Brevet FR2545257A1 — publié le 19841102

CALANDRE La présente invention est relative aux réacteurs nucléaires à eau sous pression et elle concerne en particulier les supports des tiges d'entraînement des barres de commande dans la partie supérieure des réacteurs nucléaires Le fluide caloporteur qui circule dans les organes internes supérieurs d'un réacteur est conduit jusqu'aux tubulures de sortie au moyen de la structure spéciale de guidage et de support des dispositifs d'entraînement des barres (calandre), qui est disposée au niveau des tubulures de sortie du fluide caloporteur. La présente invention vise principalement à réaliser une calandre qui soit facilement installée et assure un bon fonctionnement du réacteur tout en maintenant les coûts de construction à des niveaux suffisamment bas. Avec ce but en perspective, la présente invention réside dans une calandre servant au support et au guidage des tiges d'entraînement des barres de commande et à l'établisse- ment de la circulation transversale du fluide caloporteur dans un réacteur nucléaire à eau sous pression, comportant une plaque support supérieure, une plaque support inférieure et un certain nombre d'éléments creux soutenus entre ces plaques et dans les ouvertures des mêmes plaques, o une enveloppe est interposée entre les plaques pour entourer les éléments creux, la plaque inférieure ayant des ouvertures entre les éléments creux pour permettre l'entrée du fluide caloporteur dans la région délimitée par les plaques et l'enveloppe, et l'enveloppe ayant des ouvertures en vue de l'écoulement du caloporteur hors de la région délimitée par les plaques et l'enveloppe. La calandre est un dispositif facile à mettre en place dans, et à sortir du réacteur nucléaire Dans la réa- lisation préférée, la calandre comprend des moyens de centrage et de positionnement des guides des barres de commande à leurs extrémités supérieures, radialement par rapport au réacteur. Elle permet le guidage des tiges d'entraînement des barres de commande entre le haut des guides de barres et le couver- cle de la cuve sous pression et elle facilite l'introduction des tiges d'entraînement dans les guides Elle protège les tiges d'entraînement contre la circulation transversale du fluide caloporteur et fournit un support structural au mécanisme d'entraînement en cas de perte accidentelle de caloporteur (PAC), assurant ainsi que les barres de commande puissent être introduites dans le coeur en cas de PAC. Dans la réalisation préférée, les éléments creux sont constitués d'acier inoxydable et dimensionnés de manière à ce que leur masse, leur rigidité et leur résistance non seulement empêchent leur rupture par suite de la circulation transversale du caloporteur, mais aussi, en cas d'incident du type PAC, à ce qu'elles empêchent la rupture ou la défor- mation des arbres d'entraînement sous l'effet des fortes pressions exercées par l'intense circulation de vapeur et d'eau qui en résulte Dans la réalisation préférée, l'enve- loppe a une collerette de-montage au sommet et des ouvertures ménagées dans celle-ci dans l'axe des tubulures de sortie de la cuve. Les caractéristiques de l'invention apparaîtront plus facilement au cours de la description qui va suivre d'une forme de réalisation préférée, faite en se référant au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple et dans lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'une calan- dre selon la présente invention; la figure 2 est une vue en plan partielle de cette calandre prise dans le sens II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan partielle de cette calandre prise dans le sens III-III de la figure 1; la figure 4 est une vue partielle en coupe longitu- dinale de cette calandre et d'une partie de cuve sous pression sur laquelle elle est montée; et les figures 5 et 6 sont des vues partielles en coupe longitudinale montrant des variantes de la présente in- vention. En se référant au dessin, l'appareil est une calandre 11 comprenant une plaque de support supérieure 13 et une plaque de support inférieure 15 Les plaques 13 et 15 supportent des éléments creux 17, des tubes creux dans la forme de réa- lisation type, qui s'étendent entre des trous coaxiaux ménagés dans les plaques Chaque trou est fraisé dans la surface supé- rieure de la plaque 13 en 19 (fig 4) et chaque élément 17 est assemblé par une soudure 21 le long du bord interne de la fraisure Les trous de la plaque inférieure 15 sont filetés et l'extrémité inférieure 23 de chaque élément 17 est vissé dans un trou de la plaque inférieure La plaque inférieure 15 a deux séries de trous supplémentaires, de grands trous 25 en forme de piste d'athlétisme et des trous circulaires 26 plus petits Dans ces conditions habituelles d'utilisation, la calandre 11 est montée sur les organes internes supérieurs d'un réacteur 17 (fig 4), comme indiqué dans Veronesi et al, et elle est alignée par rapport aux organes internes supé- rieurs (non représentés) et sert de support supérieur pour les guides des barres de commande Les trous 25 en forme de piste servent à faire passer le caloporteur depuis les organes internes supérieurs dans la calandre Il et les petits trous 26 sont pénétrés par des axes d'alignement (non représentés) en vue d'aligner les guides des barres de commande. Les plaques 13 et 15 et les éléments creux 17 sont logés dans une enveloppe 31 Une enveloppe type 31, de cons- truction composite, est représentée à la figure 4 Cette enveloppe 31 comprend un feuillard cylindrique étroit 33 et un feuillard cylindrique plus large 35 Le feuillard étroit est soudé à la plaque supérieure 13 à une extrémité et au feuillard large 35 à l'extrémité opposée Le feuillard large est raccordé au bas de la plaque inférieure 15 à son extrémité opposée Au-dessus de la plaque 13, l'enveloppe comprend un feuillard cylindrique 37 et une collerette 39 comportant une couronne 41 Le feuillard 37 est soudé au collet 41 par une extrémité et au haut de la plaque 13 par l'extrémité opposée. Le feuillard inférieur 35 a des trous 43 pour acheminer le caloporteur vers les tubulures de sortie 45 du réacteur 27 dans lequel est montée la calandre Les limites 46 des trous ont une forme leur permettant de coïncider avec les limites 48 des trous du corps intérieur 47 dotés à leur tour d'une forme correspondant aux passages 50 des tubulures 45 de manière à minimiser les fuites de dérivation depuis les tubulures d'entrée directement par les tubulures de sortie. Dans le réacteur, la calandre 11 est montée avec sa collerette 39 appuyée sur la collerette 45 du corps intérieur 47 du réacteur (figure 4) La collerette 39 comporte des rainures 51 (figures 1,3) pour des clavettes (non représentées) sortant du corps 53 du réacteur 27 La collerette 39 comporte également des encoches rectangulaires 55 (figure 3) Des cla- vettes (non représentées) sortant de la collerette 45 pénètrent dans ces encoches Afin de permettre un centrage correct de la calandre, des cales de réglage (non représentées) sont vissées sur le bord des encoches 55 La collerette 39 comporte encore des trous 57 sur tout son pourtour Le caloporteur venant de la conduite descendante 58 qui pénètre par les ouvertures de la collerette 45 du corps intérieur est acheminé par ces trous Ce caloporteur passe des trous 57 à la plaque 13 et, de là, à travers les espaces entre les éléments creux 17 et les barres d'entraînement 59 qui passent à travers ces éléments creux 17. La calandre 11 est montée et centrée sur le réacteur 27 en tant que dispositif distinct On peut la déposer faci- lement pour accéder aux guides et aux grappes (non représentés) du réacteur. Dans la forme de réalisation type, chaque élément creux 17 a un diamètre extérieur de 9 cm, un diamètre intérieur de 5,7 cm et une longueur de 125 cm Le diamètre d'une barre d'entraînement 59 est de 4,5 cm La distance entre deux éléments voisins est de 25 cm Chaque trou 25 a des bords opposés paral- lèles longs de 5 cm,-écartés de 10 cm l'un par rapport à l'autre, chaque paire de bords parallèles se terminant à ses extrémités par une partie semi-circulaire de 5 cm de rayon La dimension hors-tout des trous est de 15 cm sur l'axe géomé- trique entre les circonférences des parties semicirculaires sur 10 cm de large Chaque trou d'alignement 26 a un diamètre de 2,85 cm. Les éléments 17 de 125 cm de long permettent un guidage efficace des barres d'entraînement entre le haut du guide des barres de commande et le couvercle 61 de la cuve et ils faci- litent l'introduction des barres d'entraînement dans les guides o les barres de commande se déplacent vers le bas Les barres d'entraînement 59 sont protégées contre l'écoulement transversal par les éléments 17 La calandre 11 et en parti- culier les éléments 17 assurent un support structural pour les barres d'entraînement, ce qui est essentiel pendant une perte accidentelle de fluide caloporteur o se produit une rupture grave dans la tuyauterie Dans ces circonstances, de la vapeur et de l'eau à grande vitesse sont projetées vers l'extérieur vers la tubulure de sortie 46 du réacteur 27, ce qui doit tendre à déformer les barres d'entraînement juste au moment o les grappes de barres de commande vont être intro- duites dans le coeur La déformation et la rupture des barres d'entraînement sont évitées par les éléments 17. La plus importante fonction remplie par la calandre Il lorsqu'elle est intégrée de la manière décrite à un réac- teur,consiste à acheminer l'écoulement de sortie du coeur de la région des guides de barres jusqu'à la sortie 45 avec un minimum de perte de pression Le rapport entre l'écartement et la dimension en coupe transversale des éléments 17 (entre l'écartement et les diamètres extérieurs si les éléments 17 sont des tubes) est élevé, de 10/3,5 ou 2, 85 dans la forme de réalisation type, et ce rapport élevé contribue à préserver une faible chute de pression La dimension des trous 25 en forme de piste est choisie de façon à obtenir un écoulement à peu près constant à la sortie du coeur en direction de la calandre 11 La calandre sert de régulateur d'écoulement et évite ainsi les principales inégalités de répartition de l'écoulement du coeur, ainsi qu'une circulation transversale excessive La calandre aide également à conserver la tempé- rature de la zone du couvercle 61 du réacteur à un niveau égal à ou proche de la température d'entrée du caloporteur froid. La calandre 11 isole de la région du couvercle l'écoulement de sortie principal du coeur Ceci, associé au petit écoule- ment refroidissant la tête et provenant de la conduite des- cendante qui pénètre par les trous 57 de la collerette 39, contribue à maintenir la zone du couvercle à la température d'entrée du coeur Cet écoulement refroidissant le couvercle sort par les passages annulaires des éléments 17 entre les barres d'entraînement 59 et les surfaces internes des éléments creux La calandre assure donc à l'écoulement refroidissant le couvercle; un trajet d'écoulement de sortie réglé. Bien que l'on ait décrit ici les formes de réalisation préférées de l'invention, de nombreuses variantes en sont possibles Par exemple, la collerette de la calandre peut être conçue pour être vissée sur la collerette 45 du corps inté- rieur 47 et les éléments 17 peuvent être soudés à la plaque inférieure 15 ainsi qu'à la plaque supérieure 13 Une calandre 71 peut également (figure 5) être réalisée, dans laquelle la collerette 73 déborde de la plaque support supérieure 75 Cette calandre 71 peut coûter moins cher que la calandre il repré- sentée à la figure 4 Une calandre 81 peut également être réalisée, dans laquelle des embouchures en entonnoir 83 au- dessus de la plaque supérieure 85 facilitent l'introduction des barres d'entraînement 59 Dans ce cas, les embouchures 83 sont des dispositifs séparés Les éléments creux sont soudés au haut de la plaque 85 Les embouchures 83 sont ensuite soudés à la jointure 89 de l'élément creux et de la plaque L'assem- blage des éléments creux 87 sur la plaque 85 est ainsi facilité. La présente invention ne doit pas être limitée, sauf dans la mesure o l'esprit de la technique antérieure le nécessite. REVENDICATIONS 1 Calandre pour le support et le guidage des tiges d'entraînement des barres de commande et l'établissement de la circulation transversale du fluide caloporteur dans un réacteur nucléaire à eau sous pression, comprenant une plaque de support supérieure ( 13), une plaque de support inférieure ( 15) et une pluralité d'éléments creux ( 17) soutenus entre ces plaques ( 13,15) et dans les ouvertures de ces plaques, caractérisée en ce qu'une enveloppe ( 31 > est interposée entre les plaques ( 13,15) pour entourer les éléments creux ( 17), la plaque inférieure ( 15) ayant des ouvertures ( 25) entre les éléments creux ( 17) pour permettre l'entrée du fluide caloporteur dans la région délimitée par les plaques ( 13,15) et l'enveloppe ( 31), laquelle enveloppe ( 31) a des ouvertures ( 46) en vue de l'écoulement du caloporteur hors de la région délimitée par les plaques ( 13,15) et l'enveloppe ( 31). 2 Calandre selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe ( 31) -se prolonge au-dessus de la plaque supérieure ( 13) et comporte une collerette de montage ( 39), cette collerette de montage ( 39) ayant des trous d'écoulement ( 57) répartis sur son pourtour pour permettre le passage du caloporteur. 3 Calandre selon la revendication 2, caractérisée en ce que la collerette ( 39) a des rainures ( 51) destinées à recevoir des clavettes permettant le centrage de la calandre par rapport à la cuve du réacteur - 4 Calandre selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les ouvertures ( 46) ménagées dans l'enveloppe ( 31) pour l'écoulement du caloporteur sont alignés par rapport aux tubulures de sortie de la cuve du réacteur Calandre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les éléments creux ont une masse, une rigidité et une résistance choisies de manière à ce qu'ils ne soient pas sujets à des vibrations dues à la circulation transversale à grande vitesse du fluide calo- porteur. 6 Calandre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisée en ce que le rapport entre l'écar- tement des éléments creux ( 23) et leur section transversale permet une circulation transversale du caloporteur sans fortes pertes de pression. 7 Calandre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisée en ce que les ouvertures ( 25) de la plaque inférieure ( 15) sont oblongues et alignées entre les rangées contiguës de tubes, des trous circulaires étant ménagés aux intersections des rangées de trous oblongs.