Brevet FR2654545A1 — publié le 19910517

La présente invention est relative à un dispositif permettant d'assurer le calage et l'appui circonférentiel de la plaque supérieure qui supporte, au- dessus du coeur d'un réacteur nucléaire du type "P V RI, les tubes guides des grappes d'éléments combustibles formant la partie active de celui-ci, par rapport à une portée matérialisant une référence de position liée à la cuve de protection et de confinement du réacteur et constituée, soit par une bride parallèle prolongeant l'enveloppe cylindrique entourant le coeur, cette bride étant disposée sous la plaque de support et reposant sur un appui interne de la cuve, soit par une surface parallèle prévue audessus de la plaque de support et appartenant au couvercle venant fermer la cuve par le dessus de celle-ci. La solution des problèmes posés par le calage de la plaque de support supérieure portant les tubes-guides des grappes combustibles par rapport à la cuve du réacteur, présente des difficultés particulières, à la fois en raison des dimensions diamétrales notables de cette plaque et de la nécessité d'organiser à travers les moyens d'appui mis en oeuvre, une circulation convenable du fluide sous pression de refroidissement du coeur, contenu dans cette cuve. Une réalisation connue dans la technique consiste simplement à monter, entre la plaque de support et sa portée d'appui sur la bride de l'enveloppe du coeur ou le couvercle de la cuve, un anneau légèrement gauchi sur lui-même à la manière d'une rondelle élastique, pour former un ressort conique, appliqué contre les deux surfaces en regard Un tel anneau répond aux objectifs de calage recherchés et en procurant une étanchéité satisfaisante entre le couvercle de la cuve et la région prévue entre celle-ci et la plaque de support Toutefois, dans ce cas, le contact entre les surfaces d'appui sur l'anneau s'effectue selon une bande circulaire très étroite, engendrant une pression élevée sur une portée très faible, risquant de provoquer des déformations permanentes des pièces en contact, avec la nécessité d'un remplacement fréquent de celles-ci, en particulier lorsqu'elles sont blessées par les bords du ressort En outre, sont prévus des dispositifs de réglage de débit, constitués dajutages fixes, délicats à réaliser et peu pratiques à inspecter et à changer, s'il y a lieu De plus, cet anneau, en raison de ses dimensions importantes, tant en diamètre qu'en épaisseur, demande pour sa fabrication et sa mise en place des moyens de réalisation puis de manutention qui sont coûteux, encombrants et difficiles à mettre en oeuvre, les difficultés augmentant lorsqu'il faut remplacer cette pièce une fois contaminée. Une autre solution consiste à assurer le calage de la plaque de support au moyen d'un ensemble de cartouches individuelles, réparties régulièrement autour de l'axe de la cuve, chacune de ces cartouches étant formée d'un empilement de rondelles élastiques, du genre rondelles Belleville préchargées, contenues dans un logement de la plaque et maintenues par un couvercle vissé sur celle-ci, logement dans lequel se déplace un piston supportant la bride de l'enveloppe de coeur et qui comprime les rondelles au moyen d'une collerette d'appui, solidaire de ce piston Une telle réalisation, notamment décrite dans le FR-A-2 407 384, présente aussi des inconvénients, en ce sens que, si l'effort exercé sur le piston dépasse la charge opposée par les rondelles, l'appui de la plaque de support est faussé, les cartouches n'assurant plus le calage souhaité. Pour modifier l'assise de la plaque de support, il faut alors démonter les vis maintenant le couvercle du logement afin d'agir sur l'empilement des rondelles, cette opération, qui doit s'effectuer en atmosphère contrôlée, multipliant les risques, notamment de rupture des vis normalement bloquées Cette solution est donc peu commode et d'une mise en oeuvre délicate. La présente invention a pour objet un dispositif de calage de la plaque supérieure de support des guides des grappes combustibles par rapport à une portée d'appui liée à la cuve d'un réacteur nucléaire, qui évite ces inconvénients, en permettant un positionnement relatif sûr et efficace de la plaque vis-à-vis d'une portée d'appui appartenant à l'enveloppe du coeur du réacteur ou au couvercle de la cuve de protection, qui soit simple à fabriquer et à mettre en place, facile à remplacer et qui, une fois monté autorise la circulation du fluide de refroidissement du coeur à travers au moins un orifice calibré appartenant au dispositif lui-même et qui peut donc être réalisé en usine avec ce dernier, préalablement à son montage dans la cuve. A cet effet, le dispositif considéré, comportant un Jeu de deux bagues, respectivement une bague supérieure et une bague inférieure, appliquées l'une sur la plaque de support et l'autre sur la portée d'appui et entre lesquelles est logé un empilement de rondelles élastiques préchargées, se caractérise en ce qu'il comporte un fût de connexion creux, muni d'un canal axial et traversant les deux bagues, ce fût étant prévu pour être engagé dans un alésage ménagé dans la plaque ou la portée d'appui, la bague inférieure comportant des moyens de liaison avec le fût tandis que la bague supérieure est montée à coulissement par rapport à celui-ci sous l'effet de la charge appliquée sur les rondelles élastiques, le fût comportant en outre des moyens pour le solidariser de la plaque ou de la portée d'appui à l'intérieur de l'alésage qui le reçoit. Les moyens de liaison entre la bague inférieure et le fût creux, pour rendre les différentes pièces imperdables pendant leur manutention, sont de préférence constitués par des goupilles radiales, traversant des passages ménagés transversalement dans la bague et solidarisées de celleci, ces goupilles pénétrant dans des logements prévus dans la surface latérale du fût De préférence également, les goupilles radiales sont en nombre au moins égal à deux et régulièrement réparties autour de l'axe comnun du fût et de la bague. Selon une caractéristique particulière du dispositif considéré, le fût de connexion comporte un épaulement d'appui pour la bague inférieure avant immobilisation de celle-ci avec le fût au moyen des goupilles radiales. Avantageusement, les goupilles débordent légèrement des passages ménagés dans la bague et sont immobilisées sur celle-ci par soudure ou autre moyen de fixation analogue. Selon une autre caractéristique, la partie du fût qui pénètre dans l'alésage ménagé dans la plaque ou la portée d'appui comporte une gorge latérale sensiblement hémicylindrique ou tronconique recevant un jonc torique d'étanchéité, apte à coopérer avec un logement usiné en regard dans l'alésage De cette façon, le fût creux, solidarisé de la bague inférieure au moyen de ses goupilles radiales et appliqué par cette bague sur la surface de la plaque de support ou de la portée d'appui, est immobilisé par rapport à cette dernière par pénétration du jonc d'étanchéité dans le logement prévu pour le recevoir, réalisé dans la paroi interne de l'alésage, le fût étant en quelque sorte retenu par le jonc à la façon d'un clip, ce qui permet, de manière simple, de les désolidariser rapidement lors d'une visite de maintenance ou d'une réparation, en limitant d'autant l'intervention du personnel travaillant en zone contrôlée. De préférence, l'empilement des rondelles élastiques montées entre les deux bagues est complété par au moins une entretoise plate, disposée entre l'empilement et la bague supérieure afin d'ajuster la tension de précharge des rondelles et la position relative des deux bagues entre la plaque de support et la portée d'appui. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, o les bagues inférieure et supérieure portent respectivement sur une bride de l'enveloppe du coeur du réacteur et sous la plaque de support, l'extrémité du fût opposée à l'alésage qui le reçoit, est munie d'un embout comportant un ajutage calibré pour l'écoulement du fluide de refroidissement sous pression à travers successivement le fût, l'alésage et un passage prévu dans la plaque Dans cette variante, l'embout est avantageusement immobilisé sur le fût par vissage sur un filetage ménagé à l'extrémité du canal axial du fût et par blocage final au moyen d'une languette d'arrêt, portée par le fût et rabattue dans une gorge ou rainure de l'embout. Dans un autre mode de réalisation, o les bagues inférieure et supérieure s'appliquent respectivement sur la plaque de support et sous une portée d'appui du couvercle de la cuve du réacteur, la bague supérieure comporte des trous radiaux d'écoulement du fluide après traversée de l'alésage de la plaque et du canal axial du fût engagé dans cet alésage. D'autres caractéristiques d'un dispositif de calage de la plaque supérieure de support des guides des grappes combustibles apparaîtront encore à travers la description qui suit de deux exemples de mise en oeuvre, correspondant aux deux variantes mentionnées ci-dessus, cette description n'étant cependant donnée qu'à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La Figure 1 est une vue en coupe schématique par un plan vertical d'une partie du coeur d'un réacteur nucléaire et des principales structures disposées à l'intérieur de la cuve de ce réacteur, notamment de la plaque de support des tubes-guides des grappes combustibles et d'une enveloppe entourant le coeur. La Figure 2 est une vue en coupe transversale, à plus grande échelle, du dispositif de calage selon l'invention, monté entre la plaque de support et une bride d'appui de l'enveloppe, dans le mode de réalisation illustré sur la Figure 1. La Figure 3 illustre une variante de réalisation dans laquelle le dispositif de calage est disposé entre une surface d'appui appartenant au couvercle de la cuve du réacteur et la plaque de support, reposant ellemême sur la bride de l'enveloppe du coeur. La Figure 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, du dispositif de calage mis en oeuvre dans la variante de réalisation selon la Figure 3. Dans le premier exemple considéré, schématiquement illustré sur la Figure 1, la référence 1 désigne le coeur d'un réacteur nucléaire, notamment du type à refroidissement par eau sous pression Le coeur 1 est formé par la juxtaposition d'assemblages combustibles dans lesquels peuvent être introduites des grappes de réglage 2, dont le détail, en lui-néme bien connu dans la technique, n'importe pas directement à la présente invention. Les grappes de réglage du combustible peuvent être mises en place ou retirées du coeur en se déplaçant à l'intérieur de tubes-guides 3, disposés verticalement Des entretoises tubulaires 4 maintiennent un écartement approprié entre une plaque horizontale 5, dite plaque supérieure de coeur, et une plaque parallèle 6, s'étendant au-dessus de la plaque 5 et sur laquelle sont fixés les tubes-guides 3 Cette plaque 6, traversée par les entretoises 4, est communément plaque de support des guides de grappes Elle se prolonge vers le haut à sa périphérie par une collerette 7, elle-même terminée par une bride transversale 8 faisant ainsi partie intégrante de la plaque 6 et destinée à assurer le support et le maintien en position convenable de ces plaques au-dessus du coeur. A cet effet, la plaque de support 6 repose par l'intermédiaire de la bride 8 sur une bride parallèle 9 prévue à la partie supérieure d'une enveloppe cylindrique 10 ou enveloppe de coeur, entourant latéralement celui-ci La bride 9 s'appuie par son bord extérieur sur une portée 11, prévue au voisinage de l'extrémité supérieure de la cuve de protection et de confinement 12 dans laquelle est disposé le coeur 1 et les différents éléments de l'installation brièvement mentionnés ci-dessus, La cuve 12 est fermée par un couvercle 13, immobilisé sur la cuve au moyen de goujons 14 de forte section, bloqués par des écrous 15 Le couvercle 13 présente vers l'intérieur de la cuve une portée d'appui 16 qui vient s'appliquer d'une part sur la face supérieure 16 a d'une bride 16 b appartenant à la cuve 12 et d'autre part sur le dessus de la bride 8 de la plaque de support 6, en comprimant entre celle-ci et la bride parallèle 9 des dispositifs de calage 17 dont la réalisation, conforme à la présente invention, va maintenant être décrite, notamment en référence à la Figure 2, un tel dispositif permettant à la fois d'assurer le maintien en position relative convenable des deux brides 8 et 9, tout en permettant une communication permanente entre la région 18, située sous la bride 9 et la région 19 au-dessus de la bride 8 sous le couvercle 13, pour le fluide de refroidissement du coeur circulant à travers des passages, respectivement 20 et 21, prévus dans ces brides. Le dispositif 17 représenté sur cette Figure 2, se compose principalement d'une bague supérieure 22 et d'une bague inférieure 23, de forme générale cylindrique et dont les faces sont parallèles entre elles et aux brides 8 et 9. Entre ces bagues 22 et 23 est monté un empilement de rondelles élastiques 24, du genre rondelles Belleville et dont le nombre et la forme sont choisis par construction de manière à exercer un effort exactement déterminé sur les brides 8 et 9 par l'intermédiaire des deux bagues Avantageusement, l'empilement des rondelles 24 est associé à une entretoise plate et calibrée 25, permettant de régler la tension initiale des rondelles. Les deux bagues 22 et 23 sont associées à un fût de connexion creux 26, aménagé de telle sorte qu'il présente un épaulement d'appui 26 a sur la bague inférieure 23, tandis que les rondelles 24 et la bague supérieure 22 sont traversées librement par le fût afin de permettre notamment à la bague de coulisser légèrement par rapport à celle-ci consécutivement à la compression des rondelles 24 du fait de l'appui de la bride 8 de la plaque de support sur la bague 23 Cette bague inférieure 23 est en revanche rendue solidaire du fût 26 au moyen d'un ensemble de goupilles radiales 27, engagées dans des passages traversants 28 prévus dans la bague Ces goupilles sont en nombre au moins égal à deux et sont régulièrement réparties autour de l'axe commun de la bague et de la fiche Elles pénètrent dans cette dernière dans des logements 29 usinés dans la paroi du fût 26 et présentent une longueur telle qu'elles débordent légèrement à l'opposé par rapport à la périphérie de la bague 23, en étant soudées ou autrement fixées à cette dernière en 27 a. L'alésage 20 ménagé dans la bride 9 sur laquelle s'appuie la bague inférieure 23, solidarisée du fût 26 de la manière indiquée ci-dessus, présente un profil étagé en deux parties, respectivement 30 et 31, la partie 30 de plus large diamètre recevant la partie basse du fût Celui-ci comporte une gorge hémicylindrique ou tronconique 32 dans laquelle est logé un jonc torique 33, apte à coopérer, lorsque le fût est reçu dans l'alésage, dans un logement également hémicylindrique 34, ou tronconique, réalisé dans la paroi interne de la partie 30 de l'alésage 20, de manière à immobiliser le fût dans celui-ci à la façon d'un clip, tout en permettant d'assurer son retrait rapide par simple traction verticale sur le dispositif lors des opérations de maintenance ou de remplacement. Le dispositif de calage ainsi réalisé est monté entre les brides 8 et 9 respectivement de la plaque de support des guides de grappes et de l'enveloppe du coeur, en appliquant les bagues 22 et 23 contre les surfaces parallèles en regard et 36 de ces brides, tout en permettant leur appui mutuel l'une contre l'autre avec compression relative des rondelles 24, la bague inférieure 23 étant immobilisée avec le fût 26 contre la bride 9 tandis que, sous le poids de la bride 8 et des éléments qu'elle supporte, la bague supérieure 22 peut coulisser légèrement par rapport au fût en fonction de l'écrasement réalisé sur les rondelles. A sa partie supérieure, le fût 26 comporte un filetage 37 dans lequel est vissé un embout 38 muni d'une collerette d'extrémité 39 L'embout 38 comporte axialement une buse 40 présentant un orifice calibré 41, formant ajutage. L'embout 38 en fin de vissage sur l'alésage 37 est immobilisé et bloqué par rapport au fût 26 au moyen d'une languette 42, convenablement rabattue dans une gorge ou rainure (non représentée) L'eau de refroidissement du coeur du réacteur s'écoule de bas en haut selon le sens de la flèche 43, depuis l'alésage dans la bride 9 Jusqu'au passage 21 dans la bride 8, en traversant le canal 44 prévu dans l'axe du fût 26 et, à l'extrémité de celui-ci, l'ajutage 41 qui fixe son débit à une valeur déterminée en fonction de la pression du fluide dans la région 18. La bague supérieure 22 comporte enfin dans sa surface externe une gorge annulaire 45, permettant l'engagement des griffes d'un outil (non représenté), assurant l'extraction du dispositif de calage en cas de démontage de l'ensemble, c'est-à-dire après retrait de la plaque de support 6, la bague 22 en étant tirée vers le haut entraînant le fût 26 par appui d'un rebord 46 de cette bague sous un épaulement 47 prévu à la partie supérieure du fût. Dans certains cas de fonctionnement accidentels, la pression dans la cavité 19 située au-dessus de la plaque 6 est supérieure à celle dans la cavité 18 a entre les plaques 5 et 6, de telle sorte que la force résultante peut être supérieure au tarage des empilements de rondelles Belleville Il en résulte un déplacement de la plaque support des tubes guides 6 par rapport au couvercle de cuve 12, ouvrant une section de passage entre ces deux cavités Cet effet de soupape permet de limiter cette différence de pression et réduit les chargements excessifs sur la plaque 6. Dans une autre variante de réalisation, représentée schématiquement sur la Figure 3, chaque dispositif de calage 17 est cette fois directement monté entre la surface d'appui 16 du couvercle 13 et la face supérieure 48 de la bride 8, celle-ci reposant directement sur la surface 36 de la bride 9 de l'enveloppe de coeur. Comme on le voit sur la Figure 4, la structure du dispositif est essentiellement la même que celle envisagée dans la première variante et illustrée sur la Figure 2 Toutefois dans ce cas, le fût 26 ne comporte pas, à son extrémité supérieure, d'embout muni d'un ajutage de régulation du débit, le fluide sous pression provenant de l'espace 18 sous la bride 9, après traversée des passages 20 et 21 et écoulement dans le canal axial 44 du fût, se recueillant directement dans un espace 49 à l'intérieur de la bague supérieure 22 entre la partie supérieure du fût et la surface 16 du couvercle de cuve 13 pour s'échapper transversalement vers la région 19 à l'intérieur du couvercle, à travers des trous radiaux 50 convenablement répartis dans la bague 22 autour de l'axe du fût. On réalise ainsi un dispositif de calage et de positionnement des structures internes d'un réacteur nucléaire, notamment à eau pressurisée, au moyen d'un nombre approprié, par exemple une trentaine de dispositifs identiques de faibles dimensions chacun, répartis autour de l'axe de la cuve Le dispositif peut être facilement mis en place et retiré par un simple effort d'engagement ou de traction, permettant la coopération d'un jonc torique et d'une gorge de réception de celui-ci à la manière d'un clip, ce qui évite des démontages difficiles à l'aide d'appareillages ou d'outils de manutention généralement peu pratiques L'ensemble est peu coûteux et surtout procure une sûreté de fonctionnement appréciable, en évitant que les pièces en contact, en appui l'une sur l'autre, ne soient blessées ou détériorées sous l'effet des pressions parfois importantes mises en Jeu Dans tous les cas, la précharge des rondelles élastiques peut être ajustée sans difficultés particulières, si des modifications sont apportées sur le couvercle, par exemple en utilisant des assemblages combustibles de caractéristiques différentes. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas aux exemples de réalisation plus spécialement décrits et représentés ci-dessus; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Dispositif de calage et de positionnement de la plaque supérieure de support des guides de grappes de réglage par rapport à une portée d'appui liée à la cuve d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée, comportant un Jeu de deux bagues, respectivement une bague supérieure ( 22) et une bague inférieure ( 23), appliquées l'une sur la plaque de support ( 8) et l'autre sur la portée d'appui ( 9) et entre lesquelles est logé un empilement de rondelles élastiques préchargées ( 24), caractérisé en ce qu'il comporte un fût de connexion creux ( 26), muni d'un canal axial ( 44) et traversant les deux bagues, ce fût étant prévu pour être engagé dans un alésage ( 20,21) ménagé dans la plaque ou la portée d'appui, la bague inférieure ( 23) comportant des moyens de liaison ( 27) avec le fût tandis que la bague supérieure est montée à coulissement par rapport à celle- ci sous l'effet de la charge appliquée sur les rondelles élastiques, le fût comportant en outre des moyens ( 33) pour la solidariser de la plaque ou de la portée d'appui à l'intérieur de l'alésage qui le reçoit. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de liaison entre la bague inférieure ( 23) et le fût creux ( 26) sont constitués par des goupilles radiales ( 27), traversant des passages ( 28) ménagés transversalement dans la bague ( 23) et solidarisées de celle-ci, ces goupilles pénétrant dans des logements ( 29) prévus dans la surface latérale du fût. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les goupilles radiales ( 27) sont en nombre au moins égal à deux et régulièrement réparties autour de l'axe commun du fût ( 26) et de la bague ( 23). 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le fût ( 26) comporte un épaulement d'appui ( 26 a) pour la bague inférieure ( 23) avant immobilisation de celle-ci avec le fût au moyen des goupilles radiales ( 27). Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les goupilles ( 27) débordent légèrement des passages ( 28) ménagés dans la bague ( 23) et sont immobilisées sur celleci par soudure ( 27 a) ou autre moyen de fixation analogue. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la partie du fût ( 26) qui pénètre dans l'alésage ( 20,21) ménagé dans la plaque ( 8) ou la portée d'appui ( 9) comporte une gorge latérale ( 32) sensiblement hémicylindrique ou tronconique recevant un jonc torique ( 33), apte à coopérer avec un logement ( 34) usiné en regard dans l'alésage. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'empilement des rondelles élastiques ( 24) montées entre les deux bagues ( 22,23) est complété par au moins une entretoise plate ( 25), disposée entre l'empilement et la bague supérieure afin d'ajuster la tension de précharge des rondelles et la position relative des deux bagues entre la plaque de support ( 8) et la portée d'appui ( 9). 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les bagues inférieures ( 23) et supérieure ( 22) portent respectivement sur une bride ( 9) de l'enveloppe ( 10) du coeur ( 1) du réacteur et sous la plaque de support ( 8), caractérisé en ce que l'extrémité du fût ( 26) opposée à l'alésage ( 20,21) qui le reçoit, est munie d'un embout ( 38) comportant un ajutage calibré ( 41) pour l'écoulement du fluide de refroidissement sous pression à travers successivement le fût, l'alésage et un passage prévu dans la plaque. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'embout ( 38) est immobilisé sur le fût ( 26) par vissage sur un filetage ( 37) ménagé à l'extrémité du canal axial ( 44) du fût et par blocage final au moyen d'une languette d'arrêt de l'embout. Dispositif selon les revendications 1 à 7, dans lequel les bagues inférieure ( 23) et supérieure ( 22) s'appliquent respectivement sur la plaque de support ( 8) et sous une portée d'appui ( 16) du couvercle ( 13) de la cuve ( 12) du réacteur, caractérisé en ce que la bague supérieure ( 22) comporte des trous radiaux ( 50) d'écoulement du fluide après traversée de l'alésage ( 20) de la plaque et du canal axial ( 44) du fût ( 26) engagée dans cet alésage. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la bague supérieure ( 22) comporte extérieurement une gorge annulaire ( 45) pour l'engagement des griffes d'un outil, propre à assurer son extraction en cas de démontage. 12 Réacteur nucléaire, notamment du type à eau pressurisée, caractérisé en ce que le calage de sa plaque supérieure de support des guides de grappes de réglage par rapport à une portée d'appui liée à la cuve de ce réacteur, est réalisé par un ensemble de dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, répartis régulièrement autour de l'axe de la cuve.