Brevet FR2554629A1 — publié le 19850510

Dispositif de mesure sous eau de la dureté d'une paroi verticale du cloisonnement du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression L'invention concerne un dispositif de mesure sous eau, de la dure- té d'une paroi verticale du cloisonnement du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Le coeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression constitué par des assemblages prismatiques disposés verticalement et côte à côte est généralement entouré d'un cloisonnement qui permet de canaliser l'eau de re- froidissement dans un espace annulaire disposé entre le cloisonnement et l'enveloppe de coeur, pour amener cette eau de refroidissement à la base du coeur. Ce cloisonnement est généralement constitué par des plaques vertica- les appelées baffles assemblées entre elles pour épouser étroitement la for- me extérieure du coeur. Les assemblages combustibles sont généralement à section carrée et assemblés de façon que le contour extérieur du coeur pré- sente de nombreux redans. Les plaques verticales du cloisonnement sont donc assemblées à angle droit et étant donné la symétrie du coeur, chacune des plaques verticales est placée parallèlement et en vis à vis d'une autre pla- que de dimensions identiques. Les baffles sont maintenues par des raidisseurs ou formers dispo- sés dans l'espace annulaire entre le cloisonnement et l'enveloppe de coeur, dont le contour intérieur reproduit la forme de la section transversale du coeur. Pendant le fonctionnement du réacteur, le cloisonnement n'est pas soumis à des efforts mécaniques intenses puisque la pression de l'eau de re- froidissement du réacteur n'est pas très différente de part et d'autre de ce cloisonnement. Seule la perte de charge dans la traversée des assembla- ges crée une différence de pression relativement faible entre l'extérieur et l'intérieur du cloisonnement. Cependant, le cloisonnement subit un bombardement neutronique in- tense pendant le fonctionnement du réacteur. Il en résulte des transforma- tions de structure du métal constituant les plaques du cloisonnement. Même si les matériaux constituant le cloisonnement sont choisis de façon à ne subir que des transformations extrêmement lentes sous l'effet du rayonnement, il se produit malgré tout des transformations entrainant des modifications sensibles des propriétés mécaniques du cloisonnement au cours du fonctionnement du réacteur, c'est à dire sur des périodes très lon- gues pouvant aller jusqu'à 40 ans. Il peut être nécessaire au c de la vie du réacteur, d'appor- ter certaines modifications au cloisonnq.t nécessitant des opérations de perçage, de taraudage ou de martelage ce taines parties de ce cloisonne- ment. Il est alors nécessaire de connatm avec une bonne précision les pro- priétés mécaniques des plaques du cloisonnement et leur degré de vieillisse- ment. Une mesure de dureté peut permettre d'avoir une idée relativement précise sur l'état de vieillissement du matériau et sur ses autres proprié- tés mécaniques. Dans le cas d'un cloisonnement d'un réacteur nucléaire ayant déjà fonctionné, il est nécessaire d'effectuer ces opérations sous eau, pouras- surer une protection biologique suffisante du personnel effectuant les con- trôles. Les opérations doivent être faites depuis le bord de la piscine du réacteur, lorsque la cuve du réacteur est ouverte et mise en communication avec cette piscine, lors des opérations d'entretien entre deux campagnes de fonctionnement du réacteur. On ne connaissait pas jusqu'ici de dispositif permettant d'effec- tuer des mesures de dureté de grande précision sur des cloisons verticales, disposées sous eau et présentant une certaine radioactivité. Une des diffi- cultés vient de ce que la mesure de dureté doit être effectuée avec une tête de mesure disposée horizontalement pour réaliser une empreinte dans la plaque verticale sur laquelle est effectuée la mesure de dureté. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de mesu- re sous eau, de la dureté de parois verticales du cloisonnement du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant des cloisons vertica- les disposées parallèlement et opposées deux à deux et assemblées chacune à angle droit avec d'autres parois verticales du cloisonnement, ce dispositif permettant une mesure rapide et précise depuis le bord de la piscine du ré- acteur. Dans ce but, le dispositif de mesure suivant l'invention compor- te: - une perche creuse pour la manipulation du dispositif depuis le bord de la piscine du réacteur, la perche étant verticale en position de service, - un corps solidaire de la perche à son extrémité inférieure ayant son axe perpendiculaire à la perche et donc horizontal en position de service, - une première chambre ménagée dans le corps horizontal suivant son axe et à l'une de ses extrémités, - un premier piston monté mobile axialement dans la première chambre por- tant un moyen d'appui desti M nir en contact avec un premier ensemble de deux parois disposées à Oit, - une seconde chambre ménagerd le corps horizontal suivant son axe et à son extrémité opposée à la preer e chambre, - un second piston monté mobile axialement dans cette seconde chambre por- tant une tête de mesure de dureté destinée à venir effectuer une empreinte sur une des parois opposées aux parois d'appui, le corps horizontal étant intercalé entre ces parois opposèes pendant la mesure de dureté, - des moyens d'alimentation en fluide hydraulique de chacune des chambres du corps horizontal traversant'&tialement la perche verticale creuse, - un moyen de mesure de l'effort exercé par le second piston sur la tète de mesure de dureté, - un moyen de mesure précis du;é pIàcement de la tête de mesure, - et des cooducteurs traversat a.kialement la perche verticale pour la transmission des résultats de mesuie -4 un poste de mesure disposé au-dessus de la piscine du réacteur. 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'un dispositif de mesure de dureté suivant l'invention. La figure 1 représente dans une vue en perspective, l'ensemble du dispositif de mesure de dureté en position de service dans la piscine d'un réacteur nucléaire à.eau sous pression, pendant l'entretien de ce réacteur. La figure 2 représente, dans une vue en coupe par un plan horizon- tal, la partie inférieure du dispositif de mesure, en position de service entre deux parois du cloisonnement. Sur la figure 1, on voit une partiedu4 cloisonnement 1 du réac- teur nucléaire disposée à l'intérieur de la cuve du réacteur non représen- tée et en communication avec la piscine du réacteur remplie d'eau jusqu'à un niveau situé très au-dessus de la partie supérieure du cloisonnement. Le cloisonnement 1 est constitué en particulier par des parois verticales ou baffles telles que 3, 4 et 5. Les parois 3 et 4 sont disposées parallèlement et en vis h vis pour constituer l'enveloppe d'un redan de la partie extérieure du coeur. Une paroi 5 est assemblée à angle droit avec chacune des parois 3 et 4 qui sont elles-mêmes assemblées à angle droit avec des parois 6 et 7 respective- ment. Le dispositif de mesure 10 a été représenté en position de servi- ce o sa partie inférieure est intercalée entre les cloisons 3 et 4. Cette partie inférieure constituant le corps du dispositif de mesure a été repré- sentée en détail sur la figure 2. Le dispositif comporte également une perche verticale creuse 12 de grande longueur comportant un anneau d'accrochage 14 à sa partie supé- rieure pour la manipulation du dispositif à l'aide d'un palan disposé au- dessus de la piscine 2 du réacteur. Le corps 11 est fixé à la partie infé- rieure de la perche 12 de façon que son axe soit perpendiculaire à cette perche qui est verticale dans sa position de service. A l'intérieur de la perche creuse passent des tuyauteries 15 d'a- limentation du corps 11 en fluide hydraulique et les conducteurs 16 permet- tant de recueillir les signaux de mesure nécessaires pour déterminer la du- reté et de les transmettre à un poste de mesure 18 disposé sur le bord de la piscine du réacteur. Une sonde 19 permettant des mesures de radioactivi- té est également reliée au poste de mesure 18 par un conducteur 16. Les tuyauteries 15 d'alimentation en fluide hydraulique sont reliées à un cir- cuit 20 permettant une alimentation par un fluide de commande du dispositif de mesure de dureté & une pression régulée. Sur la figure 2, on voit le corps horizontal 11 du dispositif de mesure intercalé entre la paroi 3 sur laquelle il est mis en appui et la pa- roi 4 sur laquelle est effectuée la mesure de dureté. Le corps 11 du dispositif comporte à l'une de ses extrémités une chambre 21 dirigée suivant l'axe horizontal xx' du corps 11. Cette chambre 21 est elle-même reliée à-un canal 22 permettant son alimentation en fluide hydraulique, le canal 22 étant mis en communication avec l'un des conduits d'alimentation en fluide 15. A l'intérieur de la chambre 21 est monté mobi- le dans la direction axiale, un piston 24 muni d'un ensemble de segments 25. Lorsque la chambre 21 n'est pas alimentée en fluide hydraulique, le pis- ton 24 est maintenu en position rétractée dans la chambre 21 grâce à un res- sort 26 en appui sur une pièce de fermeture de la chambre 27 assurant égale- ment le guidage du piston 24. A son extrémité disposée à l'extérieur de la chambre 21, le pis- ton 24 est relié à une pièce d'appui 28 de forme angulaire comportant un plot à tète sphérique 29 réalisant l'appui du dispositif sur le bord angu- laire droit de la plaque 3. Le plot sphérique 29 permet de prendre appui sur la plaque 3 même dans le cas o cette plaque ou la liaison avec la plaque voisine 6 présente un mauvais équerrage. A son extrémité opposée à la chambre 21, le corps 11 est usiné pour réaliser tne chambre 31 également de direction axiale et opposée à la chambre 21. Cette chambre 31 est reliée par un canal 32 à une canalisation d'alimentation 15 en fluide hydraulique. - A l'intérieur de la chambre 31 est monté mobile axialement un pis- ton 34 portant la tâte de mesure 35. Cette tête de mesure est elle-même gui- dée et montée étanche à l'intérieur d'un ensemble de positionnement et de guidage 36 solidaire de l'extrémité du corps 11 dans laquelle est ménagée la chambre 31. Le piston 34 comporte un ensemble de segments 37. Un ressort de rappel 38 permet de maintenir la tête de mesure en position rétractée, lors- que la chambre 31 n'est pas alimentée en fluide hydraulique sous pression. La tête de mesure 35 est reliée au piston 34 par l'intermédiaire d'un capteur d'efforts 39 permettant de mesurer l'effort exercé par le pis- ton 34 sur la tête de mesure lorsque celle-ci est en contact avec la paroi 4 sur laquelle on effectue la mesure de dureté. La tête de mesure 35 compor- te à sa partie extérieure venant en contact avec la paroi 4, une pointe en diamant 40 de forme pyramidale destinée à réaliser l'empreinte de dureté. Cette tâte de mesure 35 est montée mobile axialement et étanche a l'inté- rieur de l'ensemble 36, grâce à des joints glissants 42 et 43. Le moyen de positionnement et de guidage 36 comporte à sa partie antérieure une pièce d'appui 44 comportant un plot sphérique 45 comparable au dispositif d'appui 28, 29 disposé à l'autre extrémité du corps horizon- tal 11. Ce dispositif d'appui 44 permet une mise en place de la tâte de me- sure à l'angle des parois 4 et 7, mâme s'il existe un mauvais équerrage de cet assemblage à angle droit. L'assemblage du dispositif 36 et du corps 11 autour de la chambre 31, est réalisé de façon parfaitement étanche grâce à des joints tels que 46 et 47. De façon générale, la partie interne du dispositif de positionne- ment 36 et de la chambre 31 est parfaitement isolée de l'eau de la piscine du réacteur dans laquelle on plonge le dispositif de mesure de dureté. A l'intérieur de cette partie isolée de l'eau de la piscine du réacteur se trouve le dispositif de mesure d'efforts 39 et un dispositif 49 de mesure précise des déplacements de la tête de mesure. Pour cette mesure, la tête de mesure 35 est solidaire d'un ergot 48 qui reste en contact avec la tige du dispositif 49 réalisée sous la forme d'un palpeur. On va maintenant décrire le fonctionnement du dispositif suivant l'invention pour réaliser une mesure de dureté sur la paroi verticale 4 du cloisonnement représenté sur la figure 1. Le dispositif de mesure est accroché à un palan par l'intermédiai- re de l'anneau 14 disposé à la partie supérieure de la tige 12 et descendu dans la piscine du réacteur de façon que le corps horizontal 11 soit placé entre les parois 3 et 4. La partie d'appui du dispositif est mise en contact avec la paroi 3 et la partie de mesure avec la paroi 4, au voisina- ge des arêtes de ces parois reliées aux parois 6 et 7 respectivement. Le corps 11 du dispositif est mis en position par un opérateur placé au bord de la piscine du réacteur ayant une vue directe sur le cloisonnement. On alimente alors la chambre 21 en fluide hydraulique par l'inter- médiaire du circuit hydraulique 20 régulé en pression et d'une des canalisa- tions 15. L'alimentation de l'une ou l'autre des canalisations 15 communi- quant respectivement avec les canaux 22 et 32 est réalisée grace à des élec- tro-vannes commandées par l'opérateur. Le mouvement vers l'extérieur du piston 24 provoque le blocage de la partie 11 du dispositif de mesure entre les parois parallèles en vis à vis 3 et 4, telles que représentées sur la figure 2. La pression dans la chambre 21 sera maintenue à une valeur fixe pendant toute la mesure, la partie 36 du dispositif restant en contact avec la paroi 4 sur laquelle on effectue la mesure de dureté. On alimente alors la seconde chambre 31 en fluide hydraulique à une première pression grâce à la canalisation 15 correspondante et à un dis- tributeur à tiroirs du circuit hydraulique 20. Cette première pression PO produit une charge FO sur le piston 34 et donc sur la pointe de diamant 40 qui s'enfonce d'une hauteur hO dans la paroi 4, cette profondeur de pénétra- tion hO étant mesurée de façon très précise par le dispositif 49. De même, la charge FO est mesurée de façon très précise par le capteur de charge 39. Le fluide est alors introduit dans la chambre 31 à une seconde pression P1 supérieure à PO, ce qui provoque une charge Fl > FO sur le pis- ton 34 et sur la tête de mesure 35. La pointe de diamant s'enfonce alors d'une hauteur hl > hO dans la paroi 4. On rétablit alors la pression P0 dans la chambre 31, si bien que la force appliquée sur le piston 34 et la tête de mesure 35 revient à la valeur F0. La pointe de diamant pénètre alors d'une hauteur h2 dans la paroi 4. Les hauteurs hl, h2 et hO sont tel- les que: hl > h2 > hO. La mesure des valeurs de F1, FO, hl, h2 et hO permet une dé- termination précise de la dureté Rockwell du matériau constituant la plaque 4 ayant subi une certaine irradiation. Des signaux représentant les mesures des charges et des profon- deurs de pénétration sont transmis au poste de mesure 18 au-dessus de la piscine du réactour et traduites sous forme analogique ou numérique pour l'exploitation par l'opérateur. On peut remarquer que la partie de mesure du dispositif renfer- mant les capteurs de charge et de déplacement est totalement isolée de l'eau de la piscine du réacteur grace aux joints d'étanchéité. Le dispositif peut être déplacé vers d'autres parois dont l'espa- cement est équivalent à l'espacement des parois 3 et 4. On peut ainsi vérifier la dureté et donc le vieillissement et les propriétés mécaniques du matériau du cloisonnement à divers endroits autour du coeur. La manipulation du dispositif est particulièrement facile et rapi- de et des mesures de dureté peuvent être effectuées à diverses hauteurs le long du cloisonnement. Le dispositif selon l'invention permet donc des mesures très rapi- des et très faciles en des endroits parfaitement déterminés du cloisonne- ment du coeur. Pendant toutes les opérations de mesure, le personnel d'es- sai est parfaitement protégé contre les radiations du cloisonnement et des autres parties internes de la cuve du réacteur. Le mode de réalisation qui a été décrit n'est pas limitatif, et l'on peut imaginer des variantes de réalisation des composants de ce dispo- sitif. Le moyen de centrage et de guidage de la tête de mesure peut être ré- alisé de façon différente de celle qui a été décrite et peut par exemple être usiné à l'extrémité du corps horizontal 11 du dispositif. Les capteurs de charge et de déplacement peuvent être réalisés sous une forme quelconque qui permette des mesures précises et leur traduc- tion sous forme de signaux. De même la réalisation du circuit hydraulique permettant loalimen- tation du vérin d'appui et du vérin de poussée de la tête de mesure peut être obtenue d'une façon quelconque, à partir du moment o ce circuit per- met l'alimentation à pression fixe du vérin d'appui et une alimentation à des pressions différentes successives, du vérin de poussée de la tête de me- sure. Enfin, le dispositif selon l'invention s'applique à des mesures de dureté sur tout type de cloisonnement de réacteur nucléaire comportant des parois verticales en vis à vis entre lesquelles on peut introduire le corps horizontal du dispositif de mesure. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure sous eau, de la dureté d'une paroi verti- cale (3, 4) du cloisonnement du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant des cloisons verticales (3, 4) disposées parallèlement et opposées deux à deux et assemblées chacune à angle droit avec d'autres parois verticales (5, 6, 7) du cloisonnement, caractérisé par le fait qu'il comporte: - une perche creuse (12) pour la manipulaticn du dispositif depuis le bord (2) de la piscine du réacteur, la perche (12) étant verticale en position de service, - un corps (11) solidaire de la perche (12) à son extrémité inférieure ayant un axe perpendiculaire a la perche (12) et donc horizontal en posi- tion de service, - une première chambra (21) ménagée dans le corps horizontal (11) suivant son axe et à l'une de ses extrémités, - un premier piston (24) monté mobile axialement dans la première chambre (21) portant un moyen d'appui (28, 29) destiné à venir en contact avec un premier ensemble de deux parois (3, 6) disposées à angle droit, - une seconde chambre (31) ménagée dans le corps horizontal (11), suivant son axe et à son extrémité opposée à la première chambre (21), - un second piston (34) monté mobile axialement dans cette seconde chambre (31) portant une trte de mesure de dureté (35) destinée à venir effectuer une empreinte sur une des parois (4) opposée aux parois d'appui (3, 6), le corps horizontal (11) étant intercalé entre ces parois opposées (3, 4) pen- dant la mesure de dureté, - des moyens d'alimentation en fluide hydraulique de chacune des chambres (21, 31) du corps horizontal (11) traversant axialement la perche verticale creuse (12), - un moyen de mesure (39) de l'effort exercd par le second piston (34) sur la tête de mesure de dureté (35), - un moyen (49) de mesure précise du déplacement de la tête de mesure (35), - et des conducteurs (16) traversant axialement la perche verticale (12) pour la transmission des résultats de mesure à un poste de mesure (18) dis- posé au-dessus de la piscine (2) du réacteur. 2. Dispositif de mesure suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps horizontal (11) porte a sa partie oppo- sêe à sa partie d'appui, un ensemble (36) de positionnement et de guidage de la tête de mesure (35) comportant un moyen d'appui (44) du dispositif sur l'angle des parois (4, 7). 3. Dispositif de mesure suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le moyen d'appui (29) porté par le premier pis- ton (24) et l'ensemble de positionnement et d'appui (36) solidaire du corps horizontal (11) comportent chacun une butée à surface sphérique (29, 45) pour la mise en appui du dispositif sur l'une des faces angulaires des en- sembles de parois (3,6) et (4,7). 4. Dispositif de mesure suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen de mesure (39) de l'effort exercé par le piston (34) est intercalé entre ce piston (34) et la tête de mesure (35). 5. Dispositif de mesure suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que l'ensemble de positionnement et de guidage (36) de la tête de mesure (35) est fixé sur le corps (ill) de façon étanche et comporte des joints étanches autour de la tète de mesure (35) de façon à constituer une enceinte étanche à l'eau de la piscine du réacteur renfer- mant les moyens de mesure d'effort et de déplacement (39, 49). 6. Dispositif de mesure suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que les pistons (24) et (34) sont maintenus en posi- tion rétractée à l'intérieur des chambres correspondantes (21, 31), lorsque ces chambres ne sont pas alimentées en fluide sous pression, par des res- sorts de rappel hélicoïdaux (26, 38).