Brevet FR2666166A1 — publié le 19920228

DISPOSITIF DE CLOISONNEMENT DE COEUR POUR REACTEUR NUCLEAIRE La présente invention a pour objet un dispositif de cloisonnement de coeur pour réacteur nucléaire, destiné à occuper l'espace annulaire compris entre le coeur du réac- teur, de forme prismatique, et une enveloppe cylindrique de coeur et comportant des plaques de cloison verticales entourant le coeur et des éléments de renfort placés entre les plaques de cloisonnement et l'enveloppe. On connaît déjà de nombreux dispositifs de cloison- nement du type ci-dessus Ils obligent le réfrigérant, ar- rivant sous une plaque support de coeur par l'intervalle annulaire qui sépare l'enveloppe d'une cuve de résistance à la pression, à circuler à travers les assemblages de com- bustible constituant le coeur Dans les réacteurs actuels à eau sous pression par exemple, le dispositif de cloisonne- ment occupe l'intervalle compris entre le coeur, de forme prismatique avec des facettes à angles droits, et l'enve- loppe cylindrique. Dans la plupart des dispositifs de cloisonnement existants à l'heure actuelle, les plaques de cloisonnement verticales ou "baffles" sont maintenues par des plaques horizontales, appelées conformateurs Le montage d'un tel dispositif de cloisonnement, qui doit respecter des exigen- ces dimensionnelles strictes et supporter les conditions de température, de rayonnement et de pression différentielle régnant à proximité immédiate du coeur, pose des problèmes qui ne sont que partiellement résolus à l'heure actuelle. En particulier l'assemblage des plaques et des conforma- teurs dans le réacteur, à l'aide de vis dont le nombre dé- passe largement le millier, est long et délicat La rupture d'une vis provoque l'ouverture d'un jeu, et donc d'un jet de fuite nocif pour les crayons des assemblages placés à proximité. La présente invention vise à fournir un dispositif de cloisonnement répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il réduit très considérablement les opérations à effectuer sur place, à l'intérieur même de la cuve du réacteur, et assure une fiabilité accrue. Dans ce but, l'invention propose notamment un dis- positif de cloisonnement caractérisé en ce qu'il comprend: des panneaux répartis en rangées horizontales et colonnes verticales, tous les panneaux d'une même rangée étant iden- tiques et ayant des plaques de cloisonnement verticales soudées entre elles, solidarisées de renforts horizontaux et verticaux entrecroisés d'appui sur l'enveloppe et de tubes verticaux, les tubes d'une même colonne constituant par leur empilement des poteaux destinés à reposer sur une plaque support de coeur; et des clés verticales massives reliant les panneaux des différentes colonnes, fixées à l'enveloppe. Dans le cas d'un réacteur nucléaire comportant des assemblages à section carrée, les panneaux seront générale- ment répartis entre trois rangées et quatre colonnes. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: la figure 1 est un schéma en perspective montrant la forme générale du dispositif de cloisonnement, la cons- titution des panneaux n'étant indiquée que sur une fraction angulaire seulement du dispositif; la figure 2 est une vue en perspective éclatée montrant les trois panneaux d'une même colonne et les clés placées d'un côté de ces panneaux; la figure 3 est une vue en coupe horizontale d'une clé, juste au-dessus d'un renfort de clé à la partie gauche, au niveau d'une vis de fixation à l'enveloppe à la partie droite; les figures 4 et 5 sont des vues en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe de coeur montrant les bandes d'étanchéité entre clés superposées et entre plaques de cloisonnement superposées, respectivement; la figure 6 est une vue en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe du cloisonnement et du coeur et par l'axe d'un poteau d'appui sur la plaque support de coeur. Le dispositif de cloisonnement qui sera maintenant décrit à titre d'exemple est utilisable dans un réacteur nucléaire à eau sous pression ayant une constitution géné- rale de type connu Il peut par exemple se substituer à un dispositif de cloisonnement du genre décrit dans le docu- ment FR-A-2 484 125, auquel on pourra se reporter. Le dispositif de cloisonnement montré en figures 1 et 2 est fractionné en modules réalisables en usine, avant montage dans le réacteur Ces modules constituent chacun une fraction azimutale et verticale du cloisonnement Dans le mode de réalisation représenté à titre d'exemple, ces modules comprennent douze panneaux, répartis en trois ran- gées horizontales et quatre colonnes verticales Des clés relient les panneaux d'une même rangée entre eux. Les panneaux ont tous la même constitution généra- le Cependant, en général les panneaux 10 constituant la rangée médiane auront une hauteur supérieure à celle des panneaux 12 et 14 constituant les rangées supérieure et inférieure De plus, les panneaux de la partie inférieure, situés juste au-dessus de la plaque support de coeur, au- ront généralement un système de fixation différent, comme on le verra plus loin. Le fractionnement en douze panneaux résulte de con- sidérations technologiques, et notamment des contraintes liées au gauchissement et à la courbure dans les directions horizontale et verticale dues au retrait après les opéra- tions de soudage des renforts de raidissement Un nombre différent pourrait être préférable pour un réacteur dont le coeur est constitué d'assemblages de section hexagonale et/ou est de grande hauteur. On décrira maintenant, à titre d'exemple, la cons- titution du panneau médian 10 montré en figure 2 Ce pan- neau comporte une cloison interne 16 formée de plaques ver- ticales minces, assemblées par soudage, généralement par faisceau d'électrons, de façon à reconstituer la périphérie prismatique du coeur La rigidité du panneau est assurée par des renforts horizontaux 18 et verticaux 19 soudés à la face de la cloison opposée au coeur Les renforts horizon- taux 18, au nombre de trois dans le mode de réalisation montré en figures 1 et 2, ont un bord externe en arc de cercle, de diamètre correspondant à celui de l'enveloppe de coeur 20 (figures 3 et 6) Ces renforts sont percés de trous 22 répartis circonférentiellement au voisinage du bord convexe et d'encoches rectangulaires 24 (figure 3) le long du contour rectiligne Ces trous et ces encoches ont pour but d'autoriser la circulation d'un faible débit ascendant de réfrigérant qui refroidit le dispositif de cloisonnement et la surface interne de l'enveloppe 20. Les renforts verticaux 19, au nombre de quatre dans le mode de réalisation illustré, sont fragmentés en tron- çons séparés par les renforts horizontaux 18 Ces renforts occupent la totalité de la hauteur de la cloison 16 Ils sont fixés par soudage, comme les renforts horizontaux Des échancrures 26 sont ménagées dans le bord des renforts verticaux en appui contre la cloison 16 afin d'éviter la nécessité d'un soudage continu, pour diminuer les effets du retrait, pour permettre des courants de circulation horizontaux d'équilibrage de la pression dans les caissons délimités par les renforts, la cloison et l'enveloppe et enfin pour diminuer l'échauffement dû au rayonnement y. Les cloisons et les renforts verticaux de deux pan- neaux superposés ne sont pas directement en appui mutuel. Les éléments des panneaux qui reposent les uns sur les au- tres sont constitués par des tubes verticaux 28, plus épais que les cloisons et les renforts, qui traversent les ren- forts horizontaux 18 et sont soudés à ces renforts Les tubes 28 d'une même colonne sont destinés à reposer les uns sur les autres par l'intermédiaire de douilles de centrage et d'appui 30 (figure 6) pour constituer des poteaux de supportage, d'indexage et de retenue du dispositif de cloi- sonnement, comme on le verra plus loin L'effet de rigidi- fication des tubes s'ajoute à celui des renforts verticaux. Entre les panneaux sont disposées des clés massives de jonction 32, en nombre égal à celui des panneaux Chacu- ne des clés 32 est constituée par un profilé de même lon- gueur que la cloison correspondante, en forme de cornière, dont les branches sont usinées pour présenter des flancs d'appui des bords des cloisons appartenant aux deux pan- neaux adjacents d'une même rangée (figure 3) Des bossages 34 faisant saillie à partir des branches de chaque clé sont répartis verticalement et prévus pour s'engager dans des rainures circonférentielles 36 de l'enveloppe 20 Ces bos- sages sont situés au même niveau que les renforts horizon- taux 18 des panneaux Les clés sont prévues pour être fixées chacune sur l'enveloppe 20 par deux rangées verti- cales de vis (non représentées) traversant des trous 37 de l'enveloppe et s'engageant dans des trous borgnes taraudés 38 ménagés dans la clé Un circuit de refroidissement des vis est généralement prévu Il peut comporter un chambrage usiné dans la paroi de la clé et dans l'axe de chaque vis et un jeu entre la face interne de la clé et l'enveloppe de coeur. A l'intérieur des clés 32 sont soudés des goussets de renfort 40 situés au même niveau que les renforts hori- zontaux 18 des panneaux Dans les bords de ces goussets sont ménagées des encoches 42, rectangulaires par exemple, destinées à limiter les zones de soudage et également à autoriser un débit de circulation de réfrigérant le long des clés Dans le mode de réalisation représenté, les gous- sets 40 sont également percés de trous 44 de circulation de réfrigérant. Une échancrure rectangulaire ménagée dans certains des goussets ou dans chaque gousset 40, face à l'enveloppe , est destinée à recevoir un pion cylindrique 48 d'in- dexage traversant l'enveloppe 20. La continuité du dispositif de cloisonnement dans le sens circonférentiel est obtenue par l'appui des parties latérales des cloisons 10 contre les clés, un jeu j étant réservé pour autoriser les dilatations différentielles (figure 3) La continuité dans le sens vertical, nécessaire pour éviter le passage d'un débit de fuite entre le coeur et le dispositif de cloisonnement, est rétablie par des moyens d'étanchéité autorisant les dilatations différen- tielles et qui ont avantageusement la constitution montrée en figures 4 et 5 Les moyens placés entre deux clés 32 su- perposées sont constitués par une bande mince 50, à section rectangulaire allongée, généralement en acier inoxydable, interposée entre les deux clés et pénétrant dans des rainu- res 52 usinées dans les faces en regard Des jeux peuvent être prévus, dans le sens radial pour tenir compte des to- lérances et dans le sens longitudinal pour permettre les dilatations différentielles Comme le montre la figure 5, la continuité entre les plaques superposées de la cloison 16 est rétablie de façon similaire par des bandes 54. Le maintien relatif des panneaux peut être réalisé par verrouillage des poteaux sur l'enveloppe 20, solidaire de la plaque inférieure de coeur 56 On peut en particulier utiliser la disposition montrée en figure 6 Dans ce cas, le bas de chaque tube 28 appartenant à un panneau inférieur est fermé par un bouchon 58 soudé sur un cimblot 60 qui présente un épaulement destiné à s'appuyer sur la plaque inférieure de coeur 56 et un prolongement destiné à s'insé- rer dans un logement de centrage 62 usiné dans la plaque 56 Une broche 63 peut être prévue pour renforcer la liai- son entre bouchon et cimblot, réalisée au moment du montage pour permettre la compatibilité des usinages sur l'enve- loppe de coeur 20, la plaque 56 et les bouchons 58. Les douilles 30 assurent le centrage relatif des tubes superposés 28 Enfin, les tubes constituant un poteau sont pressés contre la plaque inférieure de coeur 56 par des moyens de verrouillage ayant une élasticité permettant de tolérer les dilatations différentielles et mettant les poteaux en compression Les moyens de verrouillage montrés en figure 6 comprennent une chaise 64 fixée sur l'enveloppe de coeur 20, par exemple par des vis non représentées, et en appui contre un épaulement de l'enveloppe Il compren- nent également un poussoir 66 en appui contre une clé supé- rieure 68 fermant le poteau Un plateau d'appui du ressort reçoit l'effort de rondelles Belleville 70 mises en com- pression par un manchon fileté 72 vissé dans la chaise 64. Une circulation de réfrigérant à l'intérieur du cloisonnement est organisée pour refroidir ce cloisonnement et aussi pour établir, entre le coeur et l'intérieur du cloisonnement, une différence de pression qui tend à pla- quer les renforts horizontaux 18 des panneaux contre l'en- veloppe de coeur Cela implique d'imposer une perte de charge élevée au réfrigérant à l'entrée du cloisonnement, à la partie basse de ce dernier. Dans le mode de réalisation illustré, cette perte de charge est assurée en donnant une section faible aux trous 22 ménagés dans le renfort horizontal le plus bas des panneaux inférieurs 14. Le réfrigérant circule ensuite dans les trous pré- vus dans tous les renforts horizontaux, jusqu'au-dessus du cloisonnement. Pour permettre la circulation de réfrigérant à l'intérieur des poteaux, des trous 74 et 76 sont prévus respectivement à la partie basse et à la partie haute de ces poteaux. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'un cloison- nement de réacteur à eau sous pression peut être constitué en douze panneaux, les panneaux 12 et 14 ayant une hauteur d'environ 1 300 mm tandis que les panneaux 10 ont une hau- teur d'environ 1 480 mm Les renforts verticaux peuvent être moins épais que les renforts horizontaux, étant donné que leur action est complétée par celle des tubes Ils peu- vent avoir une épaisseur de 15 mm au lieu de 25 mm par exemple Les cloisons 16 peuvent avoir une épaisseur de 15 mm seulement, ce qui limite l'échauffement dû au rayonnement y Les clés peuvent être fixées par un nombre relativement faible de vis, par exemple quarante pour chaque file verticale de clé Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, chaque panneau comporte quatre tubes, mais un nombre plus élevé ou moins élevé pourrait être adopté. On voit que le dispositif suivant l'invention ga- rantit une mise en place correcte des différents compo- sants Les pions 48 (figure 3) assurent l'indexage des clés Des pions similaires, s'engageant dans des encoches 74 de certains des renforts horizontaux (figure 2) peuvent être prévus pour assurer de façon similaire l'indexage des panneaux La mise en position des panneaux les uns au- dessus des autres est garantit par la présence des pions de centrage 30 (figure 6). On voit que le dispositif suivant l'invention pré- sente de nombreux avantages sur ceux antérieurement connus. Le montage est plus simple que celui des dispositifs utili- sant des planches verticales vissées sur des conformateurs, d'o un gain de temps important, le nombre de vis étant de l'ordre du dixième de celui antérieurement utilisé Les plaques ou planches de cloisonnement peuvent être dépour- vues de trous d'égalisation de pression, car la présence des renforts verticaux et horizontaux rigidifie le disposi- tif suffisamment pour qu'il puisse résister à une mise en surpression La fiabilité est accrue, car la fissuration éventuelle d'une soudure d'un renfort ne met pas en péril un panneau de cloisonnement La correction géométrique du cloisonnement peut être obtenue par usinage des faces d'appui, après les opérations de soudage. REVENDICATIONS 1 Dispositif de cloisonnement de coeur pour réac- teur nucléaire, destiné à occuper l'espace annulaire com- pris entre le coeur du réacteur, de forme prismatique, et une enveloppe cylindrique et comportant des plaques de cloison ( 16) verticales entourant le coeur et des éléments de renfort placés entre les plaques de cloisonnement et l'enveloppe, caractérisé en ce qu'il comprend: des panneaux ( 10,12,14) répartis en rangées horizontales et colonnes verticales, tous les panneaux d'une même rangée étant identiques et ayant des plaques de cloisonnement ver- ticales ( 16) soudées entre elles et solidaires des renforts horizontaux et verticaux entrecroisés d'appui sur l'enve- loppe et de tubes verticaux ( 28), les tubes d'une même co- lonne constituant par leur empilement des poteaux destinés à reposer sur une plaque support de coeur; et des clés verticales massives ( 32) reliant les panneaux et les diffé- rentes colonnes et fixées à l'enveloppe ( 20). 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les panneaux sont répartis entre trois rangées et quatre colonnes. 3 Dispositif selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que les tubes verticaux sont proportionnés par rapport aux plaques de cloisonnement et aux clés de façon qu'un jeu vertical subsiste entre les plaques de cloisonne- ment et les clés de deux panneaux superposés et en ce qu'une bande ( 50, 54) d'étanchéité est disposée entre deux plaques ou clés superposées et fait saillie dans des rainu- res en regard des plaques ou clés superposées. 4 Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, ca- ractérisé en ce que les clés ( 32) sont constituées par des profilés en forme de cornière munis de moyens de réception de vis de fixation à l'enveloppe ( 20). 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par des goussets de renfort ( 40) soudés dans les clés au il niveau des renforts horizontaux ( 18) des panneaux. 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5, carac- térisé en ce que les clés sont munies de bossages ( 34) ré- partis verticalement et prévus pour s'engager dans des rai- nures circonférentielles ( 36) de l'enveloppe ( 20), situés au même niveau que les renforts horizontaux des panneaux. 7 Dispositif selon la revendication 4, 5 ou 6, ca- ractérisé en ce qu'une échancrure rectangulaire ( 46) est ménagée dans certains au moins des goussets de renfort et en ce que l'enveloppe ( 20) porte des pions cylindriques d'indexage ( 48) s'insérant dans les échancrures. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les tubes d'une même colonne reposent les uns sur les autres par l'intermé- diaire de douilles de centrage ( 30), en ce que chaque tube d'un panneau inférieur prend appui sur la plaque support de coeur et en ce que des moyens de verrouillage sont interpo- sés entre chaque tube d'un panneau supérieur et l'enveloppe de coeur pour exercer sur le tube un effort d'application du poteau correspondant contre la plaque inférieure de coeur. 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens de verrouillage d'un poteau comporte une chaise ( 64) fixée à l'enveloppe et des moyens d'appui sur le poteau par l'intermédiaire de moyens élastiques ( 70). Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les renforts sont percés de trous de circulation circonférentielle et verticale.