Brevet FR2525016A1 — publié le 19831014

L'invention concerne une dalle de fermeture annulaire de la cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides. Les réacteurs nucléaires à neutrons rapides comportent généra- lement une structure en béton comportant un puits de cuve cylindrique à axe vertical à l'intérieur duquel est disposée la cuve principale du réacteur entourée par la cuve de sécurité et fermée par la dalle qui repose sur la partie supérieure du puits de cuve La cuve principale et la cuve de sécurité du réacteur sont suspendues à la partie inférieure de la dal- le qui est constituée par une structure composite en acier et en béton. Cette structure est constituée par une enveloppe annulaire rem- plie de béton ménageant à sa partie centrale un espace cylindrique pour permettre à la dalle de recevoir le grand bouchon tournant portant l'en- semble des dispositifs de manutention des assemblages combustibles cons- tituant le coeur du réacteur disposé à l'intérieur de la cuve. L'enveloppe annulaire est constituée par deux viroles cylindri- ques coaxiales et par deux senelles annulaires reliées à chacune des vi- roles à leur partie supérieure/à leur partie inférieure, respectivement. Des emplacements cylindriques sont ménagés à l'intérieur de l'enveloppe par des viroles traversant la dalle sur toute son épaisseur et débouchant au niveau d'ouvertures circulaires prévues dans les semel- les supérieure et inférieure de la dalle Le remplissage de béton occupe le volume intérieur de l'enveloppe à l'exception de ces espaces cylindri- ques permettant le passage des composants du réacteur plongeant par leur partie inférieure dans la cuve, tels que les pompes primaires et les é- changeurs intermédiaires. Des raidisseurs de direction radiale permettent un assemblage rigide des viroles cylindriques, des semelles supérieure et inférieure et des viroles de passage des composants Ces divers éléments sont reliés entre eux par soudure. La virole cylindrique externe de l'enveloppe de la dalle sert à la fixation de celle-ci au-dessus du puits de cuve Une virole de même diamètre est en effet fixée à la partie supérieure du puits de cuve et la liaison de la virole externe de la dalle sur cette virole de support permet la fixation de la dalle. La cuve du réacteur est destinée à contenir le fluide primaire maintenu à haute température par la chaleur dégagée par le coeur Ce f lui- de primaire est généralement du sodium liquide. Les parties de la dalle dirigées vers lintérieur de la cuve, c'est-à-dire la semelle inférieure et les fourreaux de passage des compo- sants, doivent donc être refroidies pour limiter leur échauffement et é- viter un abaissement de leur résistance mécanique On place donc, au con- tact de la semelle inférieure et des fourreaux de passage de composants, des tubes de refroidissement à l'intérieur desquels on établit une circu- lation d'eau, ces tubes de refroidissement étant noyés dans le béton de remplissage de la dalle. En outre, la semelle ixgrieure est protégée de la chaleur du fluide primaire par un calorifuge. Les dilatations de la dalle sont donc limitées et il est ainsi possible de la raccorder à la virole de support solidaire du puits de cuve. Lorsque le grand bouchon tournant repose dans son logement au centre de la dalle annulaire, son poids extrêmement important est entiè- rement supporté par la dalle dont la semelle supérieure travaille en compression et la semelle irerieure en traction. L'ensemble de la structure métallique de la dalle comportant la virole externe, la virole interne, les semelles supérieure et infé- rieure, les fourreaux de passage des composants et les raidisseurs ver- ticaux de direction radiale doit donc présenter une très grande résis- tance et une très grande rigidité. En particulier, pour transmettre les efforts de cisaillement sans discontinuité, les raidisseurs doivent être très rapprochés, si bien que'le volume interne de l'enveloppe de la dalle est extrêmement morcelé Le béton de remplissage ne participe donc pratiquement pas à la résistance de l'ensemble et sert uniquement de protection contre les ra- diations des matériaux contenus à lvintérieur de la cuve. La structure métallique de la dalle est extrêmement lourde, coûteuse et difficile à souder, cette structure étant encore rendue plus complexe par le fait qu'il faut prévoir des tubes de refroidissement au contact des fourreaux de passage des composants et au contact de la semel- le inférieure qui supporte des contraintes très importantes Ces tuyaux de refroidissement doivent traverser les raidisseurs radiaux dans lesquels il faut prévoir de nombreuses ouvertures. Le but de l'invention est donc de proposer une dalle de ferme- ture annulaire de la cuve d'un macteur nucléaire à neutrons rapides dont la structure en béton comporte un puits de cuve cylindrique à axe verti- cal sur la partie supérieure duquel repose horizontalement la dalle cons- tituée par une structure composite en acier et en béton qui elle-même porte la cuve suspendue à sa partie inférieure et qui comporte une enveloppe annulaire constituée par deux viroles cylindriques coaxiales et deux semelles annulaires reliées entre elles directement et par l'inter- médiaire d'un ensemble de raidissement, remplie de béton à l'exception d'espaces cylindriques d'axes parallèles à l'axe des viroles et traver- sant la dalle sur toute son épaisseur pour le passage des composants du réacteur plongeant dans la cuve, cette dalle présentant une grande résis- tance et une grande rigidité malgré une structure simple, une plus grande facilité de réalisation et une masse moins importante. Dans ce but, la dalle comporte, à l'intérieur de l'enveloppe, comme élément de raidissement, au moins une virole tronconique coaxiale aux viroles limitant la dalle reliée par soudure à l'enveloppe le long de sa petite base, au voisinage de la partie supérieure de cette envelop- pe et le long de sa grande base, au voisinage de la partie inférieure de celle-ci, percée d'ouvertures pour le passage des composants et parta- geant le volume interne de l'enveloppe en deux parties superposées. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la partie supérieure du volume interne de l'enveloppe, au-dessus de la virole tronconique, est remplie de béton incorporant des armatures métalliques de renforcement et constituant une structure résistante continue sur toute la périphérie de la dalle. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant dé- crire à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux figures join- tes en annexe, un mode de réalisation d'une dalle suivant l'art antérieur et un mode de réalisation d'une dalle suivant l'invention. La figure 1 représente, dans une vue en coupe par un plan ver- tical, suivant AA de la figure 2, une dalle suivant Part antérieur en position sur un réacteur nucléaire à neutrons rapides. La figure 2 représente une demi-vuecd dessus de la dalle repré- sentée à la figure 1. La figure 3 représente une vue en coupe)suivant BB de la figure 41 d'une dalle suivant l'invention en position sur le puits de cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides. La figure 4 représente une demi-vue de dessus de la dalle repré- sentée à la figure 3. Sur la figure 1 on voit le puits de cuve 1 d'un réacteur nuclé- aire à neutrons rapides comportant à sa partie supérieure un dispositif d'ancrage 2 d'une virole de support 4 dont le diamètre correspond au dia- mètre intérieur du puits de cuve et au diamètre extérieur de la dalle 3. Ainsi qu'il est visible sur les figures 1 et 2, la dalle compor- te une virole externe 5 de même diamètre que la virole de support 4 sur laquelle elle est fixée par soudure et une virole interne 7 coaxiale à la virole 5 Ces viroles 5 et 7 sont reliées par soudure à une semelle supé- rieure annulaire 8 et à une semelle inférieure annulaire 9, l'ensemble des viroles 5 et 7 et des semelles 8 et 9 constituant l'enveloppe de la dalle. Les viroles cylindriques et les semelles sont également reliées entre elles par des raidisseurs verticaux 10 de direction radiale. Le volume interne de l'enveloppe est rempli par du béton 14 à l'exception d'espaces verticaux cylindriques 12 ménagés grâce à des four- reaux cylindriques 15 à l'intérieur de l'enveloppe de la dalle Ces espa- ces cylindriques 12 traversant toute l'épaisseur de la dalle permettent le passage des composants du réacteur nucléaire plongeant dans la cuve, tels que les pompes ou les échangeurs intermédiaires Les fourreaux 15 sont reliés par soudure aux semelles 8 et 9 qui comportent des ouvertures circulaires correspondant à ces fourreaux et à la virole externe 5, par l'intermédiaire de raidisseurs verticaux de direction radiale 11. L'ensemble des raidisseurs 10, des fourreaux 15 et des raidis- seurs 11 assure le raidissement de l'enveloppe de la dalle. On voit que le volume interne de cette dalle est fortement mor- celé et que le béton 14 ne peut ainsi constituer une structure résistante sur toute, la périphérie de la dalle. D'autre part, les tubes de refroidissement 6 des fourreaux 15 et de la semelle inférieure 9 doivent traverser de nombreux raidisseurs ver- ticaux lors de leur parcours. La cuve principale 16 et la cuve de sécurité 17 du réacteur sont constitués par une virole cylindrique de grand diamètre dont la partie su- périeure visible sur la figure 1 est fixée à l'intérieur de la dalle pour la suspension de ces cuves et par un fond bombé comportant plusieurs élé- ments de forme sphérique. La partie inférieure de la virole cylindrique et les fonds bombés des cuves n'ont pas été représentés sur la figure 1 à l'intérieur du puits de cuve. Sur la figure 3 on voit une dalle selon l'invention 20 reposant sur la partie supérieure du puits de cuve 21. Ainsi qu'il est visible sur les figures 3 et 4, cette dalle 20 comporte une enveloppe constituée par une virole externe 25 et une virole interne 27 coaxiales, une semelle supérieure 28 et une semelle inférieure 29 Des fourreaux de passage des composants 24 sont disposés à l'intérieur de cette enveloppe au niveau d'ouvertures 22 prévues dans les semelles supérieure et inférieure de l'enveloppe. L'ensemble de raidissement de l'enveloppe est constitué par une simple virole tronconique 30 coaxiale aux viroles 25 et 27. La virole tronconique 30 est reliée par soudure le long de sa pe- tite base à la virole cylindrique interne 27, au voisinage de la partie supérieure de la dalle La virole 30 est également reliée par soudure le long de sa grande base à la virole externe 25, au voisinage de la partie inférieure de la dalle. La virole 30 est percée d'ouvertures permettant le passage des fourreaux 24 et soudée à ces fourreaux 24 suivant le contour de ces ouver- tures. La virole tronconique 30 sépare le volume interne de l'envelop- pe de la dalle en deux parties superposées, l'une se trouvant en-dessous de la virole 30 et l'autre au-dessus de cette virole. La partie située en-dessous de la virole 30 est remplie par du béton de protection radiologique 34 grâce à des ouvertures de remplissage traversant la virole 30. La partie supérieure du volume interne de l'enveloppe, au-dessus de la virole tronconique 30, est remplie par du béton incorporant des ar- matures métalliques 33 disposées en particulier suivant des parcours con- centriques dans tout le volume interne de la dalle De cette façon, le bé- ton armé remplissant cette partie de la dalle participe de façon importan- te à la résistance de celle-ci. La virole externe 25 est renforcée à sa partie inférieure 35 o se raccorde la grande base de la virole tronconique 30. Sur la surface extérieure de cette partie renforcée de la virole est fixée une structure de support 37 constituée par une ceinture an- nulaire à section carrée Cette structure annulaire 37 est constituée par une enveloppe en acier soudée sur la virole externe 25 dans sa partie ren- forcée, remplie de béton La structure de support 37 repose sur un appui glissant 38 porté par la partie supérieure du puits de cuve 21. La cuve principale 40 et la cuve de sécurité 39 sont fixées par leur partie supérieure sur la virole tronconique 30 si bien qu'elles sont suspendues sous la dalle 20. Lorsque la dalle est chargée à sa partie centrale, dans le puits ménagé par la virole 27 o l'on dispose le grand bouchon tournant, la charge due à ce bouchon tournant et aux dispositifs de manutention des assemblages combustibles qu'il supporte, la répartition des contraintes dans la dalle est très différente de la répartition dans le cas d'une dalle selon l'art antérieur telle que représentée sur la figure 1 En effet, le poids du grand bouchon tournant et des composants portés par la dalle se traduit par des forces de compression s'exerçant sur la semel- le supérieure de la dalle et sur la partie supérieure de la virole tron- conique alors que les forces de traction s'exerçant sur la partie infé- rieure de la virole tronconique sont reprises par la partie renforcée de la virole externe 25 et par la structure d'appui 37. D'autre part, les forces de traction s'exerçant sur la semelle inférieure de la dalle sont de très faible amplitude. La partie de la dalle se trouvant en-dessous de la virole tron- conique 30 subit des contraintes très faibles et dans cette zone le volu- me interne de l'enveloppe de la dalle est rempli par du béton de protec- tion radiologique. En revanche, la partie du volume interne de l'enveloppe de la dalle située au-dessus de la virole tronconique 30 est remplie par du bé- ton incorporant des armatures métalliques disposées en particulier de fa- çon concentrique dans la dalle. Ce béton armé assure la tenue mécanique de la dalle en même temps que les viroles, les semelles, les fourreaux et la virole tronconi- que servant de raidisseur. Il est donc possible de diminuer l'épaisseur des éléments métal- liques constituant l'enveloppe de la dalle et en particulier de diminuer l'épaisseur de la semelle inférieure qui ne subit que des contraintes de faible amplitude. La virole tronconique 30 qui est noyée dans le béton de protec- tion ne peut passe déformer par flambage si bien qu'il est possible d'u- tiliser pour sa fabrication une t 8 le d'épaisseur modérée et qu'on peut éviter de la renforcer. Le fait de renforcer la virole externe 25 dans sa partie infé- rieure et d'entourer cette virole par la structure d'appui 37 permet de Z 525016 reprendre les efforts radiaux et d'avoir la ligne neutre des déformations de la dalle le plus près possible des appuis. Enfin, le fait de souder les fourreaux 24 à la virole tronconi- que 30, celle-ci étant elle-même fixée sur les viroles externe et interne 25 et 27, permet de reprendre une partie des efforts de cisaillement. Les principaux avantages de la dalle suivant l'invention sont de permettre d'obtenir une grande résistance mécanique et une grande ri- gidité de celle-ci avec une structure beaucoup plus simple, plus facile à réaliser et d'un poids moins important. D'autre part, la nouvelle structure de la dalle suivant l'in- vention permet de faire reposer celle-ci sur la partie supérieure du puits de cuve et d'éviter de la relier à une virole de support solidaire du puits de cuve, par une soudure exposée à la chaleur du fluide primaire. Une partie du béton de remplissage de la dalle participe à l'ob- tention d'une bonne résistance mécanique et d'une grande rigidité de cel- le-ci. Le fait d'éviter l'utilisation de raidisseurs verticaux de di- rection radiale sur toute la hauteur de la dalle permet de disposer les tubes de refroidissement de la semelle inférieure et des fourreaux de pas- sage des composants facilement, sans avoir à prévoir des perforations dans les raidisseurs. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit elle en comporte au contraire toutes les vaiantes. C'est ainsi que la virole tronconique peut être soudée à ses extrémités sur les semelles supérieure et inférieure au lieu d'être sou- dée sur les viroles externe et interne. La virole tronconique peut être soudée à l'une de ses extrémi- tés sur l'une des semelles et à son autre extrémité sur l'une des viroles. Il est également possible d'utiliser à la place d'une virole tronconique unique un ensemble constitué par au moins deux viroles tron- coniques coaxiales séparées par une distance constante soudées aux viroles ou aux semelles. On peut également imaginer un ensemble raidisseur constitué par au moins deux viroles tronconiques coaxiales et séparées par une distance constante c'est-à-dire ayant un même angle au sommet, et reliées entre el- les par des entretoises On peut également imaginer une ou plusieurs viro- les tronconiques comportant des renforts pour éviter leur flambage, bien que le béton entourant ces viroles de raidissement en empêche pratiquement la déformation. Enfin, la dalle suivant l'invention s'applique à tous les réac- teurs nucléaires à neutrons rapides comportant une dalle annulaire dont la partie centrale supporte un ensemble pesant tel qu'un bouchon tournant de manutention des assemblages combustibles. REVENDICATIONS i. Dalle de fermeture annulaire de la cuve d'un réacteur nuclé- aire à neutrons rapides dont la structure en béton comporte un puits de cuve cylindrique ( 21) à axe vertical sur la partie supérieure duquel re- pose horizontalement la dalle ( 20) constituée par une structure composite en acier et en béton qui elle-même porte la cuve ( 40) suspendue à sa par- tie inférieure et qui comporte une enveloppe annulaire constituée par deux viroles cylindriques coaxiales ( 25, 27) et deux semelles annulaires ( 28, 29) reliées entre elles directement et par l'intermédiaire d'un ensemble de raidissement, remplie de béton à l'exception d'espaces cylindriques ( 24) d'axes parallèles à l'axe des viroles ( 25, 27) et traversant la dalle ( 20) sur toute son épaisseur, pour le passage des composants du réacteur plongeant dans la cuve ( 40), caractérisée par le fait qu'elle comporte, à l'intérieur de l'enveloppe, comme élément de raidissement, au moins une virole tronconique ( 30) coaxia- le aux viroles ( 25, 27) limitant la dalle ( 20) reliée par soudure à l'en- veloppe le long de sa petite base, au voisinage de la partie supérieure de cette enveloppe et le long de sa grande base, au voisinage de la partie inférieure de celle-ci, percée d'ouvertures pour le passage des composants et partageant le volume interne de l'enveloppe en deux parties superposées. 2. Dalle de fermeture suivant la'revendication 1, caractérisée par le fait que la partie supérieure de l'enveloppe au-dessus de la virole tronconique ( 30) est remplie de béton incorporant des armatu- res métalliques de renforcement ( 33) et constituant une structure résis- tante continue sur toute la périphérie de la dalle ( 20). 3. Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisée par le fait que la virole tronconique ( 30) est fixée à sa partie inférieure sur la surface inférieure de la virole externe ( 25) de l'enveloppe, dans une partie ( 35) de celle-ci qui est renforcée et entou- rée vers l'extérieur par-une structure de renforcement-et de support ( 37) permettant de faire reposer la dalle ( 20) sur la partie supérieure du puits de cuve ( 21). 4. Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisée par le fait que l'élément de raidissement ( 30) est constitué par au moins deux viroles tronconiques de même angle disposées coaxiale- ment avec un espacement constant. 5. Dalle de fermeture suivant la revendidtion 4, caractérisée par le fait que des entretoises ou des renforts sont dispo- sés entre les viroles tronconiques. 6. Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisée par le fait que la virole tronconique ( 30) est soudée à son extrémité inférieure à la virole externe ( 25) de l'enveloppe et à son extrémité supérieure à la virole interne ( 27) de celle-ci. 7. Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisée par le fait que la virole tronconique ( 30) est soudée à son extrémité inférieure à la semelle inférieure ( 20) et à son extrémité supé- rieure à la semelle supérieure ( 28) de l'enveloppe. 8. Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisée par le fait que la virole tronconique est soudée à l'une de ses extrémités sur ltune des viroles cylindriques ( 25, 27) de l'enveloppe et à son autre extrémité sur l'une des semelles ( 28, 29) de cette envelop- pe.