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REPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE
PARIS
© 1M° de publication : (A n u t i l i s e r q u e p o u r le c l a s s e m e n t e t l e s commandes de reproduction.)
( 2 j ) H" d'enregistrement national : (A utiliser pour les paiements d'annuités, les demandes de copies officielles e} toutes autres correspondances avec ri.N.P.I.)
2.081.077
70.07495
-13. DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
Ve PUBLICATION
(22) Date de dépôt 3 mars 1970, à 14 h 20 mn.
(4 l ) Date de la mise à la disposition du
public de la demande B.O.P.I. - '«Listes» n. 48 du 3-12-1971.
(5 j ) Classification internationale (Int. Cl.). . G 21 c 17/00//G 21 c 19/00.
(7 j ) Déposant : Société anonyme dite : SOCIÉTÉ FRANCO-AMÉRICAINE DE CONSTRUCTIONS
ATOMIQUES (FRAMATOME), résidant en France.
Titulaire : Idem (71^
(74) Mandataire :
(54) Perfectionnements aux installations de contrôle des réacteurs nucléaires.
(72) Invention de :
(33) (32) (3 l ) Priorité conventionnelle
Vente des fascicules à i IMPRIMERIE NATIONALE. 27. rue de la Convention - PARIS (15 e !
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l'invention a pour objet des perfectionnements aux ins-
tallations de mesure et de contrôle des réacteurs nucléaires dont
le coeur est placé dans une cuve sous pression entourée d'une en-
ceinte de protection,
5 Pour contrôler le fonctionnement d'un réacteur nucléaire,
il est courant d'introduire, à l'intérieur du coeur, une instrumen-
tation de mesure du flux neutronique„ Cette instrumentation se com-
pose de détecteurs susceptibles d'être déplacés en différents points
de la charge de combustible pendant le fonctionnement du réacteur,
lo Ces détecteurs sont reliés à un appareillage de mesure du flux pla-
cé dans une salle de mesure située à l'extérieur de l'enceinte de
protection» les détecteurs se déplacent généralement à 1'intérieur
d'une pluralité de tubes guides pénétrant à l'intérieur du coeur
et fermés à leur extrémité, la partie supérieure de la cuve étant
15 prévue pour les installations de chargement de combustible et de
plus fermée par un couvercle amovible, on préfère le plus souvent
introduire les tubes guides par le fond de la cuve, les tubes étant
guidés dans les structures internes de support des assemblages de
combustible.
20 lors de la manutention des éléments de combustible, il
est indispensable de retirer du coeur les tabès guides. O'est pour-
quoi ceux-ci peuvent coulisser de telle sorte que la longueur de
tube se trouvant à l'intérieur de la cuve est tirée vers la salle
de mesure» A cet effet, les tubes guides coulissent à l'intérieur
25 de conduits fixés sur le fond de la cuve débouchant dans la salle
de mesure, et munis à leur extrémité d'un dispositif d'étanchéité
statique entre la paroi interne du conduit et la paroi externe du
tube guide, et susceptible de résister à la pression exercée à
l'intérieur de la cuve par le fluide primaire de refroidissement
30 du réacteur» De ce fait, le tube guide fermé à son extrémité cons-
titue une enveloppe étanche séparant le fluide primaire à haute
pression de l'air atmosphérique contenu à l'intérieur du tube et
de la chambre de mesure, le détecteur étant placé ainsi à l'air
atmosphérinue. les dispositifs d'étanchéité utilisés habituellement
35 bloquent le coulisscment du tube, celui-ci ne devant pas être dé-
placé pendant le fonctionnement du réacteur. Lorsque la cuve est
ouverte pour la manutention des éléments de combustible, le fluide
primaire n'est pas sous pression, mais il reste évidemment une cer-
taine pression due à la hauteur du fluide contenu dans la cuve,
4G et dans le cas des réacteurs à eau, à une hauteur importante d'eau
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maintenue au-dessus du caisson ouvert pour la protection biologique.
Oette eau étant contaminée, il est nécessaire de maintenir l*étan~
chéité pendant le eoulissement des tubes guides et c'est pourquoi
la salle de mesure est placée généralement à un niveau plus élevé
5 que le niveau supérieur de l'eau maintenue dans l'enceinte de pro-
tection de telle sorte que le dispositif d'étanchéité statique
• prévu pour le fonctionnement du réacteur puisse être relâché à
11arrêt du réacteur sans risque de fuite.,
Oette disposition nécessite d'une part l'allongement de
10 toute l'instrumentation pour placer la salle de mesure au-dessus
du niveau de l'eau, et d'autre part oblige le constructeur à placer
la salle de mesure à un niveau déjà très encombré par les auxiliaires^
le circuit primaire devant en particulier être placé au.dessus du
coeur par aie sure de sécurité.
15 l'invention a pour objet des perfectionnements permettant
de remédier à ces inconvénients0
Conformément à l'invention, la salle de mesure est placée
à un niveau inférieur à celui du plan d'ouverture de la cuve, les con-
duits étant scellés de façon étanche dans l'enceinte de protection,
20 l'extrémité de chaque conduit comportant un dispositif d'étanchéité
réglable entre la paroi interne du conduit et la paroi externe du tube
guide correspondant, susceptible de s'opposer à la pression régnant
dans la cuve d'une part pendant le fonctionnement du réacteur dans
une position de bloeagefei tube, et d'autre part à l'arrêt du réac-
25 teur dans une position permettant le coulissement du tube guide,
l'invention va maintenant être décrite en se référant
à tua mode de réalisation particulier, donné à titre d'exemple et
représenté sur les dessins annexés,,
la figo 1 est une coupe transversale schématique d'un
30réacteur nucléaire muni des perfectionnements selon l'invention.
la figo 2 est une coupe transversale du dispositif
d'étanchéité en position de "blocage du tube guide,,
la figo 3 est une coupe transversale du dispositif
d'étanchéité en position de coulissement du tube guider
35 la figo 4 est une coupe transversale d'une variante du
dispositif d'étanchéitéo
la figo 5 est une vue de détail, en perspective, d'un
joint biconiquee
Sur la figo 1, on a représenté en traits mixtes la dis-
40position normale de l'appareillage de mesure.
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Le coeur du réacteur nucléaire 1 est disposé à l'intérieur
d'un cuve sous pression 2 fermée par un couvercle amovible 21,
et repose sur des structures internes 3» la cuve 2 est placée dans
une enceinte de protection en béton 4. A la partie inférieure de
5 la cuve 2 sont fixés des conduits 5 qui sont prolongés jusqu'à
une salle de mesure 9« Dans le mode de réalisation habituel repré-
senté en traits mixtes, l'extrémité des conduits 5 débouche au ni-
veau supérieur de la cuve. A l'intérieur des conduits peuvent cou-
lisser des tubes guides 7 fermés à leur extrémité et qui, en passant
lOdans les structures internes 3» pénètrent jusqu'à l'intérieur du
coeur 1. Suivant une disposition connue, les conduits sont munis
d'un certain nombre d'aiguillages qui permettent de réduire le
nombre de conduits, et l'installation comporte des sélecteurs de
voie 91 permettant de faire parvenir les appareils de détection
15dans les tubes voulus, le détecteur 8 est généralemen^iionté à
l'extrémité d'un câble spirale 81 enroulé sur un tambour et permet-
tant de commander le déplacement du détecteur à l'intérieur du
tube guide.
Lorsque le réacteur fonctionne, le fluide primaire conte-
20 nu à l'intérieur de la cuve est en pression, et l'étanchéité entre
chaque conduit et le tube guide correspondant, est assuré par un
dispositif d'étanchéité statique 92 qui bloque le tube guide,
lorsque les combustibles doivent être manutentionnés, le fluide
primaire est remis à la pression atmosphérique, et le couvercle.21
25 est enlevé. Dans les installations classiques, le dispositif
d'étanchéité 92 est alors relâché et on peut tirer dans la salle
de mesure la longueur de tube guide correspondant à la hauteur du
coeur, de telle sorte que les tubes guides soient retirés du
coeur pour ne pas être détériorés lors de la manutention des élé-
3Qments de combustible. On rétablit alors l'étanchéité pour pouvoir
noyer le réacteur ouvert sous une couche d'eau d'épaisseur H as-
surant la protection biologique. Ces opérations sont évidemment
assez longues. Bien entendu on pourrait placer l'appareillage de
mesure au-dessus du niveau de l'eau, en augmentant la, hauteur de la
35salle de mesure.
Conformément à l'invention, et comme représenté en trait
plein sur la figure, la salle de mesure est placée à un niveau in-
férieur au plan d'ouverture de la cuve0Dans ces conditions, la longueur
des conduits,des tubes guides,et de câbles spiralés,est considé-
40rablement réduite. Un dispositif d'étanchéité spécial 6 disposé au
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débouché des conduits permet d'assurer une étanchéité absolue à
la pression du fluide primaire lors du fonctionnement du réacteur,
qui peut être par exemple de 150 bars, et par simple relâchement
du dispositif d'étanchéité, de conserver une .étanchéité à la pres-
^ sion de l'ordre de 3 bars due à la hauteur de l'eau de protection
biologique, tout en permettant le coulissement des tubes guides.
Cette disposition permet de libérer un volume important
à la hauteur de la cuve, permettant de placer les équipements du
réacteur et de les manutentionner. D'autre part, la réduction de
longueur du tube guide et du câble spiralé permet d'améliorer la
précision de positionnement du détecteur de mesure qui dépend en
effet du raccourcissement inévitable du câble» On réduit également
l'effort de translation du tube guide et les risques de grippage
de celui-ci dans le conduit, du fait de la diminution de longueur
du conduit et de.la suppression d'un coude. Enfin, la position
horizontale des tubes guides à l'intérieur de la chambre de mesure
facilite l'accès aux tubes guides et les opérations d'extraction.
le dispositif spécial d'étanchéité 6 est représenté sur
les fig. 2 à 4.
20 conduit 5 est fixé sur un support fixe 10 et scellé
de façon étanche dans l'enceinte 4o A l'extrémité 51 du conduit
est ménagée une chambre annulaire 52 ouverte sur sa face extérieure
et entourant le tube guide 7. A l'intérieur de la chambre 52 est
placé un joint d'étanchéité 11 se composant de deux ensembles de
25 bagues coniques mâle et femelle 111, 112 et 113, 114, conjuguées
par leur face eônique, entre lesquels est placé un joint râcleur
115 se composant d'un anneau à section en U ayant deux lèvres
parallèles à l'axe du conduit, entre lesquelles est placée une
bague d'écartement 116.
30 Une bague de serrage 12 coulissant sur le tube guide 7
• et pénétrant dans la. chambre 52 assure la compression du joint 11»
le serrage de la bague 12 est assuré par un manchon
coulissant 13 entourant le tube guide et comportant un évidement
131 sur le fond duquel s'appuie la bague 12, et une buselure 132
35 coulissant sur l'extrémité 51 du conduit 5.
Un écrou 14 s'appuyant sur une bride 53 solidaire du
conduit 5 est vissée sur la face extérieure filetée de la buselure
132 et assure ainsi le déplacement du manchon et le serrage du
jointo la rotation du manchon est empêchée par des prolongements
40 133 ayant des pans intérieurs fraisés coulissant sur des lamages
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correspondants 54 du conduit 5«
Une étanchéité supplémentaire est assurée entre la buse-
lure et l'extrémité 51 du conduit par deux joints extérieurs placés
dans des rainures ménagées sur l'extrémité 51 du conduit et se
5 composant chacun d'un joint torique 134 en matière élastique repous-
sant tine bague 135 résistant au cisaillement et s'appuyant sur la.
paroi intérieure de la buselure 132»
l'extrémité du tube guide 7 est solidarisée par brasure
avec un raccord 15 muni à son extrémité d'une bride 151 formant
10 face de butée contre l'extrémité du manchon 13. Une étanchéité
statique simple de sécurité pour le fonctionnement du réacteur
en haute pression est réalisée par serrage d'un joint 152 placé
dans un évidement de l'extrémité du manchon 13, au moyen d'un écrou
16 vissé sur un filetage extérieur de l'extrémité du manchon 13 et
15 s'appuyant sur la face de butée 151 par l'intermédiaire d'une ron-
delle autolubrifiante 153 se composant d'un complexe acier-téflon
évitant de transmettre aux tubes guides et aux raccords un couple
de torsion, de telle sorte que le tube guide ne risque pas de tour-
ner pendant le serrage de 1'écrou»
20 Une chambre de détection de fuite 136 est ménagée dans
la partie centrale du manchon 13 entre le joint 11 et un deuxième
joint coulissant 17 analogue au joint 11 et se composant cl'un ensem-
ble de joints coniques 171-172 et d'un joint râcleur 173 légèrement
comprimés par serrage d'une vis 174 sur une bague coulissante 175»
25 de façon à assurer une étanchéité à basse pression et 1'essuyage
du tube guide 7 pendant sa translation. Toutefois, il est possible
d'accentuer le serrage de la vis 174 pour rendre étauche le joint
173 à la haute pression. Un bouchon 137 relié à une canalisation
débouchant dans la chambre 13», permet de détecter et de drainer
30 des fuites éventuelles, et, si celles-ci étaient anormalement exces-
sives, d'injecter en contrepression un fluide non actif tel que
de l'eau déminéralisée.
Gomme représenté sur la fig. 1, les tubes guides? sont
. prolongés juscu'au sélecteur de voie 91 et l'appareillage de mesure
35 par des conduits démontables 93 dont l'extrémité est reliée au rac-
cord 15 «
Pendant le xonctionnenent du réacteur, la face de butée
151 est appliquée contre le joint torique 152 par le serrage de
1'écrou 16, 1'écrou 14 est serré à un couple déterminé suivant les
40 caractéristiques des matériaux au moyen d'une clef djaiamométricue
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pour assurer l'étanchéité à la haute pression sans risquer de dé-
former le tube guide 7 et il est bloqué par un contre-écrou 142.
lorsque le réacteur est arrêté, la pression du fluide
primaire est relâchée et on peut desserrer le joint 11. Dans ce
5 but, l'écrou 14 est dévissé puis revissé de nouveau jusqu'en butée,
sans serrer. Du fait de la compression résiduelle des bagues 111
à 115, le joint 11, maintenu dans un volume limité par la bague 12,
assure 1*étanchéité à basse pression par la combinaison des joints
biconiques et du joint râcleur, l'arête inférieure de celui-ci
10 restant au contact de la paroi extérieure du tube guide. Cependant
la pression n1est pas suffisante pour empêcher la translation du
tube guide. ï"autre part on a vu que les bagues 173-174 du joint
17 étaient également maintenues sans serrage de façon à assurer
l1étanchéité "basse pression tout en permettant le coulissement du
15 tube. Dans ces conditions, s'il y avait des fuites, elles pour-
raient être évacuées par la tubulure 137.
les conduits 9 sont alors déconnectés et écartés du
raccord 15, l'écrou 16 est dévissé et retiré et le raccord 15 est
fixé sur un "bras de translation 18 qui tire horizontalement le tu-
20 *>e guide 7«
la remise en place des tubes guides se fait en effectuant
les opérations précédentes dans l'ordre inverse.,
la manutention des éléments de combustible des réacteurs
nucléaires n'ayant lieu qu'à des intervalles très éloignés les
25 uns des autres; il est impératif que 1'étanchéité reste assurée
pendant la longue période de fonctionnement du réacteur. Pour
augmenter la fiabilité du dispositif d'étanchéité, on peut utiliser
un dispositif perfectionné représenté sur la figo 4»
Ce dispositif comporte un deuxième joint d'étanchéité 19
30 placé en aval du joint 11 et analogue à celui-ci, serré par un
écrou 20 vissé sur une buselure 138 symétrique de la buselure 132»
In fonctionnement normal, le joint 11 est bloqué et assure 1'étan-
chéité, le joint 19 restant relâché. Si une fuite est détectée
dans la chambre 136, on peut alors serrer le joint 19 au moyen de
35 l'écrou 20, la détection de fuite restant assurée dans la chambre
136, les joints 134 et 135 maintenant 1'étanchéité absolue à la
haute pression.
Pour faciliter le remplacement des joints, les bagues de
serrage 12 et 175 se composent de deux secteurs chevauchant le tu—
40 be et les joints annulaires coniques sont coupés latéralement sui-
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vaut une fente hélicoïdale comme représenté sur la fig. 5.
Se la sorte, les joints peuvent être enfilés latéralement sur le
tube guide 7, 1'étanchéité restant assurée grâce au serrage du
joint. Il est donc possible de remplacer un joint en démontant le
5 minimum de pièces
On pourrait également utiliser en service normal le
joint 19, le joint 11 n'étant pas serré et 1'étanchéité restant
assurée aux buselures 132 et 138.
Dans ces conditions, si on décelait une fuite due à une
10 usure du joint 19, il serait possible de serrer le joint 11, puis,
ayant bloqué le tube guide pour l'empêcher de se déplacer sous
l'effet de la pression, de desserrer l'écrou 20, de reculer le
manchon 13 pour remplacer le joint 19.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée par les
15 détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit, et qui
pourrait être modifié sans sortir du cadre de l'invention, l'objet
essentiel de l'invention étant de réduire l'encombrement du réac-
teur et la longueur de l'instrumentation en plaçant la chambre de
mesure à un niveau inférieur grâce à l'utilisation d'un joint
20 d'étanchéité spécial permettant d'assurer l'étanchéité absolue en
haute pression en position de blocage, et par un simple desserrage
de garder une étanchéité à basse pression, sans s'opposer à la
translation des tubes guides.
D'autre part, dans l'exemple représenté, la salle de me-
25 sure 9 était placée horizontalement sous le niveau du fond de la
cuve. Dans les cas où les conditions d'implantation du réacteur, ou
par exemple une réduction de la largeur de l'enceinte de protection,,
interdiraient une telle disposition, on pourrait relever le niveau
de la salle de mesure et l'incliner éventuellement par rapport à
30 l'horizontale, le débouché des conduits 5 étant cependant placé le
plus bas possible pour diminuer au maximum la longueur des tubes
guides.
1
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RBVEHIŒCA'EIOHS
1 Perfectionnements aux installations de mesure et de contrô-
le des réacteurs nucléaires dont le coeur est placé dans line cuve
sous pression entourée d'une enceinte de protection, l'installation
5 de mesure et de contrôle comportant un appareillage de mesure dis-
posé dans une salle de mesure située à l'extérieur de l'enceinte
de protection et reliée à des détecteurs mobiles se déplaçant à
l'intérieur d'une pluralité de tubes guides susceptibles de péné—
trer à l'intérieur du coeur en coulissant dans des conduits fixés
10 à une extrémité sur le fond de la cuve et débouchant à l'autre
extrémité dans la salle de mesure, caractérisés par le fait que
la salle de mesure est placée à un niveau inférieur à celui du plan
d'ouverture de la cuve,les conduits étant scellés de façon étanche dans
l'enceinte de protection, l'extrémité de chaque conduit comportant
15 un dispositif d'étanchéité réglable entre la paroi interne du con-
duit et la paroi externe du tube guide correspondant, susceptible
de s'opposer à la pression de la cuve, d'une part pendant le
fonctionnement du réacteur, dans une position de blocage du tube,
et d'autre part à l'arrêt du réacteur dans une position permettant
20 le coulissement du tube guide.
2„~ Perfectionnements aux installations de mesure et de contrô-
le de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés
par le fait que le dispositif d'étanchéité comporte un joint
constitué de deux bagues tronconiques mâle et femelle, en
25 matière élastique, conjuguées par leurs faces coniques, et d'un
joint râcleur, l'ensemble pouvant être comprimé, dans une chambre
annulaire ménagée à l'extrémité du conduit, par une bague de ser-
rage réglable le long de l'axe du conduit.
3» - Perfectionnements aux installations de mesure et de con-
30 trôle de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés
par le fait que le joint râcleur se compose d'un anneau en matière
élastique ayant deux lèvres parallèles à l'axe du conduit, et d'une
bague de mise en forme rigide susceptible d'écarter les lèvres de
l'anneau par serrage du joint,,
35 4» - Perfectionnements aux installations de mesure et de contrô-
le de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés
par le fait que le dispositif comporte deux joints successifs entre
lesquels est ménagée une chambre de détectioh de fuite, reliée à une
canalisation d'évacuation.
40 5o - Perfectionnements- aux installations de mesure et de contrô-
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le de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés
par le fait que la chambre de détection de fuite est remplie par
un fluide non actif à une pression supérieure à celle de la cuve.
6„ Perfectionnements aux installations de mesure et de contrô-
5 le de réacteurs nucléaires, caractériséspar le fait que le joint se
compose de deux ensembles inversés de bagues coniques mâle et
femelle conjugués, placés de part et d'autre du joint râcleur.
7. Perfectionnements aux installations de mesure et de contrô-
le de réacteurs nucléaires selon la revendication 1, caractérisés
10 par le fait que les bagues coniques comportent une fente latérale
hélicoïdale.
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