Brevet FR2525801A1 — publié le 19831028

La présente invention a pour objet un dispo- sitif anti-éjection déblocable pour barres de contrôle dé réacteur nucléaire. Les mécanismes de commande des barres de contrôle de réacteurs nucléaires pressurisés sont gé- néralement logés dans une enceinte étanche, résistante à la pression La pression qui règne à l'intérieur de cette enceinte étanche est égale à la pression qui règne à l'intérieur du réacteur Elle est donc de plu-. îo sieurs dizaines de bars. Au cas o pour une cause quelconque la dépressurisation provoquerait une poussée considéra- ble sur la barre de contrôle et par suite sur son mécanisme de commande en raison de la différence de pression qui apparaîtrait entre l'intérieur de l'en- ceinte qui contient le mécanisme de commande des bar- res de contrôle et à la pression à l'intérieur de la cuve du réacteur. C'est pourquoi on prévoit sur les réacteurs nucléaires pressurisés des dispositifs visant à empê- cher l'éjection des barres dé contrôle en cas de cause accidentelle externe telle qu'une dépressurisation de l'enceinte contenant le mécanisme de commande sollici- tant cette barre à sortie du coeur du réacteur. On connait un grand nombre de dispositifs anti-éjection pour barres de contrôle de réacteur nu- cléaire On trouvera des exemples de mécanismes de ce type dans le brevet français N O 78 22253 déposé le 27 juillet 1978 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique pour "dispositif de comnmande d'une barre de contrôle d'un réacteur nucléaire muni de sécurités contre l'éjection et le chavirement" ou encore dans le brevet américain N O 3 241 653 déposé le 5 octobre 1971 au nom de la Société Westinghouse Electric Corpora- tion Des dispositifs de ce genre comportent un méca- nisme de commande de la translation de la barre de contrôle logé dans une enceinte étanche solidaire du couvercle de la cuve du réacteur, des moyens anti- éjection de la barre de contrôle et enfin des moyens de commande des moyens anti-éjection sensibles à une cause externe tendant à solliciter la barre de contr 8- le à sortir du coeur du réacteur. Cependant, un inconvénient des dispositifs anti-éjection de ce genre est qu'ils ne permettent pas de faire sortir la barre de contrôle hors du coeur du réacteur au cas o les moyens de blocage de la trans- lation de cette barre resteraient bloqués. La présente invention a précisément pour objet un dispositif anti-éjection qui remédie à ces inconvénients Ce dispositif interdit-l'éjection de la barre de contrôle aussi longtemps qu'un effort infé- rieur à une valeur déterminée n'est pas exercé sur la barre de contrôle Cette valeur limite est déterminée en fonction des efforts susceptibles d'être exercés sur la barre de contrôle en cas de cause externe acci- dentelle Cependant, si le mécanisme anti-éjection reste en position bloquée il est toutefois possible de faire sortir la barre de contrôle du coeur en exerçant 2 t sur sa barre de commande un effort supérieur à la va- leur limite. plus précisément le dispositif anti-éjec- tion pour barre de contrôle de réacteur nucléaire, ce réacteur comprenant une enceinte étanche solidaire de la cuve du réacteur nucléaire, la barre de contrôle étant solidaire de la barre de commande, un système de manoeuvre de la barre de commande comprenant des moyens pour bloquer la barre de commande par rapport à l'enceinte étanche en cas de sollicitation de la barre de contrôle à sortir du coeur du réacteur, se caracté- -rise en ce-que-lesdits moyens pour bloquer la barre de commande par rapport à l'enceinte étanche la bloquent aussi longtemps que l'effort exercé sur cette barre reste inférieur à une valeur limite, cette valeur li- mite étant au moins égale à l'effort exercé sur la barre de commande en cas de cause externe accidentelle sollicitant la barre de contrôle à sortir du coeur du réacteur, le dispositif comportant des moyens pour ob-_ tenir une translation de la barre de contrôle en exer- 1 o çant sur ha barre de commande un effort supérieur à cette valeur limite, On sait par ailleurs qu'il existe un grand nombre de mécanismes de commande pour les barres de contrôle Fréquemment, ces mécanismes sont du type vis-écrou 4 Ces mécanismes sont généralement commandés par un système rotatif dont le mouvement peut être transformé en déplacement linéaire par un dispositif. vis-écrou ou pignon crémaillère permettant de descen- dre la barre de commande pour la faire pénétrer dans le coeur, ou au contraire de la remonter pour la faire sortir du coeur. Les mécanismes de commande du type vis-écrou peuvent etre répartis en deux types principaux: ceux dans lesquels la vis, fixe en translation, est entraî- née en rotation et l'écrou, fixe en rotation, est li- bre en translation et ceux dans lesquels la vis est fixe en rotation et l'écrou fixe en translation est _actionné en rotation. La présente invention concerne plus parti- ^; culièrement un dispositif anti-éjection, interdisant la remontée inopinée de la barre de contrôle, qui est situé entre le système rotatif de commande et le méca- nisme qui transforme le mouvement de rotation en mouvement de translation. L'effort exercé sur le mécanisme de commande à vis-écrou du premier ou du deuxième type est un cou- ple Il est donc entendu que dans la suite du texte le terme effort désigne soit une force, soit un couple. Dans le cas de réalisation d'un mécanisme anti-éjection équipant, par exemple, un mécanisme du type à vis tournante, la barre de commande estmobile en rotation et le dispositif anti-éjection comporte des moyens pour bloquer en rotation cette barre de commande par rapport à l'enceinte étanche, aussi long- temps que le couple exercé est inférieur à la valeur limite, cette valeur limite étant au moins égale au couple exercé sur la barre de commande en cas de cause externe accidentelle sollicitant la barre de contrôle à sortir du coeur du réacteur, le dispositif compor- tant des moyens pour obtenir une translation de la barre de contrôle en exerçant sur la barre de commande un couple supérieur à cette valeur limite. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation donné à titre purement illustratif faite en référence aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 représente une vue en coupe d'un réacteur nucléaire équipé d'un dispositif anti- éjection conforme à l'invention, la figure 2 représente une vue en coupe à échelle agrandie du mécanisme anti-éjection de l'in- vention, la figure 3 représente une vue éclatée de ce même mécanisme, les figures 4 et 5 sont des vues en coupe illustrant le fonctionnement du dispositif anti-éjec- tion de l'invention. On a représenté sur la figure 1 la partie supérieure de la cuve 1 de résistance à la pression d'un réacteur nucléaire du type à eau pressurisée La cuve 1 est fermée par un couvercle 3. A l'intérieur de la cuve se trouve le coeur constitué par des assemblages combustibles logés dans des bottiers tels que 7 placés à l'intérieur d'une virole 9. A l'intérieur de la cuve, au-dessus du coeur, se trouve une structure support 11 d'éléments internes au réacteur à travers laquelle se déplacent verticalement les barres de contrôle 13 du réacteur destinées à être introduites plus ou moins profondé- ment dans le coeur 5. Chacune des barres de contrôle 13 reliée à sa partie supérieure a un ensemble de commande de sa translation disposé à l'intérieur d'une enceinte étan- che 15 solidaire du couvercle 3. Ce dispositif de commande réalisé conformé- ment à l'invention permet d'interdire l'éjection de la barre de contr 8 le 13 en cas d'accident tendant à la faire sortir du coeur 5 Mais il permet également de remonter cette barre de contrôle au cas o le disposi- tif anti-éjection resterait accidentellement en posi- tion bloquée. On sait qu'il existe -de nombreux types de dispositifs de commande pour barres de contrôle. L'exemple de réalisation décrit sur les figures 1 à 5 est un mécanisme de commande du type vis-écrou Il comporte une vis 17 et un écrou 19 Il est bloqué en rotation et guidé en translation dans le tube 21 La 3 D vis 17 est entraînée en rotation par une barre de com- mande 23 visible sur la figure 2. Comme on peut le voir sur la figure 2, le rotor 25 est solidaire de la barre de commande 23 Le mécanisme d'entraînement du rotor situé plus haut, n'a pas été représenté La rotation du rotor 25 permet ainsi d'entraîner la vis par l'intermédiaire cle la barre de commande 23 On peut ainsi déplacer à volonté en translation la barre de contr 8 le 13. Le dispositif comporte en outre une masse mobile 29 Cette masse est susceptible de se déplacer en translation le long du rotor 25 entre deux posi- tions: une position embrayée, et une position dé- brayée, dans laquelle elle a été représentée sur la figure 2. La masse mobile 29 est en position débrayée lorsqu'un champ magnétique, créé par la bobine 27, existe Lorsque la bobine est alimentée, l'attraction électromagnétique s'exerce entre le bâti 31 et la masse mobile 29 et plaque cette dernière contre le bâti ce qui conduit à la position débrayée représentée sur la figure 2 o Au -contraire, lorsque cette attraction électromagnétique cesse, la masse mobile est poussée par les ressorts de rappel 33, dont un seul est repré- senté sur la figure 2, de telle sorte que la masse mobile 29 se rapproche de la roue à cliquets 35, soli- daire du rotor d'entraînement 25. Comme on peut le voir sur la figure 3, la roue à cliquets 35 comporte trois trous cylindriques *o 39 b orientés perpendiculairement à chacune des rainu- res 39 a Chaque cliquet 43 comporte un trou 43 a pour son axe 43 b Le cliquet comporte un front 41 c et un dos 41 d Le cliquet est poussé par un ressort faible Comme on peut le voir par exemple sur les figures t. ''' 4 et 5,Isee lé cliquet 43 est rappelé par le ressort, le front 43 c est orienté approximativement selon une parallèle à l'axe du rotor 25 Le dos 43 d forme au contraire un angle aigu proche de 90 avec le front 43 c. La masse mobile 29 est constituée par une couronne 47 et par un couvercle de masse mobile 49 La couronne 47 est une pièce massive d'acier de forme annulaire disposée autour du rotor 25 Elle peut se déplacer en translation le long du manchon 31 a soli- daire du noyau 31 La couronne est immobilisée en ro- tation par rapport au manchon 31 a par une clavette 31 b. La couronne 47 comporte trois ouvertures 47 a rectangulaires situées à 120 l'une de l'autre et des- tinées au rochet Perpendiculairement à l'ouverture 47 a on trouve une demi-gorge 47 b semi-cylindrique pour l'axe du rochet La couronne 47 comporte d'autre part trois échancrures 47 c disposées à 1200 l'une de l'au- tre et intercalées entre les ouvertures 47 a Ces é- chancrures-sont prévues pour les butées 51 Ces butées 51 sont fixées sur le noyau 31 par deux vis 51 a Les butées 51 limitent le déplacement vers le bas (selon l'orientation de la figure 3) de la couronne 47. La couronne 47 comporte encore trois alésa- ges 47 d, dont un est visible, représentés en traits pointillés sur la figure 3 Les alésages 47 d sont pré- vus pour les poussoirs 53 comportant un ressort de rappel 55 Les poussoirs 53 agissent sur les rochets. Comme on peut le voir plus précisément sur les figures 4 et 5, chaque rochet 57 comporte un axe 57 d qui se met en place dans la gorge 47 b et dans la gorge correspondante du couvercle de masse mobile. Le rochet 57 possède un front 57 c sensible- ment vertical lorsque sa queue 57 b est en butée contre la couronne 47 Le rochet 57 pivote autour d'un axe 57 a perpendiculaire à l'axe du rotor 25 Il est rappe- lé en position de sortie par le ressort de rappel 55 dont là force est déterminée en fonction de la valeur du couple limite que l'on souhaite transmettre Ce ressort est dit "ressort de rappel fort". Le couvercle 49 de la -masse mobile se pré- sente sous la forme d'un disque qui comporte trois ouvertures 49 à rectangulaires correspondant aux ou- vertures 47 a et qui ont pour but de permettre le pivo- tement des rochets 57 Sur la face supérieure du cou- vercle (selon l'orientation de la figure-3) on trouve trois gorges 49 b correspondant aux gorges 47 b pour les axes 57 a du rochet Enfin, le couvercle comporte trois échancrures 49 c intercalées entre les ouvertures 47 a pour le passage des trois butées 51 Le couvercle 49 est fixé à la couronne 47 par des vis 59 - Le fonctionnement du dispositif est le sui- vant. La masse mobile 29 peut être déplacée entre deux positions une position débrayée comme représenté sur la figure 2, et une position embrayée comme représenté sur les figu- 2-5 res 4 et 5. En position débrayée, le flux électromagné- tique circule dans la carcasse en fer 28 qui entoure la bobine 27 et dans le rotor 25, ce qui attire la masse mobile 29 contre le noyau 31 et comprime les % 30 re-ssocts 55 Dans cette position, les rochets ne sont pas engagés avec les cliquets- 43 comme on peut le voir. sur la figure 2 Par suite, le rotor d'entraînement-35 est libre en rotation dans les deux sens On peut donc descendre ou monter la barre de contrôle 13 à volonté au moyen' d'un dispositif de commande indépendant du système anti-éjection et non représenté sur la figure 2. Lorsque le flux électromagnétique cesse de circuler, la masse mobile 29 s'avance, susl'effortdure-xt derappel 55, verslerotor d'entraînement 35 Il y a par suite engagement des rochets 57 par les cliquets 43. La course de la masse mobile 29 s'arrête lorsqu'elle arrive en contact avec les butées 51 comme représenté sur les figures 4 et 5. Lorsque la masse mobile est en position em- brayée le fonctionnement du dispositif est différent selon le sens de rotation envisagé Dans 11 sens de la flèche 61 (voir figures 4 et 5) la rotation du rotor d'entraînement 35 est pos- sible En effet, pour ce sens de rotation, le dos in- cliné 43 d des cliquets entre en contact avec le dos arrondi 57 d des rochets Or les cliquets 43 sont rap- pelés par des ressorts 45, dits "ressorts faibles", dont la force est déterminée de telle manière que les cliquets puissent s'effacer facilement Par consé- quent, dans le sens de rotation désigné par la flèche 61 les cliquets 43 s'effacent sans effort et la rota- tion est possible même pour un couple peu important. C'est ce sens de rotation qui correspond à la descente de la barre de contrôle à l'intérieur du coeur Par conséquent, on voit que lorsque la masse mobile 29 est en position embrayée, il est possible de descendre les barres de contr 8 le à l'intérieur du coeur sans diffi- culté. Dans le sens de rotation designé par la flè- che 62, il y a contact front contre front des rochets et des cliquets Plus précisément, le front sensible- ment vertical 43 c du cliquet 43 vient au contact du front 57 c, également sensiblement vertical, lorsque le rochet 57 est en position sortie, comme représenté sur 252580 I la figure 4 Dans cette position, la réaction de con- tact du rochet sur le cliquet est pratiquement normale à la surface de contact entre les deux pièces Cette réaction a été représentée par la flèche 65 Comme on le remarque sur la figure 4, le moment par rapport à l'axe de rotation 43 a s'exerce dans le même sens que celui qui est provoqué par le ressort de rappel 45. Etant donné que le cliquet était déjà en position sor- tie, il ne peut aller plus loin et reste par consé- guent immobile. A ce stade deux éventualités sont possibles. Dans un premier cas, le couple transmis par- la barre de commande 23 est insuffisant pour comprimer les ressorts de rappel 55 Dans ce cas, la rotation du rotor d'entraînement 35 est interdite puisque la masse mobile est bloquée en rotation par rapport au moyeu 31 par la clavette 31 b, et le moyeu 31 étant lui-même bloqué en rotation par rapport à l'enceinte 15 Cela signifie que si une cause externe accidentelle venait à solliciter la barre de contrôle à sortir du coeur, la masse mobile 29 étant en position embrayée comme représenté sur la figure 4, le mouvement de cette bar- re de contrôle serait empêché En effet, on détermine la force des ressorts 55 de manière que les efforts nécessaires au basculement des rochets soient supé- rieurs aux efforts que ces derniers doivent retenir. Bien entendu, la valeur de l'effort de basculement doit être déterminée en fonction de ces efforts de manière suffisamment précise On interdit ainsi l'é- jection des barres de contrôle. Dans le cas inverse, le couple transmis par la barre de commande 23 est suffisant pour assurer le basculement des rochets 57 Ces rochets alors, pivo- tent comme représenté sur la figure 5 Sous l'effet de ce pivotement la réaction 65 du rochet sur le cliquet tourne au fur et à mesure que le rochet roule sans frottement sur l'arête arrondie du cliquet Le pivote- ment du rochet s'accompagne donc d'une succession d'états d'équilibre du ressort 55 Dans la position représentée sur la figure 5, la réaction 65 est diri- gée approximativement vers l'axe de rotation 43 a Cet- te réaction dépasse ensuite cet axe 43 a, ce qui inver- se le sens du couple exercé par rapport à cet axe A partir d'un certain moment, la force devient supé- îo rieur à celle qui est exercé par le ressort de rappel faible créant une instab Dité de sote que le cliquet sefface rapidement. Dans ces conditions, le dernier état d'équi- libre obtenu est celui qui correspond au couple maxi- mal de retenue du dispositif I-1 est pratiquement-in- lï dépendant du coefficient de frottement contre les ma- tériaux du cliquet et du rochet en raison des seuls phénomènes db roulement mis en jeu au niveau du con- tact entre ces pièces. On voit donc que dans cette position em- brayée de la masse mobile 29, les barres de contrôle sont maintenues dans le coeur du réacteur en cas de cause accidentelle les sollicitant à sortir de celui- ci, mais que l'on peut toutefois extraire les barres de contrôle si la masse mobile refuse de se déplacer en vue du débrayage du dispositif. En outre, le couple limite ne varie pas en fonction du coefficient de frottement des matériaux du rochet et du cliquet et donc en fonction de la tempé- rature du fluide du réacteur dans laquelle ces pièces 0 baignent. REVENDICATIONS 1 Dispositif anti-éjection pour barre de contrôle de réacteur nucléaire, ce réacteur comprenant une enceinte étanche solidaire ( 15) de la cuve ( 3) du réacteur nucléaire, la barre de contrôle ( 13) étant solidaire de la barre de commande ( 23), un système de manoeuvre de a barre de ccjr mande comprenant des moyers pour blo- quer la barre de commande par rapport à l'enceinte étanche ( 15) en cas de sollicitation de la barre de contrôle ( 13) à sortir du coeur ( 5) du réacteur, ca- ractérisé en ce que lesdits moyens pour bloquer la barre de commande par rapport à l'enceinte étanche la bloquent aussi longtemps que l'effort exercé sur cette barre reste inférieur à une valeur limite, cette va- leur limiteeétant au moins égale à l'effort exercé sur la barre de commande en cas de cause externe acciden- telle sollicitant la barre de contrôle ( 13) à sortir du coeur du réacteur, le dispositif comportant des moyens pour obtenir une translation de la barre de contrôle ( 13) en exerçant sur la barre de commande ( 23) un effort supérieur à cette valeur limite. 2 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que la barre de commande ( 23) est mo- bile en rotation, et en ce qu'il comporte des moyens ( 43, 57) pour bloquer en rotation cette barre de com- mande par rapport à l'enceinte étanche ( 15), aussi longtemps que le couple exercé est inférieur à la va- leur limite, cette valeur limite étant au moins égale au couple exercé sur la barre de commande ( 23) en cas de cause externe accidentelle sollicitant la barre de contrôle à sortir du coeur du réacteur, le dispositif comportant des moyens pour obtenir une translation de la barre de contrôle en exerçant sur la barre de com- mande ( 23) un couple supérieur à cette valeur limite. 3 Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les moyens pour bloquer en rota- tion la barre de commande ( 23) par rapport à l'encein- te étanche ( 15) sont constitués par au moins un cli- quet ( 43) monté pivotant autour d'un axe ( 43 a) situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de la barre de commande, cet axe ( 43 a) étant solidaire de la barre de commande ( 23) et le cliquet ( 43) étant rappelé en po- sition de sortie par un ressort de rappel ( 45) dit "ressort faible", le cliquet ( 43) présentant un front ( 43 c) sensiblement parallèle à l'axe de l'arbre de commande et un dos ( 43 d) faisant un angle important avec l'axe de l'arbre de commande, par au moins: au moins un rochet ( 53) pivotant autour d'un axe -( 57 a) fixe en rotation par rapport à l'enceinte ( 15), situé dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'arbre de commande ( 23) et rappelé en position de sortie par un ressort de rappel ( 55) dont la force est déterminée en fonction de la valeur du couple limite que l'on souhaite obtenir, ce ressort ( 55) étant dit "ressort de rappel fort", le rochet ( 57) comportant un front ( 57 c) sensiblement parallèle à l'axe de la barre de commande ( 23) lorsqu'il est en butée et un dos ( 57 d) arrondi faisant un angle fai- ble avec le dos du cliquet, le rochet ( 57) engageant avec le cliquet ( 43). 4 Dispositif selon la revendication 3, ca- ractérisé en ce que les rochets ( 57) sont montés pivo- tantssur une masse mobile ( 29) qui est déplaçable en translation le long du rotor ( 25) entre une position embrayée, dans laquelle les rochets ( 57) engagent les cliquets ( 43), et une position débrayée dans laquelle l'arbre de commande ( 23) peut tourner librement dans les deux sens. 5 Dispositif selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que la translation de la masse mobile ( 29) est commandée au moyen d'une bobine ( 27) créant une force d'attraction électromagnétique, les res- sorts de rappel forts ( 55) des rochets ( 57) jouant également le rôle de ressorts de rappel pour pousser la masse ( 29) vers le rotor d'entraînement ( 35).