Brevet FR2525378A1 — publié le 19831021

Dispositif de support pour une chaudière nucléaire compacte L'invention concerne un dispositif de support pour une chaudière nucléaire compacte, de faible ou moyenne puissance. Qn entend ici par "chaudière nucléaire compacte" une chaudière comportant - un réacteur contenu dans une cuve rigide, - et au moins deux générateurs de vapeur disposés symétriquement autour de ce réacteur et reliés à lui, chacun par une tubulure courte et rigide, celle-ci assurant la solidarisation mécanique du générateur et de la cuve du rédacteur et permettant la circulation, entre eux, d'un fluide d'échange thermique primaire. Les parois de la cuve, des générateurs de vapeur et des tubulures sont métalliques. Les tubulures de liaison entre la cuve et les générateurs de vapeur sont aussi courtes que possible pour que la chaudière forme un ensemble monobloc. Leur longueur étant du même ordre de grandeur que leur diamètre, ces tubulures ne peuvent supporter sans dommage que de faibles déplacements relatifs entre la cuve et les générateurs de vapeur (de l'ordre de 1 à 2 centimètres). De telles chaudières nucléaires doivent être maintenues et supportées dans une structure de support, sans Jeu, dans une position fixe bien déterminée, et, sans subir, en aucun point, de contraintes anormales, quelles que soient les dilatations et les déformations relatives des appareils constituant la chaudière, ou de la structure de support elle-même. De même, des sollicitations dynamiques extérieures, telles que séismes ou chocs de direction quelconques, ne doivent induire dans lesdites tubulures de liaison que des contraintes faibles, l'essentiel. des efforts étant repris par la structure de support. Un dispositif connu de support pour une telle chaudière comporte - d'une part, une structure de support rigide enveloppant au moins partiellement la chaudière, - et d'autre part, des systèmes de support pour supporter la cuve et le générateur de vapeur dans ladite structure. Chacun de ces systèmes de support comporte un palier monté dans la structure de support et un tourillon de support fixé en saillie sur la cuve ou les générateurs de vapeur et monté glissant dans ce palier selon l'axe longitudinal de ce tourillon et de ce système, les axes de ces systèmes de support étant concourants à l'axe de ladite cuve et s'étendant sensiblement dans-un même plan horizontal de manière à permettre à la chaudière de se dilater dans la structure de support sans se déformer. Un tel dispositif de support connu est décrit dans le document de brevet FR-A nO 2 434 461 (Ateliers et Chantiers de Bretagne). Selon ce document, la structure de support métallique se compose - d'une partie inférieure très rigide dans laquelle repose la cuve du réacteur, ainsi que les générateurs de vapeur, par l'intermédiaire de tourillons soudés en saillie respectivement sur la bride de cuve et les boîtes à eau des générateurs de vapeurs, - et d'une partie supérieure fixée rigidement sur la structure inférieure et dont les parois enveloppent entièrement les générateurs de vapeur, maintenant en même temps l'extrémité supérieure des générateurs de vapeur par l'intermédiaire de tourillons soudés sur les dômes de ces générateurs de vapeur. Cette structure de support permet d'éviter d'une manière remarquable les déplacements de la cuve et des générateurs de vapeur, lors de chocs (navires) ou d'accélérations (séismes) dans des directions quelconques. Elle assure également la protection biologique nécessaire. Toutefois, il est apparu au présent inventeur que certains modes de réalisation parfois souhaitable de la chaudière, en particulier celui comportant une cuve et deux générateurs de vapeur diamétralement opposés pouvaient rendre difficile de maintenir la cuve dans une position fixe bien déterminée en présence de sollicitations horizontales d'orientations diverses. En effet, considérons l'exemple d'une chaudière comportant une cuve et deux générateurs de vapeur diamétralement opposés, la cuve reposant Bur la structure de suppport par l'intermédiaire de deux tourillons de support orientés, dans le plan horizontal, perpendiculairement aux tubulures de liaison entre la cuve et les générateurs de vapeur.Le comportement de la cuve, lorsqu'elle est soumise à une accélération sous l'effet d'un choc ou d'un séisme, dépend alors de l'orientation de cette accélération - dans le cas d'une accélération orientée dans la direction de l'axe des tubulures de liaison entre la cuve et les générateurs de vapeur, la cuve reste fixe, étant maintenue dans sa position par ses tourillons de support, - dans le cas d'une accélération orientée dans la direction de l'axe des tourillons de support de la cuve, il peut se produire un déplacement horizontal de celle-ci, ses tourillons glissants dans leurs paliers selon leur axe commun. Ce déplacement de la cuve selon l'axe de ses tourillons se traduit par une flexion des tubulures de liaison -entre la cuve et les générateurs de vapeur, induisant des contraintes de flexion. Bien que, pour les chocs ou séismes normalement envisagés, ces contraintes restent inférieures aux contraintes admissibles, il est souhaitable, pour accroître la sécurité de les éviter, ce qui peut être fait à l'aide de systèmes de support supplémentaires d'axe différent. De tels systèmes compliquent la réalisation de l'ensemble. La présente invention a pour but la réalisation simple d'un dispositif de support pour une chaudière nucléaire compacte, de manière à éviter tout déplacement excessif de la cuve dans sa structure de support sous l'effet de sollicitations dynamiques extérieures (choc ou séisme) quelle que soit l'orientation de ces sollicitations, et sans nécessiter de systèmes de support supplémentaires. Elle complète le dispositif de support de chaudière nucléaire compacte décrit dans le document de brevet FR-A nO 2 434 461, ce dispositif comprenant - d'une part, une structure de support rigide enveloppant au moins partiellement la chaudière - d'autre part, des systèmes de support pour supporter la cuve et les générateurs de vapeur dans la structure de support - chacun de ces systèmes de support comportant un palier monté dans la structure de support et un tourillon de support fixé en saillie sur la cuve ou un générateur. de vapeur et monté glissant dans ce palier selon l'axe longitudinal de ce tourillon et de ce système, les axes de ces systèmes de support étant concourants à l'axe de la cuve et s'étendant sensiblement dans un même plan horizontal, de manière à permettre à la chaudière de se dilater dans la structure support sans se déformer ; - au moins deux systèmes "opposés" de support de-la cuve étant disposés de part et d'autre de celle-ci et comportant des paliers fixés à des parois de support sensiblement verticales faisant partie de la structure de support, ces systèmes permettant la libre dilatation de la cuve, mais présentant également, dans certains modes de réalisation, une dissymétrie dans l'aptitude à maintenir la cuve dans une position fixe bien déterminée, comme il a été expliqué ci-dessus. Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que chacun de ces systèmes de support opposés est muni d'un système de retenue axiale entourant le tourillon et comportant au moins un vérin hydraulique présentant deux surfaces de travail, une fixe et l'autre mobile parallèlement à l'axe du tourillon, ce système de retenue prenant appui d'une part par sa surface de travail fixe sur ladite paroi de support au voisinage du palier de ce système et d'autre part par sa surface de travail mobile sur une couronne d'appui fixée au tourillon, - ce disposit-if comportant, en outre, des accumulateurs hydrauliques pour appliquer de manière permanente, à chacun de ces vérins, par l'intermédiaire d'une tuyauterie de raccordement, une faible pression d'un fluide de travail, pour maintenir lesdites faces de travail en appui malgré les mouvements relatifs lents résultant des dilatations et contractions thermiques de la cuve, - et un limiteur de débit disposé sur cette tuyauterie de raccordement pour permettre l'arrivée et la sortie lentes du fluide de travail dans le vérin tout en empêchant une sortie rapide de ce fluide, de manière à limiter l'amplitude et la vitesse de recul du vérin sous les efforts appliqués à la cuve en cas de séisme ou de choc. On peut, de plus, selon les circonstances, adopter, avantageusement, les dispositions suivantes - chacun des systèmes de retenue entoure une partie du tourillon extérieure à la structure de support, de manière à obtenir à la fois, d'une part, une faible distance entre le point de fixation du tourillon à la cuve et son point d'appui dans le palier et, d'autre part, une mise en place, une maintenance et un refroidissement faciles du système de retenue - ledit limiteur de débit est constitué par une valve unidirectionnelle permettant une arrivée rapide du fluide de travail dans le vérin et se bloquant en cas de surpression dans ce vérin pour limiter l'amplitude et la vitesse de recul du vérin à des valeurs très faibles - ladite couronne d'appui est maintenue ou constituée par un écrou vissé sur une partie extérieure de la longueur du tourillon - le vérin hydraulique comporte - un corps dont une face "avant" constitue la surface de travail mobile, - un piston qui coulisse axialement dans ce corps et dont une face "arrière" constitue la surface de travail fixe, - et une membrane élastique délimitant une chambre annulaire s'étendant entre ce piston et ce corps et alimentée par ladite tuyauterie de raccordement, - le système de support est muni, d'une portée annulaire fixe thermiquement isolante fixée à la paroi de support pour recevoir en appui la surface de travail fixe du vérin, et d'une plaquette annulaire de refroidissement interposée entre la surface de travail mobile du vérin et la couronne d'appui, cette plaquette étant thermiquement conductrice et pourvue d'un conduit pour la circulation d'un fluide de refroidissement, de manière à éviter un échauffement excessif de la membrane élastique. A l'aide des figures schématiques ci-Jointes, on va décrire, ciaprès à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un meme élément est représenté sur plusieurs figures, il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue en coupe axiale d'une chaudière munie d'un dispositif de support selon l'invention, le plan de coupe étant représenté par la ligne I-I de la figure 2. La figure 2 représente une vue en coupe horizontale du même ensemble, le plan de coupe étant représenté par la ligne II-II et la figure 1. Les figures 3A et 3B représentent des vues d'un tourillon de support de la cuve en coupe par un plan vertical passant par son axe, et par un plan perpendiculaire à cet axe. La figure 4 représente une vue en coupe par le même plan que la figure 3A, mais montrant, en plus, le palier de support et le dispositif de retenue axial du tourillon. La figure 5 représente une vue en bout de l'ensemble de la figure 4. La figure 6 représente une vue du circuit d'alimentation hydraulique du dispositif de retenue axiale. Conformément aux figures 1 et 2, une chaudière nucléaire compacte de puissance comprise entre 200 et 2000 MW thermiques, comporte - une cuve CU d'axe vertical contenant le réacteur nucléaire et pesant par exemple 420 T et présentant un diamètre de 3,75 m, - deux générateurs de vapeur GV à axes verticaux diamétralement opposés par rapport à la cuve, - et deux canalisations de liaison CL de diamètre 1,17 m et de longueur 1,20 m. La structure de support se compose - d'une partie inférieure très rigide 1 dans laquelle repose la ove du réacteur, ainsi que les générateurs de vapeur, par l'intermédiaire de tourillons 3, 3', 4, 4' soudés en saillie respectivement sur la bride de cuve et les bottes à eau des générateurs de vapeur, - et d'une partie supérieure 2 fixée rigidement sur la structure inferieure et dont les parois enveloppent entièrement les générateurs de vapeur maintenant, en même temps, l'extrémité supérieure des générateurs de vapeur par l'intermédiaire de tourillons 2a soudés sur les dômes de-ces générateurs-de vapeur. Sur les figures 1 et 2, on distingue les tourillons 3 et 3' de support de la cuve CU et les tourillons 4 et 4' de supports des générateurs de vapeurs GU. Les tourillons 3 et 3' sont diamétralement opposés. Ces tourillons présentent en section transversale une forme polygonale qui s'adapte dans des paliers à rotule d'alésage polygonal correspondant, les dilatations de la cuve étant rendues possibles par glissement des tourillons dans leurs paliers à rotule. Ainsi, sur la figure 4, le tourillon de cuve 3 s'adapte dans un palier à rotule 6. Les tourillons de cuve peuvent, -avantageusement, comporter un alésage intérieur 3a visible sur la figure 4, lequel alésage permet de faciliter le contrôle de la soudure de liaison 7 sur la cuve et, également, le passage des tuyauteries non représentées et-implantées dans l'axe dudit alésage. Dans 11 exemple représenté, la cuve repose sur la structure de support par l'intermédiaire des deux tourillons 3 et 3' diamétralement opposés et disposés perpendiculairement à la direction définie par les tourillons 4 et 4' soudés sur les boîtes à eau des générateurs de vapeur. Si une sollicitation dynamique extérieure, orientée, sensiblement, dans la direction des tourillons de cuve, survient, il est clair que les tourillons de cuve pouvant se déplacer par glissement surleurs paliers à rotules, la cuve aura, elle-même, tendance à se déplacer selon cet axe. Ceci aura pour conséquence, d'engendrer des contraintes de flexion dans les tubulures de liaison entre la cuve et les générateurs de vapeur. Pour éviter ces contraintes et maintenir fixe l'axe de la cuve, des systèmes de retenue sont disposés en bout des tourillons de cuve.Ces systèmes de retenue répondent aux deux impératifs suivants - chacun d'entre eux doit être, en permanence, en contact avec le tourillon auquel il est associé, afin d'éviter que la présence d'un Jeu ne se traduise par une mise en vitesse de la cuve lors d'une sollicitation dynamique extérieure - ils doivent permettre les mouvements de dilatation et de contraction de la cuve. Chaque tourillon de cuve 3 comporte une extrémité cylindrique filetée 3b. Sur cette extrémité cylindrique filetée est vissée une pièce cylindrique 8 formant écrou et constituant ladite couronne d'appui. Entre cet écrou 8 et la structure support, est disposé un vérin hydraulique annulaire 9 constituant ledit système de retenue axiale. Comme représenté sur la figure 6, le vérin hydraulique annulaire 9 se compose d'un corps de vérin 9a, également de forme annulaire, et d'une chambre 9c, entourée d'une membrane élastique 9d étanche et destinée à être mise sous pression. L'alimentation de cette capacité est assurée par une tuyauterie de raccordement 10 à partir d'un accumulateur hydraulique 11. Entre la tuyauterie de raccordement 10 et l'accumulateur hydraulique 11, est disposé un système de conduits 12 comportant, pour chaque vérin, deux diaphragmes 13 et une bille 14 formant clapet. Le contact entre le piston 9b du vérin hydraulique annulaire et la structure de support est assuré grâce à une faible pression maintenue dans les accumulateurs 11. Les variations de température à l'intérieur de la cuve engendrent des déplacements des tourillons de cuve 3 et 3' sur leurs paliers à rotule 6. Ces déplacements étant lents, la vitesse de transfert du fluide au travers du système de conduits 12 crée une perte de charge trop faible pour s'opposer au mouvement du tourillon 3. En revanche, lorsqu'une sollicitation horizontale rapide se produit et présente une composante parallèle aux tourillons de cuve, par exemple lors de séismes ou de chocs, le fluide contenu dans la chambre 9c du vérin est brutalement poussé vers l'accumulateur 11. La bille 14 est alors plaquée sur son siège, ce qui oblige le fluide à passer au travers des diaphragmes 13. La perte de charge créée par l'étran- glement du fluide est alors telle qu'il se produit un véritable blocage accompagné dtune montée en pression dans la chambre 9c du vérin. Dans le cas où les efforts engendrés lors de la sollicitation horizontale provoquent une déformation de la cuve ou de la structure support; la bille 14 disposée sur le conduit d'alimentation du vérin opposé au système de retenue reprenant l'effort, autorise en décollant de son siège une arrivée rapide de nuide de travail dans ce vérin, permettant ainsi de conserver le contact entre ce vérin et la structure de support. Une telle bille constitue un clapet anti-retour d'un type connu en lui-même. Dans certains cas, la cuve et la structure de support présentent une raideur suffisante pour que, sous les efforts appliqués, elles ne se déforment pratiquement pas, et que, par conséquent, le vérin opposé au système de retenue reprenant l'effort reste en contact avec la structure support sans qu'il soit nécessaire de prévoir un dispositif comportant une bille 14 dans le système de conduits 12. Dans le but d'éviter la détérioration de la membrane élastique des vérins annulaires sous l'effet de la chaleur, des systèmes de refroidissement et matériaux isolants peuvent être interposés - d'une part, une plaquette métallique 15a entre le vérin annulaire 9 et l'écrou 8, cette plaquette étant pourvue d'un conduit non représenté pour la circulation d'un fluide de refroidissement, - d'autre part, une portée annulaire thermiquement isolante 15b entre le vérin annulaire 9 et la structure support inférieure 1 ou supérieure 2. On peut, ainsi, limiter la température de la membrane élastique du vérin à 1200C. La surface du piston peut être, par exemple, de 2800 cm2, le vérin pouvant supporter, en cas de séisme, une pression de 1760 bar, la vitesse de recul du vérin étant limitée à 5 mm par minute. De tels vérins peuvent être, par exemple, fournis par la Société Française Sealol Europe, sous la référence commerciale : ANNEAU VERIN NO 24. La même fonction de retenue latérale de cuve peut, également, etre remplie en remplagant le vérin hydraulique annulaire par plusieurs vérins cylindriques simples prenant appui sur l'écrou 8. Un avantage du dispositif, selon l'invention, est le suivant Le dispositif d'anneau-vérin hydraulique constitue une retenue sans Jeu, quelle que soit la position des tourillons de cuve par rapport à leurs paliers à rotule, c'est-à-dire quelle que soit la température de la cuve. Ceci permet de maintenir fixe l'axe de la cuve, quel que soit le moment-où une sollicitation transversale est imposée à la cuve, (par exemple séisme ou choc). On couvre, ainsi, le cas de sollicitations survenant lors des phases transitoires de puissance du réacteur, lesquelles induisent des variations de température dans la cuve. Au contraire, dans un système de butée avec jeu, il y aurait risque de sollicitation brutale et élevée de la cuve et de ses organes internes par réaction sur la butée, au moment où le tourillon entrerait en contact avec la butée. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de support pour une chaudière nucléaire compacte, cette chaudière comportant - un réacteur contenu dans une cuve rigide (CU) - - au moins deux générateurs de vapeur (GV) disposés symétriquement autour de cette cuve et reliés à elle, chacun par une tubulure courte (CL), celle-ci assurant la solidarisation mécanique du générateur de vapeur et de la cuve du réacteur et permettant la circulation, entre eux, d'un fluide d'échange thermique primaire, la longueur desdites tubulures de liaison étant courte pour que la chau-dière forme ensemble monobloc, de sorte que ces tubulures ne peuvent supporter sans dommage que de faibles déplacements relatifs de la cuve par rapport aux générateurs de vapeur, - cette cuve et ces générateurs de vapeur reposant sur le dispositif de support, ce dernier comportant - d'une part, une structure de support rigide (1, 2) enveloppant au moins partiellement la cuve.et les générateurs de vapeur, - et d'autre part, des systèmes de support pour supporter la cuve et les générateurs de vapeur dans la structure de support, - chacun de ces systèmes de support comportant un palier (6) monté dans la structure de support et un tourillon de support (3) fixé en saillie sur la cuve ou les générateurs de vapeur et monté glissant dans ce palier, selon un axe longidutinal de ce tourillon et de ce système, les axes de ces systèmes de support étant concourants à l'axe de la cuve et s'étendant sensiblement dans un même plan horizontal, de manière à permettre à la chaudière de se dilater dans la structure de support sans se déformer, - au moins deux systèmes nopposés" (3, 6, 3') de support de la cuve étant disposés de part et d'autre de celle-ci et comportant des paliers (6) fixés à des parois de support (la) sensiblement verticales faisant partie de la structure de support (1, 2), ces systèmes permettant la libre dilatation de la cuve (CU), et un déplacement horizontal d'ensemble de la cuve (CU) par glissement axial de ses tourillons de support dans leurs paliers (6), - ce dispositif étant caractérisé par le fait que chacun de ces systèmes de support opposés (3, 6, 3') est muni d'un système de retenue axiale (9) entourant le tourillon (3) et comportant au moins un vérin hydraulique présentant deux surfaces de travail, une fixe (9b) et l'autre mobile (9a) parallèlement à l'axe du tourillon, ce système de retenue prenant appui, d'une part, sur ladite paroi de support au voisinage du palier de ce système, et d'autre part, sur une couronne d'appui (8) fixée au tourillon, - ce dispositif comportant, en outre, des .accumulateurs hydrauliques (11) pour appliquer de manière permanente à chacun de ces vérins, par l'intermédiaire d'une tuyauterie de raecordement (10), une faible pression d'un fluide de travail pour maintenir lesdites faces de travail en appui malgré les mouvements relatifs lents résultant des dilatations et contractions thermiques de la cuve, - et un limiteur de débit (13, 14) disposé sur cette tuyauterie de raccordement pour permettre l'arrivée et la sortie lentes du fluide de travail dans le vérin tout en empêchant une sortie rapide de ce fluide, de manière à limiter l'amplitude et la vitesse de recul du vérin sous les efforts appliqués à la cuve en cas de séisme ou de choc. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit système de retenue (9) entoure une partie du tourillon (3) extérieure à la structure de-support (1), de manière à obtenir à la fois, d'une part, une faible distance entre le point de fixation du tourillon à la cuve (CU) et son point d'appui dans le palier (6), et d'autre part, une mise en place, une maintenance et un refroidissement faciles du système de retenue. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit limit-eur de débit est constitué par une valve unidirectionnelle (13, 14) permettant une arrivée rapide du fluide de travail dans le vérin et se bloquant en cas de surpression dans ce vérin pour limiter l'amplitude et la vitesse de recul du vérin à des valeurs- très faibles. 4/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite couronne d'appui (8) est maintenue ou constituée par un écrou vissé sur une partie extérieure de la longueur du tourillon (3). 5/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit système de retenue (9) est constitué par un vérin annulaire qui comporte - un corps (9a), - un piston (9b) qui coulisse axialement dans ce corps, - et une membrane élastique (9b) délimitant une chambre annulaire (9c) s'étendant entre ce piston et ce corps et alimentée par ladite tuyauterie de raccordement (10), - le système de support étant muni, en outre, d'une portée annulaire fixe thermiquement isolante (15b) fixée à la paroi de support (la) pour recevoir en appui une surface de travail du vérin, - et d'une plaquette annulaire de refroidissement (15a) interposée entre une surface de travail du vérin et la couronne d'appui (8), cette plaquette étant thermiquement conductrice et pourvue d'un conduit pour la circulation d'un fluide de refroidissement, de manière à éviter un échauffement excessif de la membrane élastique.