Brevet FR2661771A1 — publié le 19911108

EQUIPEMENTS INTERNES DE REACTEUR NUCLEAIRE A GUIDES DE GRAPPE La présente invention concerne les équipements in- ternes supérieurs pour réacteur nucléaire et elle trouve une application particulièrement importante dans les réac- teurs refroidis et modérés par de l'eau. Elle concerne plus particulièrement les équipements internes surmontant le coeur d'un réacteur nucléaire, ayant une plaque inférieure percée d'ouvertures de sortie du ré- frigérant hors du coeur, une plaque supérieure, des colon- nes support reliant les plaques, des guides de grappe des- tinés à des grappes de commande déplaçables verticalement entre une position o elles sont insérées dans le coeur et une position o elles sont extraites de ce dernier, chacun de ces guides ayant un tronçon supérieur fixé à la plaque supérieure et un tronçon inférieur s'étendant entre les plaques supérieure et inférieure. Les guides de grappes de commande ont pour fonction de guider les crayons de la grappe, d'éviter leur déforma- tion, et de protéger ces crayons quelle que soit leur posi- tion lors du fonctionnement normal du réacteur et en cas d'incident. Ils comportent souvent, à la partie haute, un tube le long duquel sont réparties des plaques transversales guidant individuellement les crayons et, à la partie basse, des tubes fendus affectés chacun à un crayon. On connait également des guides de grappe dans le- quel le tube est remplacé par des longerons verticaux. Les guides sont individuellement munis d'un dispo- sitif de guidage et de centrage de leur partie basse sur la plaque inférieure de coeur Divers dispositifs de guidage et de centrage du guide par rapport à la plaque inférieure : des équipements internes sont connus Ils sont en général conçus de façon que les guides conservent la possibilité de se déplacer axialement, notamment pour permettre leur libre dilatation en service ou pour faciliter leur montage ou leur démontage éventuel, tout en fermant les jeux de guida- ge de façon que les guides ne vibrent pas sous l'effet de la turbulence générée par le fluide réfrigérant et tout en limitant les possibilités de déflexion latérale des guides en cas de séisme ou de dépressurisation accidentelle du réacteur, due à la rupture d'une tuyauterie de collecte du fluide réfrigérant à la sortie du coeur; cela permet aux guides de conserver un alignement correct par rapport aux assemblages combustibles et permet aux grappes de commande de se déplacer librement. Ces dispositifs de guidage sont souvent constitués d'organes élastiques qui présentent l'inconvénient d'assu- rer simultanément l'ensemble des fonctions précédentes. Leur conception s'avère alors délicate, car ils doivent à la fois être suffisamment souples pour s'accommoder au mon- tage des défauts d'alignement résultant des tolérances de fabrication sur les guides et sur les plaques inférieure et supérieure des équipements internes supérieurs et suffisam- ment rigides pour empêcher la vibration des guides, sans que cela engendre lors du montage des contraintes excessi- ves dans les organes élastiques. Le document FR-A-2 591018 décrit un guide de grappe qui, pour dissocier la fonction de centrage de la fonction de limitation d'amplitude des déflexions latérales, compor- te un dispositif de guidage et de centrage constitué par un jeu de plusieurs lames rigides ayant un jeu radial dans une ouverture de la plaque inférieure et par un jeu de plu- sieurs lames flexibles ayant une forme au repos telle qu'elles prennent un appui élastique sur le bord de l'ou- verture dans la plaque inférieure Cette solution représen- te un progrès par rapport à celles antérieurement connues. Mais elle ne dissocie pas complètement la fonction de cen- trage de celle de limitation des vibrations, puisque l'ap- pui des lames flexibles participe à l'une et à l'autre. La présente invention vise à fournir des équipe- ments internes comportant des dispositifs de guidage ayant un découplage accru entre les différentes fonctions Dans ce but, elle propose des équipements du type ci-dessus dé- fini caractérisés en ce que le tronçon inférieur comporte une embase d'appui sur un siège tronconique solidaire de la plaque inférieure et en ce qu'il est soumis à l'action de moyens élastiques exerçant une force appliquant l'embase sur le siège. Dans un mode avantageux de réalisation, le tronçon supérieur est fixé à la plaque supérieure et situé au- dessus de cette dernière et les moyens élastiques sont com- primés entre le fond du tronçon supérieur et un élément, tel qu'une plaque flottante, pouvant coulisser dans le tronçon supérieur et solidaire du tronçon inférieur Ce dernier sera généralement maintenu dans une orientation déterminée par des moyens de clavetage coulissant par rap- port à la plaque supérieure et/ou à la plaque inférieure. Le tronçon inférieur peut comporter plusieurs lon- gerons verticaux, au nombre de quatre par exemple, reliant les plaques transversales de guidage régulièrement répar- ties, dans lesquelles sont ménagées des ouvertures de forme adaptée à la répartition des crayons dans la grappe de com- mande Les extrémités hautes des longerons peuvent être réunies par une bride reliée à l'élément soumis à l'action des moyens élastiques par des tiges de poussée Les longe- rons peuvent se prolonger vers le bas jusqu'à l'embase ou s'arrêter à la dernière plaque transversale, qui est alors reliée à l'embase par des tubes individuels fendus de gui- dage. Les colonnes support reliant les plaques sont avan- tageusement placées autour des tronçons inférieurs de gui- des respectifs Ces colonnes peuvent être constituées par des tubes dépourvus d'ouverture, lorsque la plaque infé- rieure est percée de passages de sortie du fluide réfrigé- rant débouchant entre les colonnes et lorsque les assembla- ges sont prévus pour que le fluide réfrigérant qui les a balayé puisse parvenir à ces passages Dans le cas contrai- re, des passages de sortie du réfrigérant sont prévus à la partie basse des colonnes, là o les crayons des grappes de commande sont individuellement protégés contre l'action du fluide réfrigérant par des tubes fendus ou des organes si- milaires. Quel que soit le mode de réalisation retenu, il dissocie la fonction de centrage et d'absorption des jeux de montage, assurée par le contact de l'embase avec le siège, de celle de limitation des vibrations, assurée par les moyens élastiques. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécution, donnés à titre d'exemples non limitatifs La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est une vue simplifiée, en coupe ver- ticale, de la partie supérieure d'un réacteur auquel peut être appliquée l'invention, la figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II-II des figures 3 à 6 montrant, à grande échelle, un dis- positif de guidage suivant l'invention applicable au réac- teur de la figure 1, et les figures 3 à 6 sont des vues en coupe suivant les lignes III-III, IV-IV, V-V et VI-VI de la figure 2, les figures 5 et 6, similaires à la figure 4, montrent des variantes de réalisation. L'invention sera décrite, à titre d'exemple, dans son application à un réacteur à eau sous pression du genre montré en figure 1 Le réacteur montré en figure 1 comporte une cuve 10 de résistance à la pression de l'eau constitu- ant réfrigérant et modérateur La cuve est fermée par un couvercle 12 qui porte les mécanismes 14 de déplacement des grappes de commande dont une seule 16 est représentée La cuve 10 contient le coeur 18 formé par juxtaposition d'assemblages ayant chacun un squelette et un faisceau de crayons combustibles répartis suivant un réseau régulier, carré ou triangulaire Le squelette des assemblages compor- te des tubes guides (non représentés) dans lesquels peuvent coulisser des crayons absorbants appartenant aux barres de commande (ou éventuellement à des barres de variation du spectre d'énergie des neutrons). Le coeur est surmonté d'un ensemble qu'on désigne par le terme d'équipements internes supérieurs, générale- ment mécano-soudé Cet ensemble remplit plusieurs fonc- tions Il collecte le débit d'eau à haute température sor- tant du coeur et le dévie vers la tubulure ou les tubulures 22 de sortie de la cuve 10 Il retient et assure le centra- ge relatif des assemblages combustibles 18 Enfin, il guide les grappes de commande 16 équipant certains au moins des assemblages, au cours de leur déplacement vertical. Les équipements internes supérieurs montrés en fi- gure 1 comportent une plaque inférieure 24, qui reçoit la poussée des assemblages soumis à l'écoulement de l'eau sous pression, et une plaque supérieure 26 qui reporte la résul- tante des forces appliquées à l'ensemble des équipements internes supérieurs sur la cuve 10 et son couvercle 12 Les plaques 24 et 26 sont reliées par des colonnes entretoises 28 de forme tubulaire. Enfin, des guides de grappe sont prévus à la verti- cale de chaque mécanisme 14 Chaque guide de grappe peut être considéré comme comprenant un tronçon supérieur 30 et un tronçon inférieur 32 Chacun des tronçons supérieurs est fixé de façon rigide à la plaque supérieure 26 Il est constitué d'un corps tubulaire terminé à sa partie infé- rieure par une bride qui s'applique contre la face supé- rieure de la plaque 26 et il est fermé à sa partie haute par un fond 33 percé d'un trou central 34 de passage de la tige de commande de la grappe La bride est fixée contre la plaque supérieure 26 par des moyens démontables de nature quelconque, tels que des vis 36. Le tronçon inférieur 32 est constitué, dans le mode de réalisation représenté, par un squelette se terminant vers le bas par une embase 40 destinée à s'appliquer contre un siège 42 solidaire de la plaque inférieure 24 Le sque- lette comprend également des longerons verticaux 38 reliant entre elles: plusieurs plaques transversales 44 régulièrement réparties, présentant une découpe correspondant à la répar- tition des crayons absorbants dans la grappe de commande (figures 4 et 5), une bride haute 46, dont le déplacement vers le bas est limité par un épaulement ménagé sur la plaque infé- rieure 26, la longueur du squelette étant telle qu'un jeu subsiste entre la bride et l'épaulement lorsque l'embase 40 est en appui sur le siège 42. Dans le mode de réalisation illustré la plaque transversale 44 la plus basse et l'embase 40 sont reliées par des tubes fendus 52 de guidage continu des crayons de la grappe, protégeant ces crayons contre l'écoulement de réfrigérant et se substituant aux longerons. Le siège 42 sera en général constitué par une pièce rapportée sur la plaque inférieure 24 et en appui contre un épaulement ménagé autour d'une ouverture 48 percée dans la plaque 24, en alignement avec un assemblage du coeur. Dans le mode de réalisation de l'invention montré en figures 2, la plaque supérieure 26 est constituée par un caisson ayant une plaque proprement dite et une cloison 50, solidarisée de la plaque 26 par des moyens non représentés et délimitant un espace occupé par du réfrigérant Chacune des colonnes support 28 est disposée autour d'un tronçon inférieur 32 et se termine par des brides dont l'une est fixée à la cloison 50 et l'autre à la plaque inférieure 24, par exemple par des vis Si le réacteur est prévu pour que l'écoulement hors des assemblages traverse les passages 48 et les embases 40, de larges ouvertures 54 (figure 1) sont ménagées à la partie basse des colonnes Si en revanche les passages de sortie du fluide réfrigérant hors du coeur sont prévus dans la plaque inférieure 24 entre les colonnes 28, ces ouvertures ne sont plus nécessaires. Chaque guide de grappe suivant l'invention comporte des moyens élastiques destinés à appliquer l'embase 40 con- tre une portée ménagée sur le siège 42 Dans le cas illus- tré, la portée ménagée sur le siège est de forme tronconi- que et la surface d'appui de l'embase est également tronco- nique, ce qui garantit un bon centrage de l'embase, et donc de la partie basse du guide de grappe, sur le siège 42 Le même résultat pourrait être atteint avec une portée tronco- nique et une surface d'appui en forme de calotte sphérique. Les moyens élastiques représentés en figures 2 à 4 comportent des ressorts 56, au nombre de trois, comprimés chacun entre le fond 33 du tronçon supérieur 30 et une pla- que flottante 58 capable de coulisser verticalement dans le corps du tronçon supérieur La plaque flottante 58 est re- liée à la bride 46 par des tiges de poussée 60 guidées par des plaquettes 62 fixées au corps du tronçon supérieur et réduisant le risque de flambage. L'équipage mobile constitué par le tronçon infé- rieur 32, les tiges 60 et la plaquette 58 est guidé et maintenu dans une orientation déterminée par des moyens qui comprennent, dans le cas représenté: un clavetage coulissant de l'embase 40 sur la co- lonne 28, constitué par exemple par un pion 64 qui s'engage dans une rainure verticale de l'embase 40; des goujons 66 fixés à la bride 46 et coulissant dans des trous borgnes percés dans le tronçon supérieur 30. Les ressorts 56 seront généralement guidés par des vis 68 qui les traversent et dont la tête coulisse dans le fond 33 Enfin, des tiges de retenue 70 peuvent être fixées à la plaque flottante 58 afin de retenir le tronçon infé- rieur 32 lors de la mise en place du guide dans les inter- nes. Les ressorts 56 peuvent avoir un faible encombre- ment vertical, du fait qu'ils peuvent être très raides et que les variations entre les taux de compression subis par les ressorts lorsqu'ils appliquent les embases 40 sur les sièges respectifs 42 ne dépassent pas quelques millimètres. Dans la pratique, ces ressorts et leur compression seront prévus pour que la force d'appui de l'embase sur son siège soit d'environ 1200 N De plus, ils sont situés dans une zone o la dose de rayonnement est relativement faible ce qui garantit leur longévité La portée du siège aura fré- quemment une conicité comprise entre 25 et 45 . REVENDICATIONS 1 Equipements internes surmontant le coeur d'un réacteur nucléaire, comportant une plaque inférieure ( 24) percée d'ouvertures de sortie du réfrigérant hors du coeur, une plaque supérieure ( 26), des colonnes support ( 28) re- liant les plaques, et des guides destinés à des grappes de commande ( 16) déplaçables verticalement, chacun de ces gui- des ayant un tronçon supérieur ( 30) fixé à la plaque supé- rieure ( 26) et un tronçon inférieur( 32) s'étendant entre les plaques supérieure ( 26) et inférieure ( 24), caractérisés en ce que le tronçon inférieur ( 32) comporte une embase ( 40) d'appui sur un siège à portée tronconique ( 42) solidaire de la plaque inférieure ( 24) et est soumis à l'action de moyens élastiques ( 56) exerçant une force d'ap- pui de l'embase sur le siège. 2 Equipements suivant la revendication 1, caracté- risés en ce que le tronçon supérieur ( 30) est fixé à la plaque supérieure ( 26) au-dessus de cette dernière et en ce que les moyens élastiques ( 56) sont comprimés entre le fond ( 33) du tronçon supérieur et un élément ( 58) solidaire du tronçon inférieur ( 32). 3 Equipements selon la revendication 2, caractéri- sés en ce que ledit élément ( 58) solidaire du tronçon infé- rieur est constitué par une plaque flottante reliée audit tronçon inférieur ( 32) par des tiges de poussée ( 60) tra- versant des moyens ( 62) de guidage dans le tronçon supé- rieur. 4 Equipements selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le tronçon inférieur comporte plu- sieurs longerons verticaux reliant une bride supérieure ( 46) soumise à l'action des moyens élastiques, des plaques transversales ( 44) de guidage des crayons de la grappe contenus dans le guide et l'embase ( 40), éventuellement par l'intermédaire de tubes fendus ( 52) de guidage des crayons dans la partie basse du tronçon inférieur ( 32). Equipements selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisés par des moyens de main- tien de l'embase ( 40) dans une orientation déterminée par rapport à la plaque inférieure ( 24). 6 Equipements selon la revendication 5, caractéri- sés en ce que les moyens de maintien d'orientation sont constitués par des moyens ( 64) de clavetage coulissant de l'embase ( 42). 7 Equipements selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisés en ce que les colonnes support ( 28) sont disposées autour de tronçons inférieurs ( 32) respectifs.