces deux forces s'annulant si bien que l'équilibre de la manchette est totalement in- différent dans la direction axiale, pendant le fonctionnement de la pompe. Les efforts transversaux s'exerçant sur le dispositif de jonction peuvent produire un déplacement de celui-ci de façon à ce qu'il présente une inclinaison par rapport à l'axe 5. L'ensemble des liaisons articulées permet ce déplacement et les surfaces d'étanchéité complémentaires portées par la manchette et les con- duits auxquels elle est reliée, permet une réalisation de ces déplacements tout en assurant une continuité parfaite de l'écoulement du sodium liquide. Le dispositif de jonction ne subit donc pas de contraintes exces- sives ni dans la direction axiale ni dans les directions transversales Ce- pendant, la jonction est toujours assurée de façon parfaite. D'autre part les dilatations tant longitudinales que transversa- les sont possibles sans que le dispositif de jonction subisse des contrain- tes importantes. Les déplacements transversaux sont d'autre part limités grâce à l'élasticité des secteurs 16 entourant complètement l'extrémité de la man- chette et assurant un recentrage et un maintien latéral de celle-ci. Une rampe d'introduction tronconique 21 permet un montage facile de la manchette à l'intérieur du conduit 2. On voit que les principaux avantages du dispositif selon l'inven- tion sont de permettre une jonction parfaite entre le conduit de refoule- ment de la pompe et le conduit solidaire du sommier support de coeur du ré- acteur tout en rendant possibles les dilatations et les déplacements sous l'effet de sollicitations diverses de ce dispositif de jonction, évitant par là l'apparition de contraintes excessives. D'autre part, un équilibrage des forces axiales est possible en modifiant le diamètre de la partie périphérique de la pièce de liaison 7. On peut ainsi obtenir un système totalement équilibré comme celui qui vient d'être décrit ou, au contraire, un système o la résultante des forces axiales est dirigée vers la pompe ou au contraire dirigée vers le sommier. La suspension et l'accrochage du dispositif de jonction, par une liaison articulée disposée à sa partie centrale, permet des déplacements sous l'effet des forces transversales tout en assurant un maintien parfait du dispositif de jonction-dans la direction longitudinale. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit, elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que pour le dispositif articulé d'accrochage de la manchette au conduit de refoulement de la pompe, on peut utiliser un autre moyen de liaison articulée qu'une rotule. On peut également imaginer de réaliser la pièce de jonction 7 sous une autre forme, la surface d'équilibrage 20 de la manchette pouvant être ré- alisée sous une forme différente d'une forme annulaire. On peut également imaginer une autre forme de réalisation de lten- semble d'étanchéité et de maintien 8, le dispositif élastique intercalé en- tre l'extrémité de la manchette et le sommier pouvant être réalisé sous une forme différente d'un ensemble de secteurs tronconiques. Enfin, le dispositif de jonction suivant l'invention peut être uti- lisé dans tous les cas o une pompe primaire d'un réacteur nucléaire à neu- trons rapides refroidi par un métal liquide est utilisée pour injecter ce métal liquide dans un conduit solidaire d'une partie fixe du réacteur. REVENDICATIONS 1. Dispositif de jonction entre le conduit de refoulement d'une pompe primaire et un conduit solidaire du support de coeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi par un métal liquide, le métal li- quide conaituant le fluide primaire du réacteur étant envoyé à la base du coeur par des pompes primaires qui injectent ce métal liquide dans des con- duits solidaires du support de coeur, pour son refroidissement, caractérisé par le fait qu'il comporte: une manchette ( 6) de forme tronconique disposée dans le prolongement du conduit de refoulement de la pompe dont la petite base est située au voi- sinage de la sortie du conduit de refoulement et la grande base au voisi- nage de l'entrée du conduit ( 2) solidaire du support de coeur, une pièce de liaison ( 7) solidaire de la manchette ( 6) au niveau de sa petite base et symétrique de révolution autour de l'axe de la manchette ( 6) portant à sa partie centrale au voisinage de l'axe de symétrie ( 5) la par- tie mobile ( 14) d'un moyen de liaison articulée dont la partie fixe ( 16) est portée par la pompe permettant à la fois des débattements latéraux et le maintien de la manchette ( 6) sur le conduit de la pompe malgré les efforts axiaux, la partie périphérique de la pièce de liaison ( 7) d'un diamètre su- périeur au diamètre de la petite base de la manchette ( 6) présentant une surface sphérique ( 9) symétrique autour de l'axe ( 5) de la manchette ( 6) complémentaire d'une surface correspondante usinée à l'extrémité du conduit de refoulement de la pompe, l'étanchéité entre ces deux surfaces disposées l'une contre l'autre étant assurée par un joint à labyrinthe ( 10) cependant que la pression du métal liquide refoulé par la pompe s'exerçant sur la par- tie de cette pièce de liaison ( 7) comprise entre sa partie périphérique et sa partiefixée à la manchette ( 6) permet d'exercer une force de direction axiale sur la manchette ( 6), - un dispositif d'étanchéité ( 18) intercalé entre l'extrémité de sortie de la manchette ( 6) et le conduit ( 2) solidaire du support de coeur dont l'ex- trémité sur laquelle est engagée l'extrémité de sortie de la manchette ( 6) et d'un diamètre différent de celui de l'extrémité de la manchette, et un moyen élastique ( 16) intercalé entre l'extrémité de sortie de la manchette ( 6) et une pièce d'appui solidaire du support de coeur, sur toute la périphérie de la manchette ( 6) pour le maintien latéral de cette manchet- te dont l'extrémité de sortie peut se déplacer librement dans la direction axiale par rapport au conduit ( 2) solidaire du support de coeur. 2. Dispositif de jonction suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen élastique ( 16) est constitué par un ensemble de secteurs de forme tronconique solidaires de la manchette ( 6) à l'une de leurs extrémités et portant à leur autre extrémité une pièce d'appui sphérique ( 17) venant en contact sur une surface sphérique corres- pondante de la pièce d'appui solidaire du support de coeur. 3. Dispositif de jonction suivant l'une quelconque des revendi- cations 1 et 2, caractérisé par le fait que le moyen de liaison articulée disposé à la par- tie centrale de la pièce de liaison ( 7) est constitué par une rotule ( 14 - 16) dont l'axe de rotation ( 15) est parallèle à l'axe de symétrie ( 5).