Brevet FR3037365A1 — publié le 20161216

Pompe avec organe d'imperdabilité L'invention concerne en général les pompes, notamment les pompes primaires de réacteurs nucléaires. Plus précisément, l'invention concerne une pompe, du type comprenant : - un arbre d'entraînement ayant un axe de rotation, - une roue de pompe comportant un moyeu placé dans le prolongement de l'arbre d'entraînement, le moyeu présentant un orifice, - une liaison de la roue de pompe à l'arbre comportant un organe de liaison présentant une première partie d'extrémité liée à l'arbre d'entraînement et une seconde partie d'extrémité opposée à la première engagée dans l'orifice, la liaison comportant en outre un organe d'appui lié à la seconde partie d'extrémité de l'organe de liaison et étant en appui contre une face du moyeu opposée à l'arbre d'entraînement. FR 2 649 165 décrit une telle pompe. L'organe de liaison est un goujon, l'organe d'appui étant un écrou vissé sur la seconde extrémité du goujon. En cas de rupture du goujon, l'écrou et la seconde extrémité du goujon deviennent un corps migrant dans le circuit primaire. Ce corps migrant peut endommager d'autres équipements, notamment dans le coeur du réacteur nucléaire. Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une pompe dont la sûreté soit améliorée. A cette fin, l'invention porte sur une pompe du type précité, caractérisée en ce que la pompe comporte encore un organe d'imperdabilité lié à l'organe de liaison et interposé entre l'arbre d'entraînement et le moyeu, de forme choisie pour ne pas pouvoir traverser l'orifice en cas de rupture de l'organe de liaison. Ainsi, en cas de rupture de l'organe de liaison, l'organe d'imperdabilité empêche que l'organe d'appui et la seconde extrémité de l'organe de liaison deviennent un corps migrant dans le circuit primaire. La pompe peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles - l'organe d'imperdabilité est une bague entourant l'organe de liaison ; - l'organe de liaison présente un filetage externe, l'organe d'imperdabilité présentant un taraudage interne coopérant avec le filetage externe ; - le filetage externe est ménagé sur la seconde partie d'extrémité de l'organe de liaison, l'organe d'appui étant un écrou vissé sur le filetage externe ; - l'organe de liaison présente un épaulement, définissant une -butée de positionnement de l'organe d'imperdabilité axialement le long de l'organe de liaison ; 3037365 2 - le moyeu est délimité vers l'arbre d'entraînement par une surface interne sensiblement tronconique, l'organe d'imperdabilité ayant une surface radiale sensiblement tronconique de forme conjuguée de celle de ladite surface interne et agencée en vis-à-vis de ladite surface interne ; 5 - la surface interne du moyeu et la surface radiale de l'organe d'imperdabilité présentent entre elles suivant l'axe de rotation un écartement inférieur à 5 mm, de préférence inférieur à 2 mm ; - la liaison de la roue de pompe à l'arbre d'entraînement comporte une vis pointeau bloquant en rotation l'organe d'imperdabilité par rapport à l'organe de liaison ; 10 - l'organe de liaison est un goujon s'étendant selon l'axe de rotation de l'arbre d'entraînement ; - l'orifice présente perpendiculairement à l'axe de rotation une première section droite, l'organe d'imperdabilité présentant perpendiculairement à l'axe de rotation une seconde section droite plus grande que la première section droite selon au moins une 15 direction. Selon un second aspect, l'invention porte sur un réacteur nucléaire comprenant : - une cuve, dans laquelle des assemblages de combustibles nucléaires sont logés, la cuve ayant au moins une entrée de fluide de refroidissement primaire et au moins une sortie de fluide de refroidissement primaire ; 20 - au moins un circuit primaire raccordant ladite sortie de fluide de refroidissement primaire à ladite entrée de fluide de refroidissement primaire, le circuit primaire comportant une pompe ayant les caractéristiques ci-dessus, assurant la circulation du fluide de refroidissement primaire le long du circuit primaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description 25 détaillée qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'une pompe primaire conforme à l'invention, une partie des structures étant arrachée pour laisser apparaître les organes internes de la pompe ; et 30 - la figure 2 est une vue en coupe, partielle, de la roue de pompe et de l'extrémité de l'arbre d'entraînement de la pompe de la figure 1. La pompe 1 représentée sur la figure 1 est une pompe primaire de réacteur nucléaire. Elle comporte un arbre d'entraînement 3 rotatif autour d'un axe de rotation X, et une roue de pompe 5. Dans l'exemple représenté, l'axe de rotation X est vertical. 35 La pompe comporte encore un moteur 7 d'entraînement de l'arbre en rotation autour de l'axe X. 3037365 3 Dans l'exemple représenté, l'arbre 3 est guidé en rotation par un palier supérieur 9, placé au-dessus du moteur 7, qui comprend une butée 11 réalisant un guidage axial et un palier guide 13 qui participe au guidage radial. L'arbre 3 est par ailleurs guidé en rotation par un palier inférieur 15, participant lui 5 aussi au guidage radial. Le palier inférieur 15 est placé sous le moteur 7. Typiquement, l'arbre d'entraînement 3 est encore guidé en rotation par un palier hydrodynamique 17, interposé le long de l'arbre d'entraînement 3 entre le palier inférieur 15 et la roue de pompe 5. Par ailleurs, un joint d'arbre 19 assure l'étanchéité le long de l'arbre 10 d'entraînement 3, entre le fluide primaire sous pression et l'atmosphère. La roue 5 est logée dans une volute 21, comportant un conduit d'entrée 23 et un conduit de sortie 25. Dans l'exemple représenté, la pompe 1 est de type centrifuge, de telle sorte que le conduit d'entrée 23 est situé sous la roue 10, dans le prolongement de l'arbre 15 d'entraînement 3, et le conduit de sortie 25 est décalé radialement par rapport à l'arbre d'entraînement et à la roue de pompe. Le moteur 7 est fixé à la volute 21 par l'intermédiaire d'un carter 27, entourant l'arbre d'entraînement 3. La roue de pompe 5 est montée en porte-à-faux, sur une extrémité inférieure 29 20 de l'arbre d'entraînement. La roue de pompe 5 comporte un moyeu 31, placé dans le prolongement de l'arbre d'entraînement 3. La pompe 1 comporte quant à elle une liaison 33 de la roue de pompe 5 à l'arbre 3. La liaison 33, comme visible sur la figure 2, lie le moyeu 31 à l'extrémité inférieure 25 29 de l'arbre 3. La roue 10 comporte une entrée centrale 35 et une pluralité de sorties radiales 37, chacune raccordée à l'entrée centrale 35 par un canal délimité à l'intérieur de la roue 10. L'entrée 35 est située dans le prolongement axial du moyeu 31, en vis-à-vis du conduit d'entrée 23 de la volute. 30 Comme visible sur la figure 2, le moyeu 31 présente un orifice 39. La liaison 33 de la roue de pompe à l'arbre comporte un organe de liaison 41, présentant une première partie d'extrémité 43 liée à l'arbre d'entraînement 3 et une seconde partie d'extrémité 45 engagée dans l'orifice 39. L'orifice 39 est placé sur l'axe de rotation X. 3037365 4 La liaison 33 comporte en outre un organe d'appui 47 lié à la seconde partie d'extrémité 45, qui est en appui contre une face du moyeu 31 opposée à l'arbre d'entraînement 3. Ainsi, l'organe d'appui 47 sollicite la roue 10 vers l'extrémité inférieure 29 de 5 l'arbre d'entraînement. Typiquement, l'organe de liaison 41 est un goujon, allongé selon l'axe de rotation X. Sa première partie d'extrémité 43 est engagée dans un logement taraudé 49, ménagé dans l'extrémité inférieure 29 de l'arbre d'entraînement 3. La première partie d'extrémité 43 porte un filetage externe, coopérant avec le taraudage interne du logement 49. 10 La seconde partie d'extrémité 45 de l'organe de liaison 41 porte un filetage externe 50. L'organe d'appui 47 est un écrou vissé sur ce filetage externe 50. Le moyeu 31 présente une forme générale sensiblement tronconique, l'orifice 39 étant situé au sommet du tronc de cône. La section du moyeu 31 va en se réduisant, à partir d'une base 51 située à proximité de l'extrémité inférieure 29 de l'arbre 15 d'entraînement 3, jusqu'à l'orifice 39. Le moyeu 31 délimite un volume interne 52, ouvert au niveau de la base 51 vers l'arbre d'entraînement 3. Le moyeu 31 présente une surface interne 53 délimitant le volume interne 52, et une surface externe 54, délimitant les canaux de circulation du fluide primaire à l'intérieur 20 de la roue 10. L'organe d'appui 47 comporte une partie cylindrique 55, prolongée axialement par une tête 56. La partie cylindrique 55 porte un taraudage interne coopérant avec le filetage externe 50 de la seconde partie d'extrémité 45 de l'organe de liaison. Elle est engagée dans l'orifice 39. La tête 56 délimite un épaulement 57 faisant saillie radialement vers 25 l'extérieur autour de la partie cylindrique 55. L'épaulement 57 est en appui autour de l'orifice 39, d'un côté de cet orifice opposé à l'arbre d'entraînement 3. Ainsi, la tête 56 de l'écrou n'est pas logée dans le volume interne 52 du moyeu. La tête 56 est de forme adaptée pour s'inscrire dans le prolongement du moyeu 31, et constituer un sommet pour le moyeu. Sa surface externe s'inscrit dans le 30 prolongement de la surface externe 54 du moyeu. La liaison 33 comporte encore une vis centrale 58 traversant la tête 56 de l'organe d'appui 47, et vissée dans la seconde extrémité 45 de l'organe de liaison. L'organe d'appui 47 est rigidement fixé à la vis centrale 58, par exemple par des vis pointeaux ou par des points de soudure. La vis centrale 55 est prévue pour bloquer en rotation l'organe 35 d'appui 47 par rapport à l'organe de liaison 41, de manière à empêcher tout désengagement de cet organe d'appui. 3037365 5 Comme visible sur la figure 2, la liaison 33 de la roue 5 à l'arbre 3 comporte encore une pluralité de goujons périphériques 59. Chaque goujon périphérique 59 solidarise le moyeu 31 à l'arbre d'entraînement 3. Les goujons périphériques 57 sont répartis circonférentiellement autour de l'axe de rotation X, et solidarisent la base 51 du 5 moyeu 31 avec l'extrémité inférieure 29 de l'arbre d'entraînement 3. Selon l'invention, la pompe 1 comporte un organe d'imperdabilité 60 lié à l'organe de liaison 41 et interposé entre l'arbre d'entraînement 3 et le moyeu 31. L'organe d'imperdabilité 60 est de forme choisie pour ne pas pouvoir traverser l'orifice 39 en cas de rupture de l'organe de liaison 41. 10 Pour ce faire, quand l'orifice 39 présente perpendiculairement à l'axe de rotation X une première section droite, l'organe d'imperdabilité 60 est choisi de manière à présenter perpendiculairement à l'axe de rotation X une seconde section droite plus grande que la première section droite selon au moins une direction. Ainsi, quand l'orifice 39 présente une section circulaire de premier diamètre, 15 l'organe d'imperdabilité 60 présente par exemple une section circulaire de second diamètre supérieur au premier diamètre. L'organe d'imperdabilité 60 est disposé à l'intérieur du volume interne 52 du moyeu. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, l'organe d'imperdabilité 60 20 est une bague entourant l'organe de liaison 41. La bague a une forme annulaire. L'organe d'imperdabilité 60 présente un taraudage interne 61, coopérant avec un filetage externe de l'organe de liaison 41. Typiquement, le taraudage interne 61 coopère avec le filetage externe 50 ménagé sur la seconde partie d'extrémité 45 de l'organe de liaison. 25 En variante, le taraudage interne 61 de l'organe d'imperdabilité coopère avec un filetage externe dédié, ménagé sur l'organe de liaison 41, et distinct du filetage externe 50 prévu pour l'organe d'appui 47. L'organe de liaison 41 présente par ailleurs un épaulement 63, définissant une butée de positionnement de l'organe d'imperdabilité 60 axialement le long de l'organe de 30 liaison 41. L'épaulement 63 fait saillie radialement vers l'extérieur par rapport au filetage 50. Il est disposé axialement à courte distance du filetage 50. Comme visible sur la figure 2, l'organe d'imperdabilité 60 est délimité vers l'organe d'appui 47 par une grande face annulaire 65, et vers l'arbre d'entraînement 3 par une autre grande face annulaire 67. La grande face annulaire 67 porte une couronne 69, 35 venant se placer autour de l'épaulement 63. La couronne 69 est sensiblement cylindrique, et coaxiale à l'axe de rotation X. 3037365 6 La couronne 69 porte sur une face radialement interne un épaulement 71, qui est en appui contre l'épaulement 63 selon la direction axiale. Par ailleurs, la liaison 33 de la roue de pompe 5 à l'arbre 3 comporte une vis pointeau 73 bloquant en rotation l'organe d'imperdabilité 60 par rapport à l'organe de 5 liaison 41. La vis pointeau s'étend radialement à travers la couronne 69, et est engagée dans un trou borgne ménagé dans l'épaulement 63. L'organe d'imperdabilité 60 est situé, axialement, entre l'épaulement 63 et l'organe d'appui 47. Selon un autre aspect de l'invention, la surface interne 53 du moyeu 31, tournée 10 vers l'arbre d'entraînement 3, est sensiblement tronconique. L'organe d'imperdabilité 60 présente quant à lui une surface radiale 77 sensiblement tronconique, de forme conjuguée de celle de la surface interne 53, et agencée en vis-à-vis de cette surface interne 53. La surface radiale 77 correspond à la tranche de l'organe d'imperdabilité, 15 raccordant les grandes faces 65 et 67 l'une à l'autre. Elle s'étend tout autour de l'axe X, et est coaxiale à cet axe X. La surface interne 53 du moyeu et la surface radiale 77 de l'organe d'imperdabilité présentent entre elles, suivant l'axe de rotation X, un écartement inférieur à 2 mm, de préférence inférieur à 1 mm. Ainsi, en cas de rupture de l'organe de liaison 41, la surface 20 radiale 77 vient porter contre la surface interne 53, avec seulement un faible déplacement possible axialement. De ce fait, la tête de l'organe d'appui 47 ne fait que peu ou pas saillie à l'intérieur de la roue 10 en cas de rupture de l'organe de liaison 41. Il ne peut pas se produire de vibrations importantes, liées aux sollicitations subies par l'écrou 47 du fait de l'écoulement à grande vitesse du fluide primaire à l'intérieur de la roue 10. 25 Cet écartement est fixé en fonction : - de l'analyse de fonctionnement de la pompe dans la situation où l'organe de liaison 41 est rompu ; - du calcul du déplacement relatif des pièces lors des transitoires thermiques, un contact avec effort entre la surface radiale 77 et la surface interne 53 devant être évité ; 30 - de la faisabilité de la fabrication. Le montage de la roue de pompe 5 sur l'arbre d'entraînement 3 est effectué de la manière suivante. L'organe d'imperdabilité 60 est d'abord monté sur l'organe de liaison 41. Dans l'exemple représenté, il est vissé sur le filetage externe 50 de la seconde partie extrémité 35 45 de l'organe de liaison, jusqu'à ce que l'épaulement 71 vienne en butée sur 3037365 7 l'épaulement 63. La vis pointeau 73 est ensuite mise en place, de manière à bloquer en rotation l'organe d'imperdabilité 60 par rapport à l'organe de liaison 41. Puis, l'organe de liaison 41 est monté sur l'arbre d'entraînement 3. Plus précisément, dans l'exemple représenté, la première partie extrémité 43 de l'organe de 5 liaison est vissée dans l'orifice 49. La roue de pompe 10 est ensuite montée sur l'arbre d'entraînement 3. La roue 10 est approchée axialement de cet arbre d'entraînement 3, de manière à engager la seconde partie d'extrémité 45 de l'organe de liaison 41 dans l'orifice 39. Puis, l'organe d'appui 47 est vissé sur la seconde partie d'extrémité 45 de l'organe de liaison. La partie 10 cylindrique 55 pénètre ainsi à l'intérieur de l'orifice 39, et la tête 56 vient en appui contre le bord de l'orifice 39 par l'intermédiaire de l'épaulement 57. La position finale de l'organe d'appui 47 le long de l'organe de liaison 41 est choisie de manière à maintenir un écartement axial prédéterminé entre la surface interne 53 du moyeu et la surface radiale 77 de l'organe d'imperdabilité 60. 15 Enfin, les goujons périphériques 59 sont montés, de manière à fixer rigidement la base du moyeu 31 à l'arbre d'entraînement 3. L'invention présente de multiples avantages. L'organe d'imperdabilité 60 empêche la seconde partie d'extrémité 45 de l'organe de liaison 41 et l'organe d'appui 47 de devenir un corps migrant en cas de rupture de 20 l'organe de liaison 41 entre l'arbre de transmission 3 et l'organe d'imperdabilité 60. En effet, le poids de l'organe d'appui 47 et de la seconde partie d'extrémité 45 tend à entraîner l'organe d'imperdabilité 60 vers l'orifice 39, mais celui-ci, du fait de sa forme, ne peut pas traverser l'orifice 39. L'organe d'appui 47 et la seconde partie d'extrémité 45 restent donc liés au moyeu 31 et ne peuvent pas d'en détacher. 25 Le fait de réaliser l'organe d'imperdabilité 60 sous la forme d'une bague permet de faciliter la fabrication et le montage sur l'organe de liaison 41. Il est possible de lui conférer une symétrie de révolution, qui ne génère pas de balourd en cours de fonctionnement de la pompe. Le fait de visser l'organe d'imperdabilité 60 sur l'organe de liaison 41 permet une 30 mise en place rapide et facile. Il est particulièrement avantageux à cet égard de visser l'organe d'imperdabilité 60 sur le filetage externe 50 prévu pour recevoir l'organe d'appui 47. Ainsi, un seul filetage est à réaliser. De même, la présence d'un épaulement 63 sur l'organe de liaison 41, définissant 35 une butée de positionnement de l'organe d'imperdabilité 60, permet de positionner de manière rapide et commode l'organe d'imperdabilité 60. 3037365 8 L'invention a été décrite ci-dessus pour une pompe primaire d'un réacteur nucléaire. Toutefois, elle pourrait s'appliquer à tout autre type de pompe, dans un autre circuit d'un réacteur nucléaire, ou même dans une installation industrielle autre qu'un réacteur nucléaire. 5 La pompe peut être de tout type, et n'est pas nécessairement une pompe centrifuge. La roue peut être montée sur l'arbre d'entraînement de toute manière adaptée, et pas nécessairement par un goujon central entouré de goujons périphériques. De même, l'organe de liaison a été décrit comme étant un goujon, mais pourra 10 être une vis, un tirant, ou tout autre type d'organe de liaison adapté. L'organe d'imperdabilité a été décrit comme étant une bague. Dans d'autres modes de réalisation, l'organe d'imperdabilité pourrait être constitué d'une série de plots, rapportés autour de l'organe de liaison, ou pourrait encore être constitué par une collerette ménagée de matière dans l'organe de liaison. 15 L'organe d'imperdabilité peut être fixé non pas par vissage sur l'organe de liaison, mais par soudage ou par des clavettes, ou par tout autre moyen adapté. 20 REVENDICATIONS1.- Pompe, notamment de réacteur nucléaire, la pompe (1) comprenant : - un arbre d'entraînement (3) ayant un axe de rotation (X); - une roue de pompe (5) comportant un moyeu (31) placé dans le prolongement de l'arbre d'entraînement (3), le moyeu (31) présentant un orifice (39); - une liaison (33) de la roue de pompe (5) à l'arbre (3) comportant un organe (41) de liaison présentant une première partie d'extrémité (43) liée à l'arbre d'entraînement (3) et une seconde partie d'extrémité (45) opposée à la première engagée dans l'orifice (39), la liaison (33) comportant en outre un organe d'appui (47) lié à la seconde partie d'extrémité (45) de l'organe de liaison (41) et étant en appui contre une face du moyeu (31) opposée à l'arbre d'entraînement (3) ; caractérisé en ce que la pompe (1) comporte encore un organe d'imperdabilité (60) lié à l'organe de liaison (41) et interposé entre l'arbre d'entraînement (3) et le moyeu (31), de forme choisie pour ne pas pouvoir traverser l'orifice (39) en cas de rupture de l'organe de liaison (41). 2.- Pompe selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'imperdabilité (60) est une bague entourant l'organe de liaison (41). 3.- Pompe selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'organe de liaison (41) présente un filetage externe (50), l'organe d'imperdabilité (60) présentant un taraudage interne (61) coopérant avec le filetage externe (50). 4.- Pompe selon la revendication 3, caractérisée en ce que le filetage externe (50) est ménagé sur la seconde partie d'extrémité (45) de l'organe de liaison (41), l'organe d'appui (47) étant un écrou vissé sur le filetage externe (50). 5.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'organe de liaison (41) présente un épaulement (63), définissant une butée de positionnement de l'organe d'imperdabilité (60) axialement le long de l'organe de liaison (41). 6.- Pompe selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que le moyeu (31) est délimité vers l'arbre d'entraînement (3) par une surface interne (53) sensiblement tronconique, l'organe d'imperdabilité (60) ayant une surface radiale (77) sensiblement tronconique de forme conjuguée de celle de ladite surface interne (53) et agencée en vis-à-vis de ladite surface interne (53). 7.- Pompe selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface interne (53) du moyeu (31) et la surface radiale (77) de l'organe d'imperdabilité (60) présentent entre 3037365 10 elles suivant l'axe de rotation un écartement inférieur à 5 mm, de préférence inférieur à 2 MM. 8.- Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la liaison (33) de la roue de pompe (5) à l'arbre d'entraînement (3) comporte 5 une vis pointeau (73) bloquant en rotation l'organe d'imperdabilité (60) par rapport à l'organe de liaison (41). 9.- Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'organe de liaison (41) est un goujon s'étendant selon l'axe de rotation (X) de l'arbre d'entraînement (3). 10 10.- Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'orifice (39) présente perpendiculairement à l'axe de rotation (X) une première section droite, l'organe d'imperdabilité (60) présentant perpendiculairement à l'axe de rotation (X) une seconde section droite plus grande que la première section droite selon au moins une direction. 15