Brevet FR2890148A1 — publié le 20070302

RACCORD DEFORMABLE POUR MODULES DE CREPINES DE SYSTEME DE REFROIDISSEMENT DE SECOURS POUR REACTEUR NUCLEAIRE La présente invention est relative à un raccord déformable pour raccorder des modules de crépines adjacents et, en particulier, à un raccord déformable pour modules de crépines d'aspiration dans un système de refroidissement de secours du coeur (CRSC) dans un réacteur nucléaire afin d'absorber une différence de dilatation thermique et un défaut d'alignement entre des modules de crépines adjacents tout en empêchant la création de charges à l'interface entre les modules. Les systèmes de refroidissement d'urgence du coeur dans une centrale nucléaire, par exemple un réacteur à eau pressurisée (PWR) utilisent des modules de crépines d'aspiration pour filtrer l'eau chargée de débris qui s'est écoulée depuis une cuve de réacteur en cas d'accident de perte de réfrigérant primaire (APRP). Un accident de perte de réfrigérant peut comporter un jaillissement très puissant de vapeur, d'eau, de gaz et autre, créant un ou plusieurs jets à haute pression. Ces jets frappent des zones adjacentes, par exemple l'isolation de tuyauterie, ce qu'on appelle une "zone d'influence". Les débris produits par l'accident de perte de réfrigérant risquent normalement d'être entraînés jusqu'à un niveau inférieur dans le réacteur, où s'accumule l'eau. Comme l'eau est utilisée dans l'enceinte de confinement et est remise dans le circuit, l'eau chargée de débris, par exemple, de l'isolant, des étiquettes, des débris de peinture, etc. doit être filtrée avant que l'eau ne puisse être remise dans le circuit. Ainsi, un ou plusieurs modules de crépines sont ordinairement disposés dans la zone d'accumulation d'eau pour séparer par filtrage de l'eau, des particules dépassant une dimension prédéterminée, par exemple des particules mesurant plus de 2,5 mm (0,1"). Le ou les modules de crépines comprennent ordinairement de multiples disques dans chaque module. Chaque disque comporte une paire de plaques perforées espacées, des nervures entre celles-ci définissant des passages d'écoulement qui dirigent l'eau filtrée d'une façon globalement radiale vers l'intérieur jusque dans une tuyauterie, par exemple un tuyau central passant à travers le module. L'eau filtrée est amenée à passer des modules jusqu'à une entrée d'aspiration dans une zone d'un puisard pour revenir dans l'enceinte de confinement. Ordinairement, une série de modules sont mis en place et utilisent, pour raccorder les modules les uns aux autres, des raccords de tuyauterie à brides assemblées par des boulons. De tels raccords assurent, d'un module à l'autre, un trajet d'écoulement du type pour fuites continues. Cependant, ce type de raccordement n'est pas idéal. Par exemple, les brides de tuyau dans les cotes concernées, de l'ordre de 305 à 610 mm (12 à 24") ont tendance à être très lourdes, ce qui complique l'installation et crée de forts surcoûts si elles sont fabriquées aux normes de qualité nucléaire. La rigidité des raccords à brides boulonnées nécessite que les modules correspondants soient parfaitement alignés les uns avec les autres pour obtenir le contact métal-métal requis et l'étanchéité voulue au niveau des faces des brides. En raison des dimensions et de la rigidité des modules et de tolérances de fabrication, cela n'est pas facilement réalisé dans une application donnée. Par ailleurs, du fait de la rigidité des raccords à brides boulonnées dans les modules eux-mêmes, il y a peu de souplesse sur l'axe des modules de crépines pour absorber la différence de dilatation thermique et/ou le défaut d'alignement entre des modules de crépines adjacents. Ainsi, des contraintes thermiques et/ou d'isolation sont induites dans le matériel correspondant, ce qui complique la conception des pièces d'ancrage et/ou de support des modules. Outre les raccords à brides de tuyauterie évoqués ci-dessus, des segments de flexibles en fils métalliques tressés ou des agencements de soufflets ont été utilisés dans des applications comparables. Cependant, ces segments de flexibles utilisent encore des raccords à brides boulonnées entre les modules de crépines adjacents bien qu'ils puissent absorber des différences de dilatation et des défauts d'alignement du fait de la souplesse du segment de flexible reliant les brides adjacentes. De la sorte, on a besoin de disposer d'un raccord déformable pour raccorder les uns aux autres des modules de crépines qui absorbent des différences de dilatation thermique et des défaut d'alignement entre les modules tout en empêchant la création de charges à l'interface entre les modules. Selon un aspect de la présente invention, il est proposé un raccord déformable comprenant une paire de modules d'écoulement adjacents comprenant chacun une tuyauterie, un premier module ayant une sortie de tuyauterie et un second module ayant une entrée de tuyauterie espacée par rapport à la sortie de tuyauterie; un manchon de raccordement comportant une entrée adjacente à la sortie de tuyauterie du premier module et une sortie adjacente à l'entrée de tuyauterie du second module; un premier ressort jarretière intercalé entre la sortie de tuyauterie du premier module et l'entrée du manchon, un second ressort jarretière intercalé entre l'entrée de tuyauterie du second module et la sortie du manchon; les ressorts empêchant que des particules dépassant une taille prédéterminée ne pénètrent dans la tuyauterie du second module sans former un joint étanche au fluide respectivement entre le manchon de raccordement et les modules. Selon un autre aspect de la présente invention, il est proposé un système de refroidissement de secours du coeur pour un réacteur nucléaire, comprenant une paire de modules de crépines adjacents sur le passage d'un flux, comprenant chacun une tuyauterie centrale et une pluralité de disques pour séparer par filtrage des débris contenus dans un fluide entourant les modules et dirigeant le fluide filtré jusque dans la tuyauterie centrale des modules, un premier module de la paire de modules ayant une sortie de tuyauterie et un second module de la paire de modules ayant une entrée de tuyauterie espacée par rapport à la sortie de tuyauterie; un raccord déformable entre les deux modules comportant un manchon de raccordement disposé entre la sortie de tuyauterie et l'entrée de tuyauterie pour permettre au fluide filtré de passer du premier module au second module, le manchon de raccordement comportant une entrée adjacente à la sortie de tuyauterie du premier module et une sortie adjacente à l'entrée de tuyauterie du second module; un premier ressort jarretière intercalé entre la sortie de tuyauterie du premier module et l'entrée du manchon, un second ressort jarretière intercalé entre l'entrée de tuyauterie du second module et la sortie du manchon; les ressorts empêchant que des particules dépassant une taille prédéterminée ne pénètrent dans la tuyauterie du second module sans former un joint étanche au fluide respectivement entre le manchon de raccordement et les modules. L'invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins annexés sur lesquels: la Fig. 1 est une vue en perspective d'une paire de crépines d'aspiration destinées à servir dans un système de refroidissement d'urgence du coeur dans un réacteur nucléaire selon la technique antérieure; la Fig. 2 est une vue éclatée en perspective représentant un disque parmi une pluralité de disques perforés portés par chacun des modules pour filtrer l'eau; la Fig. 3 est une vue en coupe transversale illustrant le raccordement selon la technique antérieure à l'aide de brides renforcées entre des modules adjacents; la Fig. 4 est une vue similaire à la Fig. 3, représentant un raccord déformable pour les modules de crépines selon un aspect de la présente invention; et les figures 5 à 8 sont des vues similaires à la Fig. 4, illustrant d'autres formes de réalisation d'un raccord déformable selon la présente invention. Considérant maintenant les figures des dessins, et en particulier la Fig. 1, il y est représenté une paire de modules de crépines d'aspiration pour le passage d'un flux, désignés globalement par le repère 10. Chaque module comprend une pluralité de disques espacés fixés à et s'étendant autour d'un tuyau interne central 14 s'étendant axialement. Chacun des disques 12 comprend, de part et d'autre d'un cadre 20, une paire de plaques 16 et 18 (Fig. 2) constituées d'une pluralité de nervures 22 s'étendant vers l'intérieur depuis le pourtour du cadre 20. Chacune des plaques 16 et 18 comporte une série de perforations 24 pour filtrer de l'eau entrant dans la zone entre les plaques et les nervures 22 pour la laisser pénétrer dans le tuyau central 14. Chaque plaque 16 et 18 comporte une ouverture centrale 26 destinée à recevoir le tuyau central 14, qui passe aussi à travers l'ouverture centrale 28 définie par les extrémités intérieures des nervures 22. Comme illustré sur les figures 2 et 3, l'eau passant par les perforations 24 des plaques 16 et 18 est filtrée et entre dans la tuyauterie centrale 14 par des ouvertures 30 (Fig. 3) ménagées dans la paroi de la tuyauterie 14. Comme expliqué précédemment, les modules 10 sont situés à un niveau inférieur d'un réacteur nucléaire et, en cas d'accident de perte de réfrigérant, de l'eau et des débris risquent d'entrer dans la zone inférieure entourant les modules, l'eau étant filtrée par les plaques perforées pour pénétrer dans la tuyauterie centrale 14 jusqu'à une zone de puisard d'aspiration, non représentée. Ainsi, seule de l'eau filtrée entre dans la tuyauterie centrale 14 pour revenir dans la cuve sous pression du réacteur. Comme illustré sur les figures 1 et 3, la tuyauterie centrale 14 a ordinairement de grandes brides d'entrée et de sortie qui facilitent la fixation de la tuyauterie 14 et des modules 10 les uns aux autres par des boulons. Comme indiqué plus haut, ce type de raccord entre les modules adjacents n'est pas idéal. Considérant maintenant la Fig. 4, il y est représenté une paire de modules similaires, désignés globalement par le repère 10, ayant des disques 42, similaires aux disques 12, espacés les uns des autres autour de la tuyauterie centrale 44. En ce qui concerne la filtration, les modules de la Fig. 4 sont similaires à ceux représentés sur les figures 1 à 3, à l'exception du raccordement entre les modules adjacents. Pour plus de clarté, le sens d'écoulement est indiqué par la flèche F et les modules sont respectivement appelés module amont et module aval. On notera que plus de deux modules peuvent être utilisés et sont de préférence utilisés. Comme illustré sur la Fig. 4, le module amont ou premier module 46 aboutit à une sortie 48 de tuyauterie de premier module et le second module ou module aval 50 comporte une entrée 52 de tuyauterie. On notera que la sortie 48 de tuyauterie du premier module et l'entrée 52 de tuyauterie du second module n'ont pas de brides s'étendant radialement. Pour raccorder les tuyauteries amont et aval, un manchon de raccordement 54, de préférence cylindrique, comporte à des extrémités opposées une paire d'évidements annulaires 56. Des ressorts jarretières 58 sont disposés dans les évidements 56 et sont donc disposés respectivement entre la sortie 48 de la tuyauterie du premier module et l'entrée 60 du manchon de raccordement et entre l'entrée 52 de la tuyauterie du second module et la sortie 62 de la tuyauterie du manchon de raccordement. Le diamètre intérieur à étagement ou évidement du manchon de raccordement 54 aux extrémités opposées crée une section d'écoulement constante entre la tuyauterie 44 des modules adjacents 46 et 50. Les ressorts jarretières 58 sont des ressorts hélicoïdaux travaillant en extension ou en compression, dont les extrémités sont reliées pour permettre aux ressorts 58 de tenir dans un cercle. Comme indiqué précédemment, les ressorts jarretières constituent un joint d'étanchéité efficace pour empêcher des particules dépassant une taille prédéterminée de pénétrer à l'intérieur de la tuyauterie 44, bien qu'ils ne constituent pas des moyens d'étanchéité parfaits. Sur la Fig. 5 est illustré un autre aspect de la présente invention, dans lequel les modules amont et aval 66 et 68 ont respectivement une tuyauterie centrale 70 et 72 de diamètres différents. Comme illustré, la tuyauterie amont 70 a un plus petit diamètre que la tuyauterie aval 72. Pour absorber la différence de diamètres, l'extrémité amont du manchon de raccordement 74 entre les modules 66 et 68 est identique à celle illustrée sur la Fig. 4. Cependant, pour absorber le diamètre plus grand de la tuyauterie 72 du module aval 68, le ressort jarretière 76 est monté entre le diamètre extérieur de l'extrémité aval 78 du manchon de raccordement 74 et le diamètre intérieur de l'entrée 80 de la tuyauterie du module aval. On notera également que le diamètre intérieur du manchon de raccordement 74 diminue, en 82, entre son entrée et sa sortie. Cet aspect permet à des modules successifs sur le trajet d'écoulement d'avoir un diamètre intérieur de plus en plus grand. Cela permet à la vitesse moyenne d'écoulement axial dans chaque module d'être maintenue régulière d'une façon plus uniforme puisque le débit volumétrique total dans les modules successifs augmente par suite du passage de l'eau à travers les disques des crépines et de pénétrer dans le trajet d'écoulement axial au centre des modules. Considérant maintenant la Fig. 6, les modules amont et aval 90 et 92 sont similaires aux modules présentés plus haut. Cependant, selon l'aspect illustré ici, les modules ont un défaut angulaire d'alignement l'un par rapport à l'autre. Les ressorts jarretières 96 sont disposés entre le manchon de raccordement cylindrique 94 et les extrémités d'entrée et de sortie de la tuyauterie des modules amont et aval et sont respectivement semblables à ceux représentés sur la Fig. 4. Malgré le défaut d'alignement des modules, la compression/déformation des ressorts jarretières 96 ne change pas notablement et des charges à l'interface n'apparaissent pas du fait d'une dilatation thermique ou d'un défaut d'alignement. t o Considérant la Fig. 7, les modules amont et aval 100 et 102 sont respectivement similaires aux modules décrits plus haut. Cependant, selon cet aspect, les modules amont et aval 100 et 102 sont décalés latéralement tandis que les axes des tuyauteries centrales 104 et 106 restent parallèles l'un à l'autre. Comme illustré, la compression/déformation des ressorts jarretières 108 varie sur le pourtour des ressorts. Le manchon de raccordement 109 est semblable au manchon de raccordement représenté sur la Fig. 6. Cependant, les charges à l'interface restent modestes du fait d'une déformabilité inhérente aux ressorts. On notera que la combinaison du défaut angulaire d'alignement et du décalage latéral peut être réalisée à l'aide des ressorts jarretières. Considérant maintenant la Fig. 8, les modules amont et aval 110 et 112, respectivement similaires aux modules décrits plus haut, sont décalés l'un par rapport à l'autre et ont des axes parallèles. Selon le présent aspect, le manchon de raccordement 114 a un axe incliné par rapport aux axes des tuyauteries centrales 118 et 120 des modules amont et aval respectifs. La compression/déformation des moyens d'étanchéité 116 à ressorts jarretières ne change pas notablement et la dilatation thermique ou l'alignement ne provoque pas de charges à l'interface. On notera que les divers aspects de l'invention exposés sur les figures 4 à 8 suppriment entièrement les brides de tuyau précédemment utilisées et, corrélativement, les complications d'installation et le coût élevé de la fabrication conforme aux normes de qualité nucléaire. La nécessité d'un alignement précis entre les tuyauteries centrales des modules adjacents est également supprimée du fait de la compression/déformation des ressorts jarretières. De plus, le manchon de raccordement, combiné aux ressorts jarretières selon les divers aspects décrits, permet au raccordement d'absorber des différences de dilatation thermique et/ou des défauts d'alignement entre les modules adjacents. Par ailleurs, le raccordement déformable selon la présente invention permet un écoulement direct d'un module à un autre avec une perte de. charge minime, empêche que des particules dépassant une taille prédéterminée de passer par le raccord sans nécessiter, au niveau du raccord, une étanchéité du type pour fuite, absorbe le défaut d'alignement entre les modules de crépines adjacents sans induire de charges à l'interface, absorbe les différences de dilatation thermique entre les modules de crépines adjacents sans induire des charges à l'interface et permet une transition dans les dimensions des tuyauteries d'un module à .un autre. REVENDICATIONS 1. Raccord déformable, comprenant: une paire de modules adjacents (10) pour le passage d'un flux, chacun 5 comprenant un passage d'écoulement (14), un premier module (46) ayant une sortie (48) et un second module (50) ayant une entrée (52) espacée par rapport à ladite sortie; un manchon de raccordement (54), (74), (94) disposé entre ladite sortie et ladite entrée pour permettre le passage d'un fluide du premier module au second module, ledit manchon de raccordement comportant une entrée (60) adjacente à ladite sortie du premier module et une sortie (62) adjacente à ladite entrée du second module; un premier ressort jarretière (58) intercalé entre ladite sortie du premier module et ladite entrée du manchon de raccordement; un second ressort jarretière (58) intercalé entre ladite entrée du second module et ladite sortie du manchon de raccordement; lesdits ressorts empêchant que des particules dépassant une taille prédéterminée ne pénètrent dans le second module sans former un moyen étanche à l'eau respectivement entre ledit manchon de raccordement et lesdits modules. 2. Raccordement selon la revendication 1, dans lequel ledit manchon de raccordement comporte un évidement (56) le long d'un diamètre intérieur au voisinage immédiat d'une desdites entrée de manchon et sortie de manchon, l'un desdits premier et second ressorts jarretières étant disposé dans ledit évidement. 3. Raccordement selon la revendication 1, dans lequel ledit manchon de raccordement comporte des évidements (56) sur des diamètres intérieurs de celui-ci respectivement au voisinage immédiat de ladite entrée de manchon de raccordement et de ladite sortie de manchon de raccordement, lesdits premier et second ressorts jarretières étant disposés dans lesdits évidements respectifs. 4. Raccordement selon la revendication 3, dans lequel lesdits passages 30 d'écoulement sont coaxiaux l'un par rapport à l'autre. 5. Raccordement selon la revendication 1, dans lequel ledit manchon de raccordement (54) comporte un évidement (56) sur un diamètre intérieur au voisinage immédiat d'une desdites entrée de manchon de raccordement et sortie de manchon de raccordement, l'un desdits premier et second ressorts jarretières (58) étant disposé dans ledit évidement, un autre desdits premier et second ressorts jarretières (58) étant disposé autour d'un diamètre extérieur dudit manchon de raccordement au voisinage immédiat d'une autre desdites entrée de manchon de raccordement et sortie de manchon de raccordement. 6. Raccordement selon la revendication 5, dans lequel ledit manchon de 5 raccordement a un passage intérieur d'écoulement (62) se réduisant d'un module vers un autre desdits modules. 7. Raccordement selon la revendication 1, dans lequel ledit manchon de raccordement (94) comporte, sur des diamètres intérieurs de celui-ci, des évidements adjacents à ladite entrée de manchon de raccordement et à ladite sortie de manchon de raccordement, lesdits premier et second ressorts jarretières (96) étant disposés dans lesdits évidements respectifs, lesdits passages d'écoulement étant décalés angulairement l'un par rapport à l'autre. 8. Raccordement selon la revendication 1, dans lequel ledit manchon de raccordement (54) a un diamètre intérieur qui correspond au diamètre intérieur de 15 chacun desdits passages d'écoulement. 9. Système de refroidissement d'urgence pour coeur de réacteur nucléaire, comprenant: une paire de modules de crépines adjacents (10) sur le passage d'un flux, comportant chacun un passage central d'écoulement (14) et une pluralité de disques (16), (18) pour retenir par filtration des débris contenus dans un fluide entourant les modules et pour diriger le fluide filtré jusqu'au passage d'écoulement central des modules, un premier module (46) de ladite paire de modules ayant une sortie (48) de passage d'écoulement et un second module (50) de ladite paire de modules ayant une entrée (52) de passage d'écoulement espacée par rapport à ladite sortie de passage d'écoulement; un raccordement déformable entre lesdits deux modules comportant un manchon de raccordement (54), (74), (94) disposé entre ladite sortie du passage d'écoulement et ladite entrée du passage d'écoulement pour permettre au fluide filtré de passer du premier module au second module, ledit manchon de raccordement comportant une entrée (60) adjacente à ladite sortie du passage d'écoulement du premier module et une sortie (62) adjacente à ladite entrée du passage d'écoulement du second module; un premier ressort jarretière (58) intercalé entre ladite sortie du passage d'écoulement du premier module et ladite entrée du manchon de raccordement, un second ressort jarretière (58) intercalé entre ladite entrée du passage d'écoulement du second module et ladite sortie du manchon de raccordement; lesdits ressorts empêchant que des particules dépassant une taille prédéterminée ne pénètrent dans le passage d'écoulement du second module sans former un moyen d'étanchéité étanche au fluide respectivement entre ledit manchon de raccordement et lesdits modules. 10. Système selon la revendication 9, dans lequel ledit manchon de raccordement comporte, sur un diamètre intérieur, un évidement (56) au voisinage immédiat d'une desdites entrée de manchon de raccordement et sortie de manchon de raccordement, l'un desdits premier et second ressorts jarretières étant disposé dans ledit évidement.