Brevet FR3015665A1 — publié le 20150626

DISPOSITIF EXTRACTIBLE DE MESURE DU DEBIT ET DE LA TEMPERATURE D'ENTREE DU FLUIDE DE REFROIDISSEMENT D'UN REACTEUR NUCLEAIRE DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif démontable de mesure de débit et de température d'un flux d'extraction de chaleur d'un coeur de réacteur nucléaire. Pour conduire l'exploitation d'un réacteur nucléaire, il est essentiel de connaître le débit de liquide d'extraction de chaleur qui traverse son coeur, ainsi d'ailleurs que sa température. Ces mesures permettent par exemple de suivre le rapport P/Q entre la puissance P et le débit Q dans le coeur du réacteur, qui peut permettre de commander un ordre d'arrêt d'urgence. Des difficultés d'accès au liquide peuvent parfois apparaître. Dans le cas particulier des réacteurs à neutrons rapides, où le fluide de refroidissement est normalement un métal liquide, tel que le sodium, qui constituent une application principalement envisagée de l'invention, mais non exclusive, les mesures à l'entrée du coeur sont ainsi problématiques. On a été amené à réaliser ces mesures par des débitmètres intégrés à la pompe primaire, disposés sur des dérivations de petits débits de l'écoulement principal créés par la pompe, en obtenant ainsi des résultats en image du débit principal, qui n'étaient pas influencés par des perturbations comme des irrégularités locales de l'écoulement. Toutefois, les débitmètres utilisés comportent des aimants permanents, sujets à un vieillissement et fournissant donc un signal de plus en plus faible, qu'il faut recaler et qui peut devenir inacceptable. Leur remplacement ne peut malheureusement se faire qu'à l'arrêt du réacteur, après un démontage de la pompe susceptible de prolonger l'arrêt pendant plusieurs mois, ce qui n'est pas admissible. L'objet de l'invention est de fournir un dispositif de mesure de débit, qui permet un remplacement facile et rapide de débitmètres d'accès difficile. Le dispositif peut effectuer aussi des mesures de température, ce qui est particulièrement commode dans l'application considérée. Pour résumer, l'invention est relative à un dispositif de mesure de débit d'un écoulement de liquide, comprenant une canne extractible, pouvant coulisser à travers un tube-guide pour aboutir devant l' ouverture d'une dérivation de l'écoulement, la canne porte l'instrumentation avec au moins un débitmètre à une extrémité pouvant être enfoncée dans la dérivation à travers l'ouverture, et la canne est actionnée à partir d'une portion opposée à ladite extrémité. Avec l'invention, on rend au moins un débitmètre mobile et amovible de la dérivation, afin de pouvoir le retirer et le remplacer sans devoir démonter la pompe, ni arrêter nécessairement l'écoulement et le système environnant. Le débitmètre est ensuite remis en place en poussant la canne à sa position d'enfoncement. La dérivation doit simplement être disposée de façon à être ainsi atteinte de l'extérieur. Divers perfectionnements peuvent être proposés pour ce dispositif. La canne peut être coaxiale à une portion de la dérivation qui est adjacente à l'ouverture, et alors munie d'un entonnoir s'ouvrant vers la canne, ce qui facilite l'enfoncement de la canne dans la dérivation et assure le rétablissement des mesures, même si la canne est fléchie ou mal guidée. Le guidage de la canne peut toutefois être amélioré par au moins un tube dans lequel elle coulisse, et plus encore si l'extrémité de la canne est munie de bossages de centrage de la canne dans le tube de guidage. L'enfoncement extrême de la canne peut être garanti à une position correcte par un dispositif de butée. Un autre aspect de l'invention est un réacteur nucléaire comprenant ce dispositif. Ce réacteur peut être un réacteur à neutrons rapides, dont le caloporteur est un métal liquide. Le dispositif peut être installé sur un écoulement qui appartient à un circuit du métal liquide traversant un coeur du réacteur. Dans l'application principalement envisagée, la dérivation comprend une entrée située dans une région de l'écoulement en aval d'une pompe, et une sortie qui débouche dans une région de l'écoulement en amont de la pompe ; l'ouverture de la dérivation est dirigée vers le haut. La canne traverse une dalle de protection surmontant un coeur du réacteur. L'invention sera maintenant décrite plus en détail au moyen des figures suivantes : - la figure 1 est une vue générale et schématique d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides ; - la figure 2 est une vue générale de la pompe primaire ; - la figure 3 est une vue du dispositif de mesure existant ; - la figure 4 est une vue générale du dispositif ; et - la figure 5 est une vue complète des portions essentielles du dispositif. La figure 1 est une vue générale d'un réacteur 1 nucléaire à neutrons rapides. Le réacteur 1 comporte, dans une cuve 2, un coeur 3 contenant le combustible et dans lequel la chaleur de fission est produite, une pompe primaire 4 faisant circuler du sodium primaire contenu à l'intérieur de la cuve 2 à l'intérieur du coeur 3 et à travers lui, et un échangeur intermédiaire 5 par lequel transite le sodium chauffé ayant traversé le coeur 3. Un circuit de sodium secondaire 6 est disposé entre l'échangeur intermédiaire 5 et un générateur de vapeur 7, de manière à reprendre la chaleur du sodium primaire et à la communiquer à un circuit d'eau et de vapeur 8, qui traverse aussi le générateur de vapeur 7. Ainsi que le représente la figure 2, la pompe primaire 4 est une pompe centrifuge d'axe vertical. Elle comprend un arbre central 9, tournant dans un corps de pompe 10 essentiellement cylindrique. Le sodium primaire est attiré dans l'espace annulaire entre le corps de pompe 10 et une paroi de confinement 11 qui l'entoure, et s'élève dans cet espace. Il est aspiré par les orifices d'une lanterne 12 à une hauteur du corps de pompe 11 et pénètre dans celui-ci, avant d'être refoulé vers le bas et renvoyé vers le coeur 3 par une canalisation de sortie 13. Le débit mesuré est celui qui s'écoule dans le corps de pompe 10. Il s'agit d'une mesure indirecte comprenant une dérivation 14. Dans la conception connue, représentée à la figure 3, la dérivation 14 consiste en un tube de mesure de débit, en forme de boucle, qui s'étend à l'extérieur du corps de pompe 10, mais le traverse par ses deux extrémités : l'extrémité amont 15 est recourbée vers le haut et l'extrémité aval 16 vers le bas. Une portion du débit traversant la pompe, déterminée par la section de l'extrémité d'entrée 15, est donc détournée dans le tube de dérivation 14 et le traverse, avant de rejoindre l'écoulement principal par l'extrémité de sortie 16. Un débitmètre 17 à aimant permanent est disposé sur la dérivation 14 et mesure la portion de l'écoulement qui le parcourt ; une correction de rapport permet de déterminer le débit traversant la pompe primaire 4. Une seconde dérivation 18 est formée à travers le corps de pompe 10 et sert à la mesure de la température du sodium, au moyen d'un (ou plusieurs) thermocouple 19, qui est installé sur elle. Un second débitmètre 34 est installé sur la seconde dérivation 18 et permet de déterminer l'élévation de pression, produite par la pompe primaire 4, par l'intermédiaire d'une seconde mesure d'un petit débit dérivé, à travers la seconde dérivation 18. En effet, la seconde dérivation 18 renvoie la portion de fluide qui la parcourt hors du corps de pompe 10, en amont de la région de pompage, de sorte que la mesure du second débitmètre 34 peut facilement être corrélée à une estimation de variation de pression entre l'entrée et la sortie de la seconde dérivation 18. Des variantes à cette conception sont parfaitement envisageables, mais les problèmes d'accès pour remplacer des débitmètres défaillants subsistent toujours. L'invention est décrite à la figure 4. La seconde dérivation 18 au moins est remplacée par une dérivation 20, qui traverse comme précédemment le corps de pompe 10, mais s'étend ensuite vers le haut, entre le corps de pompe 10 et la paroi de confinement 11. Elle comporte une entrée 39 débouchant dans une région de l'écoulement en aval de la pompe primaire 4 et une ouverture 21 de sortie, hors de laquelle s'écoule le débit dérivé, qui est située à l'emplacement d'un entonnoir 22 s'ouvrant vers le haut et débouche dans l'écoulement en amont de la pompe primaire 4. La dérivation 20 est dépourvue de capteurs. Ceux-ci sont situés à une extrémité inférieure 23 d'une canne 24, coulissant verticalement et coaxiale à la portion d'extrémité de la dérivation 20. La canne 24 a une hauteur suffisante pour qu'une portion supérieure 38 s'étende au-dessus d'une dalle de protection 25, surmontant le coeur 3, et jusque dans un support 26 de motorisation de l'arbre 9 de la pompe primaire 4. La canne 24 peut être hissée vers le haut, hors de la pompe primaire 4, au moyen d'un câble 27 auquel elle est suspendue par la portion supérieure 38, et qui dépend d'un palan (non représenté), ou par tout autre moyen. Elle est munie d'une collerette supérieure 28, qui repose sur un support 29, instaurant un état de butée quand la canne 24 n'est pas soulevée. La canne 24 se trouve alors dans une position d'enfoncement extrême dans la dérivation 20, qui sera représentée à la figure 5. Des tubes de guidage 30, alignés avec la dérivation 20, permettent de guider la canne 24 quand elle est redescendue dans la pompe primaire 4. Dans sa position d'enfoncement extrême de la figure 5, la canne 24 a son extrémité inférieure 23 au-dessous de l'ouverture 21 et de l'entonnoir 22, dans une portion cylindrique 31 de la dérivation 20 adjacente à l'ouverture 21 et coaxiale à la canne 24. L'extrémité inférieure 23 comprend un ou plusieurs débitmètres 32, qui mesurent l'écoulement du fluide à travers la dérivation 20 et dont les mesures peuvent être corrélées à des estimations du débit principal et de la pression fournis par la pompe primaire 4, comme dans la conception antérieure. Elle comprend aussi un ou plusieurs thermocouples 33. Le tube de guidage 30 le plus bas s'étend à peu près au niveau de l'entonnoir 22. La canne 24 comporte des bossages de centrage 35, en une ou plusieurs couronnes prenant appui sur ce tube de guidage 30 inférieur. En variante, ils pourraient aussi prendre appui sur une portion cylindrique de la dérivation 20, par exemple la portion 31, quoique l'écoulement soit alors perturbé. Dans la situation représentée, un écoulement régulier, à travers la dérivation 20 et hors d'elle, à travers l'entonnoir 22, est au contraire garanti. La section de l'écoulement reste à peu près uniforme malgré l'insertion de la canne 24, puisque celle-ci finit sur une pointe conique 36, s'étendant à hauteur d'un élargissement conique 37 de la dérivation 20, de sorte que l'insertion de la canne 24 ne perturbe que faiblement l'écoulement, quand il est forcé de la contourner. Quand un débitmètre 32, ou un thermocouple 33, doit être remplacé, cela s'effectue rapidement, en hissant la canne 24 hors de la pompe primaire 4, sans que celle-ci doive être démontée. La canne 24 est ensuite redescendue à la position de la figure 5 et les mesures peuvent reprendre.25 REVENDICATIONS1) Dispositif de mesure de débit d'un écoulement de liquide, comprenant une dérivation (20) d'une portion de l'écoulement, caractérisé en ce qu'il comprend une canne (24) coulissant vers une ouverture (21) de la dérivation (20), la canne (24) porte au moins un débitmètre (32) à une extrémité (23) pouvant être enfoncée dans la dérivation à travers l'ouverture (21), et la canne est actionnée à partir d'une portion (38) opposée à ladite extrémité. 2) Dispositif de mesure de débit d'un écoulement de liquide selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité (23) de la canne (24) porte aussi au moins un capteur (33) de température du liquide. 3) Dispositif de mesure de débit d'un écoulement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la canne (24) est coaxiale à une portion (31) de la dérivation (21) qui est adjacente à l'ouverture (21). 4) Dispositif de mesure de débit d'un écoulement de liquide selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture de la dérivation est munie d'un entonnoir (22) s'ouvrant vers la canne (24). 5) Dispositif de mesure de débit d'un écoulement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un tube (30) de guidage de la canne. 6) Dispositif de mesure de débit d'un écoulement de liquide selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'extrémité de la canne est munie de bossages (35) de centrage de la canne (24) dans le tube de guidage (30). 7) Dispositif de mesure d'un débit d'un écoulement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de butée (23, 29) de la canne (24) à une position d'enfoncement extrême. 8) Dispositif de mesure d'un débit d'un écoulement de liquide selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la canne (24) porte aussi au moins un capteur de mesure de la température à l'extrémité (23). 9) Réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de mesure de débit d'un écoulement de liquide selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10) Réacteur nucléaire selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il est un réacteur à neutrons rapides, et l'écoulement appartient à un circuit d'un métal liquide traversant un coeur du réacteur. 11) Réacteur nucléaire selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que la dérivation (20) comprend une entrée située à une région de l'écoulement en aval d'une pompe, et une sortie de la dérivation qui débouche dans une région de l'écoulement en amont de la pompe ; l'ouverture de la dérivation est dirigée vers le haut, et la canne (24) traverse une dalle de protection (25) surmontant un coeur (3) du réacteur.