Brevet FR2558635A1 — publié le 19850726

i Dispositif de supportage et d'alimentation en réfrigérant d'un coeur de réacteur nucléaire re- froidi par métal liquide. La présente invention se rapporte au domaine des réacteurs nucléaires refroidis par métal liquide et notamment du type à neutrons rapides et surgénéra- teurs. On sait que dans de tels réacteurs intégrés, comme par exemple le réacteur français SUPERPHENIX de Creys Malville, une cuve métallique contient à la fois le coeur proprement dit, composé des assemblages ren- fermant des matières fertile et fissile, entouré de sa protection neutronique latérale, ainsi que les pompes et les échangeurs primaires destinés à mettre le métal liquide, généralement du sodium, en mouvement dans la cuve et au travers du coeur et à en extraire les calo- ries provenant de la réaction en chaîne. Dans des réacteurs de ce type, le coeur, situé à la partie cen- trale inférieure de la cuve, repose sur un bloc sup- port. Pour réaliser le bloc support d'un tel coeur de réacteur nucléaire, on utilise généralement un pla- telage rigide fixé sur la cuve principale de l'encein- te du réacteur, ce platelage étant une structure ré- sistante composée de tôles soudées, ayant la forme d'un disque et fixée par sa périphérie à la cuve prin- cipale. Sur ce platelage repose le coeur du réacteur, par l'intermédiaire d'un sommier, lequel sommier est une structure mécanique de forme cylindrique; le som- mier s'appuie sur le platelage en de nombreux points uniformément répartis sur toute sa surface. Le rôle essentiel du sommier est de maintenir les assemblages dans des positions fixes et parfaitement déterminées ainsi que de recevoir le sodium sous pression refoulé par les pompes primaires pour le répartir dans les assemblages par des chandelles ménagées à cet effet. On a également cherché à perfectionner cette structure d'un type connu de manière à la rendre dé- montable. Les brevets français 72 13 789 du 19.04.72 et 73 36 035 du 9.10.73 décrivent de tels perfection- nements qui se sont révélés, à l'usage, posséder cer- tains inconvénients, notamment d'ordre économique, c'est-à-dire conduisant à des coûts de fabrication re- lativement élevés. Par ailleurs, la masse importante de tôlerie que suppose l'existence simultanée du pla- telage inférieur et du sommier superposé conduisent à un encombrement en hauteur important et à un poids également assez élevé de la structure de support qui pénalise ainsi d'autant la cuve principale, laquelle doit être conçue pour être capable de supporter ce poids. La présente invention a précisément pour objet un dispositif de supportage et d'alimentation en réfrigérant d'un coeur de réacteur nucléaire refroidi par métal liquide qui remédie aux inconvénients précé- dents en remplaçant le platelage qui supporte le som- mier par une structure allégée en dimensions vertica- les et en poids, et d'un coût de fabrication notable- ment inférieur à celui des structures existantes. Ce dispositif de supportage, comprenant de façon connue dans une cuve de confinement remplie de métal liquide, les assemblages constituant le coeur et sa protection neutronique latérale (P.N.L.) parcourus par un écoulement ascendant de ce métal liquide ainsi que des pompes et échangeurs intégrés dans la cuve et permettant la mise en pression, la circulation ainsi que le refroidissement de ce métal liquide, se carac- térise en ce qu'il comporte: - une plaque supérieure sur laquelle sont fixées des pièces porteuses d'assemblages, perforée pour l'alimentation des assemblages en métal liquide, et consolidée en flexion par un réseau de raidisseurs radiaux fixés sur sa face inférieure centrale; - audessous de cette plaque, une cuve constituée par une virole cylindrique, soudée à la plaque, au droit de la P.N.L., et aux raidisseurs, et par un fond en anse de panier; cette cuve reçoit le métal liquide à haute pression des tuyauteries de sortie des pom- pes primaires, qui traversent la virole cylindrique, et le distribue aux assemblages à travers les perfo- rations de la plaque supérieure; - autour de cette cuve, et au-dessous de la plaque supérieure, un caisson annulaire soudé à la virole de ladite cuve et à ladite plaque, directement et par l'intermédiaire d'un second réseau de raidis- seurs périphériques, et supporté par une virole cy- lindrique fixée à la cuve de confinement du réac- teur; ce caisson reçoit le métal liquide à basse pression par l'intermédiaire d'un système déprimo- gène en communication avec l'un des points à haute pression du circuit de métal liquide, et le distri- bue aux assemblages de la P.N.L. à travers les per- forations périphériques de la plaque supérieure. Dans une première variante, ce système dé- primogène, qui en fait est un dispositif créant une perte de charge sur le circuit de métal liquide, est placé sur la virole séparant la cuve haute pression du caisson annulaire. Selon une deuxième variante, ce dispositif déprimogène est placé sur la liaison glissante reliant la tuyauterie de pompe primaire et la virole de la cuve haute pression. Selon une troisième variante, ce système dé- primogène est placé sur des assemblages spéciaux rem- plaçant certains assemblages et conçus pour être manu- tentionnables à distance. Les différents systèmes déprimogènes assu- rent ainsi la circulation du métal liquide à basse pression dans le caisson annulaire en liaison avec la circulation du métal liquide à haute pression dans la cuve principale. Enfin, la tuyauterie de pompe primaire ap- portant le métal liquide sous haute pression à l'inté- rieur de la cuve haute pression alimentant le coeur du réacteur peut être montée, selon l'invention, au moins de deux façons différentes. Dans un premier mode de mise en oeuvre du dispositif de supportage selon l'invention, la tuyau- terie de pompe primaire est soudée à la virole conique du caisson annulaire au niveau de la traversée de celle-ci et montée coulissante sur la virole de la cuve haute pression. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre du dispositif de supportage objet de l'invention, la tuyauterie de pompe primaire est soudée à la virole de la cuve haute pression et montée coulissante, par un système à soufflet, lors de sa traversée du caisson annulaire, ladite tubulure étant alors supportée par deux patins latéraux rigides solidaires d'une assise liée à la plaque supérieure. Le dispositif de supportage objet de l'in- vention amène un certain nombre d'avantages par rap- port aux solutions réalisées ou envisagées jusqu'à ce jour, et notamment les suivants: - un gain de poids important par rapport à la solution classique de sommier posé sur platelage avec une seule zone de pression; un gain sur la hauteur du bloc réacteur; - l'alimentation des assemblages en stockage interne par une zone à basse pression; - une meilleure conception hydraulique du sommier: bonne répartition des débits, pertes de charge ré- duites, possibilité de diminuer le nombre de tuyau- teries; - un faible diamètre de l'ensemble permettant sa fa- brication en usine, ce qui n'est pas le cas des pla- telages classiques. De toute façon l'invention sera mieux com- prise en se référant à la description qui suit de plu- sieurs modes de mise en oeuvre du dispositif de sup- portage et d'alimentation en réfrigérant objet de l'invention, description qui sera faite à titre sur- tout illustratif et non limitatif en se référant aux figures 1 à 4 cijointes sur lesquelles: - la figure 1 représente, en coupe diamétra- le selon l'axe d'un réacteur nucléaire du type à neu- trons rapides et refroidi par métal liquide, la partie inférieure de la cuve de confinement de ce métal équi- pée du dispositif de supportage objet de l'invention; - la figure 2 représente en coupe selon le même plan que la figure 1, une variante de fixation de la conduite de pompe primaire sur la cuve haute pres- sion dans laquelle cette conduite est soudée sur cette cuve; - la figure 3 représente, en section selon le plan horizontal AA et vu de dessus, le dispositif d'accrochage de la tubulure de raccordement à la pompe primaire; - la figure 4 représente à plus grande échelle le détail d'implantation d'un assemblage spé- cial muni d'un dispositif déprimogène aux lieu.et pla- ce d'un assemblage combustible ordinaire. Sur la figure 1, on voit en coupe la cuve 1 d'un réacteur nucléaire du type à neutrons rapides re- froidi par sodium liquide. Dans l'enceinte de la cuve 1, et à la périphérie de celle-ci, se trouve implantée de façon connue une série de pompes 2 et d'échangeurs 3 baignant dans le sodium et répartis de façon alter- native sur la périphérie du réacteur. Conformément à l'invention, et s'appuyant sur le fond de la cuve de confinement 1 par l'intermédiaire d'une virole cylin- drique 4, un caisson annulaire 5 supporte, d'une part, une plaque supérieure 6, perforée et consolidée en flexion par deux réseaux de raidisseurs radiaux et, d'autre part, une cuve haute pression 7 constituée par une virole cylindrique et par un fond en anse de pa- nier. Cette virole est soudée à la plaque supérieure, au droit de la P.N.L., et aux deux réseaux de raidis- seurs. A la partie inférieure de la cuve 7 est disposé un récupérateur 8 destiné à recueillir des éléments du coeur qui auraient fondu lors d'un éventuel accident grave de fonctionnement du réacteur. Dans les orifices non représentés de la pla- que supérieure 6, sont implantées les pièces porteuses des différents assemblages dont l'un deux, référencé 9, a été représenté seul sur la figure 1 pour raison de simplicité. Sur la zone annulaire latérale 10 de la plaque supérieure 6 sont situés des éléments de pro- tection neutronique latérale, dont un seul, 11, a été représenté sur la figure 1. Ces éléments 11 entourent le coeur de façon connue et servent à absorber les neutrons qui auraient tendance à s'échapper vers l'ex- térieur. Parmi les assemblages implantés dans les orifices de la plaque supérieure 6, un certain nombre d'entre eux, tels que l'assemblage 12 sur la figure 1, sont des assemblages spéciaux qui ne comportent pas de combustible mais dont le r8le est essentiellement de mettre en communication au travers d'un dispositif dé- primogène ou de perte de charge 13 en soi connu, le coeur 14 o le sodium liquide est à haute pression sous l'effet des pompes primaires 2 et le caisson an- nulaire 5 o le sodium est à basse pression. A cet effet, une canalisation 15 relie l'extrémité inférieu- re du dispositif déprimogène 13 avec l'intérieur du caisson annulaire 5 par l'intermédiaire d'un orifice 16 percé dans la virole cylindrique latérale de la cuve haute pression 7. Cet assemblage spécial et ses différentes connexions seront décrits plus en détail ultérieurement en se référant à la figure 4 qui le montre à plus grande échelle. Un certain nombre de flèches F montrent la direction d'écoulement du métal liquide dans le systè- me et les différentes indications BP et HP désignent respectivement à l'intérieur de la cuve 1, les zones o le sodium liquide est soit à basse pression soit à haute pression sous l'effet de la pompe primaire 2. Le fonctionnement du dispositif de suppor- tage objet de l'invention nécessite bien entendu que chacune des pompes primaires 2 soit reliée par une tuyauterie 17 à l'entrée de la cuve à haute pression 7. Cette tuyauterie 17 peut être raccordée selon l'in- vention de deux façons différentes à cette cuve 7, étant entendu que de toute façon le mode de liaison choisi doit permettre les débattements angulaires et les translations provoquées par les variations de tem- pérature du sodium liquide lors du démarrage du réac- teur et en cours de fonctionnement de celui-ci. Une première solution de fixation de cette tuyauterie 17 sur la cuve 7 est représentée sur la figure 1. Dans cette réalisation, la canalisation 17 est soudée en 18 sur le caisson annulaire 5 et débou- che dans la cuve à haute pression 7 par une traversée coulissante 19 de sa paroi cylindrique dans la cuve 7 elle-même. Dans ce cas, c'est la tubulure 17 qui sup- porte toutes les charges telles que la poussée de la pompe 2 en fonctionnement, la déflexion de jet du so- dium et la réaction de la pompe aux séismes éventuels. Cette tuyauterie 7 est également liée à la pompe 2 par la jonction 20 qui est montée avec une liaison de même type en 19, c'est-à-dire avec un contact libre et cou- lissant tel qu'un système à labyrinthe ou à segments pour permettre sa libre dilatation. Selon l'invention, une deuxième solution de fixation de cette tubulure 17 sur la cuve 7 est repré- sentée sur les figures 2 et 3 o l'on voit que cette tubulure 17 est soudée sur la cuve à haute pression 7 en 21 à son entrée dans celle-ci. Dans ce mode de mise en oeuvre, la tuyauterie 17 passe à travers le caisson annulaire 5 par l'intermédiaire d'un soufflet d'étan- chéité 22 qui permet son libre déplacement en transla- tion au travers de cette paroi 5. La tubulure 17 elle- même est supportée par deux structures latérales rigi- des ou patins 23 visibles sur la figure 3, solidaires d'une assise 24 liée à la plaque supérieure 6 de la structure support. Dans tous les modes de réalisation conformes à l'invention, la cuve à haute pression 7 sert de ple- num de distribution du sodium à haute pression dans le coeur 14 et l'on peut supprimer la sphère de pompe ainsi que la présence de deux tubulures de distribut- ion du sodium par pompe primaire. Dans des réalisa- tions conformes à l'invention, on utilise pour la tuyauterie 17 un coude de l'ordre d'un mètre de diamè- tre relié à la pompe 2 par une liaison glissante 20. Sur la figure 4, on a représenté, à plus grande échelle, l'assemblage spécial 12 de la figure 1 implanté dans un orifice 25 de la plaque supérieure 6. Le pied de cet assemblage spécial 12 est introduit dans une canalisation 15 qui relie au travers de l'orifice 25 la zone à haute pression du coeur 14 à la zone basse pression du caisson annulaire 5 par l'in- termédiaire de l'orifice 16 percé dans la paroi verti- cale 26 de la cuve 7. Dans la paroi de la canalisation est percé un orifice 27 débouchant dans la zone à haute pression de la cuve 7 et correspondant à un ori- fice 28 dans le pied de l'assemblage spécial 12, l'en- semble des deux orifices 27 et 28 permettant au sodium à haute pression de la cuve 7 de pénétrer selon la flèche F à l'intérieur du pied 29 de l'assemblage 12 d'o il peut en traversant le système déprimogène 13 s'écouler ensuite selon la flèche F' vers la zone à basse pression du caisson annulaire 5. REVENDICATIONS 1. Dispositif de supportage et d'alimenta- tion en réfrigérant d'un coeur (14) de réacteur nu- cléaire refroidi par un métal liquide, comprenant de façon connue, dans une cuve de confinement (1) remplie de métal liquide, les assemblages (9) constituant le coeur et sa protection neutronique latérale (P.N.L.) parcourus par un écoulement ascendant de ce métal li- quide, ainsi que des pompes (2) et échangeurs (3) in- tégrés dans la cuve (1) et permettant la mise en pres- sion, la circulation ainsi que le refroidissement de ce métal liquide, caractérisé en ce qu'il comporte: - une plaque supérieure sur laquelle sont fixées des pièces porteuses d'assemblages, perforée pour l'alimentation des assemblages en métal liquide, et consolidée en flexion par un réseau de raidisseurs radiaux fixés sur sa face inférieure centrale, - au-dessous de cette plaque, une cuve constituée par une virole cylindrique, soudée à la plaque, au droit de la P.N.L., et aux raidisseurs, et par un fond en anse de panier; cette cuve reçoit le métal liquide à haute pression des tuyauteries de sortie des pom- pes primaires, qui traversent la virole cylindrique, et le distribue aux assemblages à travers les perfo- rations de la plaque supérieure, - autour de cette cuve, et au-dessous de la plaque supérieure, un caisson annulaire soudé à la virole de ladite cuve et à laditeplaque directement et par l'intermédiaire d'un second réseau de raidisseurs périphériques, et supporté par une virole cylindri- que fixée à la cuve de confinement du réacteur; ce caisson reçoit le métal liquide à basse pression par l'intermédiaire d'un système déprimogène en commu- nication avec l'un des points à haute pression du circuit de métal liquide, et le distribue aux assem- blages de la P.N.L. à travers les perforations péri- phériques de la plaque supérieure. 2. Dispositif de supportage selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le système déprimo- gène (13) est placé sur la virole séparant la cuve haute pression (7) du caisson annulaire (5). 3. Dispositif de supportage selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le système déprimo- gène (13) est placé sur la liaison glissante reliant la tuyauterie de pompe (17) et la virole de la cuve haute pression (7). 4. Dispositif de supportage selon la reven- dication 1, caractérisé en ce que le système déprimo- gène (13) est placé sur des assemblages spéciaux (12) remplaçant certains assemblages manutentionnables à distance. 5. Dispositif de supportage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 précédentes, ca- ractérisé en ce que la tuyauterie de pompe primaire (17) est soudée à la virole conique du caisson annu- laire (5) au niveau de la traversée de celle-ci et montée coulissante sur la virole de la cuve haute pression (7). 6. Dispositif de supportage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 précédentes, ca- ractérisé en ce que la tuyauterie de pompe primaire (17) est soudée à la virole de la cuve haute pression (7) et montée coulissante par un système à soufflet (22) lors de sa traversée de la virole conique du caisson annulaire (5), ladite tubulure (17) étant alors supportée par deux patins latéraux rigides (23) solidaires d'une assise (24) liée à la plaque supé- rieure (6).