Brevet FR2627321A1 — publié le 19890818

EauiDements internes supérieurs de réacteur nucléaire muni d'un disDositif de séparation des débits La présente invention concerne des équipements internes supérieurs de réacteur nucléaire du type comprenant une cuve de résistance & la pression d'un réfrigérant fermée par un couvercle amovible et comportant au moins une tubulure d'entrée et au moins une tubulure de sortie du réfrigérant située à proximité du couvercle, un coeur constitué d'assemblages combustibles et dans lequel le réfrigérant circule du bas vers le haut, plusieurs grappes de contrôle actionnées par des tiges de commande au travers du couvercle du réacteur, lesdits équipements internes supérieurs comprenant un ensemble de collection du réfrigérant sortant du coeur vers la tubulure de sortie, et un dispositif de séparation des débits d'écoulement du réfrigérant comprenant des guides de grappe de contrôle et de leur tige de commande dans leurs déplacements verticaux, interposé entre l'ensemble de collection et le coeur et comprenant une plaque inférieure percée de passages pour le réfrigérant sortant du coeur, une plaque supérieure percée de trous permettant le passage du réfrigérant vers l'ensemble de collection et une virole périphérique reliant les plaques entre elles. Elle trouve une application particulièrement importante, bien que non exclusive, dans le domaine des réacteurs nucléaires à eau pressurisée dits PWR. On connait déjà (FR-A-2 595 501) des équipements internes supérieurs de réacteur nucléaire du type ci-dessus défini dont le dispositif séparateur de débit comprend des tubes entretoises reliant les passages du réfrigérant dans les plaques supérieure et inférieure du dispositif et placés entre les guides de grappes; Cette solution résout de nombreux problèmes; mais les struc- tures de guidage des grappes au-dessus du coeur du réacteur sont complexes à réaliser si les grappes et donc les guides sont en nombre élevé. L'invention vise & fournir des équipements internes supérieurs de réacteur nucléaire répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'ils permettent un montage plus aisé des guides de grappe à l'intérieur.du dispositif de séparation des débits d'écoulement du réfrigérant. Dans ce but, l'invention propose notamment des équipements internes de réacteur nucléaire du type ci- dessus défini, caractérisés en ce que chaque guide de grappe du dispositif de séparation des débits comporte une enveloppe externe démunie d'ouvertures de passage du réfrigérant et reliée aux plaques supérieure et inférieure du dispositif de façon sensiblement étanche. Dans un mode de réalisation avantageux, au moins certaines des enveloppes sont fixées à l'une des plaques et sont montées coulissantes sur l'autre plaque, de façon à permettre la libre dilatation desdites enveloppes dans le sens axial. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels: - la figure 1 est un plan d'ensemble simplifié et partiel d'un réacteur muni d'équipements internes supérieurs selon l'invention, en coupe suivant un plan vertical; - la figure 2 est une vue à grande échelle partielle en coupe suivant un plan vertical des équipements internes supérieurs selon l'invention; - la figure 3 est une coupe verticale d'une partie de la zone de sortie du réfrigérant du dispositif de séparation des débits de la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe verticale d'une partie de la plaque inférieure de séparation des débits au niveau de la jonction coulissante avec un guide de grappe selon une disposition avantageuse de l'invention, - la figure 5 est une demi- coupe d'un guide de grappe suivant la ligne V-V de la figure 2. Sur la figure 1 on a représenté un réacteur à eau pressurisée 1 comprenant une cuve 2 de résistance à la pression de l'eau constituant réfrigérant, fermée par un couvercle amovible 3 comportant des tubulures d'entrée 4 et des tubulures de sortie 5 du réfrigérant, un coeur 6 porté par une plaque support inférieure 7 percée de trous- 8 de passage du réfrigérant de bas en haut vers les assemblages combustibles 9. Des grappes de contrôle sont déplaçables verticalement par des tiges de commande 11 au travers du couvercle 3 du réacteur 1. Le réacteur comporte également des équipements internes supérieurs 12 interposés entre le coeur 6 et le couvercle 3. Une enveloppe externe cylindrique 13, espacée de la surface intérieure 14 de la cuve 2 et munie d'une bride supérieure 15 permettant de la suspendre par pincement entre le couvercle 3 et la cuve 2, canalise le flux du réfrigérant entrant par les tubulures 4 en le dirigeant le long de la surface intérieure 14 de la cuve 2 pour pénétrer dans le coeur 6 par la partie basse des assemblages 9. Des moyens de passage 16 sont ménagés au niveau de la collerette 15 pour dériver un faible débit de réfrigérant arrivant par l'entrée 4 vers le volume 17 délimité par le couvercle 3 du réacteur 1 et par la partie haute 18 des équipements internes supérieurs 12 du réacteur. Un ensemble de collection 19 du réfrigérant sortant du coeur permet de conduire transversalement ce dernier vers des circuits d'échange de chaleur extérieurs au réacteur (ne figurant pas dans les dessins) par les tubulures de sortie 5, à travers des trous 20 de l'enveloppe cylindrique 13 disposés au droit des tubulures de sortie 5. Des tubes de guidage 21 livrent passage des tiges de commande 11 des grappes 10.au travers de cet ensemble 19 à l'abri des turbulences du réfrigérant. Les équipements internes supérieurs 12 com- prennent de plus un dispositif de guidage de grappe et de séparation des débits 22 disposé entre le coeur 6 et l'ensemble de collection 19. Le dispositif 22 comprend une plaque inférieure 24 percée de trous 25 de passage du réfrigérant sortant du coeur 6 vers le dispositif 22 et percée de trous 26 de passage des grappes de contrôle 10 et de leurs tiges de commande 11. Il comprend également une plaque supérieure 27 percée de trous 28 de passage du réfri- gérant vers l'ensemble de collection 19 et de trous 29 de passage des tiges de commande 11, placés au droit des tubes de guidage 21. Les deux plaques 24 et 27 de ce dispositif sont reliées en périphérie par une virole 30 de sorte que l'ensemble du dispositif 22 constitue un caisson. De façon à augmenter la rigidité du caisson, des entre- toises 31 sont fixées rigidement aux plaques 24 et 27 qu'elles relient. Mais il est évidemment également possible d'utiliser plus simplement certains des guides 23 de grappe en tant qu'entretoise, en les fixant rigidement aux plaques 24 et 27. Le dispositif de séparation des débits comprend, de plus, des guides 23 des grappes 10 et des tiges de commande 11. Les guides de grappe 23 sont des ensembles par exemple mécano-soudés (voir figure 5) constitués par des plaquettes perforées ou cartes 32 étagées et entretoi- sées par des fourreaux de guidage 33 continus et-des profilés carrés 34 s'étendant sur toute la hauteur du guide de grappes. Selon l'invention ils comportent chacun une enveloppe 35 externe démunie de trou de passage du réfrigérant et reliée aux plaques inférieure 24 et supérieure 27 de façon sensiblement étanche. Les profilés carrés 34 ou les fourreaux de guidage 33 sont fixés sur l'enveloppe externe 35 de façon connue en soi, par exemple par des cordons de soudure 37. Mais les plaquettes 32 elles-mêmes peuvent également être maintenues en butée radiale sur les enveloppes lors du montage, par exemple à l'aide de cales supplémentaires que l'on fixe ensuite par soudure. L'enveloppe 35 peut, par exemple, présenter un contour sensiblement hexagonal. Lorsqu'un guidage continu de toutes les grappes ne s'impose pas, les plaquettes perforées ou cartes 32 étagées sont fixées, par exemple par des pions, sur l'enveloppe extérieure 35 à la place des profils carrés 34. Dans ce cas, il est par exemple prévu des tubes fendus s'étendant sur toute la hauteur des guides de grappe 23, ce qui permet d'assurer malgré tout un guidage d'une partie des crayons de grappe. Sur la figure 3 est représenté un trou 28 de passage du réfrigérant vers l'ensemble de collection 19, disposé à proximité d'un trou 29 de passage de tige 11 de grappe de contrôle 10. La plaque 27 est, par exemple, et autour de chaque trou 29 de passage de chaque grappe, percée de quatre ou avantageusement six trous 28 de ce type, disposés régulièrement autour du trou 29. Le haut de l'enveloppe 35 des guides de grappes est fixé rigidement, par exemple par des écrous 38, sur la partie inférieure d'une chemise interne 39 au tube de guidage 21. Dans un mode avantageux de réalisation de l'invention, certaines au moins des enveloppes ne sont fixées qu'à l'une des plaques, par exemple par soudure, et sont montées coulissantes dans l'autre plaque de façon à permettre la libre dilatation différentielle de l'enveloppe dans le dispositif de séparation 22. Par ailleurs, cette disposition facilite le montage autrement rendu difficile du fait des tolérances de fabrication sur la longueur des tubes à monter. La figure. 4 montre à titre d'exemple, nullement limitatif, un mode de réalisation de cette jonction coulissante; l'enveloppe 35 est centrée de façon élastique et peut s'auto-dilater dans la plaque infé- rieure 24 en coulissant à frottement doux dans les trous 26 qui reçoivent par en-dessous les pièces d'embout- supérieur 36 des assemblages combustibles 9. Le fonctionnement normal du réacteur nucléaire comprenant des équipements internes tels que décrits dans l'invention est explicité ci-après. Des flèches en traits pleins 40 indiquent plus précisément sur les figures 1, 2, 3 et 4 les trajets suivis par le flux principal du réfrigérant. Le réfrigérant froid entre dans le réacteur 1 par les tubulures d'entrée 4. Il est dévié par l'enveloppe extérieure 13, dans sa grande majorité, vers le bas du réacteur, o il pénètre avant de circuler de bas en haut au travers des assemblages 9 du coeur 6 du réacteur. Le flux sortant d'un assemblage est dévié par la pièce supérieure d'embout 36 de l'assemblage pour être dirigé vers les trous 25 de sortie du réfrigérant dans le dispositif 22. Le réfrigérant réchauffé par le coeur traverse alors le dispositif 22 entre les enveloppes 35 des guides de grappes 23 et ressort dans l'ensemble de collection 19 par les trous 28, ensemble o il est dévié au travers des tubes-guides 21 des tiges de commande 11. Il sort du réacteur par les tubulures de sortie 5 après avoir traversé l'enveloppe cylindrique 13 par des trous disposés au droit desdites tubulures de sortie. Le réfrigérant sortant des assemblages est donc isolé sur tout son parcours des volumes de réfrigérant environnant les grappes de contrôle et leur tige de commande contenues de façon étanche dans leurs enveloppes 35 par rapport au reste du volume du dispositif 22, et dans les tubes-guides 21. Ces volumes sont reliés directement à la capacité 17 située sous le couvercle du réacteur et qui est en surpression par rapport au réfrigérant sortant des assemblages. Un courant axial descendant représenté par des flèches blanches 41 sur les figures 1 et 2 est donc présent dans les tube 21 et les enveloppes 35 et constitue une aide à la chute des grappes, ce qui va dans le sens de la sureté nucléaire et peut également assurer le refroidissement des grappes si certaines d'entre- elles sont des grappes fertiles, comme c'est le cas pour un réacteur à variation de spectre. Pour alimenter ce flux descendant, des moyens de passage 16, par exemple de simples conduits, ménagés au niveau de la collerette ou bride 15 de l'enveloppe cylindrique 13 permettent à un faible débit de réfrigérant froid d'accéder à la capacité 17 située sous le couvercle du réacteur. Le réfrigérant froid situé sous le couvercle est à une pression plus grande que celle du réfrigérant qui sort du coeur et alimente de ce fait le coeur à faible. débit, via les tubes de guidage des tiges de commande les guides 23 de grappes et les tubes-guides de l'assemblage combustible. Comme on l'a vu dans le cadre des équipements internes de réacteur nucléaire décrits dans le document FR-A-2 595 501, la présente invention se montre particu- lièrement intéressante dans certains cas de fonction- nement accidentel. REVENDICATIONS 1. Equipements internes supérieurs (12) de réacteur nucléaire (1) comprenant une cuve (2) de résistance à la pression d'un réfrigérant, fermée par un couvercle (3) amovible et comportant au moins une tubulure d'entrée (4) et au moins une tubulure de sortie (5) du réfrigérant situées à proximité du couvercle, un coeur (6) constitué d'assemblages combustibles (9) et dans lesquels le réfrigérant circule du bas vers le haut, plusieurs grappes de contrôle (10) actionnées par des tiges (11) de commande au travers du couvercle (3) du réacteur, lesdits équipements internes supérieurs (12) comprenant un ensemble de collection (19) du réfrigérant sortant du coeur (6) vers la tubulure de sortie (5), un dispositif (22) de séparation des débits d'écoulement du réfrigérant comprenant des guides (23) des grappes de contrôle et de leurs tiges de commande dans leurs déplacements verticaux, interposés entre ledit ensemble de collection (19) et le coeur (6) et comprenant une plaque inférieure (24) percée de passages (25) pour le réfrigérant sortant du coeur, 'une plaque supérieure (27) percée de trous permettant le passage du réfrigérant vers l'ensemble de collection (19) et une virole périphérique (30) reliant les plaques (24, 27) entre elles, caractérisés en ce que chaque guide (23) de grappes du dispositif (22) de séparation des débits comporte une enveloppe.externe (35) démunie de trous et reliée aux dites plaques (24, 27) de façon sensiblement étanche. 2. Equipements internes supérieurs selon la revendication 1, caractérisés en ce que au moins certaines des enveloppes (35) sont fixées à l'une des plaques et sont montées coulissantes dans l'autre plaque de façon à permettre leur libre dilatation. 3. Equipements internes supérieurs selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce que les enveloppes (35) sont de contour sensiblement hexagonal. 4. Equipements internes supérieurs de réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes comprenant une enveloppe externe cylindrique espacée de la surface intérieure (14) de la cuve de façon à permettre au fluide réfrigérant entrant par la tubulure d'entrée (4) de circuler entre la cuve (2) et l'enveloppe externe cylindrique (13) pour pénétrer dans le coeur (6) par la partie basse des assemblages (9), caractérisés en ce qu'ils comprennent des moyens pour amener du réfrigérant froid, à pression supérieure à celle du réfrigérant qui sort du coeur, au-dessus des tubes de guidage des tiges de commande de façon à alimenter le coeur via les guides de grappes. 5. Equipements internes supérieurs de réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisés en ce que les guides (23) de grappes dans le dispositif de séparation (22) comprennent chacun des plaquettes (32) transversales perforées de guidage réparties sur plusieurs niveaux, certaines plaquettes étant fixées sur les enveloppes.