Brevet FR2627319A1 — publié le 19890818

1* Mécanisme de commande & amortisseur Pour barre absorban- te de réacteur nucléaire. La présente invention concerne les mécanismes de commande de barre absorbante pour réacteur nucléaire refroidi par un liquide, comprenant une tige portant la barre et déplaçable verticalement dans les équipements internes fixes du réacteur et un dispositif d'amortisse- ment de chute de la tige, à cylindre hydraulique et pis- ton. L'invention trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans les réacteurs refroidis et modérés par de l'eau sous pression. Des mécanismes de commande du type ci-dessus défini sont largement utilisés dans les réacteurs nucléaires. La barre est en général constituée d'une "araignée" à bras rayonnants-munie d'un pommeau et de crayons absorbants fixés aux bras et qui contiennent un poison neutronique. Le déplacement des barres permet de commander la réactivité dans le coeur du réacteur. Pour provoquer un arrêt d'urgence du réacteur, on insère simultanément toutes les barres en libérant leurs méca- nismes de commande de façon que les barres tombent sous l'action de leur propre poids. Le dispositif d'amortis- sement vise à limiter le choc lors de la venue en butée du pommeau contre la plaque supérieure de coeur du réacteur ou contre l'embout supérieur de l'assemblage combustible avec lequel la barre est associée. - On peut reprocher à la plupart des dispositifs d'amortissement d'avoir une efficacité insuffisante et/ ou d'opposer une perte de charge excessive à l'écoule- ment du liquide de refroidissement. Le document EP-A- 159 509 par exemple décrit une barre de commande dont le dispositif d'amortissement se limite à un cylindre ménagé dans le pommeau et dans lequel coulisse un piston repoussé dans une position de saillie vers le bas par des moyens élastiques contenus dans le cylindre. Le freinage par compression du ressort et laminage du liquide chassé du cylindre à travers le jeu entre piston et cylindre varie pendant la course, ce qui nuit à l'efficacité; le volume de l'amortisseur doit rester faible, ce qui interdit de lui donner une course impor- tante. La présente invention vise à fournir un mécanis- me de commande à dispositif d'amortissement répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la' pratique, notamment en ce qu'il présente une efficacité de freinage accrue à course du piston donnée et garantit le réarmement du dispositif. Dans ce but l'invention propose notamment un mécanisme du type ci-dessus défini, caractérisé en ce que le cylindre prend appui sur les internes supérieurs, comporte une partie supérieure de grand diamètre percée de trous de décharge répartis longitudinalement et une partie inférieure de petit diamètre, en ce que la tige traverse un piston de diamètre correspondant à celui de ladite partie supérieure et délimitant avec cette partie supérieure de grand diamètre du cylindre une chambre d'amortissement dont l'échappement comprend les trous de décharge jusqu'à ce qu'ils soient recouverts par le piston lors de la descente de ce dernier et un ressort de réarmement tendant à déplacer le piston dans le cylindre vers une position haute o il découvre les trous de décharge, la tige étant prévue pour enfoncer le piston dans le cylindre lorsqu'elle descend dans les internes supérieurs au dessous d'un niveau déterminé. Dans un premier mode de réalisation, le cylindre est fixé de façon démontable dans les internes supé- rieurs et le piston est monté coulissant dans ce cylin- dre, la tige comportant un renflement formant marteau et destiné à venir frapper le piston lorsque la tige, dans sa descente, atteint la position haute du piston. Dans un autre mode de réalisation, le cylindre et la tige sont munis de moyens coopérants permettant à la tige de soulever le cylindre et les internes supé- rieurs comprennent des moyens de butée destinés à rece- voir le cylindre et à le retenir lorsque la tige, dans son mouvement de descente, atteint un niveau déterminé. Quel que soit le mode de réalisation, le piston reste en permanence contenu dans le cylindre, dans le- quel il peut coulisser sur une longueur très inférieure & l'amplitude du mouvement de descente de la tige correspondant à la chute de la barre qu'elle porte. En conséquence, un passage libre de grande section peut être réservé autour de la tige sur la plus grande partie de sa longueur et le liquide occupant les internes supérieurs peut s'échapper librement sans freiner la descente de la barre au cours de la majeure partie du déplacement de cette dernière (ce qui est souhaitable pour que l'insertion des barres se fasse aussi rapide- ment que possible). Les problèmes que poserait le guidage du piston s'il devait s'engager dans le cylindre sont écartés. Néanmoins le dispositif amortisseur, étant placé dans les internes, peut avoir une longueur impor- tante, ce qui améliore la progressivité de l'amortissement, sans inconvénient du point de vue de l'encombrement. Le dispositif d'amortissement hydraulique qui vient d'être décrit est avantageusement complété par un dispositif mécanique absorbeur de chocs intervenant en fin de course du dispositif amortisseur hydraulique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réali- sation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la Figure 1 est un schéma simplifié montrant, en coupe suivant un plan vertical, les organes concernés par l'invention d'un mécanisme de commande suivant un premier mode de réalisation, les pièces étant montrées dans la disposition qu'elles occupent en cours d'amortissement; - les Figures 2 et 3, similaires à la Figure 1, montrent des variantes de réalisation. Le mécanisme de commande représenté en partie sur la Figure 1 est destiné à freiner la chute d'une tige 10, à laquelle est accrochée une barre de commande non représentée, dans un réacteur à eau pressurisée. La tige est déplaçable verticalemeht par un moteur, généralement électro-magnétique, entourant une gaine faisant saillie au-dessus du couvercle de la cuve du réacteur. Ce dernier peut avoir l'une quelconque des constitutions maintenant courantes. Le dispositif amortisseur comprend un cylindre 12 qui, dans le cas montré en figure 1, est fixé de façon démontable dans les équipements internes supé- rieurs du réacteur, placés au dessus du coeur. Le cylindre 12 représenté occupe une fraction seulement de la hauteur des internes supérieurs. Il est placé à l'intérieur d'une entretoise tubulaire 14 et prend appui sur un épaulement 13 de l'alésage interne de cette en- tretoise. L'entretoise 14 traverse l'ensemble des internes depuis la plaque intermédiaire 16 sur laquelle elle s'appuie jusqu'au dessus de la plaque supérieure 20. Elle est retenue en appui contre la plaque intermédiaire 16 par un écrou 18 s'appuyant sur la plaque supérieure 20. L'entretoise tubulaire 14 se raccorde à un tube de guidage de grappe 22 s'étendant jusqu'au coeur (non représenté). La tranche inférieure du cylindre 12 est mainte- nue en appui contre l'épaulement 13 de l'entretoise 14 par une virole 24. Lorsque cette virole est ôtée, le cylindre peut être enlevé, par exemple pour entretien, à l'aide d'un grappin s'engageant dans des trous 25. Un 26 2 7319 manchon 23 reliant les plaques 16 et 20 entoure l'entretoise 14. Le cylindre 12 délimite un alésage étagé ayant une partie supérieure 26, de grand diamètre D1, raccor- dée A une partie inférieure, de faible diamètre D2 et de courte longueur. Un piston 30 est monté dans le cylindre 12 et fait saillie vers le bas hors du cylindre. Il comporte une partie haute qui coulisse à frottement doux dans la partie de grand diamètre 26 et une partie basse qui coulisse à frottement doux dans la partie de petit diamètre 28. La partie de grand diamètre 26 est percée de trous 32 de laminage de liquide répartis longitudina- lement, progressivement recouverts par la partie de grand diamètre du piston 30 lors de la descente de ce dernier. Le piston et le cylindre délimitent une chambre 34 qui, lorsque le piston est en position haute, s'ouvre & l'extérieur du cylindre par les trous 32 et, dès que le piston arrive dans la position dans laquelle il est montré en figure 1, ne communique plus avec l'extérieur que par le faible jeu qui subsiste entre piston et cylindre. Le liquide chassé de la chambre 34 par les trous 32 de laminage peut s'écouler vers le réacteur par un trajet indiqué par les flèches f sur la figure 1. Ce trajet comporte un espace annulaire ménagé entre le cylindre 12 et l'entretoise 14, des trous 35 percés dans l'entretoise, un espace annulaire 36 ménagé entre l'en- tretoise 14 et le manchon 23 et des trous 37 débouchant dans le guide de grappe. Un ressort de réarmement 38 placé entre une plaque perforée solidaire de l'entretoise 14 et une collerette 40 du piston 30 ramene ce dernier, lorsqu'il est libre, dans une position haute o il découvre l'ensemble des trous 32. La force exercée par le ressort 38 est suffisante pour surmonter le poids du piston mais ne joue pas de rôle significatif dans l'amortissement. Un renflement circonférentiel 42 de la tige forme marteau et est placé à un niveau tel qu'il frappe la tranche supérieure du piston 30, alors en position haute, en cas de chute de la tige 10. Le fonctionnement du dispositif apparaît immé- diatement. Lorsque la barre de commande et sa tige sont en position haute, le ressort de réarmement 38 maintient le piston 30 dans une position haute, fixée par exemple par l'appui de la collerette 40 contre la tranche infé- rieure du cylindre. En cas de chute de la barre, le marteau 42 vient frapper le piston et l'enfonce dans le cylindre. La descente est progressivement freinée par le laminage du liquide qui s'échappe de la chambre 34 par les trous 32 successivement recouverts. En même temps le ressort de réarmement 38 se comprime. Dès que la tige est levée de nouveau, le ressort 38 ramène le piston dans sa position primitive. Le dispositif montré sur la figure 1 comporte également un absorbeur de chocs mécanique qui intervient en fin de course du dispositif d'amortissement hydrauli- que. Sur la figure 1 cet absorbeur de chocs est consti- tué par une butée tubulaire 42 coulissant sur la tige 10 et qu'un ressort d'absorbtion d'énergie 44 tend à rame- ner dans la position basse o il est montré sur la figure 1. La descente de la butée 42 par rapport à la tige est limitée par l'appui d'un collier 46 solidaire de la butée contre une collerette de la tige. Le fonctionnement du dispositif absorbeur de chocs apparait immédiatement: cet absorbeur intervient lorsque la butée vient en contact avec la tranche su- périeure du cylindre 12. A partir de ce moment, la tige ne peut plus descendre qu'en comprimant le ressort d'absorbtion mécanique 40, beaucoup plus énergique que le ressort 38. Dans la variante de réalisation montrée en fi- gure 2, le piston 30a est fixé à la tige de commande 10a et le cylindre 12a est prévu pour rester suspendu à la tige jusqu'à ce que cette dernière atteigne, dans sa chute, la position montrée schématiquement en figure 2. Pour cela la tige présente un épaulement 48. Des moyens élastiques sont prévus pour maintenir le cylindre 12a en appui contre l'épaulement 48 jusqu'à ce qu'il vienne en butée contre un épaulement 49 des internes supérieurs. Il comporte, dans le mode de réalisation montré en figure 2, deux ressorts 50 et 52 placés en série et séparés par un guide 54 qui coulisse sur la tige. Le ressort 50 prend appui sur le piston 30 et le ressort 52 prend appui sur un renflement interne du cylindre, qui coulisse sur la tige 10a de façon à délimiter, avec cette dernière et le piston 30a, une chambre d'amortis- sement 34a. Cette chambre communique avec l'extérieur, lorsque le piston est en position haute, par des trous de laminage 32a répartis le long du cylindre. Les ressorts 50 et 52 n'ont pour rôle que de maintenir le cylindre en position basse et peuvent en conséquence être très souples. La partie inférieure de l'alésage du cylindre peut présenter un diamètre réduit, de façon que le guide 54 coulisse sur elle lorsqu'il arrive en position basse. Le dispositif montré en figure 2 ne comporte pas d'absorbeur de chocs mécanique. Un tel absorbeur peut être disposé à un autre emplacement de la liaison entre le mécanisme de commande et la barre, par exemple à l'intérieur du pommeau de grappe. Le fonctionnement du dispositif apparait encore immédiatement: lorsque la tige de commande tombe, le cylindre est arrêté par appui sur l'épaulement 49. Le piston 30a s'engage alors progressivement dans le cylin- dre en refoulant le liquide contenu dans la chambre 34a, laminé au passage par les trous 32a. Lors de la remontée de la tige de commande 10a, le piston seul remonte au cours d'un premier temps alors que le cylindre, sous l'action de son poids et des ressorts 50 et 52, reste en appui contre l'épaulement 49. A partir du moment o l'épaulement 48 de la tige arrive contre le cylindre, ce dernier suit la tige dans son mouvement ascendant. La variante de réalisation montrée en figure 3 ne se différencie de celle de la figure 2 que par la présence d'un dispositif absorbeur de chocs mécanique. Sur cette figure (o les organes correspondant à ceux de la figure 2 sont désignés par le même numéro de référen- ce) le ressort de réarmement 50 est remplacé par un ressort 56 de relativement faible longueur à l'état détendu, mais de forte raideur. Lorsque la coupelle 54 est libre, le ressort de réarmement 52 maintient le guide 54 dans la position montrée en figure 3. Mais.en fin de course de l'amortisseur hydraulique, le guide 54 arrive en appui contre le renflement inférieur du cylindre 12a. Le mouvement de descente de la tige ne peut alors plus se poursuivre qu'en comprimant le ressort 56 qui absorbe l'énergie résiduelle de chute. Par ailleurs, le dispositif suivant l'invention est applicable aux mécanismes de commande de barre de variation de spectre aussi bien que de barre de pilotage. L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation autres que celles qui ont été décrites, notamment présentant un cylindre de diamètre accru ou une constitution différente de l'absorbeur mécanique. Il doit être entendu que la portée du présent brevet s'étend à de telles variantes restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Mécanisme de commande de barre absorbante pour réacteur nucléaire refroidi par un liquide, compre- nant une tige portant la barre et déplaçable verticale- ment dans les équipements internes fixes du réacteur et un dispositif d'amortissement de chute de la tige, à cylindre hydraulique et piston, caractérisé en ce que le cylindre (12,12a) prend appui sur les internes supérieurs, comporte une partie supérieure de grand diamètre (D1) percée de trous de décharge (32,32a) répartis longitudinalement et une partie inférieure de petit diamètre (D2), en ce que la tige (10,10Oa) traverse un piston (30,30a) de diamètre correspondant à celui de ladite partie supérieure et délimitant avec cette partie supérieure de grand dia- mètre du cylindre une chambre d'amortissement (34,34a) dont l'échappement comprend les trous de décharge jusqu'à ce qu'ils soient recouverts par le piston lors de la descente de ce dernier et un ressort de réarmement (38, 52) tendant à déplacer le piston dans le cylindre vers une position haute o il découvre les trous de décharge, la tige étant prévue pour enfoncer le piston dans le cylindre lorsqu'elle descend dans les internes supérieurs au dessous d'un niveau déterminé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le cylindre (12) est fixé de façon démontable dans les internes supérieurs et le piston (30) est monté coulissant dans ce cylindre, la tige. comportant un renflement (42) formant marteau et destiné & venir frapper le piston lorsque la tige, dans sa descente, atteint la position haute du piston. 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la tige porte un dispositif absorbeur de chocs mécanique, comprenant une butée (42) repoussée par un ressort (44) vers une position basse par rapport à la tige (10) et destinée à venir en butée contre la tranche supérieure du cylindre (12). 4. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le cylindre (12a) et la tige (1Oa) sont munis de moyens coopérants (48) permettant à la tige de soulever le cylindre et en ce que les internes supé- rieurs comprennent des moyens de butée (49) destinés à recevoir le cylindre et à le retenir lorsque la tige, dans son mouvement de descente, atteint un niveau déterminé. 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté- - risé en ce que le ressort de réarmement (52) est placé entre le cylindre et le piston et tend à écarter le piston (30a) de la partie basse de petit diamètre du cylindre. 6. Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'il comprend un dispositif absorbeur de chocs mécanique comprenant un guide (54) s'appuyant sur la partie inférieure de petit diamètre du cylindre par l'intermédiaire du ressort de réarmement (52) et séparé du piston (30a) par un ressort d'absorbtion (56) de grande raideur et de faible longueur.