Brevet FR2690002A1 — publié le 19931015

i La présente invention concerne d'une manière générale les assemblages combustibles des réacteurs nu- cléaires et plus particulièrement un fourreau pour doigt de gant qui permet de réduire l'usure du doigt de gant. Des expériences de fonctionnement effectuées avec des réacteurs nucléaires Westinghouse et Framatome- /EDF, d'un modèle ancien non modifié et habituel, ont montré qu'il se pose un grave problème d'usure et d'en- tretien le long du trajet de guidage des doigts de gant d'instrumentation qui reçoivent des conducteurs et des instruments de mesure nucléaire Les doigts de gant sont guidés jusqu'à la surface intérieure de la gaine (tube) d'instrumentation associée à un assemblage combustible, en suivant des trajets de guidage situés à l'intérieur de structures en forme de colonnes qui font partie intégrante des équipements internes inférieurs du réacteur Le pro- blème d'usure sur les doigts de gant est attribuable à un écoulement du réfrigérant à vitesse élevée le long de ces doigts de gant Cette vitesse élevée fait vibrer les doigts de gant Le contact sous vibration des doigts de gant contre la plaque inférieure de supportage du coeur que ces doigts de gant traversent provoque une usure rapide et excessive des doigts de gant Une solution connue utilisée pour remédier à ce problème consiste à ajouter, par endroits, des fourreaux qui ont une longueur comprise entre 0,75 m et plus de 1,30 m et qui servent de logements aux doigts de gant au-dessus et en-dessous de la plaque de supportage du coeur Bien que cet agencement présente une certaine efficacité pour modérer les vibra- tions induites par l'écoulement, le besoin se fait encore sentir de moyens plus efficaces permettant de réduire davantage ou d'interdire complètement les vibrations des doigts de gant qui sont induites par l'écoulement. La présente invention permet de répondre exacte- ment à ce besoin Elle prévoit un dispositif permettant de restreindre le déplacement d'un doigt de gant à l'inté- rieur d'un réacteur nucléaire Un fourreau cylindrique, ouvert à chaque extrémité, comporte des sections supérieu- re, centrale et inférieure La section centrale est formée de deux matériaux réunis entre eux qui ont des coeffi- cients de dilatation thermique différents Cela permet l'introduction ou l'extraction du doigt de gant à froid. A chaud, lorsque le réacteur est à haute température, le matériau intérieur se contracte radialement en appui contre le doigt de gant situé à l'intérieur du fourreau. La section inférieure est pourvue d'un labyrinthe ou déflecteur qui sert à réduire la vitesse de l'écoulement de réfrigérant dans le fourreau Le tronçon supérieur du fourreau s'étend dans le réacteur au-dessus de la plaque inférieure de supportage du coeur. L'invention a pour objet un dispositif permet- tant de restreindre le déplacement d'un doigt de gant à l'intérieur d'un réacteur nucléaire dans des conditions normales de fonctionnement du réacteur, caractérisé en ce qu'il comprend un fourreau cylindrique ouvert à chaque extrémité et comportant des sections supérieure, centrale et inférieure, la section centrale comportant des parties intérieure et extérieure formées de matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents. L'invention a aussi pour objet un dispositif permettant de restreindre le déplacement d'un doigt de gant dans un réacteur nucléaire dans des conditions normales de fonctionnement du réacteur, caractérisé en ce qu'il comprend un fourreau cylindrique ouvert à chaque extrémité et comportant des sections supérieure, centrale et inférieure, la section centrale comportant des parties intérieure et extérieure fixées entre elles à leurs extrémités et formées de matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents, de sorte que la partie intérieure est dans un premier état normal, ou état non contraint quant le réacteur est à froid et dans un second état, ou état de flexion, quant le réacteur est à chaud. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des figures annexées: La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un dispositif conforme à l'invention, et La figure 2 est une vue en coupe longitudinale suivant la ligne 2-2 de la figure 1. Si on se reporte aux dessins, on voit à la figure 2 que le dispositif conforme à l'invention est désigné dans son ensemble par le repère 10 Le dispositif est constitué d'une manière générale d'un fourreau cylindrique 12 comportant des sections respectivement supérieure 14, centrale 16 et inférieure 18 Le diamètre extérieur du fourreau 12 a une valeur permettant à ce dernier d'être reçu dans une ouverture existante ménagée dans la plaque inférieure de supportage du coeur d'un réacteur nucléaire Le diamètre intérieur a une valeur permettant au fourreau de recevoir un doigt de gant lorsque le réacteur nucléaire est à froid. La section supérieure 14 est en n'importe quel matériau convenant pour une telle utilisation à l'inté- rieur d'un réacteur nucléaire Dans le mode de réalisation préféré, on utilise un acier inoxydable 316 L en partie parce que le sertissage du dispositif conforme à l'inven- tion dans cette zone est utilisé pour l'immobiliser en place à l'intérieur des structures internes du réacteur. Une zone 20 ayant subi un élargissement est prévue légère- ment au-dessous de l'extrémité supérieure de la section supérieure 14 Le diamètre extérieur de la zone 20 a une valeur légèrement supérieure au diamètre intérieur de l'ouverture de la plaque inférieure de supportage du coeur dans laquelle le dispositif 10 est mis en place Cette particularité empêche un défaut accidentel d'alignement du dispositif 10 à l'intérieur du tube-guide d'instrumenta- tion faisant partie des structures internes inférieures. La zone ayant subi un élargissement favorise aussi un positionnement précis du dispositif en l'empêchant d'être mis en place à un niveau ne convenant pas Le retour au diamètre intérieur normal au-dessus de la zone 20 ayant subi un élargissement assure une dynamique d'excitation de l'écoulement du réfrigérant qui est meilleure pour le ou les tubes Un essai d'écoulement a confirmé qu'une extré- mité supérieure évasée entraîne une rupture de l'écoule- ment du réfrigérant et provoque plus de vibrations du doigt de gant que l'agencement représenté La section supérieure 14 est soudée à la section centrale 16 de la manière indiquée par le repère 22. La section centrale 16 est constituée d'une partie extérieure 24 et d'une partie intérieure 26 Ces parties extérieure 24 et intérieure 26 sont soudées l'une à l'autre à leurs extrémités supérieures au niveau de la soudure 22 et à leurs extrémités inférieures par plusieurs soudures en bouchon 28 Les parties extérieure 24 et inté- rieure 26 sont formées de matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents Les matériaux utilisés sont choisis et fixés entre eux de façon telle que la partie intérieure 26 soit dans un premier état, ou état normal non contraint, pendant que le réacteur est à froid, tandis que, lorsque le réacteur est à chaud (température normale de fonctionnement), cette partie intérieure 26 passe de son premier état non contraint à un second état, ou état de flexion, ce qui donne à la partie centrale 16 un diamètre intérieur variable Lorsque la partie inté- rieure 26 est dans le premier état non contraint, le diamètre intérieur de la section centrale 16 reçoit sans difficulté un doigt de gant Lorsque la partie intérieure 26 est dans le second état de flexion, le diamètre inté- rieur de la section centrale 16 est effectivement réduit du fait de la partie intérieure 26 Il en résulte une action de précontrainte ou de serrage exercée par la partie intérieure 26 sur le doigt de gant qui y est placé. Cette action assure sur le tube un effet notable d'amor- tissement interdisant les vibrations dues à l'écoulement du réfrigérant Ainsi que la figure 2 le montre en traits interrompus, la partie de plus grande réduction du diamè- tre intérieur est située dans la zone médiane de la partie intérieure 26, étant donné que les points de fixation ne sont situés qu'aux extrémités Dans le mode de réalisation préférentiel, la partie intérieure 26 est constituée, ainsi que la figure 1 le montre mieux, de trois barres distinctes régulièrement réparties suivant le contour circonférentiel intérieur de la partie extérieure 24 Bien qu'on puisse utiliser un nombre différent de barres pour la partie intérieure 26, on en utilise trois dans le mode de réalisation préféré en vue d'obtenir l'action de ser- rage sur trois côtés opposés du tube Dans le mode de réalisation préférentiel, la partie intérieure 26 est en acier inoxydable 316 L écroui et la partie extérieure 24 est en Inconel. La section inférieure 18 peut être réalisée d'une pièce avec la section centrale 16 Dans le mode de réalisation préférentiel, la section inférieure 18 est formée du même matériau, continu, utilisé pour former la section centrale 16 Cette section inférieure 18 peut aussi être constituée d'une pièce distincte fixée à la partie centrale 16 à l'endroit des soudures 28 La section inférieure 18 est pourvue d'un déflecteur 30 le long de sa surface cylindrique intérieure Ce déflecteur 30 détermine des zones effectives de restriction de l'écoulement du réfrigérant Il en résulte une réduction de la vitesse et de la pression de l'écoulement du réfrigérant en amont du déflecteur 30, c'est-à-dire dans les sections centrale 16 et supérieure 14 Cela permet de respecter les conditions requises de refroidissement, tout en réduisant les risques de formation de vibrations du doigt de gant Le déflecteur est formé de plusieurs anneaux 32 et 34 disposés d'une manière alternée Les anneaux 32 ont un diamètre extérieur légèrement supérieur au diamètre intérieur de la section inférieure 18 et sont logés dans des gorges circonféren- tielles ménagées dans la surface intérieure de la section inférieure 18 Les anneaux 34 ont un diamètre extérieur pratiquement égal à celui de la section inférieure 18 Le diamètre intérieur de ces anneaux 34 est inférieur à celui des anneaux 32, mais encore suffisamment large pour per- mettre à un tube de les traverser Les différences entre les diamètres intérieur et extérieur des anneaux 32 et 34 servent à réduire la vitesse et la pression de l'écoule- ment du réfrigérant. En fonctionnement, on met le dispositif 10 en place dans la plaque inférieure de supportage du coeur d'un réacteur nucléaire au cours d'un arrêt programmé La zone 20 ayant fait l'objet d'un élargissement empêche le dispositif 10 d'être positionné trop bas dans le réacteur. Un doigt de gant est placé à l'intérieur du dispositif 10 pendant que le réacteur est à froid et que la partie inté- rieure 26 est dans son premier état normal non contraint. Après le démarrage du réacteur, l'élévation de température fait se déplacer la partie intérieure 26 dans son second état de flexion dans lequel elle assure une action de serrage sur le tube Le déflecteur 30 réduit la vitesse et la pression de l'écoulement du réfrigérant dans le dispo- sitif 10 de façon à interdire encore mieux des vibrations et une usure excessive du tube. Etant donné que de nombreux modes de réalisation modifiés et différents peuvent être conçus dans le cadre du concept de l'invention qui a été exposé et étant donné que de nombreuses modifications peuvent être apportées au mode de réalisation décrit en détail conformément à 1 'exi- gence de description, on comprendra que les détails ici exposés ne doivent être interprétés qu'à titre illustratif et non pas à titre limitatif. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant de restreindre le dé- placement d'un doigt de gant à l'intérieur d'un réacteur nucléaire dans des conditions normales de fonctionnement du réacteur, caractérisé en ce qu'il comprend: un fourreau cylindrique ( 2) ouvert à chaque extrémité et comportant des sections supérieure ( 14), centrale ( 16) et inférieure ( 18), la section centrale ( 16) comportant des parties intérieure ( 26) et extérieure ( 24) formées de matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les parties intérieure ( 26) et extérieure ( 24) sont fixées entre elles à leurs extrémi- tés. 3. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, près de son extrémité supérieure, la section supérieure ( 14) comporte une zone ( 20) élargie. 4. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un déflecteur ( 30) disposé dans la section inférieure ( 18). 5. Dispositif permettant de restreindre le déplacement d'un doigt de gant dans un réacteur nucléaire dans des conditions normales de fonctionnement du réac- teur, caractérisé en ce qu'il comprend: un fourreau cylindrique ( 12) ouvert à chaque extrémité et comportant des sections supérieure ( 14), centrale ( 16) et inférieure ( 18), la section centrale ( 16) comportant des parties intérieure ( 26) et extérieure ( 24) fixées entre elles à leurs extré- mités et formées de matériaux ayant des coefficients de dilatation thermique différents, de sorte que la partie intérieure ( 26) est dans un premier état normal, ou état non contraint, pendant que le réacteur est à froid et dans un second état, ou état de flexion, quand le réacteur à chaud. 6. Dispositif suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce que, près de son extrémité supérieure, la section supérieure ( 14) comporte une zone ( 20) élargie. 7. Dispositif suivant la revendication 5, ca- ractérisé en ce qu'il comprend un déflecteur ( 30) disposé dans la section inférieure ( 18).