Brevet FR2750241A1 — publié le 19971226

Enveloppe de cuve de réacteur nucléaire limitant le déplacement laté ral des assemblages combustibles. La présente invention concerne, d'une façon générale, les réacteurs nucléaires et elle a trait, plus particulièrement, a un joint d'enveloppe de coeur de réacteur nucléaire disposé entre des sections cylindriques d'une enveloppe de réacteur. Un réacteur nucléaire à eau bouillante comprend, de façon typique, un coeur combustible disposé à l'intérieur d'une enveloppe cylindrique en acier inoxydable. En particulier, l'axe du coeur coïnci- de sensiblement avec l'axe de l'enveloppe, et l'enveloppe est ouverte à ses deux extrémités de sorte que l'eau peut s'écouler vers le haut à travers l'extrémité inférieure de l'enveloppe et sortir à travers l'extré- mité supérieure de cette dernière. L'enveloppe limite le déplacement latéral des assemblages combustibles du coeur. L'enveloppe, en raison de ses dimensions importantes, est formée par soudage d'une multiplicité de sections cylindriques en acier inoxydable les unes aux autres. En particulier, les extrémités respectives des sections d'enveloppe adjacentes sont raccordées par une soudure circonférencielle. Le joint supporte les charges verticales et latérales associées à tous les modes de fonctionnement du réacteur. Toutefois, les soudures de l'enveloppe augmentent la susceptibilité du matériau de l'enveloppe à subir un effet nuisible connu sous la désignation de fissurage de corrosion sous contraintes intergranulaires (FCCIG). Dans le cas où l'on constate le début d'un FCCIG, il est souhaitable d'assurer, de façon rapide et facile, un autre support mécanique vis-à-vis des charges verticales et latérales initialement supportées par la soudure d'enveloppe. De plus, il serait souhaitable, que ce support mécanique ait une durée de vie suffisamment longue pour que le réacteur puisse rester en fonction pendant toute la durée pour laquelle il a été conçu. En outre, ce support mécanique ne devrait pas gêner l'inspection ou vérification de la soudure d'enveloppe pendant la durée de vie de cette soudure avant que ne soit détecté un début de FCCIG éventuel. On atteint les objectifs ci-dessus ainsi que d'autres objectifs de la présente invention à l'aide d'une enveloppe qui est destinée à un réacteur nucléaire et qui, dans un des modes de réalisation, comprend des première et deuxième sections d'enveloppe et chaque section d'enveloppe comprend un corps principal sensiblement cylindrique, une première extrémité et une seconde extrémité. La première extrémité de chaque enveloppe a un rayon Rmc et le corps principal sensiblement cylindrique a un rayon Rn. Le rayon Rmc est plus grand que le rayon Rn. En ce qui concerne chaque section d'enveloppe, une bride ou rebord située sur la première extrémité de section d'enveloppe. Cette bride comporte une multiplicité de trous pour goujons et une multiplicité de régions échancrées. La bride de chaque section d'enveloppe se trouve à l'interface entre le corps principal et la première extrémité, et la bride comporte une surface supérieure et une surface inférieure. La surface inférieure de la bride a une longueur B1 et la bride de la surface supérieure de la première section d'enveloppe a une longueur B2. La longueur B2 de la surface supérieure de la bride est plus grande que celle de la surface inférieure B1 de la bride. On fait en sorte que la distance ou longueur E de bras de levier entre l'axe de la paroi de l'extrémité de la section et le bord le plus près d'un trou pour goujon de la bride soit minimum afin de réduire le moment de flexion (M1) dans l'extrémité de la section. De plus, la paroi de l'extrémité a une épaisseur C1 et la paroi de la partie principale du corps a une épaisseur C2. L'épaisseur C2 de la paroi est plus grande que l'épaisseur C1 de la paroi. La première extrémité de la première section d'enveloppe est soudée à la seconde section d'enveloppe et au moins certains des trous pour goujons de la bride de la première section d'enveloppe sont alignés avec les trous pour goujons correspondants de la bride de la deuxième section d'enveloppe. La distance "A" entre la bride de la première section d'enveloppe et la bride de la deuxième section d'enveloppe permet de vérifier la soudure en utilisant un matériel et des techniques bien connus. Pendant la vie du réacteur, et du fait que la distance A entre la bride de la première section d'enveloppe et la bride de la deuxième section d'enveloppe permet d'inspecter la soudure circonférencielle entre les sections d'enveloppe, on peut vérifier facilement cette soudure en utilisant un matériel classique et des techniques bien connues telles qu'un essai aux ultrasons. Dans le cas où l'on détecte le début d'un FCCIG éventuel dans la soudure, alors on effectue l'opération suivante. En particulier, on insère des goujons dans des trous pour goujons de la bride de la première section d'enveloppe et dans des trous pour goujons alignés que comporte la bride de la deuxième section d'enveloppe. Chaque goujon, dans un des modes de réalisation, comporte une section tige et des première et deuxième sections d'extrémité filetées. La section tige a un diamètre D1 et chacune des sections d'extrémité filetées a un diamètre D2. Le diamètre D1 est plus petit que le diamètre D2. On visse des écrous sur les sections d'extrémité filetées et on les serre à refus contre les brides respectives. Comme on va le décrire ci-après de façon plus détaillée, la structure d'enveloppe décrite ci-dessus et les goujons minimisent les contraintes de flexion dans les sections d'enveloppe et satisfont aux critères de contraintes requis. En outre, les brides ne gênent par le matériel existant placé à l'intérieur du réacteur. On estime aussi que cette structure présente une longévité suffisamment grande pour que le réacteur puisse rester en fonction pendant toute la durée de vie utile pour laquelle il a été conçu. On va maintenant décrire la présente invention, à titre purement illustratif et non limitatif, en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1A est une vue en coupe de sections cylindriques soudées d'une enveloppe comprenant des trous pour goujons, et la figure 1B est une vue en élévation d'un goujon selon un des modes de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe d'une partie de l'enveloppe représentée sur la figure 1; et la figure 3 est une vue de dessus d'une partie de la bride de l'enveloppe représentée sur la figure 1. La figure 1A est une vue en coupe d'une enveloppe 10 comprenant des première et deuxième sections 12 et 14 d'enveloppe cylindrique. Chaque section d'enveloppe 12 et 14 comprend un corps principal 16 sensiblement cylindrique, comportant une première extrémité 18 et une deuxième extrémité (non représentée). La deuxième extrémité de chaque section 12 et 14, dans un des modes de réalisation, est identique à la première extrémité 18. En ce qui concerne chaque section d'enveloppe 12 et 14, une bride 20 se trouve à la première extrémité 18, et cette bride 20 comporte une multiplicité de trous 22 pour goujons, qui y sont ménagés. La première section d'enveloppe 12 est soudée à la deuxième section d'enveloppe 14, et au moins certains des trous 22 pour goujons de la bride 20 de la première section d'enveloppe sont alignés avec les trous correspondants 22 pour goujons de la bride 20 de la deuxième section d'enveloppe. La distance "A" entre la bride 20 de la première section d'enveloppe et la bride 20 de la deuxième section d'enveloppe permet que l'on vérifie la soudure 24 en utilisant un matériel et des techniques bien connus. Une première extrémité 18 de chaque section d'enveloppe 12 et 14 a un rayon Rmc et un corps principal 16 ayant un rayon Rn. Le rayon Rmc est plus grand que le rayon Rn. La bride 20 se trouve à l'interface 26 entre un corps principal 16 et une extrémité 18. La bride 20 comporte une première surface 28 et une deuxième surface 30. La deuxième surface 30 de la bride a une longueur B1 et le première surface 28 de la bride a une longueur B2. La longueur B2 de la première surface de la bride est plus grande que la longueur B 1 de la deuxième surface de la bride. On fait en sorte que la longueur E de bras de levier entre l'axe de la paroi de l'extrémité 18 et le bord le plus près d'un trou 22 pour goujon soit minimale pour réduire le moment de flexion (M1) dans l'extrémité 18. De plus, la paroi de l'extrémité 18 a une épaisseur C1 et la paroi du corps principal 16 a une épaisseur C2. L'épaisseur C2 de la paroi est-plus grande que l'épaisseur C1 de la paroi. Comme expliqué ci-dessus, la première section d'enveloppe 12 est soudée à la deuxième section d'enveloppe 16. Pendant la durée de vie du réacteur, et du fait que la distance A entre la bride 20 de la première section d'enveloppe et la bride 20 de la deuxième section d'enveloppe permet une vérification de la soudure circonférencielle 24 entre les sections d'enveloppe 12 et 14, on peut facilement vérifier la soudure 24 en utilisant un matériel et des techniques bien connus. La figure 1B est une vue en élévation d'un goujon 32 réalisé selon un des modes de réalisation de la présente invention. En particulier, le goujon 32 comporte une section tige et des première et deuxième sections d'extrémité filetées 36 et 38. La section tige 34 a un diamètre D1 et les sections d'extrémité filetées 36 et 38 ont un diamètre D2. Le diamètre D1 est plus petit que le diamètre D2. Des écrous 40 sont représentés vissés sur les sections d'extrémité filetées 36 et 38. Dans le cas où l'on détecte le début d'un FCCIG dans une soudure 24, alors on insère les goujons 32 dans les trous alignés 22 pour boulons de la bride 20 de la première section d'enveloppe et dans les trous alignés 22 de la bride 20 de deuxième section d'enveloppe. On visse les écrous 40 sur les sections d'extrémité 36 et 38 puis on les serre à refus contre les brides respectives 20. La figure 2 est une vue en coupe d'une partie de la section d'enveloppe 12 représentée sur la figure 1A. Une fois que les goujons 32 ont été disposés dans les trous 22 et ont été serrés à refus contre les brides 20, une force de précontrainte Fi crée une force de réaction R1 et des moments de flexion de réaction M1 et M2 dans la section d'enveloppe 12. Pour que la contrainte de flexion dans la section d'enveloppe 12 soit minimale, on minimise le moment de flexion M1 dans l'extrémité 18 en minimisant la longueur E de bras de levier (figure 1A). Du fait que le moment M1 est fonction de la force de précontrainte Fi et de la longueur E de bras de levier une diminution de la longueur E de bras de levier minimise le moment de flexion M1 et la contrainte de flexion dans l'extrémité 18. La minimisation de la distance E est limitée par l'espace libre nécessaire entre le goujon 32 et la section d'enveloppe 12. De plus, et comme expliqué ci-dessus, le rayon Rmc est plus grand que le rayon Rn. Ce rayon Rmc plus grand crée un décalage 26, ce qui est mis en évidence par la longueur de surface plus grande B2 en comparaison de la longueur de surface B1 (Figure 1A). Une plus grande longueur B2 permet d'utiliser une rondelle plus grande avec le goujon 32, ce qui a pour résultat que la force de précontrainte Fi est répartie plus près du plan médian de l'extrémité 18. De plus, du fait que l'épaisseur C2 est plus grande que l'épaisseur d'enveloppe nominale C1, la contrainte de flexion d'enveloppe se trouve minimisée. En outre, et en ce qui concerne le goujon 32, du fait que la section tige 34 a un diamètre D1 qui est plus petit que le diamètre D2 des sections filetées 36 et 38, les contraintes de flexion dans les sections filetées 36 et 38 se trouvent réduites par suite de la flexibilité accrue de la section de tige 34. Cette réduction de la contrainte de flexion dans les sections filetées 36 et 38 améliore la résistance à la fatigue des goujons 32 étant donné qu'un facteur de concentration de contraintes de fatigue relativement élevée est associé aux filetages 36 et 38 des goujons. D'une façon plus générale, cette structure de goujon 32 redistribue les contraintes de flexion vers la région 34 où le facteur de concentration de contrainte de fatigue est relativement faible. La figure 3 est une vue de dessus d'une partie, s'étendant sur 1800, de la section d'enveloppe 12 représentée sur la figure 1. Afin que le bride 20 ne gêne par les composants internes existants du réacteur, la bride 20 comprend des régions échancrées 42. Les sections d'enveloppe 12 et 14 peuvent être utilisées dans de nombreux réacteurs différents qui sont inclus dans les réacteurs nucléaires évolués conçus par la firme General Electric Company. De plus, et d'une façon plus générale, la structure des sections d'enveloppe 12 et 14 peut être utilisée dans n'importe quelle application où deux cylindres sont raccordés d'une façon similaire. Les sections d'enveloppe 12 et 14 et les goujons 32 décrits ci-dessus minimisent les contraintes de flexion et satisfont aux critères de contraintes requis. De plus, et avant l'utilisation des goujons 32, cette structure permet de vérifier la soudure 24 à l'aide des techniques connues, telles que l'essai aux ultrasons. En outre, les brides 20 ne gênent pas le matériel existant se trouvant dans le réacteur. On pense que cette structure a aussi une durée de vie suffisamment longue pour que le réacteur puisse remplir sa fonction pendant toute la durée de vie pour laquelle il a été conçu. On voit, d'après la description précédente de la présente invention que les objectifs de cette invention sont atteints. Il va de soi que cette description n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Enveloppe (10) destinée à être placée à l'intérieur d'une cuve sous pression d'un réacteur nucléaire pour limiter le déplacement latéral des assemblages combustibles, ladite enveloppe (10) étant caractérisée en ce qu'elle comprend: une première section d'enveloppe (12) comprenant un corps principal (16) sensiblement cylindrique, ayant un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur de la cuve sous pression du réacteur et comprenant une première extrémité (18) et une deuxième extrémité ainsi qu'une bride (20), située à ladite première extrémité (18) de corps principal, ladite bride (20) comportant une multiplicité de trous (22) pour goujons, qui y sont ménagés; et une deuxième section d'enveloppe (14) comprenant un corps principal (16) sensiblement cylindrique, ayant un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur de la cuve sous pression du réacteur et comprenant une première extrémité (18) et une deuxième extrémité ainsi qu'une bride (20) située à ladite première extrémité (18) du corps principal, ladite bride (20) comportant une multiplicité de trous (22) pour boulons qui y sont ménagés. 2. Enveloppe (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite bride (20) de la première section d'enveloppe comprend une multiplicité de régions échancrées (42) qui y sont ménagées. 3. Enveloppe (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit corps principal (16) de la première section d'enveloppe comprend, en outre, un partie de corps centrale, ladite première extrémité (18) de corps principal de la première section d'enveloppe ayant un rayon Rmc, mesuré depuis l'axe de la cuve jusqu'au centre de la paroi de ladite première extrémité (18) de corps principal, et ladite partie de corps centrale de la première section d'enveloppe ayant un rayon Rn, mesuré depuis l'axe de la cuve jusqu'au centre de la paroi de ladite partie de corps centrale, ledit rayon Rmc étant plus grand que ledit rayon Rn. 4. Enveloppe (10) selon la revendication 3, caractérisée en ce que ladite bride (20) de la première section d'enveloppe est située à l'interface (26) entre ladite partie de corps centrale et ladite première extrémité (18), ladite bride (20) de la première section d'enveloppe ayant une première surface (28) et une deuxième surface (30), ladite deuxième surface (30) de ladite bride (20) de la première section d'enveloppe ayant une longueur de surface B 1 et ladite première surface (28) de ladite bride (20) de la première section d'enveloppe ayant une longueur de surface B2, ladite longueur de surface B2 étant plus grande que ladite longueur de surface B1. 5. Enveloppe (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu une partie dudit corps principal (16) de la première section d'enveloppe a une épaisseur de paroi C1 et qu'une autre partie dudit corps principal (16) de la première section d'enveloppe a une épaisseur de paroi C2, ladite épaisseur de paroi C2 étant plus grande que ladite épaisseur de paroi C1. 6. Enveloppe (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite bride (20) de la deuxième section d'enveloppe comprend une multiplicité de régions échancrées (42), ledit corps principal (16) de la deuxième section d'enveloppe comprenant, en outre, une partie de corps centrale, ladite première extrémité (18) de la deuxième section d'enveloppe ayant un rayon Rmc, mesuré depuis l'axe de la cuve jusqu'au centre de la paroi de ladite première extrémité (18) de corps principal, et ladite partie de corps centrale de la deuxième section d'enveloppe ayant un rayon Rn, mesuré depuis l'axe de la cuve jusqu'au centre de la paroi de ladite partie de corps centrale, ledit rayon Rmc étant plus grand que ledit rayon Rn, ladite deuxième bride (20) de la deuxième section d'enveloppe étant située à une interface (26) entre ladite partie de corps centrale et ladite première extrémité (18), ladite bride (20) de la deuxième section d'enveloppe ayant une première surface (28) et une deuxième surface (30), ladite deuxième surface (30) de ladite bride (20) de la deuxième section d'enveloppe ayant une longueur de surface B 1 et ladite première surface (28) de la bride (20) de la deuxième section d'enveloppe ayant une longueur de surface B2, ladite longueur de surface B2 étant plus grande que ladite longueur de surface B1, une partie dudit corps principal (16) de la deuxième section d'enveloppe ayant une épaisseur de paroi C1 et une autre partie dudit corps principal (16) de deuxième section d'enveloppe ayant une épaisseur de paroi C2, ladite épaisseur de paroi C2 étant plus grande que ladite épaisseur de paroi C1. 7. Enveloppe (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins certains desdits trous (22) pour goujons de ladite bride (20) de la première section d'enveloppe sont alignés avec des trous respectifs (22) pour gouj ons de ladite bride (20) de la deuxième section d'enveloppe. 8. Enveloppe (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite première section d'enveloppe (12) est soudée à ladite deuxième section d'enveloppe (14), et la distance A entre ladite bride (20) de la première section d'enveloppe et ladite bride (20) de la deuxième section d'enveloppe (20) permet l'inspection de ladite soudure (24). 9. Enveloppe (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la longueur E de bras de levier depuis l'axe de la paroi de partie d'extrémité dudit corps principal (16) de la première section d'enveloppe, au voisinage de la dite première extrémité (18) de corps principal de la première section d'enveloppe, jusqu'à un bord situé le plus près d'au moins un desdits trous (22) pour goujons de ladite bride (20) de la première section d'enveloppe est choisi de manière à réduire le moment de flexion (M1) de ladite partie d'extrémité de corps principal de la première section d'enveloppe. 10. Enveloppe (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un goujon (32) s'étendant à travers un trou (22) pour goujon ménagé dans la bride (20) de la première section d'enveloppe et un trou (22) pour goujon ménagé dans ladite bride (20) de la deuxième section d'enveloppe, ledit goujon (32) comprenant une section tige (34) et des sections d'extrémité filetées (36 et 38).