Brevet FR2592517A1 — publié le 19870703

'lnvention concerne un dispositif de protection d un conduit de guidage d'un moyen de mesure de flux neutronique ou doigt de gant mobile dans un tube-guide d'un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un coeur formé d'assemblages de forme pris matique disposés verticalement et reposant sur une plaque de support. à l'intérieur de la cuve du réacteur nucléaire. Pendant le fonctionnement du réacteur nu nucléaire, il est nécessaire de réaliser périodiquement des mesures de flux à I'intérieur même du coeur et on utilise pour cela des détecteurs à fission de très petites dimensions qui sont déplacés par commande à distance, å l'aide de câbles téléflex, à I'intérieur de tubes fermés à 1 une de leurs extrémités appelés "doigts de gants". Les doigts de gants sont introduits dans certains assemblages du coeur, suivant une repartition prédéterminée et suivant la hauteur de ces assemblages. Par déplacement des détecteurs de flux à I'intérieur des doigts de gants introduits dans les assemblages, on peut effectuer des mesures de flux suivant toute la hauteur du coeur.Les doigts de gants doivent pouvoir être extraits des assemblages du coeur. par exemple pour faciliter les opérations de rechargement du coeur du réacteur: pour cela. on exerce une traction sur l'extremité des doigts de gants depuis un local d'instrumentation disposé latéralement par rapport au puits de cuve du réacteur. Les doigts de gants pénètrent dans la cuve par le fond inférieur de celle-ci et parviennent à ltextrémité inférieure d entrée des tubes-guides qui débouchent dans les embouts inférieurs des assemblages combustibles ; avant de parvenir au tube-guide et a 1 embout de 1 assemblage combustible correspondant, le doigt de gant traverse un ensemble de moyens de guidage faisant partie des structures internes du réacteur nucléaire et situé entre le fond de cuve et 1 assem- blage. Ces moyens de guidage sont pratiquement continus entre le fond de cuve et la plaque inférieure de coeur sur laquelle reposent les assemblages et comportent un passage intérieur d'un diamètre sensiblement supérieur au diamètre extérieur du doigt de gant qui peut ainsi être introduit et déplacé à I'intérieur des moyens de guidage. La plaque inférieure de coeur est percée d'ouvertures en alignement avec chacun des tubesguides'd'instrumentation et constituant une partie des moyens ae guidage des doigts de gants. Sur la face supérieure de la plaque de coeur est fixée une douille située immédiatement en vis-å-vis de l'extrémité d'entrée du tube-guide, à I'intérieur de l'embout inférieur de l'assemblage combustible.Pour faciliter la mise en place des assemblages combustibles au moment du rechargement du coeur. et pour permettre leur libre dilatation. I'extrémité de la douille constituant la partie terminale des moyens de guidage du doigt de gant est placée à une certaine distance de 1 extrémité du tube-guide d'instrumentation situé dans l'embout inférieur de 1 assemblage. Cette distance est généralement de l'ordre de 35 mm. Pendant le fonctionnement du réacteur, le volume intérieur de la cuve est parcouru par de lteau sous pression circulant à très grande vitesse et constituant le fluide de refroidissement du réacteur. Ce débit d eau a très grande vitesse produit une excitation vibratoire des doigts de gants qui est principa lement imputable a la vitesse de circulation de l'eau entre le doigt de gant et les éléments de guidage dans les équipements internes inférieurs. üne excitation de moindre importance est également due à la turbulence dans la zone non guidée du doigt de gant entre les équipements internes inférieurs et l'embout inférieur de l'assemblage combustible.Les chocs et les vibrations qui on résultent produisent de l'usure et une détérioration des doigts de gants. ce qui entraine une réduction de leur durée de vie. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de protection anti-vibratoire d'un conduit de guidage d'un moyen de mesure de flux neutronique ou doigt de gant mobile dans une partie des structures internes et dans un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, entre la plaque inférieure de coeur sur laquelle repose l'assemblage et l'embout inférieur de l'assem- blage combustible dans lequel débouche un tube de guidage du doigt de gant dans l'assemblage situé dans le prolongement d'une ouverture traversant la plaque in férieure de coeur. ce dispositif devant permettre d'assurer la continuité de l'écoulement d'eau de refroidissement entre les structures internes et le tube-guide de l'assemblage, de façon que le débit de cet écoulement soit réduit par passage dans le tubeguide et d'assurer egalement la protection du doigt de gant contre les courants turbulents entre la plaque de coeur et l'embout de l'assemblage combustible. Dans ce but, le dispositif de protection suivant l'invention comporte. disposées coaxialement par rapport à l'ouverture de la plaque tubulaire et au tube-guide de l'assemblage - une embase tubulaire en appui sur la face supérieure de la plaque inférieure de coeur - une douille de guidage montée coulissante dans la direction axiale à l'intérieur de l'embase et un moyen élastique intercalé entre l'embase tubulaire et la douille de guidage exerçant une force ce rappel de direction axiale de façon à maintenir l'extrémité de la douille de guidage dirigée vers le tube-guide en contact avec l'embout de l'assemblage combustible, lorsque celui-ci est mis en place sur la plaque inférieure de coeur: - ainsi que des moyens de guidage axial et de butée complémentaires sur l'embase et la douille pour guider la douille et limiter ses déplacements axiaux. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, en se référant aux Figures jointes en annexe, les moyens de guidage des doigts de gants d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, ainsi que le dispositif de protection suivant l'inven- tion qui leur est associé. Dans ces Figures - La Figure 1 est une vue en coupe par un plan vertical de la partie inférieure de la cuve d'un réacteur nucléaire à eau sous pression comportant les moyens de guidage des doigts de gants. - La Figure 2 est une vue en élévation avec coupe partielle de la partie inférieure d'un assemblage combustible et de la partie terminale des moyens de guidage du doigt de gant correspondant. selon l'art antérieur. - La Figure 3 est une vue analogue à la Figure 2, montrant le dispositif de protection suivant l'invention en position sous un assemblage combustible. - La Figure 4 est une vue en coupe à plus grande echelle du dispositif suivant l'invention représenté sur la Figure 3. - La Figure 5 est une vue en coupe suivant V-V de la Figure 6, d'une variante de réalisation du dispositif de protection suivant l'invention. - La Figure 6 est une demi-vue de dessus de l'embase du dispositif représente sur la Figure 5. Sur la Figure 1, on voit le fond de cuve bombé 1 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression ainsi que la plaque inférieure de coeur 2 sur laquelle viennent reposer les assemblages combustibles 3 constituant le coeur du réacteur. Entre le fond 1 et la plaque 2 sont disposés des ensembles de guidage 4 faisant partie des structures internes du réacteur nu cléaire et comportant des éléments de guidage 5 d'un diamètre supérieur au diamètre exterieur du doigt de gant. Les ensembles 4 comportent en particulier des manchettes 6 traversant le fond bombé 1 de la cuve et débouchant dans la partie supérieure de l'ensemble de guidage fixé sur la face inférieure de la plaque de coeur 2.Les doigts de gants sont introduits dans un tube de guidage 8 fixé à l'intérieur de la manchette 6 à l'une de ses extrémités et débouchant dans la salle d'instrumentation attenante au puits de cuve du réacteur à son autre extrémité. Les doigts de gants parviennent ainsi dans les éléments de guidage 5 dont le diamètre est décroissant entre l'orifice d'introduction de la manchette 6 et une douille 10 fixée sur cette plaque 2 constituant la partie terminale des moyens de guidage. Le passage des éléments de guidage 5 a un diamètre qui reste cependant toujours sensiblement supérieur au diamètre extérieur du doigt de gant. En se reportant maintenant à la Figure 2, on voit un assemblage combustible 3 reposant sur la plaque de coeur 2 par l'intermédiaire de son embout inférieur 11 dans lequel est fixée la partie inférieure d'entrée du tube-guide d'instrumentation 14 de 1 as- semblage dans lequel pénètre le doigt de gant 12 après sa traversée de l'ensemble des moyens de guidage dont la partie terminale est constituée par la douille 10 fixée sur la plaque 2. Le tube-guide 14 vertical occupe dans l'assemblage une position centrale par rapport aux crayons combustibles 15 et reçoit le doigt de gant 12 constitué sous forme d'un tube dont la partie supérieure est formée, et qui est susceptible de se déplacer â l'i ntérieur du tube-guide 14 sur toute la hauteur de l'assemblage, c'est-à-dire sur une longueur généralement voisine de 4 mètres, Cependant, à sa partie supérieure, le tube-guide 14 est partiellement obturé par un diaphragme calibré dont le trou de passage. d'un diamètre de 2,5 mm permet de réduire considérablement le débit d'eau sous pression de refroidissement dans le tube-guide (pratiquement ce débit est ainsi divisé par 10). Entre la douille 10 et l'extrémité d'entrée du tube-guide 14. il subsiste un espace de hauteur h nécessité par l'existence de dilatations différentielles entre l'assemblage et les équipements internes inférieurs comportant la plaque 2, cet espace permettant également de faciliter la mise en place des assemblages combustibles 3 au moment du rechargement du coeur du réacteur. Sur la Figure 1, on a représenté par un ensemble de flèches 16. la circulation de l'eau sous pression de refroidissement du réacteur dans la partie inférieure de la cuve; de même, sur la Figure 2, on a représenté par des flèches 17, la circulation de l'eau sous pression à la sortie du passage de traversée 5 des éléments de guidage 5, autour du doigt de gant 12. Il subsiste en effet un espace annulaire entre le passage des éléments de guidage 5 et le doigt de gant dont l'épaisseur est variable mais qui permet une circulation axiale d'eau sous pression jusqu'à la sortie de la douille 10. Cette circulation d'eau en régime turbulent provoque des vibrations et des chocs du doigt de gant 12 contre les parois des éléments de guidage 5. De meme, la circulation transversale en régime turbulent de l'eau à la base du coeur représentée par les flèches 18 sur la Figure 2 autorise une dérivation du débit sortant des éléments de guidage 5 et agit sur la partie du doigt de gant 12 situé dans l'espace de hauteur h entre la douille 10 et le tubeguide 14 pour provoquer des chocs répétés du doigt de gant contre les parois de la traversée. La présence d'une zone non protégée du doigt de gant et d'un espace annulaire autour de celui-ci dans la traversée est donc à l'origine d'une usure excessive et de détériorations en service de ce doigt de gant. Sur les Figures 3 et 4, on a représenté n dispositif de protection suivant l'invention permettant de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus. Comme il est visible sur la Figure 3, ce dispositif, désigné de façon génerale par le repère 20, est intercalé entre la plaque 2 et l'extrémité d'entrée du tube-guide 14. Le dispositif 20, réalisé sous forme tubulaire, est disposé dans son ensemble suivant l'axe 23 de l'ouverture 24 traversant la plaque 2 dans le prolongement du tube-guide 14. Dans le mode de réali sation représenté sur les Figures 3 et 4. le dispositif 20 est placé autour de la douille 10 elle-meme fixée sur la plaque 2 suivant l'axe 23 de l'ouverture 24 constituant une partie de la traversée 5. Le dispositif de protection 20 comporte une embase 21 dans laquelle est introduite une douille de guidage 22, également de forme tubulaire, dont le diamètre extérieur est sensiblement égal. au jeu de montage près, au diamètre intérieur de l'embase 21. La douille 22 est ainsi montée à frottement doux à l'in- térieur de l'embase 21 sur laquelle sont fixés par soudage quatre pions 27 dont l'extrémité 27a est saillante vers l'intérieur de l'embase 21 pour pénétrer dans des lumières correspondantes 28 usinées dans la paroi de la douille 22, suivant la direction longitudinale. Un ressort de rappel hélicoidal 30 est intercalé entre la partie inférieure de la douille 22 et une portée d'appui 31 usinée à l'intérieur de l'embase 21. La douille 22 est ainsi montée coulissante dans la direction axiale a l'intérieur de l'embase 21 et guidée par les pions 27 et les lumières correspondantes 28, ces moyens 27 et 28 assurant en même temps une butée haute et une butée basse de la douille 22 dans ses déplacements axiaux. Le montage du ressort 30 est tel qu'il maintienne la douille 22, à l'état libre, lorsque l'assemblage 3 n'est pas en position audessus du dispositif de protection 20, dans une position telle que son extrémité supérieure soit à un niveau légèrement plus haut que le niveau inférieur de la partie de l'embout 11 dans lequel débouche le tubeguide 14.Au moment de la mise en place de l as5embla- ge 3 sur la plaque inférieure de coeur 2, un contact parfait entre la douille 22 et l'embase de la pièce d'embout 11 du combustible est assuré par une légère compression du ressort 30, La position supérieure de la douille correspond généralement à la mise en appui des pions 27 sur la partie inférieure des lumières 28. De meme l'embase 21 est maintenue en appui sur la plaque 2 par l'intermédiaire de la poussée du ressort 30 sur l'épaulement 31 et sur l'extrémité in férieure de la piece 22. On realise ainsi l'appui de l'embase 21 sans prévoir de moyens supplémentaires à ceux permettant la fixation de la douille 10 sur la plaque 2. Pendant le fonctionnement du réacteur, les dilatations différentielles entre l'assemblage et les équipements internes inférieurs seront absorbées, au niveau du dispositif de protection 20, par déplacement de la douille 22, dans un sens et dans l'autre, à l'intérieur de l'embase 21, ces déplacements étant guidés par les ensembles 27, 28. La douille 22 comporte une partie supérieure de guidage 32 constituée par un alésage d'un diamètre supérieur au diamètre exterieur du doigt de gant 12 ayant pour axe l'axe 23 et situé dans le prolongement de I'alés-age intérieur de la douille 10. Dans le mode de réalisation du dispositif de protection représenté aux Figures 3 et 4, on voit que le doigt de gant 12 est protégé contre les flux transversaux 18 d'eau de refroidissement du réacteur, par la douille 22. Cette douille 22 constitue en effet un capotage protégeant le doigt de gant 12 et conduisant le débit sur toute la traversée de hauteur h entre la douille 10 et le tube-guide 14. L'écoulement est donc continu entre les éléments de guidage 5 des équipements internes inférieurs et le tube-guide 14, Si bien que la réduction du débit provoquée par le diaphragme situé à la sortie du tube-guide 14 s'exerce également dans le passage des éléments de guidage 5. L'écoulement 17 se produit alors a très faible débit et en régime laminaire avec couplage avec le débit passant dans le tube-guide 14. Les vibrations et l'usure du doigt de gant sont ainsi ramenées à un niveau très faible. En se reportant aux Figures 5 et 6, on voit un second mode de réalisation du dispositif de protection suivant l'invention, dans lequel l'embase 41 est fixée directement grace a un embout fileté inférieur 41a, dans un trou taraudé prévu dans la plaque de support de coeur 2 pour la fixation d'une douille telle que 10 représentée sur la Figure 4. Dans ce mode de réalisation, on n'utilise pas une telle douille 10 et la douille 42 montée coulissante dans l'embrase 41. comme précédemment. remplace cette douille 10 dans sa fonction de guidage. L'embase 41 de forme tubulaire comme précédemment comporte de plus une partie 41b prismatique a section hexagonale permettant le serrage de cette embase sur la plaque de support de coeur 2 avec inter- position d'une rondelle d'arrêt 43 fendue radialement a sa périphérie, comme il est visible sur la Figure 6. L'embase 41 comporte comme précédemment un ensemble de doigts 47 engagés dans des lumieres de direction axiale 48 de la douille 42. Le ressort 50 est intercalé entre le fond de l'embase 41 et la douille 42 pour le rappel de cette douille 42 vers l'extrémité du tube-guide de l'assemblage correspondant, le montage de ce ressort permettant d'appliquer l'extrémité supérieure de la douille 42 sur l'embase de l'embout de l'assemblage combustible lorsque celuici est en place au-dessus du dispositif de protection 40, sur la plaque inférieure de coeur 2. La mise en place de l'embase 41 et de la rondelle d'arrêt 43, comme il est visible sur la Figure 6, reste possible malgré la présence des ouvertures 44 de passage d'eau à travers la plaque inférieure de coeur. au niveau de l'assemblage combustible. La douille 42 comporte un alésage central 45 d'un diamètre très peu supérieur au diamètre du doigt de gant 12, sur la plus grande partie de sa longueur. Cet alésage 45 est élargi dans sa partie supérieure. c'est-à-dire dans la partie de la douille 42 venant en contact avec l'embout de l'assemblage combustible. Cet alésage 45 permet un très bon guidage et un maintien efficace du doigt de gant, en même temps qu'il permet de réduire à une valeur très faible l'épaisseur de l'espace annulaire autour du doigt de gant 12. On obtient ainsi une augmentation de la perte de charge o- cale cumulée avec la perte de charge de l'écoulement axial de l'eau sous pression dans le tube-guide 14, autour du doigt de gant, ce qui se traduit par une restriction importante du débit et un écoulement généralement laminaire.On limite ainsi les vibrations et les chocs subis par le doigt de gant dans la traversée 5, du fait que le doigt de gant n'est pas exposé à l'écoulement latéral de l'eau sous pression et du fait que l'écoulement est continu entre les équipements internes inférieurs et le tube-guide. ce qui a pour resultat, une reduction importante du débit, grâce au diaphragme du tube-guide. Le dispositif suivant l'invention permet donc de réduire considerablement l'usure des doigts de gants dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression en service. tout en permettant d'absorber les dilatations différentielles des assemblages combustibles et des équipements internes inférieurs. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi qu'on peut imaginer d'autres formes de l'embrase et de la douille et d'autres modes de réalisation de la fixation de l'embase sur la plaque de coeur. avec ou sans présence d'une douille fixée sur cette plaque. On peut également imaginer d'autres moyens de rappel de la douille vers l'extrémité d'entrée du tube-guide et d'autres moyens pour réaliser le guidage et la mise en butée de la douille dans l'embase. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de protection anti-vibratoire d'un conduit de guidage d'un moyen de mesure de flux neutronique ou doigt de gant (12) mobile dans une partie des structures internes et dans un assemblage com- bustible (3) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, entre la plaque inférieure de coeur (2) sur laquelle repose l'assemblage (3) et l'embout inférieur (11) de l'assemblage combustible (3) dans lequel débouche un tube (14) de guidage du doigt de gant dans l'assemblage situé dans le prolongement d'une ouverture (24) traversant la plaque inférieure de coeur, ca ractérisé par le fait qu'il comporte, disposées coaxialement par rapport a l'ouverture de la plaque de coeur (2) et au tube-guide (14) de l'assemblage (3), - une embase tubulaire (21, 41) en appui sur la face supérieure de la plaque inférieure de coeur (2); - une douille de guidage (22, 42) montée coulissante dans la direction axiale à l'intérieur de l'embase (21, 41) et un moyen élastique (30, 50) intercalé entre l'embase et la douille de guidage exer çant une force de rappel de direction axiale de façon à mainteir l'extrémité de la douille de guidage dirigée vers le tube-guide en contact avec l'embout de l'assemblage combustible (3), lorsque celui-ci est mis en place sur la plaque inférieure de coeur (2); - ainsi que des moyens (27, 28 ; 47, 48) de guidage axial et de butée complémentaires sur l'embase (21, 41) et la douille (22, 42), pour guider la douille et limiter ses déplacements axiaux. 2 - Dispositif de protection suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est disposé coaxialement et autour d'une douille (10) de gui dage du doigt de gant (12) fixée sur la surface supérieure de la plaque de support de coeur (2), la douille (22) du dispositif de protection (20) prolongeant la douille (10) fixée sur la plaque de coeur (2), en direction du tube-guide (14). 3 - Dispositif de protection suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'embase 41 est fixée directement sur la plaque de support de coeur (2) par un embout fileté (41a) engagé dans un trou taraudé de la plaque inférieure de coeur (2) et une rondelle d'arrêt (43). 4 - Dispositif de protection suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la douille (42) comporte un alésage central (45) suivant l'axe (23) de l'ouverture (24) de la plaque tubulaire et du tube-guide (14), cet alésage permettant de guider le doigt de gant (12) avec un très faible espacement radial, de façon à introduire une perte de charge importante sur la circulation axiale du fluide de refroidissement du réacteur autour du doigt de gant (12). 5 - Dispositif de protection suivant l'une quelconque des revendications 1 å 4, caractérisé par le fait que les moyens de guidage et de butée sont constitués par des pions (27, 47) solidaires de l'embase (21, 41) et traversant radialement sa paroi latérale de façon å être saillants vers l'intérieur et des lumières (28, 48) correspondantes usinées dans la direction axiale, sur la surface latérale de la douille (42) et sur une longueur correspondant à la course maximum de la douille (22, 42) dans 1 embase (21, 41).