Brevet FR2545637A1 — publié le 19841109

Dalle de fermeture de la cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides L'invention concerne une dalle de fermeture de la cuve d'un réac- teur nucléaire à neutrons rapides. Les réacteurs nucléaires à neutrons rapides comportent générale- ment 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 sécuri- té du réacteur sont suspendues à la partie inférieure de la dalle 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 per- mettre à la dalle de recevoir le grand bouchon tournant portant l'ensemble des dispositifs de manutention des assemblages combustibles constituant le coeur du réacteur disposés à l'intérieur de la cuve. On a proposé diverses conceptions de la dalle ainsi que des modes de liaison de cette dalle avec l'enceinte en béton Ces conceptions sont ce- pendant relativement coûteuses et complexes et mettent en oeuvre des poids d'acier importants et de nombreuses soudures Les liaisons avec l'enceinte en béton du réacteur sont fragiles et difficiles à réaliser et de plus s'ac- comodent mal des variations de température se produisant pendant le fonc- tionnement du réacteur La résistance aux séismes de telles dalles, en par- ticulier leur liaison avec l'enceinte en béton, est également relativement médiocre, ce qui limite leur application sur certains sites. Le but de l'invention est donc de proposer une dalle de fermeture de la cuve d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides dont la structure en béton comporte un puits de cuve cylindrique à axe vertical sur la partie su- p Dérieure duquel repose horizontalement la dalle constituée par une structu- re composite en acier et en béton qui porte au moins partiellement la cuve suspendue à sa partie inférieure et qui est de forme annulaire et percée d'ouvertures cylindriques pour le passage des composants du réacteur dans la cuve, cette dalle de fermeture devant permettre d'en faciliter la fabri- cation et la mise en place sur le puits de cuve, de supporter dans de bon- nes conditions l'effet des variations de température du réacteur en fonc- tionnement et surtout d'avoir des déplacements en cas de séismes beaucoup plus faibles que les structures antérieures. 2 2545637 Dans ce but, la dalle comporte une première partie annulaire centrale dont le diamètre extérieur est sen- siblement égal au diamètre de la cuve constituée par un caisson en acier rempli de béton comportant une virole interne et une virole externe ayant pour axe l'axe du puits de cuve reliées par une semelle inférieure et une semelle supérieure horizontales et deux voiles tronconiques de renforcement ayant pour axe l'axe du puits de cuve et un même angle au sommet reliés, pour l'un à la virole externe par sa grande base et à la semelle inférieure par sa petite base, et pour l'autre, à la semelle supérieure par sa grande base et à la virole interne par sa petite base, la petite base du premier voile tronconique de renforcement ayant sensiblement le même diamètre que la grande base du second voile tronconique de renforcement, et une seconde partie annulaire périphérique reliée à la première partie par sa virole externe constituant la virole interne de la seconde partie, de hauteur supérieure à la première partie renforcée par des voiles placés radialement, c'est-à-dire suivant des plans passant par l'axe de la dalle, cette seconde partie venant en appui sur la structure du réacteur par son extrémité inférieure. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décri- re à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'une dalle de fermeture de cuve suivant l'invention, dans le cas d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroi- di par du sodium liquide. La figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical d'une dalle suivant l'invention en position au-dessus du puits de cuve du réacteur nu- cléaire. La figure 2 est une vue en coupe partielle suivant AA de la figu- re 1 montrant en particulier un passage de pompe et un passage d'échangeur. Sur la figure 1 on voit une partie de la structure du réacteur nu- cléaire 1 correspondant à l'extrémité supérieure du puits de cuve sur le- quel repose la dalle désignée de façon générale par le repère 2. La surface intérieure du puits de cuve est recouverte par une en- veloppe métallique 4 jouant le rôle de cuve de sécurité La cuve principale est suspendue à la partie inférieure de la dalle de la façon qui sera décrite ci-dessous A l'intérieur de la cuve principale renfermant le sodium est disposée la cuve interne 8 de structure complexe qui permet la sépara- tion du sodium chaud et du sodium froid dont les niveaux ont été représen- tés respectivement en 6 et en 7. 3 2545637 La dalle est constituée d'une partie annulaire interne 10 et d'une partie annulaire externe 11. La partie annulaire interne 10 est constituée par une enveloppe en acier de forme annulaire renforcée par des éléments d'entretoisement et renfermant du béton L'enveloppe de cette partie annulaire 10 comporte une virole interne 12, une virole externe 14, une semelle supérieure 15 et une semelle inférieure 16 A l'intérieur de la virole 12 est logé le grand bou- chon tournant portant lui-même le petit bouchon tournant utilisé pour la ma- nultention des assemblages combustibles à l'intérieur de la cuve 5 La semel- le supérieure 15 est renforcée-dans sa partie 15 a' à la périphérie du grand bouchon tournant, pour permettre le support de cet ensemble de masse impor- tante. A l'intérieur de cette partie centrale 10 de la dalle sont ména- gés des passages de composants comme il est visible sur les figures 1 et 2. Ces passages de composants comportent des passages d'échangeurs de chaleur 18 et des passages de pompes 19 Les passages de pompes et d'échangeurs sont soudés à leur partie supérieure à la semelle supérieure 15 et à leur partie inférieure à la semelle inférieure 16 de la dalle Ces viroles de passage de composants constituent ainsi des raidisseurs de la structure mé- tallique de la dalle 2. La structure métallique de la partie centrale de la dalle est d'autre part renforcée par des voiles tronconiques 20 et 21 soudés sur la surface interne de l'enveloppe de la dalle et échancrés au niveau des viro- les de passages de composants 18 et 19 Les voiles tronconiques 20 et 21 ont pour axe commun l'axe du puits de cuve. Le voile tronconique interne de renforcement 20 est soudé le long de sa grande base sur la semelle supérieure 15 et le long de sa petite base sur la surface intérieure de la virole interne 12 de la dalle Le voile tronconique externe 21 est soudé le long de sa grande base sur la surface interne de la virole externe 14 de la partie centrale 10 de la dalle et le long de sa petite base sur la semelle inférieure 16 de cette partie annulai- re centrale de la dalle. Le diamètre de la grande base du voile interne 20 est sensible- ment égal au diamètre de la petite base du voile externe 21, si bien que les deux zones de raccordement circulaires entre les voiles tronconiques et les semelles supérieure et inférieure 15 et 16 de la dalle sont sensible- ment disposées à la verticale l'une de l'autre. La virole externe 14 de la partie centrale 10 de la dalle et la 4 2545637 semelle inférieure 16 ne sont pas reliées directement par soudure mais par l'intermédiaire d'une plaque annulaire horizontale 23 et d'une virole 24 ayant comme axe l'axe vertical de la dalle confondu avec l'axe du puits de cuve et commun aux viroles 12 et 14 La virole externe de la partie centra- le de la dalle est donc constituée en réalité par les viroles 14 et 24 re- liées par la plaque annulaire horizontale 23 La cuve principale 5 du réac- teur est soudée à la partie inférieure de la virole externe 14, si bien qu'un espace annulaire 26 est ménagé entre la paroi de la cuve principale 5 et la virole 24 de diamètre un peu inférieur au diamètre de la cuve L'espa- ce annulaire 26 est rempli d'une matière calorifuge qui permet de réduire les contraintes dues aux gradients thermiques au voisinage de la zone de liaison entre la cuve et la virole 14 et donc d'améliorer la tenue de cette liaison entre la cuve et la dalle lors du fonctionnement du réacteur. La partie annulaire périphérique Il de la dalle comporte une enve- loppe externe renforcée par des voiles 25 disposés radialement et remplie de béton Cette seconde partie annulaire 11 de la dalle comporte une virole interne qui n'est autre que la virole externe 14 de la partie centrale 10 de la dalle, et une virole externe 27 coaxiale à la virole 14 L'ensemble des viroles 12, 14 et 27 limitant la dalle sont coaxiales et leur axe com- mun est celui du puits de cuve, de la dalle et du grand bouchon tournant. Les viroles 14 et 27 sont reliées à leur partie supérieure par le prolonge- ment de la semelle supérieure 15 de la dalle sur laquelle sont également fixés la virole 12 et les passages de composants 18 et 19. La virole 14 est reliée à sa partie inférieure à une virole tron- conique 28 par l'intermédiaire d'une plaque annulaire horizontale 30 Les viroles 27 et 28 sont prolongées vers le bas en-dessous du niveau de la se- melle 16 et sont soudées à leur partie inférieure sur une plaque 31 annulai- re fixée sur la surface supérieure du puits de cuve La plaque 31 est fixée par vissage sur des pièces d'extrémité de barres de renforcement 32 noyées dans le béton du puits de cuve. Un espace annulaire 35 est ménagé entre la virole tronconique 28 et la cuve principale 5 du réacteur Dans cet espace annulaire est diposée une barrière 36 permettant d'éviter que les courants de convection parvien- nent jusque dans la zone de liaison entre la cuve et la dalle. De la description ci-dessus, il apparaît qu'aussi bien la partie annulaire centrale 10 de la dalle que la partie annulaire périphérique 11 sont réalisées sous la forme de caissons entretoises de grande résistance remplis de béton de protection contre -les radiations Le béton ne joue en 2545637 effet aucun rôle en ce qui concerne la résistance mécanique de la dalle, cette résistance mécanique étant obtenue par la coopération des deux viro- les, des deux semelles, des voiles tronconiques de renforcement et de chemi- nées de composants, dans le cas de la partie centrale annulaire 10 de la dalle Les voiles tronconiques qui-sont de même axe et parallèles ont des génératrices qui font un angle de 450 avec la verticale, si bien que leur angle au sommet a une valeur de 90 Ces voiles tronconiques sont soudés non seulement sur les viroles et semelles de la partie 10 de la dalle mais encore sur les cheminées 18 et 19 de composants pour constituer une structu- re entretoisée complexe de grande résistance. Au-dessus de chacune des cheminées de composants une bride 38 per- met de fixer le composant sur la dalle. La partie annulaire extérieure 11 de la dalle est renforcée par des voiles plans passant tous par l'axe de la dalle qui est également l'axe de rotation du bouchon tournant Cette structure entretoisée est également de très grande résistance et l'ensemble des deux parties de la dalle re- liées par la virole 14 est lui-même d'une très grande résistance, ce qui permet de réduire considérablement la flèche de cette dalle sous l'action de son propre poids et du poids des composants et du bouchon tournant, par rapport à ce qu'il en est pour les dalles de l'art antérieur. Cette forme de réalisation de la dalle qui repose sur la partie supérieure du puits de cuve par une semelle qui peut être ancrée sur le puits de cuve permet d'autre part une bien meilleure tenue aux séismes et une absorption des dilatations de la dalle pendant le fonctionnement du réacteur La dalle, ainsi qu'il a été décrit plus haut, est encastrée dans la structure du réacteur, sa semelle d'appui étant reliée de façon rigide au ferraillage du puits de cuve La forme et la dimension des éléments de la dalle sont calculées pour obtenir la meilleure tenue possible aux séis- mes et la meilleure rigidité sous les efforts exercés par le poids des com- posants et du bouchon tournant. La cuve principale est reliée directement à une partie de la structure de la dalle, la zone de soudure de la cuve principale à cet élé- ment de la dalle étant située dans une zone protégée contre le dégagement de chaleur du sodium contenu dans la cuve. Comme dans le cas des dalles de l'art antérieur, la dalle selon l'invention peut être refroidie par des moyens tels qu'une circulation de liquide ou de gaz en contact avec la surface interne de son enveloppe La partie inférieure de la surface externe du caisson constituant la dalle est 6 2545637 également calorifugée comme cela est le cas pour les dalles selon l'art an- térieur. Mais 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 les voiles tronconiques de renforcement de la par- tie centrale de la dalle peuvent avoir un angle au sommet un peu différent de 900 et donc une inclinaison par rapport à la verticale différente de Cependant cette disposition symétrique procure des avantages quant à la réalisation de la dalle et à l'obtention d'une structure résistante. La forme de la partie externe de la dalle peut être un peu diffé- rente de la forme qui a été décrite et sa fixation sur la structure du réac- teur peut être réalisée autrement que par une semelle liée aux éléments de ferraillage de la structure du puits de cuve. La dalle peut par exemple être fixée par boulonnage sur une semel- le qui est elle-même ancrée dans le béton. Les caissons et les éléments de renforcement de la dalle peuvent être réalisés en acier de construction faiblement alliés. Pour réaliser un remplissage par le béton de toutes les parties du caisson constituant la partie centrale de la dalle, on peut prévoir des ouvertures dans les voiles tronconiques de renforcement faisant communiquer la partie supérieure du caisson avec la partie inférieure. Enfin, la dalle de fermeture de cuve suivant l'invention s'appli- que dans le cas de tout réacteur nucléaire à neutrons rapides dont la cuve principale est disposée à l'intérieur d'un puits de cuve vertical fermé par une dalle. 7 2545637 REVENDICATIONS 1. Dalle de fermeture de la cuve d'un réacteur nucléaire à neu- trons rapides dont la structure en béton comporte un puits de cuve cylindri- que ( 1) à axe vertical sur la partie supérieure duquel repose horizontale- ment la dalle ( 2) constituée par une structure composite en acier et en béton qui porte au moins partiellement la cuve ( 5) suspendue à sa partie in- férieure et qui est de forme annulaire et percée d'ouvertures cylindriques ( 18, 19) pour le passage des composants du réacteur nucléaire dans la cuve ( 5), caractérisée par le fait qu'elle comporte une première partie annulaire ( 10) centrale dont le diamètre extérieur est sensiblement égal au diamètre de la cuve ( 5) constituée par un caisson en acier rempli de béton comportant une virole interne ( 12) et une virole externe ( 14) ayant pour axe l'axe du puits de cuve reliées par une semelle inférieure ( 16) et une semelle supérieure ( 15) horizontales et deux voiles tronconiques de renforcement ( 20, 21) ayant pour axe l'axe du puits de cuve et un même angle au sommet reliés, pour l'un, à la virole externe ( 14) par sa grande base et à la semelle inférieure ( 16) par sa petite base, et pour l'autre, à la semelle supérieure ( 15) par sa grande base et à la virole in- terne ( 12) par sa petite base, la petite base du premier voile tronconique de renforcement ( 21) ayant sensiblement le même diamètre que la grande base du second voile de renforcement ( 20), et une seconde partie annulaire périphérique ( 11) reliée à la première partie par sa virole externe ( 14) constituant la virole interne de la secon- de partie ( 11), de hauteur supérieure à la première partie, renforcée par des voiles plans ( 25) placés radialement, c'est-à-dire suivant des plans passant par l'axe de la dalle, cette seconde partie ( 11) étant en appui sur la structure ( 1) du réacteur par sa partie inférieure. 2. Dalle de fermeture suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la cuve ( 5) du réacteur est soudée à l'extrémi- té inférieure de la virole ( 14) commune aux deux parties de la dalle. 3. Dalle de fermeture suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que la virole ( 14) commune aux deux parties de la dalle a une hauteur inférieure à la distance entre la semelle supérieure et la semelle inférieure de la cuve, qu'elle est reliée directement à la semel- le supérieure et par l'intermédiaire d'une virole ( 24) de plus faible diamè- tre à la semelle inférieure ( 16), l'espace ménagé entre la cuve principale et la virole de plus faible diamètre ( 24) étant rempli par un matériau calo- 8 2545637 rifuge. 4. Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que la seconde partie annulaire périphérique ( 11) de la dalle comporte une virole cylindrique externe ( 27) reliée à sa partie supérieure à la semelle supérieure ( 15) de la dalle, de hauteur supérieure à la hauteur de la partie centrale de la dalle et une virole tronconique in- terne ( 28) reliée à la partie inférieure de la virole ( 14) commune aux deux parties de la dalle, les viroles ( 27 et-28) de la partie périphérique ( 11) de la dalle étant reliées à leur partie inférieure à une semelle d'appui ( 31) de celle-ci sur le puits de cuve. 5. Dalle de fermeture suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que la semelle d'appui ( 31) de la dalle est fixée de manière rigide sur des éléments de ferraillage ( 32) du béton du puits de cuve. 6. Dalle de fermeture selon la revendication 4, caractérisée par le fait que l'extrémité inférieure de la partie périphéri- que ( 11) de la dalle est fixée par boulonnage sur une semelle elle-même an- crée dans le béton du puits de cuve. 7 Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisée le fait que les voiles de renforcement ( 20, 21) de la partie centrale ( 10) de la dalle ont un angle au sommet voisin de 90 , leurs géné- ratrices faisant un angle voisin de 45 avec la verticale. 8 Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisée par le fait que les passages de composants dans la dalle sont constitués par des viroles cylindriques ( 18, 19) fixées par soudage sur la semelle supérieure et-sur la semelle inférieure à chacune de leurs extrémi- tés et sur les voiles tronconiques de renforcement, le long d'ouvertures prévues dans ceux-ci pour le passage des composants. 9. Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisée par le fait que les voiles tronconiques ( 20, 21) de renforce- ment de la partie centrale ( 10) de la dalle sont percés d'ouvertures pour le remplissage de la dalle en béton de protection. 10. Dalle de fermeture suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, 9 2545637 caractérisée par le fait que les viroles ( 12, 14, 18, 24, 28), les semelles ( 15, 16) et les voiles de renforcement ( 20, 21, 25) sont réalisés en un acier de construction faiblement allié. NEUF PAGES