Brevet FR2786019A1 — publié le 20000519

Domaine Technique L'invention concerne un dispositif de calage permettant d'assurer le maintien en position d'un contenant par rapport à un environnement constitué d'une enceinte en béton éventuellement revtue d'une peau métallique, inox. Elle trouve une application directe dans l'industrie de production d'électricité nucléaire. Techniques antérieures A l'intérieur du bâtiment combustible d'une centrale nucléaire, le combustible est regroupé dans des éléments combustibles appelés"assemblages", l'ensemble de ces assemblages étant plongé dans une enceinte appelée"piscine". Pendant toute la durée de l'opération de rechargement du coeur du réacteur ou pendant toute la phase de désactivation des combustibles usagés, les éléments combustibles ou assemblages sont stockés verticalement sous eau dans un caisson de stockage comprenant une pluralité d'alvéoles disposés dans la piscine du bâtiment combustible. On conçoit qu'il est extrmement important, lors d'un séisme, d'éviter que le caisson de stockage ne vienne heurter violemment, compte tenu des masses et des accélérations considérées, l'enceinte de la piscine pouvant entraîner le déchirement ou le poinçonnement de son revtement avec pour conséquence immédiate, et alors imparable, la rupture de l'intégrité du confinement. Pour résoudre ce problème, on a proposé d'équiper la piscine de dispositifs amortisseurs disposés entre sa paroi et le caisson de stockage. Ces amortisseurs qui travaillent en milieu hostile doivent tre fiables et ne nécessiter aucun entretien afin d'éviter les interventions. Un dispositif amortisseur de ce type est constitué d'un ensemble mécanique, faisant office d'entretoise entre la paroi de piscine et le caisson de stockage, dont la fonction amortisseur est assurée par la combinaison de deux chambres hydrauliques reliées par un orifice calibré. Lors d'un séisme, une paroi de la première chambre se déforme entraînant une diminution du volume hydraulique. Le liquide qu'elle contient migre à travers l'orifice de liaison dans la deuxième chambre qui se déforme sous l'effet de l'afflux de liquide absorbant ainsi l'énergie avec le déphasage induit par le système. Avec tous les dispositifs existants, il est nécessaire de prévoir un jeu mécanique entre les parois du caisson de stockage et les murs de piscines, et l'amortisseur, équivalent aux dilatations des caissons observées lors des variations de température, qui sont de l'ordre du centimètre. Lorsqu'un séisme se produit, l'enceinte subit une accélération et se déplace relativement au caisson de stockage. Ainsi, l'énergie cinétique des alvéoles s'accroît jusqu'à ce qu'ils viennent heurter les dispositifs amortisseurs. En d'autres termes, l'énergie du choc est d'autant plus élevée que le jeu est important. Ainsi, les dispositifs amortisseurs doivent tre surdimensionnés pour résister aux efforts qui leur sont appliqués, sous peine de ne pas assurer proprement leur fonction, et de voir le caisson de stockage et les assemblages se déformer lors d'un séisme, voire les parois à subir des impacts imprévus et destructeurs. Un premier problème que se propose de résoudre l'invention est celui d'assurer un blocage quasi immédiat du caisson de stockage par rapport à l'enceinte pour éviter que celui-ci n'acquiert de l'énergie cinétique lors des impulsions sismiques, tout en autorisant les mouvements consécutifs à la dilatation des alvéoles de stockage. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif de calage destiné à tre interposé entre d'une part, un caisson de stockage comportant une pluralité d'alvéoles recevant les éléments combustibles, et d'autre part, la paroi verticale de la piscine de désactivation. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte : -une première partie apte à se déformer sous l'effet d'une force dirigée de la paroi de l'enceinte vers le caisson de stockage, et d'intensité supérieure à une valeur prédéterminée ; -une seconde partie apte à se déformer élastiquement sous l'effet d'une force d'intensité inférieure à ladite valeur prédéterminée ; -des moyens de blocage aptes à empcher la déformation élastique de ladite seconde partie lorsque cette dernière est soumise à une force d'intensité supérieure à ladite valeur prédéterminée. Autrement dit, le dispositif conforme à l'invention assure le calage du caisson de stockage par rapport à la paroi sans aucun jeu, la partie élastique se déformant en suivant les variations de dimensions des alvéoles dues aux phénomènes de dilatation. Lorsque les efforts exercés en direction du caisson de stockage sont trop importants, par exemple dans le cas d'un séisme, la partie élastique du dispositif conforme à l'invention se bloque quasi immédiatement pour que les efforts soient exercés sur la partie déformable de l'ensemble. En d'autres termes, le dispositif conforme à l'invention exerce l'effet d'absorption d'énergie dès que le caisson de stockage subit par rapport à l'enceinte une accélération au-delà d'un certain seuil, sans attendre que le caisson ait acquis une énergie cinétique trop importante. De la sorte, la partie du dispositif qui absorbe l'énergie est dimensionnée de façon optimale. Dans une forme de réalisation pratique, la première partie du dispositif conforme à l'invention, destinée à se déformer, est composée de deux chambres déformables communiquant par un capillaire, la déformation de la première des chambres engendrant le reflux du liquide la remplissant dans la seconde chambre de manière à en provoquer la déformation par la pression induite. Dans une variante de réalisation, une telle partie peut tre également constituée d'un bloc en matériau élastomérique. En pratique, la seconde partie du dispositif conforme à l'invention, apte à se déformer élastiquement, comporte : -une portion sensiblement cylindrique solidaire de la première ; -un élément mobile solidaire soit du caisson de stockage, soit de la paroi verticale de l'enceinte, et apte à se déplacer de ladite portion cylindrique ; -un organe élastique interposé entre ladite portion cylindrique et ledit élément mobile. Pour résoudre le problème de la mise en place du dispositif de calage, et une bonne résistance aux efforts de dilatation, l'organe élastique peut présenter une raideur croissante avec l'intensité de la force qui lui est appliquée. Ainsi, la raideur peut présenter une valeur faible pour les efforts correspondant à la mise en place du dispositif entre le caisson de stockage et la paroi, tandis que cette raideur est plus élevée pour s'opposer aux efforts observés lors des phénomènes de dilatation, et ainsi éviter que la course globale soit trop importante. En pratique, l'organe élastique peut tre constitué d'une pluralité de rondelles coniques, ou communément appelées rondelles"Belleville"choisies spécifiquement pour l'utilisation envisagée. Dans le cas où la raideur de l'organe élastique est variable, cet organe élastique peut comporter des rondelles "Belleville"différentes. Les moyens de blocage de la partie élastique du dispositif peuvent fonctionner soit de façon hydraulique, soit de façon mécanique. Dans une version hydraulique, la fonction blocage est assurée par l'insuffisance de débit d'un jeu de fonctionnement ou d'un capillaire entre la portion cylindrique et l'élément mobile formant piston. La"fuite"générée par le jeu de fonctionnement ou le capillaire est suffisante pour absorber les mouvements lents générés par les effets de dilatation, mais ne permet pas d'assurer les transferts hydrauliques importants et instantanés provoqués par une brutale accélération d'origine sismique. Dans une variante mécanique, les moyens de blocage comportent une ou plusieurs pièces disposées entre le cylindre et une tige formant prolongement dudit élément mobile, lesdites pièces agissant comme des coins pour assurer par coincement, le blocage de ladite tige par rapport à ladite portion cylindrique lorsque les forces exercées sur l'élément mobile ont une valeur supérieure à ladite valeur prédéterminée. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles : La figure 1 est une vue en coupe générale d'une piscine d'une centrale nucléaire incluant un caisson de stockage. La figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif conforme à l'invention, dans laquelle les moyens de blocage fonctionnent mécaniquement. La figure 3 est une vue de détail illustrant les moyens de blocage de la figure 2. La figure 4 est une vue de détail illustrant une variante de réalisation des moyens de blocage. La figure 5 est une vue de détail illustrant les moyens de blocage réalisés selon une variante hydraulique de fonctionnement. Manière de réaliser l'invention Comme déjà dit, l'invention concerne un dispositif de calage utilisé dans la piscine de stockage du réacteur d'une centrale nucléaire. Ainsi, comme illustré à la figure 1, le stockage du combustible s'effectue dans une enceinte (1) communément appelée"piscine"remplie d'eau, et à l'intérieur de laquelle est installé le caisson de stockage (2) comportant des alvéoles (3) renfermant les assemblages (7) de combustible nucléaire, généralement disposé sous forme de crayons. Ces assemblages (7) mesurent plusieurs mètres de haut, typiquement 4 mètres, et présentent une section carrée. Tous ces assemblages (7) sont posés sur le fond du caisson de stockage (2). L'objectif de l'invention est d'assurer un calage horizontal de ces assemblages (7) pour éviter, lors de séismes notamment, que le caisson de stockage (2) ne vient heurter les parois verticales (4) de l'enceinte (1), ce qui pourrait causer des fissures dans cette enceinte, et/ou le bris des assemblages, rendant les opérations de récupération longues, coûteuses et voire dangereuses. Ainsi, conformément à l'invention, le caisson (2) est relié, à proximité de ses extrémités hautes (5) et basses (6), à la paroi verticale (4) au moyen de dispositifs de calage (8) conformes à l'invention. Comme déjà dit, le dispositif (8) conforme à l'invention comporte une première partie (10) apte à se déformer sous l'effet d'une force de grande intensité, pour absorber l'énergie cinétique du caisson (2) subissant une accélération par rapport à l'enceinte lors d'un séisme par exemple. La figure 2 illustre un exemple de réalisation d'un tel dispositif. Ainsi, cette première partie (10) absorbant l'énergie comprend deux chambres (11,12) ou capacités déformables, reliées par un capillaire (13). La première chambre (11) présente une paroi (14) déformable sous l'action d'une force exercée du caisson (2) vers la paroi de l'enceinte. Ainsi, cette chambre (11) présente une face de très larges dimensions comparativement à la profondeur de la chambre. La deuxième chambre (12) de l'élément absorbeur d'énergie (10) est sensiblement cylindrique, et présente une face (15) opposée à la première chambre (11) qui est réalisée en un matériau apte à se déformer. Les deux chambres sont reliées par un capillaire conique (13) s'évasant dans la seconde chambre (12). Les deux chambres présentent des orifices de remplissage obturés en fonctionnement. Lorsque la première chambre (11) est en appui contre la paroi verticale (4) de l'enceinte du réacteur, le fonctionnement de cet élément amortisseur est le suivant. Lorsque un effort de forte intensité est exercé via le pourtour (18) de la deuxième chambre (12) sur la face (14) de la première chambre (11), cette face (14) se déforme en s'enfonçant. Il s'ensuit que le liquide compris dans la première chambre (11) reflue à l'intérieur de la seconde chambre (12) à travers le capillaire de communication (13). La pression à l'intérieur de la seconde chambre (12) s'accroît donc fortement, ce qui provoque la déformation par cintrage de la plaque (15) formant la face de la seconde chambre. Le mouvement du fluide à travers le capillaire (13) ainsi que la déformation de la plaque (15) de la seconde chambre (12) absorbe une partie de l'énergie cinétique du caisson qui a provoqué la déformation de la première chambre (11). Comme déjà dit, la partie (10) du dispositif conforme à l'invention, apte à se déformer pour absorber l'énergie, est connectée à une seconde partie (20) apte à se déformer élastiquement sous l'effet de forces de faible intensité. Première manière de réaliser l'invention Comme illustré à la figure 2, cette seconde partie (20) comporte une portion sensiblement cylindrique (21) directement reliée à la seconde chambre (12) de la partie déformable (10) absorbeur d'énergie. Cette partie cylindrique (21) s'étend jusqu'à proximité de l'alvéole (2). Cette partie cylindrique (21) est ouverte en direction de l'alvéole, et reçoit à cette extrémité un élément mobile (23) formé d'un disque venant au contact du caisson (2) ou d'un élément de solidarisation à ce caisson (non représenté). Ce disque (23) est associé à une tige (24) qui s'étend en direction de l'enceinte. Sur la tige (24), et au contact du disque (23), est enfilé un ensemble de rondelles"Belleville" (25-29) destinées à former ressort. Dans la variante illustrée, cet empilement comporte plusieurs séries de rondelles"Belleville"de caractéristiques mécaniques différentes, chacune séparées par un joint (30,31). Ainsi, les premières rondelles (25,26) présentent une épaisseur moindre que celle des deux autres jeux (27-29), ainsi qu'un diamètre supérieur. De la sorte, ce premier étage de rondelles (25-26) présente une raideur inférieure aux deux autres étages (27,28 ; 29). Ce seront donc les premières à se déformer sous de relativement faibles efforts correspondant à la mise en place du dispositif entre l'alvéole (2) et la peau de la piscine. Le premier étage de rondelles"Belleville" (25,26) est séparé du second (27, 28) par un anneau (30) présentant une forme de révolution de section rectangulaire prolongé par une butée (33) de maintien de la périphérie des rondelles"Belleville". Le second étage de l'organe élastique (20) comprend deux rondelles (27,28) plus épaisses que celles du premier étage, et disposées tte-bche. Le troisième étage quant à lui, présente une raideur encore supérieure car les trois rondelles (29) qui le composent, bien que d'épaisseur égale à celle du deuxième étage, ont leur conicité orientée dans le mme sens. Le troisième étage de rondelles (29) s'appuie sur une couronne (40) qui constitue le point mobile pour l'organe élastique, et qui intervient dans le système d'autoblocage. Cette couronne (40) se compose d'une première partie cylindrique (41) apte à coulisser autour de la tige (24). A son niveau médian, cette couronne (40) s'élargit pour venir au contact de la périphérie intérieure du cylindre (21). Cette partie médiane (43) présente une surface (42) orientée vers l'organe élastique pour en supporter l'appui. La partie médiane (43) se prolonge en direction de la paroi (4) de l'enceinte par deux portions cylindriques concentriques (45,46). Dans la forme de réalisation illustrée à la figure 3, la portion cylindrique (45) la plus extérieure est destinée à venir au contact d'un épaulement (48) réalisé à l'intérieur du cylindre fixe (21). La portion cylindrique interne (46) présente un profil incliné (49) pour venir au contact d'un ensemble de billes (50) emprisonnées autour de la tige (24). Ces billes (50) viennent au contact d'un cône (51) réalisé sur la surface intérieure du cylindre fixe (21). Les billes (50) et le profil incliné (49) de la portion cylindrique interne (46) pourraient tre remplacés dans une variante illustrée à la figure 4 par un coin conique (70) venant au contact d'une part, de la tige (24), et d'autre part, du cône d'ouverture (51) du cylindre fixe (21). Pour améliorer les qualités du frottement entre la tige (24) et la coin (70), la face (72) du coin (70) qui vient au contact de la tige (24) peut avantageusement tre crantée. On peut régler le seuil d'intensité de la force au-delà de laquelle se produit le blocage par l'intermédiaire du ressort (75) interposé entre le coin (70) et la couronne (40). Le fonctionnement du dispositif est le suivant. Pour les manoeuvres de mise en place, des efforts de relativement faible intensité sont exercés sur le cylindre (21) alors que le disque (23) de la partie élastique (20) est solidaire du caisson (2). Ces efforts sont transmis par l'épaulement (48) jusqu'à la couronne (40). A ce niveau d'efforts, la bille (50) glisse sur la tige (24). Il s'ensuit que l'organe élastique est comprimé, en commençant par le premier étage de rondelles (25,26) présentant la raideur la plus faible, par exemple au voisinage de 75 daN/mm. Le fonctionnement est le mme lorsque, le dispositif étant en place, il subit les accélérations limitées consécutives à la dilatation des assemblages et du caisson (2), à la différence que les deuxième (27,28) et troisième (29) jeux de rondelles sont alors déformés. Dans le cas d'efforts de faible intensité, la tige (24) coulisse donc à l'intérieur de la partie cylindrique (41) de la couronne (40) qui est maintenue fixe par rapport au cylindre extérieur (21). Dans le cas d'efforts plus importants, par exemple observés lors d'un séisme et typiquement de 30 à 350 tonnes, les forces mises en jeu font que la bille (50), ou le coin équivalent, plaquent la couronne (40) sur la tige (24), au niveau du profil incliné (49), et empchent le coulissement de la tige (24) par rapport à la couronne (40). Il s'ensuit que les efforts exercés sur le disque (23) se transmettent par la tige (24) du cylindre (21) directement jusqu'au disque (23). Par réaction, un effort est exercé sur l'élément absorbeur d'énergie (10) qui se déforme comme expliqué ci-avant. Ainsi, dès que l'accélération dépasse un seuil déterminé par la géométrie et les caractéristiques de frottement des matériaux employés, l'organe élastique (20) ne remplit plus sa fonction et est inhibé. Il assure à ce moment uniquement la transmission des efforts vers la partie déformable destinée à absorber de l'énergie. Dans le cas de séisme les accélérations observées peuvent atteindre 2 g. Dans ce cas, on peut choisir de fixer le seuil de déclenchement au voisinage de 0,5 g. On observe que ce blocage intervient quasi immédiatement sans que le caisson n'ait le temps d'atteindre une vitesse par rapport à l'encontre correspondant à un niveau d'énergie cinétique difficile à dissiper. Comme on le voit également à la figure 3, l'espace situé entre les deux portions cylindriques concentriques de la couronne contient un mécanisme permettant de repousser la bille en direction du cône d'ouverture permettant de régler le seuil de blocage en fonction du spectre sismique. Par ailleurs, comme également illustré à la figure 3, la couronne (40) présente une portion supplémentaire (55) évitant le déplacement inopiné des billes lors du montage du dispositif. Cette partie supplémentaire (55) peut ne pas faire partie intégrante de la couronne (40) mais tre rapportée et rendue solidaire de la tige (24). Deuxième manière de réaliser 1'invention Comme déjà dit, le système de blocage immédiat au-delà d'un effort peut fonctionner selon un principe hydraulique, comme illustré à la figure 4. En effet, l'ensemble du dispositif est immergé dans l'eau remplissant la piscine du bâtiment combustible. L'ensemble des rondelles"Belleville" (25-29) baigne donc dans ce liquide. Dans ce cas, l'organe élastique prend directement appui sur un épaulement (60) réalisé dans le cylindre fixe (21). Le volume (62) correspondant à l'espace occupé par l'organe élastique communique avec l'extérieur du dispositif par un jeu périphérique (63) situé à l'interface entre le disque (23) et le cylindre fixe (21). Ce jeu (63) est calibré pour que le débit qu'il autorise ne dépasse pas une valeur maximum. Ainsi, en-dessous d'une vitesse donnée, le flux s'écoulant à travers ce jeu (63) reste laminaire, et le liquide s'évacue du volume au fur et à mesure que le disque (23) pénètre dans le cylindre fixe (21) et que l'organe élastique (25-29) se comprime. Au-delà d'une certaine accélération, la perte de charge dans le jeu (63) devient trop importante, et le débit ne dépasse pas une certaine valeur donnée. Le liquide emplissant le volume (62) étant incompressible, les efforts sont alors directement exercés depuis le disque (23) sur le cylindre fixe (21). De la sorte, le cylindre fixe (21) transmet les efforts exercés jusqu'à l'élément absorbeur d'énergie (10) qui se déforme en dissipant l'énergie cinétique de l'assemblage. Bien évidemment, de nombreuses variantes permettent d'obtenir un résultat équivalent, comme par exemple l'utilisation d'un organe élastique différent de celui illustré, et constitué de plusieurs ressorts de raideur appropriée. Il ressort de ce qui précède que le dispositif de calage conforme à l'invention présente de multiples avantages, dont notamment : -un calage efficace et un amortissement quasi immédiat des mouvements des alvéoles ; -une possibilité de réglage de la raideur pour tenir compte des différents efforts lors de la mise en place, et par les phénomènes de dilatation ; -une absence de maintenance, dès lors que les matériaux utilisés résistent aux conditions spécifiques de l'industrie nucléaire ; -une adaptabilité à tous types de calage. Il va de soi que le principe décrit dans son application à l'industrie nucléaire peut trouver également avantage dans d'autres applications, dès lors qu'il est nécessaire de compenser un jeu nécessaire pour s'adapter aux variations de dimensions, tout en assurant un amortissement immédiat en cas d'efforts dépassant un seuil déterminé. REVENDICATIONS 1/Dispositif de calage (8) destiné à tre interposé entre d'une part, un caisson de stockage (2) comportant une pluralité d'alvéoles (3) aptes à recevoir des éléments combustibles (7) et d'autre part, la paroi verticale (4) de la piscine de désactivation du bâtiment combustible d'une centrale nucléaire, caractérisé en ce qu'il comporte : -une première partie apte (10) à se déformer sous l'effet d'une force dirigée de la paroi de l'enceinte (4) vers le caisson (2), et d'intensité supérieure à une valeur prédéterminée ; -une seconde partie (20) apte à se déformer élastiquement sous l'effet d'une force d'intensité inférieure à ladite valeur prédéterminée ; -des moyens de blocage (40) aptes à empcher la déformation élastique de ladite seconde partie (20) lorsque cette dernière est soumise à une force d'intensité supérieure à ladite valeur prédéterminée. 2/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie est constituée d'un bloc en matériau élastomérique. 3/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie (10) est composée de deux chambres déformables (11,12) communiquant par une ouverture (13), la déformation de la première (11) des chambres engendrant le reflux du liquide la remplissant dans la seconde chambre (12) de manière à en provoquer la déformation. 4/Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde partie (20) comporte : -une portion (21) sensiblement cylindrique solidaire de la première partie ; -un élément mobile (23) solidaire soit du caisson (2), soit de la paroi verticale (4) de l'enceinte, et apte à se déplacer à l'intérieur de ladite portion cylindrique (21) ; -un organe élastique (25-29) interposé entre ladite portion cylindrique (21) et ledit élément mobile (23). 5/Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe élastique (2529) présente une raideur croissante avec l'intensité de la force qui lui est appliquée. 6/Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe élastique comporte une pluralité de rondelles coniques (25-29). 7/Dispositif selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe élastique comporte des rondelles coniques différentes (25-29). 8/Dispositif selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que les moyens de blocage sont constitués par un jeu (63) séparant ladite portion cylindrique (21) et ledit élément mobile (23) formant piston, ledit jeu (63) étant calibré pour permettre l'écoulement du liquide contenu à l'intérieur (62) dudit cylindre (61) vers l'enceinte, avec un débit maximal. 9/Dispositif selon les revendications 1 et 4, caractérisé en ce que en ce que les moyens de blocage comportent une ou plusieurs pièces (40) disposées entre le cylindre (21) et une tige (21) formant prolongement dudit élément mobile (23), lesdites pièces agissant comme des coins pour assurer par frottement, le blocage de ladite tige (24) par rapport à ladite portion cylindrique (21) lorsque les forces exercées sur l'élément mobile (23) ont une intensité supérieure à ladite valeur prédéterminée.