EP3607560A1 - Pompe pour un réacteur nucléaire - Google Patents

Pompe pour un réacteur nucléaire

Info

Publication number
EP3607560A1
EP3607560A1 EP18716206.0A EP18716206A EP3607560A1 EP 3607560 A1 EP3607560 A1 EP 3607560A1 EP 18716206 A EP18716206 A EP 18716206A EP 3607560 A1 EP3607560 A1 EP 3607560A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
thermal barrier
pump
heat shield
tubular portion
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18716206.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benjamin DE VERA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva NP SAS
Original Assignee
Framatome SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Framatome SA filed Critical Framatome SA
Publication of EP3607560A1 publication Critical patent/EP3607560A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21C—NUCLEAR REACTORS
    • G21C15/00—Cooling arrangements within the pressure vessel containing the core; Selection of specific coolants
    • G21C15/24—Promoting flow of the coolant
    • G21C15/243—Promoting flow of the coolant for liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/046—Bearings
    • F04D29/047—Bearings hydrostatic; hydrodynamic
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F04D29/588—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps cooling or heating the machine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer
    • F04D29/586—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps
    • F04D29/5893—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer specially adapted for liquid pumps heat insulation or conduction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/06—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being hot or corrosive, e.g. liquid metals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D7/00—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts
    • F04D7/02—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type
    • F04D7/08—Pumps adapted for handling specific fluids, e.g. by selection of specific materials for pumps or pump parts of centrifugal type the fluids being radioactive
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Definitions

  • the invention generally relates to nuclear reactor pumps, in particular primary pumps, intended to set in motion the primary fluid of the reactor.
  • the invention relates in a first aspect to a pump for a fluid of a nuclear reactor, the pump comprising:
  • a pump shaft movable in rotation relative to the fixed structure about an axis of rotation
  • a structure for guiding the fluid set in motion by the pump wheel fixed to the fixed structure, the guiding structure comprising a tubular part placed around the pump shaft, the guiding structure delimiting internally a circulation chamber of the fluid in which is placed the pump wheel;
  • thermal barrier interposed radially between the tubular part and the pump shaft, the thermal barrier comprising a thermal barrier body and a thermal barrier cover interposed axially along the pump shaft between the thermal barrier body and the thermal barrier; pump wheel, the thermal barrier comprising a heat exchanger placed in a housing delimited by the thermal barrier cover;
  • a heat shield interposed radially between the thermal barrier and the tubular portion of the guide structure.
  • Such a pump typically comprises a diffuser defining the tubular portion. It is possible to fix the heat shield against the tubular part. There is then a gap between the heat shield and the thermal barrier body.
  • Such pumps generally include a dynamic sealing device, with an injection of a barrier fluid along the pump shaft.
  • This barrier fluid flows at the sealing device as well as along the pump shaft, into the housing receiving the heat exchanger, and into the chamber above the pump impeller. finally in the primary fluid.
  • the high temperature primary fluid rises from the circulation chamber along the shaft in the housing receiving the heat exchanger. It flows to the dynamic sealing device. In parallel with this main flow, high temperature primary fluid recirculations occur in the gap between the heat shield and the thermal barrier body.
  • the heat of the primary fluid diffuses through the thermal barrier body to the seals around the pump shaft.
  • the thermal power of the primary fluid rising through the exchanger is partly extracted by it.
  • the recirculations of primary fluid between the screen and the thermal barrier uncooled by the heat exchanger provide a thermal power directly in the upper part of the thermal barrier body and by diffusion to the cavity upstream of the sealing device.
  • the dynamic sealing device therefore has a higher temperature than during operation of the pump with injection.
  • the temperature of the joints must remain permanently below 90 ° C.
  • the heat flux diffused through the thermal barrier body is a difficulty in obtaining this result.
  • the invention aims to provide a pump in which it is easier to maintain the seals of the pump shaft below their maximum allowed temperature.
  • the invention relates to a pump of the aforementioned type, characterized in that the heat shield comprises a top heat shield interposed radially between the thermal barrier body and the tubular portion and a lower heat shield interposed radially between the lid thermal barrier and the tubular portion, the upper heat shield being pressed against the thermal barrier body and the lower heat shield being pressed against the tubular portion.
  • the pump may further have one or more of the following features, considered individually or in any technically feasible combination:
  • the upper heat shield is rigidly fixed to the thermal barrier body;
  • the upper heat shield has a lower axial end towards the lower heat shield, rigidly fixed to the tubular portion by a sealed peripheral weld;
  • the upper heat shield is separated from the tubular portion by an upper gap, a cavity between the upper heat shield and the lower heat shield fluidly connecting the upper gap to the housing;
  • the thermal barrier comprises at least one pressure drop or sealing device placed in the upper gap or in the cavity;
  • the lower heat shield is rigidly attached to the tubular portion
  • the lower heat shield comprises an extension engaged in the upper gap and rigidly fixed to the tubular portion;
  • the lower heat shield is separated from the thermal barrier cover by a lower gap fluidly communicating with the housing;
  • the lower and / or upper heat shield comprises a box and a plurality of plates arranged parallel to each other in the box, the plates being separated from each other by liquid strips of thickness less than 1.5 mm ;
  • each plate has a thickness of less than 0.8 mm
  • the pump further comprising a device for injecting a barrier fluid comprising a circuit for injecting a barrier fluid into the chamber, the flushing fluid flowing along the pump shaft along a path from the chamber to the housing, and from the housing to the fluid circulation chamber;
  • the guide structure comprises a volute internally defining the flow chamber, and a diffuser disposed within the volute and defining the tubular portion;
  • the upper and lower heat shields are two structures independent of each other;
  • the thermal barrier body and the thermal barrier cover are two separate structures
  • the tubular portion is delimited radially inwardly by a substantially cylindrical surface, coaxial with the axis of rotation, the thermal barrier body being delimited radially outwardly by a substantially cylindrical surface, coaxial with the axis of rotation the upper heat shield being placed between the surface of the tubular portion and the surface of the thermal barrier body.
  • the invention relates to a nuclear reactor comprising a vessel in which are placed nuclear fuel assemblies, and a primary circuit, the vessel having a primary fluid inlet and a primary fluid outlet, the primary circuit connecting fluidically the primary fluid outlet to the primary fluid inlet and having a pump having the above characteristics arranged in order to ensure the circulation of the primary fluid from the primary fluid outlet of the vessel to the primary fluid inlet.
  • FIG. 1 is a partial view of a nuclear reactor primary pump according to the invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of the thermal barrier and the heat shield of the pump of FIG. 1;
  • the pump 1 shown in FIG. 1 is intended to set in motion a fluid of a nuclear reactor.
  • this pump is a primary pump, intended to set in motion the primary fluid of the nuclear reactor.
  • the reactor comprises a vessel containing the nuclear fuel assemblies, and a steam generator.
  • the steam generator has a primary side and a secondary side, in which the primary fluid and the secondary fluid circulate respectively, the primary fluid yielding part of its heat energy to the secondary fluid in the steam generator.
  • the reactor includes a primary circuit connecting a primary fluid outlet of the vessel to an inlet on the primary side of the steam generator, and connecting an outlet on the primary side of the steam generator to a primary fluid inlet of the vessel.
  • the pump is inserted in the primary circuit and circulates the primary fluid in the primary circuit.
  • the pump is a secondary pump, interposed on the secondary circuit of the nuclear reactor. It ensures the circulation of the secondary fluid between the secondary side of the steam generator and a steam turbine.
  • the primary circuit directly connects the reactor vessel to the steam turbine.
  • the pump is interposed on the primary circuit between the turbine and the primary fluid inlet of the tank.
  • the pump is used in other circuits of the nuclear reactor, to set in motion any type of fluid.
  • the pump comprises a fixed structure 3 intended to be rigidly connected to the civil engineering of the reactor by different devices not shown in FIG.
  • the fixed structure 3 is only partially shown in FIG. It comprises in particular a main flange 5 and a motor support 7 These parts are linked together by any appropriate means.
  • the pump 1 further comprises a pump shaft 9, rotatable relative to the fixed structure 3 about an axis of rotation X.
  • the axis of rotation X is typically substantially vertical.
  • the pump 1 typically comprises an engine (not shown) housed above the engine support 7.
  • the motor drives the pump shaft 9 in rotation.
  • the pump 1 further comprises a pump wheel 1 1, rigidly fixed to the pump shaft 9.
  • the pump wheel 1 1 is rigidly fixed to a lower end 13 of the pump shaft 9.
  • the pump 1 comprises a guide structure 15 of the fluid set in motion by the pump wheel 1 1.
  • the guide structure 15 delimits internally a fluid circulation chamber 17, in which the pump wheel 1 1 is placed.
  • the guide structure 15 has a tubular portion 19 placed around the pump shaft.
  • the tubular portion 19 is coaxial with the X axis.
  • the guide structure 15 comprises a volute 21 which internally delimits the circulation chamber 17.
  • the volute 21 is rigidly fixed to the fixed structure 3, and more particularly to the main flange 5.
  • the pump 1 is of helico-centrifugal type, the volute 21 having a fluid inlet 23 located below the pump wheel January 1, in the extension thereof along the axis X.
  • the output of fluid not shown is formed in the volute 21, in a radial direction relative to the axis X.
  • the guide structure 15 comprises a diffuser 25 disposed inside the volute 21.
  • the diffuser 25 defines the tubular portion 19.
  • the diffuser 25 is also rigidly fixed to the fixed structure 3, by any appropriate means.
  • the diffuser 25 typically comprises a fluid guide portion 27 extending the tubular portion 19 downwardly.
  • the guide portion 27 is disposed in the extension of the pump wheel January 1 and has internal passages 29 guiding the fluid discharged by the pump wheel to the chamber 17.
  • the volute 21 has an upper portion 31 forming a flange 31, rigidly fixed to the main flange 5.
  • the tubular portion 19 comprises an upper section 33 forming a flange, placed inside the flange 31.
  • the tubular portion 19 also includes an intermediate portion 35, connecting the upper portion 33 to the lower guide portion 27.
  • the tubular portion 19 internally defines a conduit for the passage of the pump shaft 9, and for housing various equipment which will be described below.
  • the pump 1 further comprises a thermal barrier 37 interposed radially between the tubular portion 19 and the pump shaft 9.
  • This thermal barrier 37 comprises a thermal barrier body 39 and a thermal barrier cover 41.
  • the thermal barrier body 39 is tubular, and surrounds the pump shaft 9.
  • the cover 41 is interposed axially along the pump shaft 9 between the thermal barrier body 39 and the pump wheel 11.
  • the cover 41 and the thermal barrier body 39 are two separate structures.
  • the cover 41 is attached to the thermal barrier body 39 at its lower face. It is located substantially at the level of the upper 33 and intermediate 35 sections.
  • the tubular portion 19 delimits with the pump shaft 9 an annular volume in which the thermal barrier 37 is housed.
  • This annular volume is closed axially towards the pump wheel 11 by a wall in the form of a ring 43, part of the diffuser 25. It is delimited radially outwards by the sections 33 and 35. It is delimited radially inwards by the pump shaft 9.
  • the thermal barrier 37 furthermore comprises a heat exchanger 45 placed in a housing 47 delimited by the thermal barrier cover 41.
  • the housing 47 is cylindrical and completely surrounds the pump shaft 9. It is closed axially towards the pump wheel 1 1 by an annular wall 49 of the thermal barrier cover.
  • the housing 47 is closed radially outwardly by a cylindrical wall 51 of the thermal barrier cover.
  • the housing 47 is closed axially opposite the pump wheel by the thermal barrier body 39.
  • the housing 47 is closed radially inwardly by the labyrinth ring 53, integral with the thermal barrier body.
  • the thermal barrier 37 further comprises a supply 55 of cooling fluid. It is connected to the heat exchanger 45 and ensures a circulation of the cooling fluid inside thereof.
  • a heat shield 57 is interposed radially between the thermal barrier 37 and the tubular portion 19. This heat shield 57 will be described in detail below.
  • the pump 1 typically comprises one or more shaft seals, placed around the pump shaft 9.
  • the pump comprises three shaft seals 59, 61, 63, placed axially behind each other. These seals are axially separated from the pump impeller 1 1 by a bearing 65 as well as by the thermal barrier 37.
  • the heat exchanger integrated with the latter makes it possible to thermally protect the shaft seals, in the event of loss of feed. dam fluid.
  • the bearing 65 ensures the rotational guidance of the pump shaft 9.
  • the bearing 65 is housed in a chamber 66 delimited radially between the thermal barrier body 39 and the pump shaft 9. It is rigidly fixed in the lower part to the thermal barrier body 39.
  • the chamber 66 is located axially along the pump shaft 9 between the shaft seal 59 and the thermal barrier housing 47.
  • the chamber 66 is formed radially between the thermal barrier body 39 and the pump shaft 9.
  • the pump 1 further comprises a device 67 for injecting a barrier fluid.
  • the role of the barrier fluid is to avoid a rise of the fluid through the entire pump to the shaft seal device 59, 61, 63.
  • the device 67 comprises a circuit 69 designed to inject a cold barrier fluid into the chamber 66.
  • the cold barrier fluid flows through the shaft seals 59, 61, 63 as well as towards the chamber 17 of the volute 21.
  • the flow of the barrier fluid follows the path 71 along the pump shaft 9 from the chamber 66 to the housing 47, then from the housing 47 to the circulation chamber 17.
  • the heat shield 57 comprises an upper thermal shield 73 interposed radially between the thermal barrier body 39 and the tubular portion 19, and a lower heat shield 75 interposed radially between the thermal barrier cover 41 and the tubular portion 19.
  • the upper and lower heat shields are two structures independent of each other, that is to say without rigid attachment to one another.
  • the upper heat shield 73 is cylindrical and coaxial with the X axis.
  • the upper heat shield 73 is placed around the thermal barrier body 19.
  • the upper heat shield 73 is pressed against the thermal barrier body 39.
  • plated against is meant here that the upper heat shield 73 is in contact with or separated from the thermal barrier body by a gap of very small thickness. This thickness is typically less than 2 mm, preferably less than 1 mm.
  • This interstice 76 has a thickness greater than 3 mm, preferably greater than 5 mm.
  • the thermal barrier body 39 comprises a tubular portion 78 radially outwardly delimiting the chamber 66. It further comprises a flange 79 protruding radially outwardly from the upper end of the portion 79. The flange 79 is pinched axially between the main flange 5 and the upper section 33.
  • the thermal barrier body 39 further includes a re-entrant portion 80, extending the lower end of the tubular portion 79 radially inwardly and axially toward the pump wheel.
  • the reentrant portion 80 separates the chamber 66 from the housing 47.
  • the upper heat shield 73 is rigidly attached to the thermal barrier body
  • the upper heat shield 73 has a lower axial end 81 facing the lower heat shield 75, attached to the thermal barrier body 19.
  • the lower axial end 81 is fixed to the thermal barrier body 39 by a sealed circumferential weld 82.
  • This weld 82 extends over the entire periphery of the thermal barrier body 39.
  • the gap between the thermal barrier body 39 and the upper screen 73 is thus sealed by the weld 82 in the lower part, which prevents any circulation of liquid between the upper heat shield 73 and the thermal barrier body 39.
  • the tubular portion 19 is delimited radially inwardly by a substantially cylindrical surface 83, coaxial with the axis X.
  • the thermal barrier body 39 and more specifically the cylindrical portion 79 of this body, is delimited radially outwards. by a substantially cylindrical surface 84, coaxial with the X axis.
  • the upper heat shield 73 is placed between the surfaces 83 and 84.
  • the upper heat shield 73 is delimited radially inwardly by an inner surface 85.
  • This surface 85 is typically substantially cylindrical, and coaxial with the X axis.
  • the inner surface 85 is pressed against the surface 84 of the thermal barrier body 39.
  • an axially lower zone of the surface 85 is directly in contact with the zone facing the surface 84, or is separated from the zone facing a gap of thickness less than 1 mm. , for example of thickness 0.5 mm.
  • the remainder of the surface 85 is separated from the surface 84 by a gap of slightly greater thickness, for example between 0.5 and 1.5 mm.
  • the lower heat shield 75 is pressed against the tubular portion 19. It is rigidly fixed by welding to the radially inner surface 83. It is pressed against the intermediate portion 35 of the tubular portion 19. It is cylindrical and coaxial with the X axis.
  • the lower heat shield 75 is separated from the thermal barrier cover 41 by a lower gap 86, fluidly communicating with the housing 47. As shown in the figures, the lower heat shield 75 is inserted between the wall 51 of the thermal barrier cover and the tubular portion 19. The wall 51 is delimited radially outwardly by a substantially cylindrical surface 87. The lower gap 86 is delimited radially inwards by the surface 87 and radially outwardly by the lower heat shield 75.
  • this cavity 88 there is a cavity 88 between the upper heat shield and the lower heat shield.
  • the volume of this cavity 88 depends on the connection between the thermal barrier cover 39 and the thermal barrier body, the design of the lower and upper heat shields, the fixing thereof and the respective deformations under different conditions. operating the pump.
  • the volume of this cavity 88 will be reduced to a minimum in order to limit the thermal bridges between the chamber 17 and the thermal barrier 37.
  • the upper heat shield 73 and the lower heat shield 75 have a limited axial spacing relative to each other. This spacing must however remain greater than a minimum value, for example 1.5 mm.
  • the lower gap 86 also fluidly communicates with the cavity 88.
  • a gap 89 is provided between the thermal barrier body 39 and the thermal barrier cover 41 (FIG. 3), and fluidly connects the cavity 88 and the housing 47.
  • the lower heat shield 75 comprises an extension 91 engaged in the upper gap 76 and rigidly attached to the tubular portion 19.
  • the extension 91 has a cylindrical shape. It extends the radially outer wall of the lower heat shield 75. It extends over the entire axial height of the upper heat shield 73.
  • the upper edge 93 of the extension 91 is welded by a weld bead 95, visible on the Figure 4, at the tubular portion 19. This extension makes it possible to conveniently secure the lower heat shield to the tubular portion 19.
  • the extension 91 rises substantially upstream of the upper flange section 33 and can be welded easily.
  • the thermal barrier 37 advantageously comprises at least one pressure drop or sealing device 97 placed in the upper gap 76 or in the cavity 88.
  • This device is intended to limit or prevent the flow of fluid in the upper gap 76, in particular the primary fluid that rises from the housing 47 in the event of loss of the dynamic sealing device 67.
  • the device 97 is interposed between the screen 73 and the extension 91.
  • the device or devices 97 are interposed between the upper heat shields 75 and lower 73, in the cavity 88.
  • the device or devices 97 are of all types: metal blade, braid, labyrinth seal, seal, segment etc. ..
  • the device or devices 97 in the example shown in Figures 2 and 3, are attached to the lower end of the upper heat shield. Alternatively, they are mounted differently, and are for example compressed between the two screens.
  • the upper and lower heat shields 73 and 73 typically have the same structure. They each advantageously comprise a cylindrical box 99 and a plurality of plates 101 arranged parallel to each other inside the box 99.
  • the box 99 and the plates 101 are typically metallic.
  • the plates 101 each have a cylindrical shape, and are placed concentrically parallel to each other. They have for example a thickness of less than 0.8 mm, typically 0.4 mm.
  • Each screen comprises a large number of plates, preferably at least thirty plates 101, still preferably at least forty plates 101.
  • Spacers 105 make it possible to maintain the spacing between the plates 101.
  • the spacers 105 are integral with the upper cover 107 of the box.
  • Orifices such as port 109 allow the upper screen to be drained during maintenance on the pump hydraulics.
  • the supply 55 injects a cooling fluid into the heat exchanger 45.
  • the device 67 injects a barrier fluid into the chamber 66, the latter flowing in the seals 59 , 61, 63 and along the circulation path 71 into the housing 47 and the housing 47 in the flow chamber 17.
  • This barrier fluid thus fills the chamber 47, the cavity 88 and the upper gaps 76 and lower 86
  • the upper heat shields 73 and lower 75 are also filled with a fluid, for example by the barrier fluid.
  • This barrier fluid is typically water
  • the primary fluid does not rise along the pump shaft 9 to the joints 59, 61 and 63 which are therefore maintained at their nominal temperature.
  • the heat conduction from the circulation chamber 17 through the diffuser 25 to the seals 59, 61, 63 is limited by the presence of the cold barrier fluid injection device 67, the exchanger 47 thermal and upper and lower heat shields 73 and 75.
  • the one or more pressure drop or sealing devices 97 limit the recirculations in the upper gap 76.
  • the primary fluid can not flow between the thermal barrier body 39 and the upper heat shield 73. supply of thermal power generated by possible recirculations in the upper part is removed. Thermal transfers by conduction through the thermal barrier body 39 are therefore limited. As a result, the rise in temperature of the gasket 59 and the other seals 61 and 63 is also limited.
  • the fact that the lower gap 86 continuously communicates fluidically with the housing 47 makes it possible to obtain a uniform temperature in the thermal barrier cover 41. This is advantageous in the long term for the mechanical strength of this lid.

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Abstract

La pompe comprend : - une structure de guidage (15) avec une partie tubulaire (19) placée autour de l'arbre de pompe (9); - une barrière thermique (37) comprenant un échangeur de chaleur (45) placé dans un logement (47) délimité par un couvercle de barrière thermique (41); - un écran thermique (57) interposé radialement entre la barrière thermique (37) et la partie tubulaire (19) de la structure de guidage (15). L'écran thermique (57) comprend un écran thermique supérieur (73) interposé radialement entre le corps de barrière thermique (39) et la partie tubulaire (19) et un écran thermique inférieur (75) interposé radialement entre le couvercle de barrière thermique (41) et la partie tubulaire (19), l'écran thermique supérieur (73) étant plaqué contre le corps de barrière thermique (39) et l'écran thermique inférieur (75) étant plaqué contre la partie tubulaire (19).

Description

Pompe pour un réacteur nucléaire
L'invention concerne en général les pompes de réacteur nucléaire, notamment les pompes primaires, destinées à mettre en mouvement le fluide primaire du réacteur.
Plus précisément, l'invention concerne selon un premier aspect une pompe pour un fluide d'un réacteur nucléaire, la pompe comprenant :
- une structure fixe ;
- un arbre de pompe, mobile en rotation par rapport à la structure fixe autour d'un axe de rotation ;
- une roue de pompe, rigidement fixée à l'arbre de pompe ;
- une structure de guidage du fluide mis en mouvement par la roue de pompe, fixée à la structure fixe, la structure de guidage comprenant une partie tubulaire placée autour de l'arbre de pompe, la structure de guidage délimitant intérieurement une chambre de circulation du fluide dans laquelle est placée la roue de pompe ;
- une barrière thermique interposée radialement entre la partie tubulaire et l'arbre de pompe, la barrière thermique comprenant un corps de barrière thermique et un couvercle de barrière thermique interposé axialement le long de l'arbre de pompe entre le corps de barrière thermique et la roue de pompe, la barrière thermique comprenant un échangeur de chaleur placé dans un logement délimité par le couvercle de barrière thermique ;
- un écran thermique interposé radialement entre la barrière thermique et la partie tubulaire de la structure de guidage.
Une telle pompe comprend typiquement un diffuseur définissant la partie tubulaire. Il est possible de fixer l'écran thermique contre la partie tubulaire. Il existe alors un interstice entre l'écran thermique et le corps de barrière thermique.
De telles pompes comportent généralement un dispositif d'étanchéité dynamique, avec une injection d'un fluide de barrage le long de l'arbre de pompe. Ce fluide de barrage s'écoule au niveau du dispositif d'étanchéité ainsi que le long de l'arbre de pompe, jusque dans le logement recevant l'échangeur de chaleur, puis dans la chambre au-dessus de la roue de la pompe et enfin dans le fluide primaire.
En cas de défaillance du dispositif d'étanchéité dynamique, le fluide primaire à haute température remonte, à partir de la chambre de circulation, le long de l'arbre dans le logement recevant l'échangeur de chaleur. Il s'écoule jusqu'au dispositif d'étanchéité dynamique. Parallèlement à cet écoulement principal, des recirculations de fluide primaire à haute température apparaissent dans l'interstice entre l'écran thermique et le corps de barrière thermique.
La chaleur du fluide primaire se diffuse à travers le corps de barrière thermique, jusqu'aux joints d'étanchéité placés autour de l'arbre de pompe. La puissance thermique du fluide primaire remontant à travers l'échangeur est en partie extraite par celui-ci. Les recirculations de fluide primaire entre l'écran et la barrière thermique non refroidies par l'échangeur de chaleur apportent une puissance thermique directement en partie supérieure du corps de barrière thermique et par diffusion jusqu'à la cavité en amont du dispositif d'étanchéité. Le dispositif d'étanchéité dynamique présente par conséquent une température plus importante que lors du fonctionnement de la pompe avec injection.
Or, pour avoir un fonctionnement efficace de la pompe, la température des joints doit rester en permanence inférieure à 90°C.
Le flux de chaleur diffusé à travers le corps de barrière thermique est une difficulté pour l'obtention de ce résultat.
Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une pompe dans laquelle il est plus facile de maintenir les joints d'étanchéité de l'arbre de pompe en dessous de leur température maximale autorisée.
A cette fin, l'invention porte sur une pompe du type précité, caractérisée en ce que l'écran thermique comprend un écran thermique supérieur interposé radialement entre le corps de barrière thermique et la partie tubulaire et un écran thermique inférieur interposé radialement entre le couvercle de barrière thermique et la partie tubulaire, l'écran thermique supérieur étant plaqué contre le corps de barrière thermique et l'écran thermique inférieur étant plaqué contre la partie tubulaire.
Du fait que l'écran thermique supérieur soit plaqué contre le corps de barrière thermique, il n'existe qu'un interstice de très faible épaisseur entre le corps et l'écran thermique supérieur. Il ne peut pratiquement pas y avoir de circulation de fluide entre le corps de barrière thermique et l'écran thermique supérieur. Le flux de chaleur diffusé à travers le corps de barrière thermique vers les joints de l'arbre de pompe est réduit.
La pompe peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci- dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l'écran thermique supérieur est rigidement fixé au corps de barrière thermique ; - l'écran thermique supérieur présente une extrémité axiale inférieure vers l'écran thermique inférieur, rigidement fixée à la partie tubulaire par une soudure périphérique étanche ;
- l'écran thermique supérieur est séparé de la partie tubulaire par un interstice supérieur, une cavité entre l'écran thermique supérieur et l'écran thermique inférieur raccordant fluidiquement l'interstice supérieur au logement ; - la barrière thermique comprend au moins un dispositif de perte de charge ou d'étanchéité placé dans l'interstice supérieur ou dans la cavité ;
- l'écran thermique inférieur est rigidement fixé à la partie tubulaire ;
- l'écran thermique inférieur comprend un prolongement engagé dans l'interstice supérieur et rigidement fixé à la partie tubulaire ;
- l'écran thermique inférieur est séparé du couvercle de barrière thermique par un interstice inférieur communiquant fluidiquement avec le logement ;
- l'écran thermique inférieur et/ou supérieur comprend un caisson et une pluralité de plaques disposées parallèlement les unes aux autres dans le caisson, les plaques étant séparées les unes des autres par des lames de liquide d'épaisseurs inférieures à 1 ,5 mm ;
- chaque plaque présente une épaisseur inférieure à 0.8 mm ;
- comprend au moins un joint d'arbre disposé autour de l'arbre de pompe, et une chambre ménagée radialement entre le corps de barrière thermique et l'arbre de pompe, la chambre étant disposée axialement le long de l'arbre de pompe entre le ou les joints d'arbre et le logement, la pompe comportant en outre un dispositif d'injection d'un fluide de barrage comprenant un circuit d'injection d'un fluide de barrage dans la chambre, le fluide de barrage s'écoulant le long de l'arbre de pompe en suivant un chemin depuis la chambre jusqu'au logement, puis du logement jusqu'à la chambre de circulation du fluide ;
- la structure de guidage comprend une volute délimitant intérieurement la chambre de circulation, et un diffuseur disposé à l'intérieur de la volute et définissant la partie tubulaire ;
- les écrans thermiques supérieur et inférieur sont deux structures indépendantes l'une de l'autre ;
- le corps de barrière thermique et le couvercle de barrière thermique sont deux structures séparés ;
- la partie tubulaire est délimitée radialement vers l'intérieur par une surface sensiblement cylindrique, coaxiale à l'axe de rotation, le corps de barrière thermique étant délimitée radialement vers l'extérieur par une surface sensiblement cylindrique, coaxiale à l'axe de rotation, l'écran thermique supérieur étant placé entre la surface de la partie tubulaire et la surface du corps de barrière thermique.
Selon un second aspect, l'invention porte sur un réacteur nucléaire comprenant une cuve dans laquelle sont placés des assemblages de combustible nucléaire, et un circuit primaire, la cuve comportant une entrée de fluide primaire et une sortie de fluide primaire, le circuit primaire raccordant fluidiquement la sortie de fluide primaire à l'entrée de fluide primaire et comportant une pompe ayant les caractéristiques ci-dessus agencée de manière à assurer la circulation du fluide primaire depuis la sortie de fluide primaire de la cuve jusqu'à l'entrée de fluide primaire.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description 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 partielle d'une pompe primaire de réacteur nucléaire conforme à l'invention ;
- la figure 2 est une vue agrandie de la barrière thermique et de l'écran thermique de la pompe de la figure 1 ; et
- les figures 3 et 4 sont des zooms sur les détails III et IV de la figure 2.
La pompe 1 représentée sur la figure 1 est destinée à mettre en mouvement un fluide d'un réacteur nucléaire. Typiquement, cette pompe est une pompe primaire, destinée à mettre en mouvement le fluide primaire du réacteur nucléaire.
Dans un réacteur à eau pressurisée (REP, ou PWR en anglais), le réacteur comporte une cuve contenant les assemblages de combustible nucléaire, et un générateur de vapeur. Le générateur de vapeur présente un côté primaire et un côté secondaire, dans lesquels circulent respectivement le fluide primaire et le fluide secondaire, le fluide primaire cédant une partie de son énergie calorifique au fluide secondaire dans le générateur de vapeur. Le réacteur comporte un circuit primaire raccordant une sortie de fluide primaire de la cuve à une entrée du côté primaire du générateur de vapeur, et raccordant une sortie du côté primaire du générateur de vapeur à une entrée de fluide primaire de la cuve. La pompe est intercalée dans le circuit primaire et assure la circulation du fluide primaire dans le circuit primaire.
En variante, la pompe est une pompe secondaire, intercalée sur le circuit secondaire du réacteur nucléaire. Elle assure la circulation du fluide secondaire entre le côté secondaire du générateur de vapeur et une turbine à vapeur.
Dans un réacteur à eau bouillante (BWR), le circuit primaire raccorde directement la cuve du réacteur à la turbine à vapeur. Dans ce cas, la pompe est intercalée sur le circuit primaire entre la turbine et l'entrée de fluide primaire de la cuve.
En variante, la pompe est utilisée dans d'autres circuits du réacteur nucléaire, pour mettre en mouvement tout type de fluide.
Comme visible sur la figure 1 , la pompe comporte une structure fixe 3, prévue pour être rigidement liée au génie civil du réacteur par différents dispositifs non représentés sur la figure 1 . La structure fixe 3 n'est que partiellement représentée sur la figure 1 . Elle comporte notamment une bride principale 5 et un support moteur 7 Ces pièces sont liées entre elle par tous moyens appropriés. La pompe 1 comporte encore un arbre de pompe 9, mobile en rotation par rapport à la structure fixe 3 autour d'un axe de rotation X. L'axe de rotation X est typiquement sensiblement vertical.
La pompe 1 comporte typiquement un moteur non représenté logé au-dessus du support moteur 7. Le moteur entraîne l'arbre de pompe 9 en rotation.
La pompe 1 comporte encore une roue de pompe 1 1 , rigidement fixée à l'arbre de pompe 9.
Dans l'exemple représenté, la roue de pompe 1 1 est rigidement fixée à une extrémité inférieure 13 de l'arbre de pompe 9.
Par ailleurs, la pompe 1 comporte une structure de guidage 15 du fluide mis en mouvement par la roue 1 1 de pompe. La structure de guidage 15 délimite intérieurement une chambre 17 de circulation du fluide, dans laquelle est placée la roue 1 1 de pompe.
On voit sur la figure 1 que la structure de guidage 15 comporte une partie tubulaire 19 placée autour de l'arbre de pompe. La partie tubulaire 19 est coaxiale à l'axe X.
Plus précisément, la structure de guidage 15 comprend une volute 21 qui délimite intérieurement la chambre de circulation 17. La volute 21 est rigidement fixée à la structure fixe 3, et plus particulièrement à la bride principale 5.
Dans l'exemple représenté, la pompe 1 est de type helico-centrifuge, la volute 21 présentant une entrée de fluide 23 située sous la roue de pompe 1 1 , dans le prolongement de celle-ci suivant l'axe X. La sortie de fluide non représentée est ménagée dans la volute 21 , suivant une direction radiale par rapport à l'axe X.
Par ailleurs, la structure de guidage 15 comprend un diffuseur 25 disposé à l'intérieur de la volute 21 . Avantageusement, le diffuseur 25 définit la partie tubulaire 19. Le diffuseur 25 est lui aussi rigidement fixé à la structure fixe 3, par tous moyens appropriés.
Le diffuseur 25 comprend typiquement une partie de guidage 27 de fluide prolongeant la partie tubulaire 19 vers le bas. La partie de guidage 27 est disposée dans le prolongement de la roue de pompe 1 1 et présente des passages internes 29 guidant le fluide refoulé par la roue de pompe vers la chambre 17.
La volute 21 présente une partie supérieure 31 formant bride 31 , rigidement fixée à la bride principale 5.
La partie tubulaire 19 comporte un tronçon supérieur 33 formant bride, placé à l'intérieur de la bride 31 . La partie tubulaire 19 comporte également un tronçon intermédiaire 35, raccordant le tronçon supérieur 33 à la partie inférieure de guidage 27.
La partie tubulaire 19 délimite intérieurement un conduit pour le passage de l'arbre de pompe 9, et pour loger différents équipements qui seront décrits plus bas. La pompe 1 comporte encore une barrière thermique 37, interposée radialement entre la partie tubulaire 19 et l'arbre de pompe 9.
Cette barrière thermique 37 comporte un corps de barrière thermique 39 et un couvercle de barrière thermique 41 .
Le corps de barrière thermique 39 est tubulaire, et entoure l'arbre de pompe 9.
Selon l'axe X, il est situé sensiblement au niveau du tronçon supérieur 33 formant bride.
Le couvercle 41 est interposé axialement le long de l'arbre de pompe 9 entre le corps de barrière thermique 39 et la roue de pompe 1 1 .
Le couvercle 41 et le corps de barrière thermique 39 sont deux structures séparées.
Le couvercle 41 est fixé au corps de barrière thermique 39 au niveau de sa face inférieure. Il se situe sensiblement au niveau des tronçons supérieur 33 et intermédiaire 35.
Plus précisément, on voit sur la figure 1 que la partie tubulaire 19 délimite avec l'arbre de pompe 9 un volume annulaire dans lequel est logée la barrière thermique 37. Ce volume annulaire est fermé axialement vers la roue de pompe 1 1 par une paroi en forme d'anneau 43, faisant partie du diffuseur 25. Il est délimité radialement vers l'extérieur par les tronçons 33 et 35. Il est délimité radialement vers l'intérieur par l'arbre de pompe 9.
La barrière thermique 37 comporte par ailleurs un échangeur de chaleur 45, placé dans un logement 47 délimité par le couvercle de barrière thermique 41 . Le logement 47 est cylindrique et entoure complètement l'arbre de pompe 9. Il est fermé axialement vers la roue de pompe 1 1 par une paroi annulaire 49 du couvercle de barrière thermique. Le logement 47 est fermé radialement vers l'extérieur par une paroi cylindrique 51 du couvercle de barrière thermique. Le logement 47 est fermé axialement à l'opposé de la roue de pompe par le corps de barrière thermique 39. Le logement 47 est fermé radialement vers l'intérieur par l'anneau labyrinthe 53, solidaire du corps de barrière thermique.
La barrière thermique 37 comporte encore une alimentation 55 en fluide de refroidissement. Elle est raccordée à l'échangeur de chaleur 45 et assure une circulation du fluide de refroidissement à l'intérieur de celui-ci.
Par ailleurs, un écran thermique 57 est interposé radialement entre la barrière thermique 37 et la partie tubulaire 19. Cet écran thermique 57 sera décrit en détail plus loin.
La pompe 1 comporte typiquement un ou plusieurs joints d'arbre, placés autour de l'arbre de pompe 9. Dans l'exemple représenté, la pompe comporte trois joints d'arbre 59, 61 , 63, placés axialement les uns derrière les autres. Ces joints sont séparés axialement de la roue de pompe 1 1 par un palier 65 ainsi que par la barrière thermique 37. L'échangeur intégré à cette dernière permet de protéger thermiquement les joints d'arbre, en cas de perte de l'alimentation en fluide de barrage.
Le palier 65 assure le guidage en rotation de l'arbre de pompe 9. Le palier 65 est logé dans une chambre 66 délimitée radialement entre le corps de barrière thermique 39 et l'arbre de pompe 9. Il est rigidement fixé en partie basse au corps de barrière thermique 39.
La chambre 66 est située axialement le long de l'arbre de pompe 9 entre le joint d'arbre 59 et le logement 47 de barrière thermique. La chambre 66 est ménagée radialement entre le corps de barrière thermique 39 et l'arbre de pompe 9.
Typiquement, la pompe 1 comporte encore un dispositif 67 d'injection d'un fluide de barrage. Le fluide de barrage a pour rôle d'éviter une remonter du fluide à travers l'ensemble de la pompe jusqu'au dispositif de joints d'arbres 59, 61 , 63.
Le dispositif 67 comporte un circuit 69 prévu pour injecter un fluide de barrage froid dans la chambre 66. Le fluide de barrage froid circule au travers des joints d'arbre 59, 61 , 63 ainsi qu'en direction de la chambre 17 de la volute 21 .
L'écoulement du fluide de barrage suit le chemin 71 le long de l'arbre de pompe 9 depuis la chambre 66 jusqu'au logement 47, puis du logement 47 jusqu'à la chambre de circulation 17.
Comme visible plus précisément sur la figure 2, l'écran thermique 57 comprend un écran thermique supérieur 73 interposé radialement entre le corps de barrière thermique 39 et la partie tubulaire 19, et un écran thermique inférieur 75 interposé radialement entre le couvercle de barrière thermique 41 et la partie tubulaire 19.
Les écrans thermiques supérieur et inférieur sont deux structures indépendantes l'une de l'autre, c'est-à-dire dépourvues de fixation rigide l'une à l'autre.
L'écran thermique supérieur 73 est cylindrique, et coaxial à l'axe X. L'écran thermique supérieur 73 est placé autour du corps de barrière thermique 19.
L'écran thermique supérieur 73 est plaqué contre le corps de barrière thermique 39. On entend ici par « plaqué contre » le fait que l'écran thermique supérieur 73 est au contact du corps de barrière thermique, ou est séparé de celui-ci par un interstice de très faible épaisseur. Cette épaisseur est typiquement inférieure à 2 mm, de préférence inférieure à 1 mm.
En revanche, l'écran thermique supérieur 73 est séparé de la partie tubulaire 19 par un interstice supérieur 76, visible plus nettement sur les vues de détail 3 et 4. Cet interstice 76 présente une épaisseur supérieure à 3 mm, de préférence supérieure à 5 mm.
On voit clairement sur la figure 1 que l'écran thermique supérieur 73 est interposé radialement entre le corps de barrière thermique 39 et le tronçon supérieur 33 formant bride de la partie tubulaire.
Plus précisément, le corps de barrière thermique 39 comporte une portion tubulaire 78, délimitant radialement vers l'extérieur la chambre 66. Il comporte encore une bride 79, faisant saillie radialement vers l'extérieur à partir de l'extrémité supérieure de la portion 79. La bride 79 est pincée axialement entre la bride principale 5 et le tronçon supérieur 33.
Le corps de barrière thermique 39 comporte encore une portion rentrante 80, prolongeant l'extrémité inférieure de la portion tubulaire 79 radialement vers l'intérieur et axialement vers la roue de pompe. La portion rentrante 80 sépare la chambre 66 du logement 47.
L'écran thermique supérieur 73 est rigidement fixé au corps de barrière thermique
39.
Plus précisément, l'écran thermique supérieur 73 présente une extrémité axiale inférieure 81 tournée vers l'écran thermique inférieur 75, fixée au corps de barrière thermique 19.
L'extrémité axiale inférieure 81 est fixée au corps de barrière thermique 39 par une soudure circonférentielle 82, étanche. Cette soudure 82 s'étend sur toute la périphérie du corps de barrière thermique 39. L'interstice entre le corps de barrière thermique 39 et l'écran supérieur 73 est donc fermé de manière étanche par la soudure 82 en partie inférieure, ce qui empêche toute circulation de liquide entre l'écran thermique supérieur 73 et le corps de barrière thermique 39.
La partie tubulaire 19 est délimitée radialement vers l'intérieur par une surface sensiblement cylindrique 83, coaxiale à l'axe X. Le corps de barrière thermique 39, et plus précisément la partie cylindrique 79 de ce corps, est délimitée radialement vers l'extérieur par une surface sensiblement cylindrique 84, coaxiale à l'axe X. L'écran thermique supérieur 73 est placé entre les surfaces 83 et 84.
L'écran thermique supérieur 73 est délimité radialement vers l'intérieur par une surface interne 85. Cette surface 85 est typiquement sensiblement cylindrique, et coaxiale à l'axe X.
La surface interne 85 est plaquée contre la surface 84 du corps de barrière thermique 39. Typiquement, une zone axialement inférieure de la surface 85 est directement au contact de la zone en vis-à-vis de la surface 84, ou est séparée de la zone en vis-à-vis par un interstice d'épaisseur inférieure à 1 mm, par exemple d'épaisseur 0.5 mm. Le reste de la surface 85 est séparé de la surface 84 par un interstice d'épaisseur légèrement plus grande, par exemple compris entre 0.5 et 1 .5 mm.
Comme indiqué plus haut, l'écran thermique inférieur 75 est plaqué contre la partie tubulaire 19. Il est rigidement fixé par soudage à la surface radialement interne 83. Il est plaqué contre le tronçon intermédiaire 35 de la partie tubulaire 19. Il est cylindrique et coaxial à l'axe X.
L'écran thermique inférieur 75 est séparé du couvercle de barrière thermique 41 par un interstice inférieur 86, communiquant fluidiquement avec le logement 47. Comme visible sur les figures, l'écran thermique inférieur 75 est inséré entre la paroi 51 du couvercle de barrière thermique et la partie tubulaire 19. La paroi 51 est délimitée radialement vers l'extérieur par une surface 87 sensiblement cylindrique. L'interstice inférieur 86 est délimité radialement vers l'intérieur par la surface 87 et radialement vers l'extérieur par l'écran thermique inférieur 75.
Comme visible sur les figures 2 et 3 notamment, il existe une cavité 88 entre l'écran thermique supérieur et l'écran thermique inférieur. Le volume de cette cavité 88 dépend de la liaison entre le couvercle de barrière thermique 39 et le corps de barrière thermique, de la conception des écrans thermiques inférieur et supérieur, de la fixation de ceux-ci ainsi que des déformations respectives lors des différentes conditions de fonctionnement de la pompe. Le volume de cette cavité 88 sera réduit au minimum afin de limiter les ponts thermiques entre la chambre 17 et la barrière thermique 37.
En d'autres termes, l'écran thermique supérieur 73 et l'écran thermique inférieur 75 ont un écartement axial limité l'un par rapport à l'autre. Cet écartement doit toutefois rester supérieur à une valeur minimum, par exemple 1 ,5 mm.
L'interstice inférieur 86 communique fluidiquement aussi avec la cavité 88. Un interstice 89 est ménagé entre le corps de barrière thermique 39 et le couvercle de barrière thermique 41 (figure 3), et raccorde fluidiquement la cavité 88 et le logement 47.
Comme visible sur les figures 3 et 4, l'écran thermique inférieur 75 comprend un prolongement 91 engagé dans l'interstice supérieur 76 et rigidement fixé à la partie tubulaire 19. Le prolongement 91 a une forme cylindrique. Il prolonge la paroi radialement externe de l'écran thermique inférieur 75. Il s'étend sur toute la hauteur axiale de l'écran thermique supérieur 73. Le bord supérieur 93 du prolongement 91 est soudé par un cordon de soudure 95, visible sur la figure 4, à la partie tubulaire 19. Ce prolongement permet de fixer commodément l'écran thermique inférieur à la partie tubulaire 19. Le prolongement 91 remonte pratiquement en haut du tronçon supérieur 33 formant bride et peut être soudé facilement.
Comme visible notamment sur les figures 2 et 3, la barrière thermique 37 comprend avantageusement au moins un dispositif de perte de charge ou d'étanchéité 97, placé dans l'interstice supérieur 76 ou dans la cavité 88. Ce dispositif est prévu pour limiter ou empêcher la circulation de fluide dans l'interstice supérieur 76, notamment du fluide primaire qui remonterait à partir du logement 47 en cas de perte du dispositif d'étanchéité dynamique 67. Dans l'exemple représenté, le dispositif 97 est interposé entre l'écran thermique supérieur 73 et le prolongement 91 .
En variante, le ou les dispositifs 97 sont interposés entre les écrans thermiques supérieur 75 et inférieur 73, dans la cavité 88. Le ou les dispositifs 97 sont de tous types : lame métallique, tresse, joint labyrinthe, joint d'étanchéité, segment etc ..
Le ou les dispositifs 97, dans l'exemple représenté sur les figures 2 et 3, sont fixés à l'extrémité inférieure de l'écran thermique supérieur. En variante, ils sont montés de manière différente, et sont par exemple comprimés entre les deux écrans.
Comme visible sur les figures 3 et 4, les écrans thermiques supérieur 73 et inférieur 75 ont typiquement la même structure. Ils comprennent avantageusement chacun un caisson cylindrique 99 et une pluralité de plaques 101 disposées parallèlement les unes aux autres à l'intérieur du caisson 99. Le caisson 99 et les plaques 101 sont typiquement métalliques. Les plaques 101 présentent chacune une forme cylindrique, et sont placées de manière concentrique les unes parallèlement aux autres. Elles ont par exemple une épaisseur inférieure à 0,8 mm, typiquement de 0,4 mm.
Les plaques sont séparées les unes des autres par des lames de liquide 103, qui sont avantageusement d'épaisseur inférieure à 1 ,5 mm. L'épaisseur des lames de liquide est par exemple de 1 mm. Chaque écran comprend un grand nombre de plaques, de préférence au moins trente plaques 101 , encore de préférence au moins quarante plaques 101 .
Le choix d'avoir des lames de liquide de faibles épaisseurs, et donc un grand nombre de plaques, permet de limiter la convexion du liquide entre les plaques.
Des entretoises 105 permettent de maintenir l'écartement entre les plaques 101 . Dans l'exemple représenté sur la figure 3, les entretoises 105 sont solidaires du couvercle supérieur 107 du caisson.
Des orifices tels que l'orifice 109 permettent la vidange de l'écran supérieur lors de maintenance sur l'hydraulique de pompe. En fonctionnement normal, l'alimentation 55 injecte un fluide de refroidissement dans l'échangeur de chaleur 45. Par ailleurs, le dispositif 67 injecte un fluide de barrage dans la chambre 66, celui-ci s'écoulant dans les joints d'étanchéité 59, 61 , 63 ainsi que le long du chemin de circulation 71 jusque dans le logement 47 puis du logement 47 dans la chambre de circulation 17. Ce fluide de barrage remplit donc la chambre 47, la cavité 88 et les interstices supérieur 76 et inférieur 86. Les écrans thermiques supérieur 73 et inférieur 75 sont eux aussi remplis par un fluide, par exemple par le fluide de barrage. Ce fluide de barrage est typiquement de l'eau
Du fait de l'injection du fluide de barrage, le fluide primaire ne remonte pas le long de l'arbre de pompe 9 jusqu'aux joints 59, 61 et 63 qui sont donc maintenus à leur température nominale.
Par ailleurs, la conduction de chaleur à partir de la chambre de circulation 17 à travers le diffuseur 25 jusqu'aux joints 59, 61 , 63 est limitée par la présence du dispositif d'injection du fluide de barrage froid 67, de l'échangeur thermique 47 et des écrans thermiques supérieur et inférieur 73 et 75.
En cas de défaillance du dispositif d'étanchéité dynamique par injection du fluide de barrage, il n'y a plus de circulation du fluide de barrage le long de l'arbre de pompe 9. Le fluide primaire sous pression remplissant la chambre de circulation 17 remonte alors le long de l'arbre jusqu'au logement 47, et est en partie refroidi par l'échangeur de chaleur 45. Des recirculations se mettent en place entre le logement 47 et l'interstice 86 délimité entre le couvercle de barrière thermique 41 et l'écran thermique inférieur 73.
Le ou les dispositifs de perte de charge ou d'étanchéité 97 limitent les recirculations dans l'interstice supérieur 76. En revanche, le fluide primaire ne peut pas circuler entre le corps de barrière thermique 39 et l'écran thermique supérieur 73. L'apport de puissance thermique engendré par de possible recirculations en partie haute est supprimé. Les transferts thermiques par conduction à travers le corps de barrière thermique 39 sont donc limités. De ce fait, la montée en température du joint 59, et des autres joints 61 et 63, est également limitée.
En revanche, le fait que l'interstice inférieur 86 communique fluidiquement en permanence avec le logement 47 permet d'obtenir une température uniforme dans le couvercle de barrière thermique 41 . Ceci est avantageux à terme pour la tenue mécanique de ce couvercle.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Pompe pour un fluide d'un réacteur nucléaire, la pompe (1 ) comprenant :
- une structure fixe (3) ;
- un arbre de pompe (9), mobile en rotation par rapport à la structure fixe (3) autour d'un axe de rotation (X);
- une roue de pompe (1 1 ), rigidement fixée à l'arbre de pompe (9) ;
- une structure de guidage (15) du fluide mis en mouvement par la roue de pompe (1 1 ), fixée à la structure fixe (3), la structure de guidage (15) comprenant une partie tubulaire (19) placée autour de l'arbre de pompe (9), la structure de guidage (15) délimitant intérieurement une chambre de circulation du fluide dans laquelle est placée la roue de pompe (1 1 );
- une barrière thermique (37) interposée radialement entre la partie tubulaire (19) et l'arbre de pompe (9), la barrière thermique (37) comprenant un corps de barrière thermique (39) et un couvercle de barrière thermique (41 ) interposé axialement le long de l'arbre de pompe (9) entre le corps de barrière thermique (39) et la roue de pompe (1 1 ), la barrière thermique (37) comprenant un échangeur de chaleur (45) placé dans un logement (47) délimité par le couvercle de barrière thermique (41 ) ;
- un écran thermique (57) interposé radialement entre la barrière thermique (37) et la partie tubulaire (19) de la structure de guidage (15) ;
caractérisée en ce que l'écran thermique (57) comprend un écran thermique supérieur (73) interposé radialement entre le corps de barrière thermique (39) et la partie tubulaire (19) et un écran thermique inférieur (75) interposé radialement entre le couvercle de barrière thermique (41 ) et la partie tubulaire (19), l'écran thermique supérieur (73) étant plaqué contre le corps de barrière thermique (39) et l'écran thermique inférieur (75) étant plaqué contre la partie tubulaire (19).
2. - Pompe selon la revendication 1 , caractérisée en ce que l'écran thermique supérieur (73) est rigidement fixé au corps de barrière thermique (39).
3. - Pompe selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l'écran thermique supérieur (73) présente une extrémité axiale inférieure (81 ) vers l'écran thermique inférieur (75), rigidement fixée à la partie tubulaire (19) par une soudure périphérique étanche (82).
4. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écran thermique supérieur (73) est séparé de la partie tubulaire (19) par un interstice supérieur (76), une cavité (88) entre l'écran thermique supérieur (73) et l'écran thermique inférieur (75) raccordant fluidiquement l'interstice supérieur (76) au logement (47).
5. - Pompe selon la revendication 4, caractérisée en ce que la barrière thermique (37) comprend au moins un dispositif de perte de charge ou d'étanchéité (97) placé dans l'interstice supérieur (76) ou dans la cavité (88).
6. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écran thermique inférieur (75) est rigidement fixé à la partie tubulaire (19).
7. - Pompe selon la revendication 6 combinée à la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que l'écran thermique inférieur (75) comprend un prolongement (91 ) engagé dans l'interstice supérieur (76) et rigidement fixé à la partie tubulaire (19).
8. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écran thermique inférieur (75) est séparé du couvercle de barrière thermique (41 ) par un interstice inférieur (86) communiquant fluidiquement avec le logement (47).
9. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'écran thermique inférieur et/ou supérieur (73, 75) comprend un caisson (99) et une pluralité de plaques (101 ) disposées parallèlement les unes aux autres dans le caisson (99), les plaques (101 ) étant séparées les unes des autres par des lames (103) de liquide d'épaisseurs inférieures à 1 ,5 mm.
10. - Pompe selon la revendication 9, caractérisée en ce que chaque plaque (101 ) présente une épaisseur inférieure à 0.8 mm.
1 1 . - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un joint d'arbre (59, 61 , 63) disposé autour de l'arbre de pompe (9), et une chambre (66) ménagée radialement entre le corps de barrière thermique (39) et l'arbre de pompe (9), la chambre (66) étant disposée axialement le long de l'arbre de pompe (9) entre le ou les joints d'arbre (59, 61 , 63) et le logement (47), la pompe comportant en outre un dispositif (67) d'injection d'un fluide de barrage comprenant un circuit (69) d'injection d'un fluide de barrage dans la chambre (66), le fluide de barrage s'écoulant le long de l'arbre de pompe (9) en suivant un chemin (71 ) depuis la chambre (66) jusqu'au logement (47), puis du logement (47) jusqu'à la chambre de circulation (17) du fluide.
12. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la structure de guidage (15) comprend une volute (21 ) délimitant intérieurement la chambre de circulation (17), et un diffuseur (25) disposé à l'intérieur de la volute (21 ) et définissant la partie tubulaire (19).
13. - Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les écrans thermiques supérieur et inférieur (73, 75) sont deux structures indépendantes l'une de l'autre.
14. Pompe selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le corps de barrière thermique (39) et le couvercle de barrière thermique (41 ) sont deux structures séparés.
15. Pompe selon la revendication 14, caractérisée en ce que la partie tubulaire (19) est délimitée radialement vers l'intérieur par une surface sensiblement cylindrique (83), coaxiale à l'axe de rotation (X), le corps de barrière thermique (39) étant délimitée radialement vers l'extérieur par une surface sensiblement cylindrique (84), coaxiale à l'axe de rotation (X), l'écran thermique supérieur (73) étant placé entre la surface (83) de la partie tubulaire (19) et la surface (84) du corps de barrière thermique (39).
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