Brevet FR2593959A1 — publié le 19870807

L'invention concerne un dispositif de main- tien transversal d'un conduit tubulaire mobile tel qu'un doigt de gant d'un réacteur nucléaire à eau sous pression destiné à recevoir un détecteur de flux neu- tronique pour son déplacement dans un tube guide d'un assemblage combustible. 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 nuclé- aire, il est nécessaire de réaliser périodiquement des mesures de flux neutronique à l'intérieur même du coeur. On utilise pour cela des détecteurs à fission de trés petite dimension qui sont déplacés par comman- de à distance, a l'aide de câbles téléflex, à l'inté- rieur de tubes fermés à l'une de leurs extrémités ap- pelés doigts de gant. Les doigts de gants sont intro- duits dans certains assemblages combustibles disposés suivant une répartition prédéterminée dans le coeur. Par déplacement des détecteurs de flux à l'intérieur des doigts de gant introduits dans les assemblages combustibles, on peut effectuer des mesures de flux suivant toute la hauteur du coeur. Les doigts de gant 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'extrémité des doigts de gant, depuis un local d'instrumentation disposé laté- ralement par rapport au puits de cuve du réacteur. Les doigts de gant doivent donc être guidés depuis le local d'instrumentation jusqu'à la cuve puis à l'intérieur 'de la cuve, entre le fond bombé infé- rieur de cette cuve et l'extrémité d'entrée des tubes guides des assemblages correspondants. Pour cela, chacun des doigts de gant est introduit dans le passa- ge interne cylindrique et rectiligne d'un ensemble de guidage qui comporte en particulier un tube de guidage passant dans une manchette de traversée du fond de cuve, une colonne de guidage et une ouverture traver- sant la plaque inférieure de coeur dans le prolonge- ment du tube guide de l'assemblage. Ce passage cylindrique de traversée du doigt de gant présente un diamètre généralement décroissant depuis le fond de cuve jusqu'à l'assemblage combusti- ble, ce diamètre restant toutefois sensiblement supé- rieur au diamètre extérieur du doigt de gant, pour permettre une introduction et un déplacement facilités de ce doigt de gant dans le passage de traversée. La partie terminale de l'ensemble de guidage est généralement constituée par une douille fixée sur la face supérieure de la plaque de coeur dans le pro- longement de l'ouverture traversant cette plaque. On ménage néanmoins un espace entre l'extrémité de cette douille et l'entrée du tube guide de l'assemblage com- bustible pour faciliter la mise en place de cet assem- blage lors du rechargement du réacteur et pour permet- tre les déplacements accompagnant la dilatation diffé- rentielle de l'assemblage combustible par rapport aux équipements internes inférieurs du réacteur. L'eau sous pression de refroidissement du réacteur qui circule à grande vitesse dans la cuve provoque la mise en vibration des doigts de gant et des chocs de ces doigts de gant sur les parois du pas- sage interne de l'ensemble de guidage dans lequel le doigt de gant est monté avec un certain jeu. L'eau sous pression en circulation dans des directions transversales agit sur le doigt de gant, dans la zone o celui-ci n'est pas protégé par un moyen de guidage, avant son entrée dans le tube guide de l'assemblage. L'eau sous pression parcourt égale- ment le passage interne cylindrique de l'ensemble de guidage dans sa direction axiale et cet écoulement turbulent entraîne également des vibrations et des chocs du doigt de gant contre les parois de la traver- sée. Il en résulte une usure excessive et éven- tuellement des détériorations des doigts de gant, dans le réacteur en service. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de maintien transversal d'un conduit tu- bulaire mobile dans la direction axiale d'un passage interne cylindrique rectiligne d'un diamètre sensible- ment supérieur au diamètre du conduit, ménagé dans un ensemble de guidage du conduit, ce dispositif utilisa- ble en particulier pour le maintien transversal d'un doigt de gant dans un réacteur nucléaire à eau sous pression permettant d'éviter les vibrations et les chocs du conduit tubulaire dans son passage de guida- ge, tout en maintenant la possibilité d'introduire et de déplacer facilement ce conduit tubulaire dans le passage et tout en maintenant une section libre entre le conduit et la surface interne du passage d'une étendue sensiblement constante suivant la longueur du passage. Dans ce but, le dispositif de maintien com- porte, sur une partie au moins de la longueur du pas- sage interne de l'ensemble de guidage, un tube de maintien dont la section droite par un plan perpendi- culaire à l'axe du passage cylindrique est sensible- ment circulaire et qui possède un diamètre intérieur supérieur au diamètre externe du conduit, ce tube de maintien présentant des déformations dans des direc- tions radiales régulièrement réparties suivant sa longueur, de telle sorte que le cylindre à génératri- ces droites coaxial au passage cylindrique et inscrit dans le tube de maintien ait un diamètre inférieur au diamètre extérieur du conduit et que le cylindre à gé- nératrices droites coaxial au passage cylindrique et circonscrit au tube de maintien ait un diamètre infé- rieur au diamètre minimal du passage cylindrique. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limi- tatif. en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un dispositif de maintien suivant l'invention dans le cas oû le conduit tubu- laire est un doigt de gant dans lequel on déplace un capteur de flux neutronique, dans un réacteur nuclé- aire 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 plu- sieurs ensembles de guidage de doigts de gant; - la figure 2 est une vue en coupe par un plan vertical d'une partie du passage interne de l'en- semble de guidage d'un doigt de gant dans laquelle est disposé un tube de maintien suivant l'invention; - la figure 3 est une vue en coupe suivant III-III de la figure 2; - la figure 4 est une vue en coupe par un plan vertical de la partie supérieure d'un passage de guidage d'un doigt de gant équipé d'un tube de main- tien suivant l'invention. 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 com- portant un passage interne 5 cylindrique et rectili- gne, d'un diamètre supérieur au diamètre extérieur du doigt de gant. Ces ensembles 4 comportent en particu- lier des manchettes 6 traversant le fond bombé 1 de la cuve et débouchant dans la partie supérieure de l'en- semble de guidage fixée sur la face inférieure de la plaque de coeur 2 et constituée par une colonne de guidage. 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 réac- teur à son autre extrémité. Les doigts de gant par- viennent ainsi dans le passage de traversée 5 de l'en- semble de guidage dont le diamètre est décroissant entre l'orifice d'introduction de la manchette 6 et une douille 10 fixée sur la plaque 2 dans le prolonge- ment d'une ouverture 14 traversant la plaque de coeur 2 sur toute son épaisseur. Ce passage interne 5 cons- titué par des parties successives cylindriques et rec- tilignes coaxiales présente un diamètre qui est sensi- blement supérieur au diamètre extérieur du doigt de gant, même dans sa partie de plus faible diamètre. L'eau sous pression circulant dans la partie inférieure de la cuve du réacteur, par exemple suivant la direction des flèches 11 peut pénétrer dans le pas- sage interne de guidage 5, comme il est figuré par les flèches 13, et circuler dans ce passage interne 5 sui- vant la direction axiale. Cet écoulement d'eau sous pression fortement pertubé a un régime turbulent et peut provoquer la mise en vibration du doigt de gant dans le passage 5 et entrainer des chocs du doigt de gant contre la paroi interne du passage 5. De même, la circulation d'eau sous pression dans des directions transversales par rapport à l'axe du passage 5, dans des zones o le doigt de gant n'est pas protégé, peut provoquer les mêmes phénomènes entrainant une usure ou des détériorations du tube. On va maintenant décrire, en se référant aux figures 2 et 3, le dispositif de maintien transversal du doigt de gant selon l'invention. La figure 2 repré- sente une vue agrandie du détail 12 de la figure 1, c'est-à-dire le passage interne de l'ensemble de gui- dage, au niveau de l'ouverture 14 dans la plaque de coeur 2 et de la partie supérieure du passage de tra- versée de la colonne 4. Dans cette zone, le doigt de gant 15 constituant un conduit tubulaire de guidage d'un détecteur de flux neutronique fermé à sa partie supérieure non représentée est introduit à l'intérieur d'un tube de maintien 16 dont la section circulaire est représentée sur la figure 3. Le diamètre intérieur de ce tube 16 est sensiblement supérieur au diamètre extérieur du doigt de gant 15 alors que le diamètre extérieur de ce tube 16 est sensiblement inférieur au diamètre du passage cylindrique rectiligne 5 aussi bien dans sa partie 14 de traversée de la plaque 2 que dans sa partie de traversée de la colonne 4. Comme il est visible sur la figure 2, le tube de maintien 16 présente des ondulations successi- ves 17 disposées de façon régulièrement espacée dans la direction de l'axe 18 du passage 5. Ces ondulations peuvent être obtenues par pliages alternés d'un tube droit avec un axe de pliage de direction constante, dans le cas présent de direc- tion perpendiculaire au plan de la figure 2. On ob- tient ainsi des déformations radiales du tube dans une seule direction correspondant à l'axe XX' de la figure 3, le tube ne subissant pas de déformation dans la direction radiale YY'. On voit que le tube de maintien 16 obtenu est tel qu'il puisse être circonscrit dans un cylindre à génératrice droite ayant pour axe l'axe 18 du passa- ge 5 dont la section circulaire 20 est visible sur la figure 3. Un cylindre à génératrice droite d'axe 18 peut également être inscrit à l'intérieur du tube 16; la section circulaire 21 de ce cylindre inscrit est représentée sur la figure 3. Selon l'invention, le cylindre circonscrit au tube de maintien 16 a un diamètre sensiblement in- férieur au diamètre intérieur du passage 5. De même, le cylindre inscrit 21 a un diamètre sensiblement in- férieur au diamètre extérieur du doigt-de gant 15. Lorsqu'on introduit le doigt de gant dans le passage interne 5 de l'ensemble de guidage et lorsque ce doigt de gant 15 pénètre dans le tube de maintien 16, il doit se déformer suivant une forme semblable à la for- me du tube 16 pour passer dans l'espace intérieur de ce tube de maintien puisque le passage libre en ligne droite dans ce tube a un diamètre inférieur au diamè- tre extérieur du doigt de gant. Comme il est visible sur la figure 2, le tube 16 et le doigt de gant 15 ont alors leurs généra- trices sous forme de sinusoïde et sont en appui mutuel en des points régulièrement espacés suivant la direc- tion axiale 18 du passage 5. La progression du doigt de gant 15 à l'inté- rieur du tube 16 se poursuit par déformations alter- nées du doigt de gant jusqu'au moment o ce doigt de gant a pénétré dans l'assemblage combustible jusqu'à sa partie supérieure, par le tube guide d'instrumenta- tion de cet assemblage. La partie du doigt de gant 15 située dans le tube de maintien 16 est alors déformée de façon alternée comme représenté sur la figure 2. Le doigt de gant est alors maintenu transversalement par la paroi du tube de maintien 16 qui présente une cer- taine rigidité. D'autre part, la mise en place du doigt de gant 15 à l'intérieur du tube 16 est facili- tée par le fait que le tube 16 n'est pas en appui contre les parois du passage 5 et peut donc se défor- mer légèrement dans la direction radiale pour libérer le doigt de gant. Pendant le fonctionnement du réac- teur nucléaire, l'eau sous pression exerçe des forces radiales sur le doigt de gant 15; ces forces radiales ne permettent pas le déplacement du doigt de gant qui est en appui transversal contre le tube de maintien 16. En outre, la section de passage de l'eau sous pression entre le doigt de gant 15 et la surface interne du tube 16 est pratiquement constante sur toute la longueur du guidage, grâce à la forme alter- née des déformations radiales du tube 16. Sur la figure 4, on voit la partie supérieu- re de l'ensemble de guidage comportant une douille 10 formée de deux parties 23 et 24. La partie 23 comporte un embout fileté 23a venant se fixer dans un trou ta- raudé ménagé dans la plaque de coeur 2 à la sortie de l'ouverture 14 traversant cette plaque. Un cordon de soudure 25 permet de fixer à demeure la partie 23 de la douille sur la plaque 2. La partie 24 de la douille comporte un ta- raudage 26 destiné à assurer la fixation par vissage de la partie 24 sur l'extrémité filetée de la partie 23. Des lames 27, fixées a leurs extrémités sur la partie 24, sont rabattues dans des encoches de la par- tie 23; elles permettent d'assurer l'indéserrabilité de l'assemblage entre ces parties 23 et 24 de la douille et d'autoriser le démontage éventuel. L'extrémité du tube de maintien 16 est fixée à l'intérieur de la douille 10 par l'intermédiaire d'un manchon de fixation 29 ayant-une collerette supé- rieure venant en appui sur l'extrémité de la partie 23 de la douille. Le tube de maintien 16 comporte une partie d'extrémité droite, c'est-à-dire ne présentant pas d'ondulations, qui est introduite a l'intérieur du manchon 29 et fixée sur celui-ci. La partie terminale du passage de guidage 5 du doigt de gant 15 est constituée par l'alésage cen- tral de la partie 24 de la douille 10. L'extrémité 30 du tube guide de l'assemblage dans lequel on introduit le doigt de gant est situé audessus de la douille 10 avec un certain espacement de hauteur h. On voit que lorsqu'il est introduit dans le tube guide 30, le doigt de gant 15 maintenu par le tube 16 dans la partie inférieure de la douille 10 et a l'intérieur de l'ouverture 14 de la plaque de coeur 2 ne subit pas de déplacements transversaux, par exem- ple sous l'effet du courant d'eau sous pression venant en contact du doigt de gant entre la douille 10 et l'extrémité du tube guide 30. Le dispositif de maintien transversal sui- vant l'invention a donc l'avantage d'être d'une grande efficacité malgré une très grande simplicité de conception et de mise en place dans le passage de gui- dage du réacteur. D'autre part, le dispositif de main- tien présente l'avantage de ne comporter qu'une seule pièce fixée rigidement sur les équipements internes du réacteur. On évite ainsi toute détérioration qui pour- 1o rait survenir dans le cas d'un dispositif comportant des éléments mobiles. L'invention ne se limite pas au mode de réa- lisation qui vient d'être décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer d'autres formes du tube de maintien que la forme aà "ondulations planes" qui a été décrite. Le tube peut par exemple présenter une ondulation continue et hélicoidale de façon que le doigt de gant vienne en appui dans ce tube suivant une zone hélicoidale continue ou suivant des zones successives en forme de portions d'hélice. Le tube de maintien pourrait également posséder des indentations discontinues alternées axialement rédui- sant la section interne libre de passage en ligne droite jusqu'à une valeur inférieure à la section ex- térieure du doigt de gant. Le tube de maintien peut être réalisé en tout matériau approprié, par exemple en acier inoxyda- ble ou en alliage de nickel, dans le cas o il sert au maintien d'un doigt de gant à l'intérieur de la cuve d un réacteur nucléaire a eau sous pression. La fixation du tube de maintien dans le pas- sage interne de l'ensemble de guidage peut être réali- see d'une façon différente de celle qui a été décrite et le tube de maintien réalisé sous forme d'un tube continu ou de portions de tube successives peut être disposé dans une partie quelconque du passage interne de l'ensemble de guidage; on cherchera à disposer ce tube de maintien dans la ou les zones du passage in- terne de guidage o le doigt de gant ou autre conduit tubulaire est le plus sollicité par des contraintes externes. Enfin, le dispositif de maintien transversal suivant l'invention s'applique à des conduits tubulai- res différents de doigts de gant d'un réacteur nuclé- aire à eau sous pression. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de maintien transversal d'un conduit tubulaire (15) mobile dans la direction axiale d'un passage interne cylindrique rectiligne (5) d'un diamètre sensiblement supérieur au diamètre du conduit (15) ménagé dans un ensemble de guidage (4) du conduit (15). caractérisé par le fait qu'il comporte, sur une partie au moins de la longueur du passage interne (5) de l'ensemble de guidage, un tube de maintien (16) dont la section droite par un plan perpendiculaire à l'axe (18) du passage cylindrique (5) est sensiblement circulaire et qui possède un diamètre intérieur supé- rieur au diamètre extérieur du conduit (15), ce tube de maintien (16) présentant des déformations (17) dans des directions radiales, régulièrement réparties sui- vant sa longueur, de telle sorte que le cylindre (21) à génératrices droites coaxial au passage cylindrique (5) et inscrit dans le tube de maintien (16) ait un diamètre inférieur au diamètre extérieur du conduit (15) et que le cylindre (20) a génératrices droites coaxial au passage cylindrique et circonscrit au tube de maintien (16) ait un diamètre inférieur au diamètre minimal du passage cylindrique (5). 2.- Dispositif de maintien transversal sui- vant la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube de maintien (16) présente des ondulations (17) successives suivant sa longueur dirigées dans une seu- le direction radiale, de façon que les génératrices correspondantes du tube de maintien (16) ait une forme sensiblement sinusoïdale. 3.- Dispositif de maintien transversal-sui- vant la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube de maintien présente une déformation radiale continue ou discontinue disposée suivant une ou plu- sieurs hélices ayant un axe sensiblement confondu avec l'axe (18) du passage cylindrique (5). 4.- Dispositif de maintien transversal sui- vant la revendication 1, caractérisé par le fait que le tube de maintien présente des indentations de di- rection radiale alternées axialement à des intervalles réguliers suivant sa longueur dirigées vers l'intérieur du tube de maintien (16). 5.- Dispositif de maintien transversal sui- vant l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans le cas o le conduit tubulaire (15) est un conduit de guidage d'un moyen de mesure de flux neutronique ou doigt de gant mobile dans un tube guide (30) d'un as- semblage combustible (3) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, caractérisé par le fait que le tube de maintien (16) est disposé à l'intérieur d'une partie de l'ensemble de guidage du doigt de gant entre le fond de cuve (1) du réacteur et l'entrée du tube guide (30) de l'assemblage combustible (3), comportant au moins une partie de l'ouverture (14) traversant la plaque inférieure de coeur (2). 6.- Dispositif de maintien transversal sui- vant la revendication 5, caractérisé par le fait que le tube de maintien (16) est fixé a son extrémité voi- sine de l'entrée du tube guide (30), de façon démonta- ble, dans une douille (10)fixée sur la plaque infé- rieure de coeur (2).