Brevet FR2667194A1 — publié le 19920327

J- Dispositif de guidage de grappe de contrôle de réacteur nucléaire. La présente invention a pour objet un dispositif de guidage de grappe de contrôle de réacteur nucléaire et elle trouve une application particulièrement importante dans les réacteurs à eau sous pression et, parmi ces derniers, dans les réacteurs à neutrons thermiques ou à variation de spectre. Dans les réacteurs à eau sous pression actuels, la réactivité est commandée notamment à l'aide de grappes de contrôle comprenant chacune un faisceau de crayons suspendus à une araignée à bras radiaux portée par une tige verticale de commande de la grappe, permettant de déplacer la grappe entre une position basse o elle est insérée à peu près complètement dans le coeur du réacteur et une position haute o elle se trouve dans des équipements internes supérieurs du réacteur. Les crayons sont guidés dans le coeur par des tubes-guides prévus dans les assemblages combustibles. Au-dessus du coeur, ces crayons, très longs et minces, doivent être guidés dans les internes supérieurs par un dispositif qui comprend habituellement une enveloppe tubulaire, munie à sa partie supérieure d'une plaque de fermeture percée d'un trou de passage de la tige de commande; des plaques horizontales réparties le long de l'enveloppe et découpées de façon à livrer passage à l'araignée et à guider les crayons; des moyens de guidage continu des crayons dans la partie basse de l'enveloppe, constitués par des tubes de guidage de crayons individuels et/ou des fourreaux de guidage de paires de crayons présentant chacun une fente de largeur suffisante pour livrer passage à un bras de l'araignée, dans les intervalles compris entre les plaques les plus basses, destinés à soustraire les crayons à l'action de l'écoulement turbulent du réfrigérant qui sort du coeur et est dévié vers des ouvertures de sortie de réfrigérant percées dans l'enveloppe et situées dans lesdits intervalles et à éviter le flambage des crayons lorsque la grappe est libérée et tombe en étant freinée par l'effet de dash-pot des tubes-guides. Jusqu'ici, on a cherché à réduire le plus possible les gradients de pression qui s'exercent sur les crayons dans le sens horizontal, dans les intervalles mentionnés plus haut, en partant de l'hypothèse que ces gradients de pression appliquent le crayon contre les lèvres de la fente de passage de l'araignée et provoquent une usure par frottement du crayon Pour réaliser cet équilibrage, on a en particulier pratiqué des trous d'équilibrage de pression dans la paroi des fourreaux de guidage, remplacé les fourreaux par des carters laissant un jeu d'équilibrage des pressions (FR-A-2 547 100) et pratiqué, dans les lèvres de la fente, des échancrures constituant des ouvertures d'équilibrage (FR-A-2 516 691). La présente invention part de la constatation que, dans certains types de réacteurs au moins, la cause prépondérante d'usure des crayons et des plaques est constituée par une vibration des crayons excitée par des oscillations de pression au sein de l'écoulement. Pour réduire cette excitation, l'invention propose notamment un dispositif de guidage du type ci-dessus défini dans lequel: les ouvertures sont ménagées immédiatement au-dessous des plaques placées en haut de chaque intervalle; les tubes destinés à guider chacun un seul crayon sont démunis d'ouvertures, de façon à faire apparaître une pression différentielle qui plaque les crayons contre le tube et évite leur entraînement par le fluide réfrigérant s'écoulant vers les ouvertures; et la plaque la plus basse a une découpe telle qu'elle offre au fluide réfrigérant une section de passage supérieure à celle des plaques placées au-dessus et délimitant lesdits intervalles, de façon à mieux répartir le débit sortant de l'enveloppe par lesdites ouvertures. Les ouvertures sont avantageusement de forme rec- tangulaire Elles se terminent vers le haut au niveau des plaques transversales, ce qui évite des retournements lo- caux des veines fluides et diminue les oscillations de pression. Le bord interne des fourreaux guidant deux crayons portés par un même bras est avantageusement profilé pour diminuer la vitesse d'écoulement entre les fourreaux et donc l'intensité des fluctuations de pression Ces fourreaux sont avantageusement démunis de lumières de passage de fluide réfrigérant à leur partie haute, afin de générer des différences de pression plaquant les crayons placés les plus près de l'axe de l'enveloppe et d'éviter leur entraînement par le fluide réfrigérant. Les dispositifs de guidage connus comportent généralement un guide conique ou "tulipe" évasé vers le bas, placé au-dessus de la plaque de fermeture de l'enveloppe et destiné à centrer la tige de commande de la grappe lors de la fermeture du couvercle de la cuve du réacteur Les différences de pression qui apparaissent lors du fonctionnement entre les deux faces de la plaque de fermeture de l' enveloppe provoquent un écoulement turbulent dans le jeu annulaire qui subsiste entre la paroi du trou de la plaque et la tige Cet écoulement turbulent, ascendant ou descendant suivant le cas, provoque des excitations de la tige, notamment dans le cas d 'un débit ascendant qui subit un double changement de direction provoqué par le guide conique Ces excitations sont transmises aux crayons par l'araignée Les vibrations qui30 en résultent provoquent une usure supplémentaire de la partie haute des crayons, qui viennent frapper les plaques horizontales de guidage. La présente invention vise, à titre secondaire, a réduire également les vibrations ayant cette origine et cette cause de corrosion et pour cela elle propose de ménager, dans le guide conique, des ouies en forme de fentes régulièrement réparties angulairement, avantageusement allongées dans le sens longitudinal, facilitant l'écoulement ascendant du fluide réfrigérant, notamment en évitant un double changement de direction et une accélération. 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, et de la comparaison qui en est faite avec un dispositif de guidage selon l'art antérieur La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 montre un dispositif de guidage de grappes de type connu, en élévation, et les éléments des internes supérieurs qui lui sont directement associés, en coupe suivant un plan vertical; la figure 2, similaire à la figure 1, est une vue en élévation dont le dispositif de guidage selon un mode particulier de réalisation de l'invention; la figure 3 est une vue en coupe, suivant un plan horizontal, au niveau des lignes III III des figures 1 et 2, montrant, à la partie basse, une constitution connue de plaques de guidage et de fourreaux et, à la partie haute, une constitution suivant un mode particulier de réalisation de l'invention; les figures 4 et 5 sont des vues en élévation de fourreaux utilisables dans un dispositif selon l'invention, vus dans une direction orthogonale au plan défini par les deux crayons qu'ils guident; la figure 6 montre le guide conique d'un dispositif de guidage selon un mode particulier de réalisation de l'invention, représenté en coupe suivant un plan vertical. La fraction de réacteur schématisée en figure 1 a une constitution qui est, à l'heure actuelle, bien connue. Elle ne sera pour cette raison que brièvement décrite. Le coeur, constitué d'assemblages combustibles juxtaposés, est contenu dans une cuve 10 de résistance à la pression, fermée par un couvercle 12 Une virole 14, supportée par la cuve, délimite un espace annulaire de descente du réfrigérant, admis par des tubulures non représentées, jusqu'à un espace ménagé sous une plaque inférieure, portant le coeur Le réfrigérant remonte ensuite à travers le coeur, et en sort par des passages ménagés dans une plaque de coeur 16 appartenant aux internes supérieurs du réacteur. Les internes comportent également une plaque support 18, soutenue par la cuve, reliée à la plaque de coeur par des colonnes de fixation non représentées et par des dispositifs de guidage 20, destinés chacun à recevoir une grappe de contrôle Les grappes sont constituées d'un faisceau de crayons allongés contenant du matériau absorbant les neutrons, au nombre de 24 par exemple, suspendus à une araignée dont le pommeau est fixé à une tige de commande 22. Chaque dispositif 20 comporte, entre les plaques 16 et 18, une enveloppe tubulaire 24, de section approximativement carrée et, au-dessus de la plaque support 18, un prolongement muni d'une plaque de fermeture ou de logement 25, perçée d'un trou de passage de la tige de commande 22 Des plaques horizontales de guidage 26 sont réparties régulièrement le long de l'enveloppe 24 Elles sont fixées à l'enveloppe par engagement de saillies externes de ces plaques dans des encoches de l'enveloppe 24, et généralement par soudage. Les plaques 26 situées à la partie supérieure de l'enveloppe 24, au nombre de six dans le mode de réalisation montré en figure 1, présentent une découpe interne telle que les plaques guident les crayons et livrent passage aux bras de l'araignée Les crayons sont ainsi guidés de façon discontinue, à intervalles correspondant à l'écartement des plaques 26. Les plaques inférieures, au nombre de quatre dans le mode de réalisation de la figure 1, sont reliées entre elles et au pied 28 de l'enveloppe 24 par des moyens de guidage continu, et à l'enveloppe par soudure Comme le montre la figure 3, ces moyens de guidage sont constitués par des tubes fendus 30, destinés chacun à recevoir un crayon, tel que celui schématisé en 32, et des fourreaux 34 et 36 destinés chacun à guider une paire de crayons portés par un même bras de l'araignée. Des ouvertures 38 allongées dans le sens vertical sont prévues dans l'enveloppe 24, dans les zones de guidage continu Ces ouvertures 38 permettent au fluide réfrigérant provenant du coeur de passer dans le collecteur délimité par les plaques 16 et 18 et par la virole 14 et, de là, de sortir du réacteur par des tubulures 40. Enfin, le dispositif de guidage comporte un guide conique 42 destiné à centrer la tige de commande 22, lorsqu'on met en place le couvercle 12 de la cuve En général, les pressions ne sont pas équilibrées de part et d'autre de la plaque de fermeture 25, ce qui provoque un écoulement turbulent dans le jeu annulaire, entre la paroi du trou de la plaque, et la tige 22 Ce débit peut être ascendant ou descendant Lorsqu'il est ascendant, il constitue un jet, qui, avant de se diffuser, subit un double retournement, comme indiqué par les flèches en tiret f sur la figure 6 La turbulence d'un tel écoulement provoque des excitations importantes de la tige qui se communiquent aux crayons par l'araignée. Le dispositif de guidage selon l'invention, dont la constitution est montrée en figure 2, permet de réduire notablement les phénomènes d'usure dûs aux vibrations des crayons. Le dispositif de la figure 2, o les éléments cor- respondant à ceux de la figure 1 portent les mêmes numéros de référence affectés de l'indice a, peut souvent être substitué à celui de la figure 1 dans un réacteur existant. Il comprend encore une enveloppe 20 a à laquelle sont fixées des plaques horizontales de guidage 26 a Les quatre plaques inférieures 26 a et le pied 28 a du dispositif sont encore reliées par des moyens de guidage continu, constitués de tubes 30 a et de fourreaux 34 a et 36 a (partie haute de la figure 3) qui traversent les plaques, et à l'enveloppe 24 a par soudure. Comme le montre la figure 1, les ouvertures 38 a sont de forme approximativement rectangulaire et placées juste au-dessous des plaques 26 a de la zone de guidage continu Dans le cas particulier montré en figure 2, chaque ouverture 38 a va même jusqu'à la plaque 26 a placé au- dessus. Pour mieux répartir le débit qui sort du coeur en- tre les ouvertures 38 a superposées, on constitue les trois plaques les plus hautes de la zone de guidage continu, de façon qu'elles aient une section de passage du fluide ré- frigérant plus faible que la section de passage offerte par la plaque la plus basse Pour cela, la périphérie interne des trois plaques supérieures peut avoir la découpe montrée à la partie haute de la figure 3, tandis que la plaque la plus basse conserve la découpe habituelle, montrée à la partie basse de la figure 3 On voit que la section de pas- sage est réduite en prolongeant la plaque vers l'intérieur le long des quatre fourreaux 34 a, placés à 90 les uns des autres. Pour diminuer la vitesse d'écoulement entre les fourreaux et les fluctuations de pression, le bord interne des fourreaux, dans le sens radial, est avantageusement arrondi, comme le montre la figure 3. Pour créer une pression différentielle qui plaque les crayons contre la paroi, chacun des tubes fendus pré- sente une paroi démunie d'orifice autre que la fente. Les fourreaux 34 a sont démunis de lumière dans leur partie supérieure, au-dessus de la seconde plaque, seules subsis- tant trois lumières allongées 44 (figure 5) Les fourreaux 36 a ne comportent eux aussi des lumières 46 qu'à leur partie inférieure Ces lumières pouvant être complétées par deux jeux de 3 trous 48 alignés, à la partie basse des fourreaux et à proximité de la fente. Toutes ces dispositions réduisent notablement les risques de vibrations provoquées par l'écoulement le long des crayons eux-mêmes. Pour réduire les vibrations induites par l'écoulement le long de la tige de commande 22, des ouies en forme de fente sont ménagées dans le guide conique 42 pour faciliter l'écoulement ascendant du fluide réfrigérant Ces ouies 50 peuvent avoir la forme de fentes régulièrement réparties angulairement, allongées dans le sens longitudinal, ménagées à la partie haute du guide. Ainsi, l'écoulement ascendant s'effectuer comme indiqué par les flèches fa, sur la figure 6 On peut notamment utiliser seize outes 50 dont trois seulement sont schématisées sur la figure 6. REVENDICATIONS 1 Dispositif de guidage de grappe de contrôle de réacteur nucléaire, ladite grappe comprenant un faisceau de crayons suspendus à une araignée à bras radiaux portée par une tige verticale de commande de la grappe, permettant de déplacer la grappe entre une position basse o elle est insérée à peu près complètement dans le coeur du réacteur et une position haute o elle se trouve dans des équipe- ments internes supérieurs du réacteur, comprenant: des tubes- guides prévus dans les assemblages combustibles; une enveloppe tubulaire ( 24 a), munie à sa partie supérieure d'une plaque de fermeture ( 25 a), percée d'un trou de passage de la tige de commande ( 22 a); des plaques horizontales de guidage ( 26 a) réparties le long de l'enveloppe et découpées de façon à livrer passage à l'araignée et à guider les crayons; des moyens de guidage continu des crayons dans la partie basse de l'enveloppe, constitués par des tubes ( 30 a) de guidage de crayons individuels et/ou des fourreaux ( 34 a,36 a) de guidage de paires de crayons présentant chacun une fente de largeur suffisante pour livrer passage à un bras de l'araignée dans les intervalles compris entre les plaques horizontales ( 26 a) les plus basses, destinés à soustraire les crayons à l'action de l'écoulement turbulent du réfrigérant qui sort du coeur et est dévié vers des ouvertures de sortie de réfrigérant ( 38 a) percées dans l'enveloppe et situées dans lesdits intervalles, caractérisé en ce que: les ouvertures ( 38 a) sont ménagées immédiatement au-dessous des plaques ( 26 a) placées en haut de chaque intervalle; les tubes ( 30 a) destinés à guider chacun un seul crayon sont démunis d'ouverture, de façon à faire apparaître une pression différentielle qui plaque les crayons contre le tube et évite leur entraînement par le fluide réfrigérant s'écoulant vers les ouvertures; et la plaque horizontales de guidage ( 26 a) la plus basse a une découpe telle qu'elle offre au fluide réfrigérant une section de passage supérieure à celle des plaques horizontales de guidage placées au-dessus et délimitant lesdits intervalles. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bord interne des fourreaux ( 34 a,36 a) guidant deux crayons portés par un même bras est profilé pour dimi- nuer la vitesse d'écoulement entre les fourreaux. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fourreaux ( 34 a,36 a) sont démunis de lumières de passage de fluide réfrigérant à leur partie haute. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un guide conique ( 42 a) évasé vers le bas et placé au-dessus de la plaque ( 25 a) de fermeture de l'enveloppe ( 24 a), dans le- quel sont ménagées des ouïes ( 50) en forme de fentes régu- lièrement réparties angulairement, avantageusement allon- gées dans le sens longitudinal, facilitant l'écoulement ascendant du fluide réfrigérant.