Brevet FR2577345A1 — publié le 19860814

L'invention concerne un dispositif de fil- tration d'un liquide en circulation dans le circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire, pendant les essais à chaud du réacteur, avant sa mise en service. ainsi qu'un procédé de fabrication de ce dispositif. Avant la mise en service d'un réacteur nu- cléaire à eau sous pression, on effectue des essais au cours desquels on remplit le circuit primaire d'eau à la température ambiante ouis à la température de ser- vice du réacteur. On fait circuler cette eau dans tout le circuit primaire en utilisant les pompes de circu- lation de l'eau sous pression de refroidissement du réacteur. Ces essais sont effectués avant le charge- ment du coeur du réacteur et permettent en particulier d'éliminer toutes les particules métalliques ou autres provenant des fabrications et montage de tout le cir- cuit primaire du réacteur qui se trouvent encore dans ce circuit, après son montage. En effet, malgré le fait qu'on prenne de très grandes pxzcautions lors de ZG l'usinage et du montage des éléments de la cuv&. on ne peut éviter la présence dans cette cuve de particules métalliques de petites dimensions qui doivent être im- pérativement éliminées avant la mise en service du ré- acteur. On dispose donc dans le circuit primiaire, des dispositifs de filtration qui sont traversés par l'eau en circulation dans ce circuit primaire pendant les essais, en particulier pendant les essais à chaud du réacteur. De tels dispositifs de filtration permet- tent d'arrêter les particules en circulation qui sont soit retenues sur le filtre lui-même soit immédiate- ment, en amont du filtre. Il est connu d'éliminer les particules dont une dimension est suprieure 3. 10-3 m- 'entre du une dimension est supérieure a 3.10 m. à l'entrée du coeur, au niveau de la plaque de support destinée à recevoir les assemblages du coeur. Le brevet français 2.280.278 décrit un dis- positif de filtration modulaire comportant un support permettant sa fixation sur la plaque inférieure du coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, à la place d'un assemblage combustible. Ce dispositif de filtration comporte une grille fixée sur le support de façon à être interposée sur la circulation de l'eau traversant la plaque inférieure du coeur du réacteur par les trous prévus dans cette plaque pour le passage du fluide de refroidissement du réacteur. Cette grille permet d'arrêter les particules éventuellement trans- portées par l'eau au cours des essais, à l'entrée du coeur. Chacune des positions d'assemblage est occupée par un dispositif de filtration, si bien que l'ensem- ble du débit de l'eau en circulation dans le circuit primaire pendant les essais du réacteur, est soumis à la filtration. La grille des dispositifs de filtration est généralement constituée par une toile métallique en aciers inoxydable à mailles fines en appui sur une grille plate dont les mailles sont de plus grandes di- mensions que les mailles de la toile et qui présente une assez grande rigidité, étant réalisée à partir d'un fil d'un diamètre relativement important, de l'ordre de 2 x 10-3 m. De plus, la partie centrale de la grille, de forme circulaire, est en appui sur un étrier solidaire du support du dispositif de filtra- tion. Il est en effet nécessaire que la grille puisse supporter des efforts importants dus à la très grande vitesse de circulation du fluide pendant les essais. On a cependant observé, au cours de l'utili- sation de tels dispositifs, une usure importante des grilles pouvant conduire à leur rupture au cours d'es- sais prolongés. En effet, la circulation de l'eau tra- versant les grilles provoque des battements de celles- ci qui conduisent à des chocs entre la toile métalli- que et la grille de soutien. Ces chocs sont la cause d'une usure impor- tante et des ruptures des grilles. Dans le cas o l'on utilise une simple toile métallique comme élément de filtration, la résistance mécanique de cet élément est amoindrie et l'on observe une usure et des ruptures de fils de la toile métalli- que, au niveau de l'appui central. Cette usure exces- sive est due au frottement et à la fatigue des fils, aux noeuds du réseau. D'autre part, la section de passage des grilles plates qui correspond à la section droite des éléments de filtration est obligatoirement réduite et ce, d'autant plus que la maille du réseau est plus fine et le fil constituant la grille de plus grand diamètre. On a proposé d'augmenter la section de pas- sage des éléments de filtration en utilisant des gril- les de forme conique ou elliptique mais la déviation directionnelle des filets de fluide traversant l'élé- ment de filtration est alors très forte, ce qui est particulièrement gênant dans le cas de dispositifs mo- dulaires disposés les uns à côté des autres suivant un réseau serré correspondant au réseau des assemblages du coeur du réacteur. Les différents courants de flui- de traversant les dispositifs de filtration interfè- rent alors les uns avec les autres et perturbent considérablement la circulation de l'eau dans la cuve du réacteur. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de filtration d'un liquide en circula- tion dans le circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire, pendant les essais à chaud du réacteur, avant sa mise en service, comportant un support pour la fixation du dispositif sur la plaque de support du coeur du réacteur, à la place d'un assemblage combus- tible, une grille métallique maintenue sur le support de façon à être interposée sur le parcours du liquide en circulation, à l'entrée du coeur et un dispositif d'appui de la partie centrale de la grille solidaire du support, dispositif de filtration ayant une grande résistance mécanique et une grande résistance à l'usu- re, introduisant sur le parcours du liquide en circu- lation une perte de charge limitée et ne provoquant qu'une déviation directionnelle faible des filets de fluide traversant la grille. Dans ce but, la grille est constituée par un réseau de fils croisés solidaires les uns des autres en chacun des noeuds du réseau ayant la forme d'une calotte sphérique obtenue par déformation d'une grille plate dont les fils ont été préalablement brasés les uns sur les autres. L'invention est également relative à un pro- cédé de fabrication-du dispositif de filtration. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple non limita- tif, en se référant aux figures jointes en annexe, un dispositif de filtration suivant l'invention utilisa- ble lors des essais à chaud d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Dans ces figures: - la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un dispositif de filtration en position sur la pla- que inférieure de coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, - la Fig. la est une vue partielle de la grille suivant AA de la figure 1. Sur la Fig. 1, on voit une partie de la pla- que de support inférieure de coeur 1 d'un réacteur nu- cléaire à eau sous pression percée de trous de passage d'eau tels que 2 au niveau de chacune des positions d'assemblage, les assemblages du coeur venant reposer sur la face supérieure de la plaque 1, lors du charge- ment du réacteur. Pendant les essais à chaud du réac- teur, un dispositif de filtration tel que le disposi- tif 3 représenté sur la Fig. 1 vient occuper une posi- tion réservée pour un assemblage lors du fonctionne- ment normal du réacteur. Chacune des positions d'as- semblage est occupée par un dispositif tel que le dis- positif 3. On a représenté par exemple une partie d'un dispositif modulaire 3' voisin du dispositif 3 sur la plaque 1. L'eau en circulation dans le circuit primai- re du réacteur arrive sous la plaque de support 1 et traverse cette plaque par les trous 2, suivant la di- rection des flèches 5. Le dispositif de filtration 3 comporte un support ou embase 6 dont la section est carrée et dont les dimensions sont celles d'une embase d'assemblage combustible. Ce support 6 est traversé par une ouver- ture circulaire centrale 7 qui vient se placer au-des- sus des ouvertures 2 de la plaque de support 1 lors de la mise en place du dispositif de filtration dans la cuve du réacteur. Dans sa partie supérieure, l'ouver- ture 7 comporte une partie à plus grand diamètre 8 dans laquelle vient se placer le bord externe plat 10a de la grille 10 de filtration. Cette grille 10 est maintenue en place sur le support 6 par l'intermédiai- re d'une bague circulaire de fixation 11 qui est sou- dée sur sa périphérie sur le support 6. La grille 10 qui sera décrite plus en détail en se référant aux Fig. 1 et la, en forme de calotte sphérique, vient s'appuyer à sa partie centrale, par l'intermédiaire d'une pièce d'appui 13, sur un étrier 12 soudé sur la surface supérieure du support 6. Pour cela, une vis 14 traversant la grille 10, à sa partie centrale, est vissée dans un trou taraudé correspon- dant de la pièce 13 puis fixée en position par souda- ge. En se reportant aux Fig. 1 et la, on voit que la grille comporte une partie périphérique 10a, plate, annulaire dont le contour extérieur est circu- laire et une partie centrale lOb dont la base a le même diamètre que l'ouverture 7 et dont la hauteur h est égale au quart du diamètre de la base. On voit sur la Fig. la que la grille est constituée par des fils 15 tissés, croisés à angle droit et rendus solidaires par brasage au niveau de chacun des noeuds 16 du réseau. On va maintenant décrire le procédé de fa- brication de la grille et du dispositif de filtration selon l'invention. On utilise une toile métallique en fils d'acier inoxydable de la série 304 d'un diamètre de 1x0l-3 m tissés sous forme d'un réseau dont la maille -3 carrée a une ouverture de passage de 2 x 10 3 m de côté. On découpe dans cette toile métallique un disque dont le diamètre est supérieur au diamètre D de l'ou- verture centrale 7 du support prévu pour le dispositif de filtration. La toile métallique subit alors un bra- sage du type connu sous l'appellation "Nicrobraz", de façon que chacun des fils 15 soit rendu solidaire de tous les fils qu'il recoupe à angle droit, au niveau de chacun des noeuds 16. On peut par exemple réaliser le brasage à haute température suivi d'une trempe de la toile métallique suivant, par exemple, le procédé de brasure "Nicrobraz" ou par tout autre procédé de brasage à haute température suivie d'hypertrempe. La toile métallique brasée est ensuite pla- cée sur une installation d'emboutissage en matrice de façon que son bord périphérique externe destiné à constituer la portée plate la soit pris par un mors de serrage. Un outil d'emboutissage de forme sphérique la permet d'obtenir la forme de calotte sphérique de la partie 10b par emboutissage de la toile se traduisant par un étirage de chacun des fils 15 la constituant. L'opération d'emboutissage est conduite de façon que les points de brasure aux noeuds 16 du réseau ne su- bissent pas de détérioration, la déformation étant ob- tenue uniquement par allongement des fils 15, ce qui provoque un écrouissage. La grille 10 est alors montée sur un support 6 usiné spécialement par l'intermédiaire de la bague 11 qui est soudée sur le support 6 pour le maintien de la grille 10. L'étrier 12 est alors fixé sur le sup- port 6 et la vis 14 engagée dans l'appui central 13 solidaire de l'étrier 12, puis immobilisée par souda- ge. Le dispositif 3 est mis en place sur la pla- que de support de coeur 1 en même temps que d'autres dispositifs semblables 3' dans des positions corres- pondant chacune à une position d'assemblage sur la plaque 1. Les essais d'une durée de dix sept heures ont été conduits de façon qu'un débit d'eau de 0,2 m par seconde traverse chacun des dispositifs de filtra- tion. On voit sur la Fig. 1 que pendant les essais le flux d'eau 5' traversant la grille 10 est légère- ment dévié, la déviation s'accentuant légèrement vers la périphérie de la grille 10. Cependant, cette dévia- tion reste très limitée et le flux sortant 5" est très rapidement redressé, si bien que les courants de flui- de traversant chacun des dispositifs de filtration 3, 3',... n'interfèrent pratiquement pas entre eux. A la fin des essais, on a observé un très léger bombement de la grille mais aucune usure notable ni aucune cassure de ses fils. On a pu mesurer, au voisinage du débit d'es- sai, un coefficient de perte de charge K égal AP/Q (avec 4 P = perte de charge et Q = débit) un peu infé- rieur à 10. Des essais comparatifs ont été effectués avec une grille brasée mais non emboutie et avec une grille constituée par une tôle perforée et emboutie. La grille plate était constituée par une toile métallique identique à celle utilisée pour cons- tituer la grille de filtration en forme de calotte sphérique selon l'invention et la tôle perforée embou- tie était une tôle en acier inoxydable du type 304 -3 -3 d'une épaisseur de 103 m percée de trous de 2 103 m -3 avec un entraxe de 3,5 10 m puis emboutie sur une profondeur égale au quart du diamètre de l'élément filtrant. La grille plate présente un coefficient de perte de charge un peu supérieur à 10. En fin d'essai, cette grille présentait une déformation importante et une déchirure presque totale au niveau de sa partie centrale en appui sur l'étrier. La grille constituée par une tôle perforée emboutie ne présentait pas de déformation notable mais son coefficient de perte de charge est voisin de 18, c'est-à-dire pratiquement deux fois plus élevé que ce- lui du dispositif selon l'invention comportant une toile métallique brasée et emboutie. On voit donc que les principaux avantages du dispositif suivant l'invention sont d'être d'une gran- de simplicité et de pouvoir être fabriqué très facile- ment, de provoquer une déviation faible du flux qui le traverse et une perte de charge limitée, enfin de pré- senter une déformation faible et une usure négligeable la après une utilisation de longue durée. En particulier, le durcissement et l'augmen- tation de résistance mécanique des fils de la toile métallique par écrouissage lors de l'étirage permet d'envisager l'utilisation du dispositif suivant l'invention dans le cas o la disposition des orifices en amont du dispositif de filtration sont responsables de l'apparition de zones à vitesse élevée dans le flux de liquide en circulation et donc d'une érosion locale importante. L'invention ne se limite pas au mode de réa- lisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut envisager l'utilisa- tion de grilles d'une forme un peu-différente de celle qui a été décrite, le rapport hauteur/diamètre de la calotte sphérique pouvant être un peu différent; on ne s'éloignera cependant pas trop du rapport un quart pour conserver les avantages de l'augmentation de la surface de passage de la grille et de la déformation par emboutissage, tout en limitant la déviation du flux traversant la grille. On peut envisager de réali- ser d'une autre façon l'appui central de la grille sur un étrier ou toute autre pièce d'appui solidaire du support. On peut réaliser la mise en forme de la grille par une opération différente d'un emboutissage en matrice ou un emboutissage libre, à partir du mo- ment o cette opération réalise uniquement l'étirage des fils sans détruire les jonctions brasées entre les fils, aux noeuds du réseau. Enfin, la grille peut être réalisée en tout matériau adapté à son utilisation pendant les essais dans le réacteur nucléaire. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de filtration d'un liquide en circulation dans le circuit de refroidissement d'un réacteur nucléaire, pendant les essais à chaud du ré- acteur, avant sa mise en service, comportant un sup- port (6) pour la fixation du dispositif sur la plaque de support (1) du coeur du réacteur, à la place d'un assemblage combustible, une grille métallique (10) maintenue sur le support de façon à être interposée sur le parcours du liquide en circulation, à l'entrée du coeur, et un dispositif d'appui (12, 13, 14) de la partie centrale de grille (10) solidaire du support (6), caractérisé par le fait que la grille (10) est constituée par un réseau de fils croisés (15) solidai- res les uns des autres en chacun des noeuds (16) du réseau, ayant la forme d'une calotte sphérique (10b) obtenue par déformation d'une grille plate dont les fils (15) ont été préalablement brasés les uns sur les autres. 2.- Dispositif de filtration suivant la re- vendication 1, caractérisé par le fait que la calotte sphérique (lOb) a une hauteur h sensiblement égale au quart du diamètre O de sa base. 3.- Dispositif de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la grille (10) comporte des fils (15) en acier inoxydable d'un diamètre voisin de 10 3 m et une maille carrée ayant une ouverture dont le côté a une longueur voisine de 2 103 m. 4.- Dispositif de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que le dispositif d'appui central de la grille (10) est constitué par un étrier (12) solidaire du support (6) portant une pièce d'appui (13) destinée à recevoir une pièce d'assemblage vissée (14) traver- sant la grille (10) et bloquée sur la pièce d'appui (13) par soudage après son engagement dans la pièce d'appui (13). 5.- Dispositif de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4. caractérisé par le fait que la grille (10) comporte une partie péri- phérique plate (1Oa) de fixation sur le support (6) et une partie centrale (0lb) en forme de calotte sphéri- que. 6.- Procédé de fabrication d'un dispositif de filtration suivant-l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5. caractérisé par le fait - qu'on découpe un disque d'un diamètre déterminé dans une toile métallique tissée, - qu'on réalise le brasage des fils (15) de la toile métallique entre eux. en chacun des noeuds (16) du ré- seau de la toile, - qu'on déforme par emboutissage le disque de toile métallique, de façon à lui donner la forme d'une ca- lotte sphérique (10) par étirage des fils (15). sans destruction des liaisons brasées entre ces fils (15) aux noeuds (161 du réseau. - qu'on fixe la grille (10) en forme de calotte sphé- rique obtenue sur un support (6) comportant une ouver- ture centrale (7). par.l'intermédiaire de sa périphé- rie. - et qu'on solidarise la partie centrale de la grille (10) en forme de calotte sphérique à un dispositif d'appui (12, 13) solidaire du support (6). 7.- Procédé de fabrication suivant la reven- dication 6, caractérisé par le fait que le brasage des fils (15) de la toile métallique est effectué à haute température et suivi d'une hypertrempe.