Brevet FR2592982A1 — publié le 19870717

L'invention concerne un dispositif de maintien transversal, à clapet et à restriction de débit, d'un élément cylindrique placé suivant l'axe d'un passage de traversée parcouru par un fluide en circulation dans la direction axiale du passage, tel qu'un doigt de gant servant de conduit de guidage pour un détecteur de flux neutronique dans le coeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un coeur formé d'assemblages de forme prismatique disposés verticalement et reposant sur une plaque de support à l'intérieur de la cuve du réacteur nucléaire. Pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire, il est nécessaire de réaliser périodiquement des mesures de flux à l'intérieur meme du coeur. On utilise pour cela des détecteurs à fission de très petites dimensions qui sont déplacés par commande à distance à l'aide de câbles téléflex, à l'intérieur de tubes fer més à l'une de leurs extrémités appelés doigts de gant. Les doigts de gant sont introduits dans certains assemblages du coeur disposés suivant une répartition prédéterminée. Par déplacement des détecteurs de flux à l'intérieur des doigts de gant introduits dans les assemblages, on peut effectuer des mesures de flux suivant toute la hauteur du coeur.Les doigts de gant doivent pouvoir etre extraits des assemblages du coeur, par exemple pour faciliter les opérations de rechargement du coeur pour pour cela, on exerce une trac- tion sur l'extrémité des doigts de gant depuis un local d'instrumentation disposé latéralement par rapport au puits de cuve du réacteur. Les doigts de gant traversent le fond inférieur bombé de la cuve et parviennent à la base du coeur, pour pénétrer dans les tubes guides d instru- mentation des assemblages combustibles. chacun par l'intermédiaire d'un passage de traversée rectiligne menagé par un ensemble de guidage comportant en particulier une manchette de traversée du fond de cuve, une colonne verticale fixée sur la face inférieure de la plaque de support du coeur et une ouverture rectiligne traversant la plaque de coeur. dans l'alignement du tube guide d'instrumentation de l'assemblage correspondant. Le passage de traversée d'un doigt de gant présente un diamètre sensiblement supérieur a ce doigt de gant, pour faciliter son introduction et son déplacement dans un sens et dans l'autre. Le fluide de refroidissement du reacteur, c'est-à-dire l'eau sous pression, en circulation à grande vitesse dans la cuve du réacteur parcourt le passage de traversée dans la direction axiale, autour du doigt de gant disposé axialement dans le passage. Cet écoulement d'eau sous pression à grande vitesse et en régime turbulent impose des vibrations et des chocs au doigt de gant qui est monté avec un jeu important à l'intérieur du passage de traversée. Ces chocs répetés du doigt de gant sur la paroi interne du passage de traversée produisent une usure et des détériorations qui diminuent la durée de vie de ce doigt de gant. On ne connaissait pas jusqu'ici de dispositif susceptible de maintenir le doigt de gant dans le passage de traversée de façon à éviter les chocs sur les parois de ce passage et de réduire ou éventuellement de supprimer l'écoulement axial d'eau sous pression provoquant des déplacements transversaux intempestifs du doigt de gant. Il est possible de concevoir des dispositifs d'obstruction permettant de réduire ou d'annuler le débit dans un conduit mais la présence de ces dispositifs, éventuellements constitués par des clapets, interdit ou gêne considérablement l'introduc- tion et le déplacement d'un élément cylindrique allongé tel qu'un doigt de gant, à l'intérieur du conduit. D'autre part, de tels dispositifs ne permettent pas d'assurer le maintien transversal de l'élément cylindrique dans le passage de traversée. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de maintien transversal, à clapet et à restriction de débit, d'un élément cylindrique place suivant l'axe d'un passage de traversée parcouru par un fluide en circulation dans la direction axiale du passage qui permette d'effectuer dans de bonnes conditions l'introduction et le déplacement de l'élément cylindrique dans le passage de traversée, qui soit simple et d'une grande fiabilité et qui, en particulier, élimine pratiquement toute influence de la circulation du fluide dans le passage de traversée, sur la tenue en service de l'élément cylindrique introduit dans le passage. Dans ce but, le dispositif suivant l'inven- tion comporte une chambre constituée par une partie du passage de traversée. élargie diamétralement, se terminant, dans le sens de circulation du fluide, par une paroi tronconique convergente ayant pour axe, l'axe du passage de traversée, et un clapet monté libre dans la chambre autour de l'élément cylindrique, constitué par au moins deux lames élastiques de direction axiale solidaires l'une de l'autre à l'une de leurs extrémités et comportant à leur autre extrémité, chacune une pièce d'appui profilée de forme tronconique destinée à coopérer avec la paroi tronconique de la chambre, lorsque le clapet se déplace sous l'effet du fluide en circulation, les pièces d'appui se rapprochant alors jusqu'à ménager entre elles un passage cylindrique d'un diamètre sensiblement égal à celui de l'élément cylindrique et assurant une fermeture au moins partielle de l'espace de passage du fluide autour de l'élément cylindrique. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation d'un dispositif de maintien transversal suivant l'invention, dans le cas d'un doigt de gant d instrumentation introduit dans un reacteur nucléaire à eau sous pression. 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 des ensembles de guidage des doigts de gant - la figure 2 est une vue en coupe par un plan vertical de la partie supérieure d'un ensemble de guidage, comportant un dispositif de maintien transversal d'un doigt de gant, suivant l'invention - la figure 3 est une vue en élévation du clapet du dispositif de maintien transversal représenté à la figure 2, les lames du clapet étant en position écartée ; - la figure 4 est une vue de dessus suivant F de la figure 3 - la figure 5 est une vue en élévation du clapet représenté sur la figure 3, avec les lames en position rapprochee. 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 cons tituant le coeur du réacteur. Entre le fond 1 et la plaque 2 sont disposés des ensembles de guidage 4 comportant un passage interne de traversée 5 d'un diamètre supérieur au diamètre extérieur du doigt de gant. Ces 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 fixée sur la face inférieure de la plaque de coeur 2. Les doigts de gant 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 gant parviennent ainsi dans le passage de traversée 5 des moyens de guidage 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. Ce passage 5 a un diamétre qui reste cependant toujours sensiblement supérieur au diamètre extérieur du doigt de gant. Les doigts de gant sont introduits dans les tubes de guidage 8 par lesquels ils traversent le fond de cuve 1 à l'intérieur de la manchette correspondante 6 puis dans le passage interne 5 des moyens de guidage pour parvenir dans une ouverture 14 traversant la p3a- que de coeur 2 sur toute son épaisseur puis dans l'a lésage intérieur de la douille 10 constituant la partie terminale du passage interne 5. Le doigt de gant est ensuite introduit dans le tube guide d'instrumentation de l'assemblage 3 disposé dans le prolongement du conduit 5, au-dessus de la douille 10, un espace libre étant ménagé entre la douille 10 et le tube guide de l'assemblage 3 pour permettre les dilatations différentielles de l'assemblage et des équipements in ternes inférieurs auxquels est liée la douille 10. Lorsque le réacteur nucléaire est en fonctionnement, le doigt de gant est disposé axialement dans le passage interne 5 sur toute sa longueur ainsi que dans le tube guide situé dans le prolongement de ce passage, sur toute sa longueur également. L'eau sous pression de refroidissement du réacteur circule alors dans la cuve, comme représenté par les flèches 11. Une partie de ce fluide de refroidissement pénètre dans le passage interne 5 des ensembles de guidage 4, comme représenté par les fleches 13. Cette eau sous pression circule à grande vitesse dans le passage 5 autour du doigt de gant, sur toute la longueur de ce passage interne, jusqu'à la sortie de l'alésage de la douille 10. Sur la figure 2, on voit l'extrémité de sortie du passage interne 5 constituée par l'alésage interne de la douille 10 fixée sur la plaque de coeur 2. Selon l'invention, la douille 10 est constituée de deux parties successives dans la direction axiale 20 et 21 qui délimitent une chambre 22 dont le diamètre est sensiblement supérieur au diamètre du passage interne 5 de l'ensemble de guidage dans sa partie courante. La partie 20 de la douille 10 comporte un embout inférieur 20a qui est fixé rigidement dans la plaque de coeur 2 ainsi qu'une virole supérieure 20b taraudée intérieurement dans laquelle vient se visser la partie 21 de la douille constituée sous forme d'un bouchon fileté de dimensions correspondantes. La fixation rigide des deux parties 20 et 21 de la douille est complétée par l'introduction de languettes d'arrêt anti-dévissage 23 découpées dans la virole 20b et introduites dans des cavités usinées dans le bouchon 21. Le doigt de gant 15 disposé avec son axe confondu avec l'axe 16 du passage 5 traverse la chambre 22 ménagée dans la douille 10 suivant l'axe de cette chambre également confondu avec l'axe 16. L'alésage intérieur du bouchon 21 est usiné pour constituer une surface tronconique 25 à la sortie de la chambre 22, Si 1 on considère le sens de circulation de l'eau sous pression dans le passage de traversée 5 (fleche 26). La chambre 22 renferme un ensemble 30 monté libre dans cette chambre et introduit avant assemblage des parties 20 et 21 de la douille comme décrit cidessus. Cet ensemble 30 comporte une partie centrale 31 constituant un clapet déformable qui sera décrit de façon plus détaillée en se référant aux figures 3, 4 et 5, une manchette externe de protection 32 et une manchette interne de protection 33. Le clapet 31 et les manchettes 32 et 33 sont fixés par soudage à leur partie inférieure à une embase commune 35. Cette embase 35 comporte une portée annulaire 35a dans un plan perpendiculaire à l'axe 16 qui permet à la poussée du fluide circulant dans le passage 5 et la chambre 22 de s exercer de façon a commencer à déplacer l'ensemble 30 vers le haut, au moment du démarrage des pompes primaires du réacteur nucléaire. En se reportant aux figures 3, 4 et 5, on va maintenant décrire le clapet 31 proprement dit qui comporte quatre lames flexibles 40 de direction axiale solidaires par l'intermédiaire d'une embase commune 41 qui est fixée par soudage sur l'embase 35 de l'ensemble 30. Les lames 40 flexibles et allongées disposees dans la direction axiale de la chambre 22 comportent à leurs extrémités opposées à l'embase 41 chacune une piéce d'appui 42 usinée suivant une surface d'appui 43 en forme de portion de tronc-de-cône, sur une partie de sa surface extérieure et suivant une portion de cylindre 44 limitée par des chanfreins 45 sur sa surface intérieure. L'angle du tronc-de-cône 43 correspond à l'angle de la paroi de sortie tronconique 25 de la chambre 22.L'angle du tronc-de-cône de la paroi 25 est généralement compris entre 18 et 45', de sorte que l'angle des portions de paroi tronconique avec l'axe du clapet 31 est compris entre 9 et 22"30'. Sur la figure 4, on voit que dans leur position écartée, à l'état non contraint, les lames flexibles 40 ont leurs pièces d'appui 42 disposees les unes par rapport aux autres avec un certain jeu circonférentiel i. L'espace de guidage limité par les surfaces internes 44 en forme de portions de cylindres des pièces d'appui 42 permet alors un passage du doigt de gant 15 avec un certain jeu, pour son déplacement et sa mise en place. Par rapprochement des lames flexibles 40, comme représenté sur la figure 5. on obtient une élimination du jeu j, les pièces d'appui 42 venant alors en butée les unes contre les autres. L'espace intérieur de guidage constitué par les surfaces 44 est alors limité par une surface cylindrique continue dont le diamétre est strictement gal au diamétre extérieur du doigt de gant. Le doigt de gant est alors parfaitement maintenu dans les directions transversales au niveau de l'extrémité de sortie du passage de traversée 5. Dans le cas d'un doigt de gant d'un réacteur nucléaire à eau sous pression d'un diamètre extérieur de 7,5 mm, le jeu j entre les piéces d'appui des lames flexibles au repos est voisin de 1,8 mm, pour des lames flexibles d'une hauteur voisine de 80 mm. Ce jeu est alors suffisant pour permettre un passage sans blocage et sans frottement du doigt de gant. L'introduction et le déplacement des doigts de gant dans le réacteur nucléaire sont effectués lorsque le réacteur est à l'arrêt, aucune circulation de fluide ne se produisant alors dans la cuve. Lorsque le réacteur est remis en fonctionnement, les doigts de gant 15 étant alors tous en position dans leur passage de traversée 5 et dans les assemblages combustibles correspondants, l'eau sous pression se met en circulation à l'intérieur des passages 5, autour des doigts de gant correspondants 15. Cette circulation entre la manchette intérieure 33 et le doigt de gant 15 (flèche 26) s'accompagne d'une perte de charge qui produit une poussée sur la surface annulaire 35a de l'embase 35. Lorsque la perte de charge augmentant avec le débit d'eau sous pression atteint une certaine valeur, l'ensemble 30 commence à se déplacer vers le haut seuls l'effet de la poussée hydraulique dès que cette poussée hydraulique dépasse le poids de l'ensemble 30. L'eau sous pression passe alors à la fois entre la manchette interne 33 et le doigt de gant 15 et entre la manchette extérieure 32 et la paroi interne de la chambre 22. Lors du soulèvement de l'ensemble 30, les pièces d'appui 25 se rapprochent de la paroi tronconique 25 et la perte de charge globale augmente. La poussée vers le haut augmente encore et les pièces d'appui 42 des lames flexibles 40 viennent en contact avec la paroi tronconique 25 et commencent à se déformer radialement vers l'intérieur. Cette déformation par déplacement le long de la surface tronconique 25 se poursuit jusqu'au moment où les pièces d'appui 42 des lames 40 viennent en butée comme représenté sur la figure 5. Comme indiqué précédemment, le doigt de gant 15 est alors parfaitement maintenu dans les directions transversales, à l'intérieur de la douille 10. En même temps, le clapet 41 constitué par les lames 40 et leurs pièces d'appui 42 réalise la fermeture de la sortie de la chambre 22 autour du doigt de gant 15, Si bien que le débit de l'eau sous pression est pratiquement annulé dans le passage de traversée 5. Pendant le fonctionnement du réacteur, le doigt de gant est ainsi parfaitement maintenu dans les directions transversales et protégé contre l'effet d'écoulement turbulent d eau sous pression à son contact, dans la direction axiale. Une circulation d'eau transversale au-dessus de la douille 10 a d'autre part des effets limités sur le doigt de gant qui est maintenu transversalement par les pièces d'appui 42 des lames 40. Les manchettes cylindriques 32 et 33 entourant le clapet proprement dit 31 permettent de protéger les lames flexibles contre les dépôts qui pourraient etre apportés par l'eau sous pression, contre les mouvements axiaux du doigt de gant 15 au moment de sa mise en place, et contre l'érosion par le fluide ou les particules en circulation. De plus, ces manchettes 32 et 33 permettent de créer et de régler la perte de charge au début du mouvement vers le haut du clapet. Lorsque le clapet est en position de fermeture, pendant le fonctionnement du réacteur, cette position est stable, puisque la perte de charge de part et d'autre de ce clapet correspond à la perte de charge de l'eau sous pression à travers la plaque de support de coeur. Cette perte de charge accompagne obligatoirement la circulation du fluide de refroi dissement dans le réacteur, pendant toute sa duree de fonctionnement. Lors d'un arrêt du réacteur, les lames flexibles 40 permettent le dèserrage des pièces d'appui 42 et la retombée du clapet 31 dans sa position basse. En effet, la conicité des parties 43 des pièces d'appui correspond parfaitement à l'angle de la partie tronconique 25, ce qui permet d'éviter tout coïncement de ces pièces d'appui. D'ailleurs, si le clapet associé à l'un des doigts de gant n'est pas retombe dans sa position basse au moment de l'arrêt du réacteur, une trés légère traction sur le doigt de gant suffit pour ramener ca clapet en position basse ot libérer le doigt de g-ant 15. Le dispositif suivant L'invention est donc extrêmement fiable et permet un centrage et un maintien efficace du doigt de gant sans gènes son introduction et sa mise on place dans la passage dc tra versée s dan l'assemblage combustible. Os plus. cc dispositif de maintien et de restriction de débit dans le passage de traversée permet toute dilatation diffé- rentielle entre les équipements internes inférieurs st le doigt de gant d'une part et l'assemblage combustible d'autre part. L'invention ne se limite pas au mode de réa- lisation qui a eté décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer d&commat; placer ce dispositif dans une autre partie du passage de travar- sée qui doit cependant être accessible pour l'introduction du clapet dans la chambre de diamètre élargi. Le clapet peut être réalisé sous une forme différente de celle qui a été décrite, avec un nombre de lames différent de quatre, par exemple avec deux ou trois lames constituant par leurs pièces d extrémite une pince élastique à surface d'appui tronconique. Enfin, le dispositif de maintien suivant l'invention peut s'appliquer au maintien d'un elément cylindrique différent d'un doigt de gant, dans un passage de traversée parcouru par un fluide, différent du passage central d'un ensemble de guidage d'instrumentation dans un réacteur nucléaire à eau sous pression. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de maintien transversal, à clapet et à restriction de débit, d'un élément cylindrique (15) placé suivant l'axe d'un passage de traversée (5) parcouru par un fluide en circulation dans la direction axiale du passage (5), caractérisé par le fait qu'il comporte une chambre (22) constituée par une partie du passage de traversée 15) élargie diamétralement, se terminant, dans le sens de circulation du fluide, par une paroi tronconique convergente (25) ayant pour axe l'axe du passage de traversée (5), et un clapet (31) monté libre dans la chambre (22) autour de l'élément cylindrique (15) constitué par au moins deux lames élastiques (40) de direction axiale, solidaires l'une de l'autre à l'une de leurs extrémités et comportant à leur autre extrémité chacune une pièce d'appui profilée (42) de forme tronconique destinée à coopérer avec la paroi tronconique (25) de la chambre (22), lorsque le clapet (31) se déplace sous l'effet du fluide en circulation, les pièces d'appui (42) se rapprochant alors jusqu'a ménager entre elles un passage cylindrique d'un diamètre sensiblement égal à celui de l'élément cylindrique (15) et assurant une fermeture au moins partielle de l'espace de passage du fluide autour de l'élément cylindrique (15). 2.- Dispositif de maintien transversal selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le clapet (31) est placé entre une manchette de protection externe (32) et une manchette interne de protection (33) solidaires des lames (40) à leur partie opposée aux pièces d'appui (42) et coaxiales à la chambre (22) du clapet (31). 3.- Dispositif de maintien transversal selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans le cas où l'élément cylindrique est un doigt de gant d'un réacteur nucléaire à eau sous pression place suivant l'axe d'un passage de traversée d'un ensemble de guidage débouchant dans une douille (10) sur la face supérieure de la plaque de support de coeur du réacteur, caractérisé par le fait que la chambre (22) du clapet est ménagée à l'intérieur de la douille (10) constituant la partie terminale du passage de traversée (5). 4.- Dispositif de maintien suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que la douille (10) comporte deux parties (20. 21) fixées l'une sur l'autre par vissage et délimitant entre elles la chambre (22).