FR2462001A1 - Pebble pile nuclear reactor vessel - with feather keys or splines maintaining bottom and side brick clearances - Google Patents
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Abstract
Description
"Cuve pour réacteur à boulets avec dispositions pour la
dilatation et la contraction."
La présente invention se rapporte à une cuve pour un réacteur à boulets à haute température refroidi au gaz tel qu'il est par exemple décrit dans la revue allemande "Atomwirtschaftw de Mai i97l avec d'autres références bibliographiques."Ball reactor vessel with provisions for
dilation and contraction. "
The present invention relates to a vessel for a gas-cooled high-temperature ball reactor as described, for example, in the German review "Atomwirtschaftw de Mai i97l with other bibliographical references.
L'emplacement de plusieurs millions d'éléments combusti- bles en forme de boulets formant la zone fissile d'un- tel rEac- teur nucléaire est contenu dans une cuve qui présente une projection horizontale polygonale ou circulaire et se compose d'une paroi latérale et d'un fond en forme de trémie par lequel on peut retirer les éléments combustibles introduits par le haut et usés lors de leur passage dans la zone fissile. The location of several million ball-shaped fuel elements forming the fissile zone of such a nuclear reactor is contained in a vessel which has a horizontal polygonal or circular projection and consists of a side wall and a hopper-shaped bottom through which the combustible elements introduced from above and used during their passage through the fissile zone can be removed.
Le gaz de refroidissement traverse l'empilement de boulets de haut en bas, si bien que la température de fonctionnement de par exemple 950'C s'établit à proximité du fond et de la partie inférieure de la paroi latérale. Il s'ensuit que les différents blocs de graphite dont sont constitués le fond et la paroi latérale sont exposés à d'importantes dilatations et contractions thermiques à chaque démarrage et arrAt du réacteur. Dans le cas de la paroi latérale, les fentes entre les différents blocs sont déterminées de façon qu'elles se ferment lorsque la température de fonctionnement est atteinte et qu'il en résulte une cuve étanche dans laquelle il ne règne que des tensions de pression tangentielles; tandis qu'une ossature extérieure entourant la cuve empêche les blocs de la paroi latérale de se dérober dans le sens radial.Dans la zone de l'empilement de boulets, la dilatation des blocs de la paroi latérale ne pose aucun problème attendu que cet empilement sous l'action de forcesextérieuresse comporte comme un liquide, c'est-à-dire qu'il se dérobe vers le haut dans le cas présent. Une courbe de tension identique dans la paroi latérale ne peut s'établir dans la zone du fond que si ce dernier est également réalisé "tendre". On a essayé jusqu'ici de réaliser cette conception en prévoyant des fentes suffisamment grandes entre les différents blocs du fond à l'état froid.Si les blocs du fond sont placés non liés les uns à côté des autres, il peut toutefois arriver qu'après plusieurs dilatations et contractions de l'assemblage1 les différents blocs ne se trouvent plus exactement aux emplacements qui leur étaient destinés dans le réseau du fond, c'est-à-dire que la dimension des fentes entre les blocs varie de façon imprévisible d'un bloc à l'autre. Dans certains cas, les fentes peuvent également se fermer à l'état froid et provoquer un coincement de l'assemblage ou tout au moins la formation de forces de frottement considérables lors de la redilatation ultrjeùre. The cooling gas passes through the stack of balls from top to bottom, so that the operating temperature of for example 950 ° C. is established near the bottom and the lower part of the side wall. It follows that the different graphite blocks of which the bottom and the side wall are made are exposed to significant thermal expansion and contraction at each start and stop of the reactor. In the case of the side wall, the slots between the different blocks are determined so that they close when the operating temperature is reached and the result is a sealed tank in which only tangential pressure voltages prevail ; while an external framework surrounding the tank prevents the blocks of the side wall from sliding away in the radial direction. In the area of the stack of balls, the expansion of the blocks of the side wall does not pose any problem since this stack under the action of external forces behaves like a liquid, that is to say, it conceals upwards in the present case. An identical tension curve in the side wall can only be established in the bottom area if the latter is also made "soft". We have tried so far to achieve this design by providing sufficiently large slots between the different bottom blocks in the cold state. If the bottom blocks are placed unbound next to each other, it may however happen that after several expansions and contractions of the assembly1 the different blocks are no longer exactly in the locations which were intended for them in the bottom network, that is to say that the dimension of the slots between the blocks varies in an unpredictable manner one block to another. In some cases, the slits can also close in the cold state and cause the assembly to jam or at least the formation of considerable friction forces during ultralight re-dilation.
D'autres fentes, sous l'effet de l'addition de plusieurs écarts individuels par rapport à la valeur de consigRelpeuvent prendre une dimension considérable; dans ces fentes démesurées peuvent par exemple s'infiltrer des fragments d'éléments combustibles détruits ou également les "petits boulets absorbants" utilisés suivant une autre proposition connue pour l'arrêt secondaire du coeur du réacteur et entraver la dilatation ultérieure des blocs.Other slots, due to the addition of several individual deviations from the value of consigRelp, can take on a considerable dimension; in these oversized slots may for example infiltrate fragments of destroyed fuel elements or also the "small absorbent balls" used according to another known proposal for secondary shutdown of the reactor core and hamper the subsequent expansion of the blocks.
La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser une cuve dans laquelle les inconvénients précités soient supprimés. Au niveau de la transition entre la paroi latérale et le fond, il faut notaent empêcher qu'il ne se produise des états de tension différents. Les blocs du fond doivent pouvoir se dilater librement les uns par rapport aux autres sans que la paroi latérale ne soit soumise à des efforts supplémentaires. Entre les différents blocs du fond il faut par ailleurs qu'il/se produise que des fentes de dimensions limitées et calculables. The present invention therefore aims to provide a tank in which the aforementioned drawbacks are eliminated. At the level of the transition between the side wall and the bottom, it is important to note that different tension states do not occur. The bottom blocks must be able to expand freely with respect to each other without the side wall being subjected to additional forces. Between the different blocks of the bottom it is also necessary that / it occurs that slots of limited and calculable dimensions.
Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que les blocs du fond sont raccordés entre eux et aux blocs-de la paroi latérale par des clavettes ajustées ou des saillies disposées dans des rainures correspondantes des blocs, que les rainures et is clavettes ajustées ou saillies sont disposées dans des plans verticaux qui forment un réseau polygonal régulier et que les fentes entre les blocs du fond et entre ceuxci et les blocs de la paroi latérale ne se ferment pas complètement même à la température de fonctionnement. This result is achieved according to the invention by the fact that the bottom blocks are connected to each other and to the blocks of the side wall by adjusted keys or projections arranged in corresponding grooves of the blocks, that the grooves and is adjusted keys or protrusions are arranged in vertical planes which form a regular polygonal network and that the slits between the blocks of the bottom and between those and the blocks of the side wall do not close completely even at operating temperature.
En raccordant mutuellement les blocs de fond au moyen de clavettes ajustées ou de saillies façonnées sur les blocs on arrive à ce que la dilatation des blocs se produisant en cas d'augmentation de température s'effectue régulièrement dans tous les sens et que chaque bloc individuel conserve sa place dans le réseau même après le refroidissement. En agençant l'engrènement dans des plans verticaux on peut faire en sorte que les blocs au fond puissent se dilater sans entrave dans le sens vertical. Si les fentes entre les blocs du fond ne se ferment pas complètement même à la température de fonctionnement, le contact entre eux ne s'effectue que de façon définie grâce aux clavettes ajustées ou aux saillies. By connecting the bottom blocks to each other by means of adjusted keys or shaped projections on the blocks, the expansion of the blocks occurring in the event of a temperature increase occurs regularly in all directions and that each individual block retains its place in the network even after cooling. By arranging the meshing in vertical planes one can ensure that the blocks at the bottom can expand without hindrance in the vertical direction. If the slots between the bottom blocks do not close completely even at operating temperature, contact between them is only made in a defined manner by means of the adjusted keys or the projections.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les blocs du fond sont hexagonaux et le réseau des rainures et des clavettes ajustées ou des saillies est triangulaire. According to a preferred embodiment of the invention, the bottom blocks are hexagonal and the network of grooves and fitted keys or projections is triangular.
La forme hexagonale des blocs du fond et l'agencement de l'en- grènement en un réseau triangulaireoMbent la meilleure garantie pour une dilatation régulière souhaitée des blocs dans les sens désirés. Le réseau triangulaire se poursuit jusque dans la paroi latérale où les rainures prévues dans celles-ci sont également ajustées à ce réseau.The hexagonal shape of the bottom blocks and the arrangement of the mesh in a triangular network provide the best guarantee for the desired regular expansion of the blocks in the desired directions. The triangular network continues into the side wall where the grooves provided therein are also adjusted to this network.
Lors' de la transition d'un fond composé de différents hexagones à une paroi latérale en principe de forme circulaire il se produit des irrégularités pour des raisons géométriques. During the transition from a bottom composed of different hexagons to a side wall in principle of circular shape, irregularities occur for geometrical reasons.
Il est donc proposé selon une caractéristique de l'invention de renoncer à l'agencement de blocs de remplissage de forme spéciale et de réaliser 15 blocs de la paroi latérale de façon qu'ils s'adaptent au contour extérieur irrégulier du fond de façon qu'il ne soit pas nécessaire de détruire le réseau choisi.It is therefore proposed according to a characteristic of the invention to dispense with the arrangement of specially shaped filling blocks and to produce 15 blocks of the side wall so that they adapt to the irregular external contour of the bottom so that 'There is no need to destroy the chosen network.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention la division ou ligne de joint entre les différents blocs de la paroi latérale est disposée radialement vers l'extérieur à chaque fois à partir d'un angle rentrant du contour intérieur. According to an advantageous characteristic of the invention, the division or joint line between the different blocks of the side wall is arranged radially outward each time from a re-entrant angle of the interior contour.
Selon une autre particularité de l'invention il est également prévu que la paroi latérale soit divisée en deux anneaux concentriques, l'annsu extérieur étant divisé en secteurs réguliers et les blocs de l'anneau intérieur étant raccordés aux blocs de l'anneau extérieur par des clavettes ajustées dispo sées dans des rainures radiales correspondantes. According to another feature of the invention, it is also provided that the side wall is divided into two concentric rings, the outer ring being divided into regular sectors and the blocks of the inner ring being connected to the blocks of the outer ring by fitted keys available in corresponding radial grooves.
Selon une autre particularité de l'invention, la division ou ligne de joint entre ils différents blocs de la paroi latérale est disposée radialement à des distances régulières. According to another feature of the invention, the division or joint line between them different blocks of the side wall is arranged radially at regular distances.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la division ou ligne de joint entre les différents blocs de la paroi latérale part à chaque fois d'un angle rentrant du contour intérieur pour aller à chaque fois à un point d'une division régulière du contour extérieur. According to another embodiment of the invention, the division or joint line between the different blocks of the side wall starts each time from a re-entrant angle of the interior contour to go each time to a point of regular division of the outer contour.
Lequel de ces modes de réalisation est le plus favorable dans un cas déterminé dépend d'une série de facteurs qui ne peuvent être qu'effleurés ici. Le mode de réalisation avec paroi latérale divisée en deux anneaux concentriques apparaît la plus appropriée malgré le coût de fabrication élevé pour réaliser la transition du contour interne irrégulier aux organes supports disposés à distance régulière les uns des autres et avec lesquels la cuve s'appuie sur l'ossature extérieure. Which of these embodiments is most favorable in a given case depends on a series of factors which can only be touched upon here. The embodiment with side wall divided into two concentric rings appears the most suitable despite the high manufacturing cost to achieve the transition from the irregular internal contour to the support members arranged at regular distance from each other and with which the tank rests. the external framework.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 représente une coupe longitudinale axiale d'un réacteur nucléaire à boulets ;
- la figure 2 représente à échelle - agrandie une coupe transversale suivant I-I de la figure 1, les éléments combustibles étant enlevés ;
- la figure 3 représente un détail de la figure 2 également d échelle agrandie.The invention will be better understood using the description of an embodiment taken as an example, but not limiting, and illustrated by the appended drawing, in which:
- Figure 1 shows an axial longitudinal section of a nuclear ball reactor;
- Figure 2 shows on a scale - enlarged a cross section along II of Figure 1, the fuel elements being removed;
- Figure 3 shows a detail of Figure 2 also on an enlarged scale.
Un empilement de boulets 1 composé de plusieurs millions d'éléments combustibles en forme de boulets et formant la zone fissile du réacteur est contenu dans une cuve qui est constituée par une paroi latérale 2 sensiblement cylindrique creuse et par un fond 3 en forme de trémie. La paroi latérale 2 peut, comme représenté sur la figure 1 et dans le secteur b de la figure 2, être forméepar deux anneaux concentriques constitués par différents blocs de graphite 21 et 22. De la même façon, le fond 3 est formé par différents blocs de graphite 31 en forme de prismes hexagonaux dans l'exemple représenté. Les blocs 21 de la paroi latérale sont façonnés sur leur face interne de façon à s'engager dans le contour externe irrégulier du fond 3.Pendant le fonctionnement, des éléments combustibles frais sont amenés en permanence par des tubes appropriés Il à l'empilement de boulets 1 au niveau de son extrémité supérieure, tandis que des éléments combustibles usés sont extraits à l'extrémité inférieure par l'intermédiaire d'un dispositif de comptage et de séparation 12. Le gaz de refroidissement, de préférence de l'hélium, est insufflé à l'extrémité supérieure de la cuve, traverse l'empilement de boulets 1 de haut en bas et, à l'extrémité in inférieure, chauffée à la pleine température de service d'en vire; 950-C, est amené aux utilisateurs. Le circuit de refroidissement correspond aux constructions connues si bien que l'on peut renoncer ici à le décrire en détail.Pendant le fonctionnement normal, le réacteur est réglé au moyen de barres absorbantes 6 qui sont relevées et descendues et peuvent être enfoncées dans l'empilement de boulets pour l'arrêt du réacteur. En cas de défaillance de ce dispositif d'arrêt, on peut, à partir de réservoirs non représentés, introduire dans la cuve, par exemple par les tubes 11, des boulets en un matériau absorbant les neutrons, par exemple à base de bore. Comme les boulets absorbants sont sensiblement plus petits que les éléments combustibles, ils se répartissent dans l'empilement de boulets 1 et arrêtent ainsi le réacteur. A stack of balls 1 composed of several million fuel elements in the form of balls and forming the fissile zone of the reactor is contained in a tank which is constituted by a side wall 2 substantially cylindrical hollow and by a bottom 3 in the form of a hopper. The side wall 2 can, as shown in FIG. 1 and in sector b of FIG. 2, be formed by two concentric rings constituted by different graphite blocks 21 and 22. In the same way, the bottom 3 is formed by different blocks of graphite 31 in the form of hexagonal prisms in the example shown. The blocks 21 of the side wall are shaped on their internal face so as to engage in the irregular external contour of the bottom 3. During operation, fresh combustible elements are brought permanently by appropriate tubes II to the stack of balls 1 at its upper end, while spent fuel elements are extracted at the lower end via a counting and separation device 12. The cooling gas, preferably helium, is blown at the upper end of the tank, passes through the stack of balls 1 from top to bottom and, at the bottom end, heated to the full operating temperature of the tank; 950-C, is brought to the users. The cooling circuit corresponds to known constructions so that it can be avoided here to describe it in detail. During normal operation, the reactor is adjusted by means of absorbent bars 6 which are raised and lowered and can be pushed into the stack of balls for stopping the reactor. In the event of failure of this stop device, it is possible, from tanks not shown, to introduce into the tank, for example by the tubes 11, balls made of a neutron absorbing material, for example based on boron. As the absorbent balls are significantly smaller than the fuel elements, they are distributed in the stack of balls 1 and thus stop the reactor.
Pour la remise en route ultérieure du réacteur, les boulets absorbants sont également extraits à l'extrémité inférieure de la cuve. A cet égard, il est nécessaire que les fentes se produisant en particulier à l'état froid entre les différents blocs du fond 31 restent suffisamment petites pour que les boulets absorbants ne puissent pas y pénétrer. A cet effet, les blocs 31 du fond et les blocs 21 de la paroi latérale sont munis sur leur face tournée vers le fond de rainures qui sont disposées en un réseau triangulaire régulier (représenté par des lignes en trait mixte sur la figure 2).Des clavettes ajustées 311 insérées dans les rainures ou des saillies 312 façonnées d'une seule pièce sur les blocs 31 du fond veillent~ à ce qlle chacun des blocs 31 du fond conserve sa place exacte dans l'assemblage du fond même.en cas de dilatations et de contractions consécutives répétées. La forme géométrique ressemble à celle qui a déjà été proposée dans le brevet français 1 214 246, pour les blocs modérateurs auxquels elle devait permettre aussi bien une dilatation thermique qu'une croissance de Wigner non entravée. Pour éviter des pertes d'écoulement sous l'effet des fentes, on veille dans ce cas à ce que ces fentes soient complètement fermées pendant le fonctionnement.Il n'en est pas de même ici, oùd l'inversessles fentes doivent rester maintenues entre les différents blocs 31 du fond même lors du fonctionnement afin de limiter le contact entre ceux-ci aux surfaces d'appui définies des clavettes ajustées 311 et des saillies 312. La forme représentée dans la partie supérieure de la figure 3 des blocs de fond 31 permet d'atteindre cet objectif avec un minimum de pertes de matériau à partir d'un flan cylindrique. Dans les secteurs désignés par a, b, c, et d de la figure 2, on a représenté différentes possibilités de transitiospour passer du contour interne irrégulier de la paroi latérale au contour extérieur le plus régulier possible.Ce point est nécessaire pour que la cuve puisse s'appuyer sur une ossature métallique 4 par l'intermédiaire de poinçons 41 (qui peuvent être également élastiques). Dans le secteur a, les lignes de joint entre les différents blocs 21 de la paroi latérale sont disposées à chaque fois radialement vers 11 extérieur à partir d'un angle rentrant du contour intérieur. Cela présente l'inconvénient de la division du contour extérieur qui est irrégulière. Dans le secteur b, on a donc placé autour d'un anneau intérieur formé de blocs 21 un vanneau extérieur formé de blocs 22, ce dernier présentant un e division régulière. Les blocs des deux anneaux sont mutuellement assemblés par l'intermédiaire de clavettes ajustées ou de saillies 221 disposées radialement et s'engageant dans des rainures correspondantes. Malgré la mise en oeuvre de moyens de construction assurément plus importants, la transition est résolue ici de façon la plus satisfaisante. Dans le secteur c, les lignes de joint partant d'une division régulière du contour extérieur sont dirigées radialement vers l'intérieur, ce qui donne certes le façonnage le plus simple pour les blocs 21 de la paroi latérale, mais qui peut également faire que les lignes de joint rencontrent le contour intérieur en des points défavorables, par exemple dans la zone d'une rainure. Dans le secteur d pour finir, les lignes de joint partent d'un contour extérieur divisé régulièrement pour aller aux angles rentrants du contour intérieur. Cela peut également conduire à ce que les différents blocs 21 de la paroi latérale ne conservent pas la forme cunéiforme désirée. Lors du montage, c'est-àdire à l'état froid, il existe entre les différents blocs 21 de la paroi latérale des fentes qui se ferment lorsque la température de fonctionnement est atteinte si bien que 1 'on réalise une cuve étanche avec seulement des tensions de compression tangentielles. L'ensemble du réacteur est installé dans un logement à l'intérieur d'une enceinte de protection en béton 5. For the subsequent restarting of the reactor, the absorbent balls are also extracted at the lower end of the tank. In this regard, it is necessary that the slots occurring in particular in the cold state between the different blocks of the bottom 31 remain small enough so that the absorbent balls cannot penetrate therein. To this end, the blocks 31 at the bottom and the blocks 21 at the side wall are provided on their faces facing the bottom with grooves which are arranged in a regular triangular network (represented by lines in dashed lines in FIG. 2). Adjusted keys 311 inserted into the grooves or protrusions 312 formed in one piece on the blocks 31 at the bottom ensure ~ that each of the blocks 31 at the bottom retains its exact place in the assembly of the bottom itself. repeated dilations and contractions. The geometric shape resembles that which has already been proposed in French patent 1,214,246, for the moderator blocks to which it was to allow both thermal expansion and unimpeded Wigner growth. In this case, to avoid loss of flow due to the slits, it is ensured that these slits are completely closed during operation. It is not the same here, where the reverse slits must remain maintained between the various blocks 31 of the bottom even during operation in order to limit the contact between them to the defined bearing surfaces of the fitted keys 311 and of the projections 312. The shape shown in the upper part of FIG. 3 of the bottom blocks 31 achieves this goal with minimal material loss from a cylindrical blank. In the sectors designated by a, b, c, and d in FIG. 2, different possibilities of transit have been shown to pass from the irregular internal contour of the side wall to the most regular external contour possible. This point is necessary for the tank can be supported on a metal frame 4 by means of punches 41 (which can also be elastic). In sector a, the joint lines between the different blocks 21 of the side wall are disposed each time radially outwards from an inside angle of the inside contour. This has the disadvantage of the division of the outer contour which is irregular. In sector b, an outer lap formed by blocks 22 has therefore been placed around an inner ring formed from blocks 21, this latter having a regular division. The blocks of the two rings are mutually assembled by means of adjusted keys or protrusions 221 arranged radially and engaging in corresponding grooves. Despite the implementation of certainly greater means of construction, the transition is resolved here in the most satisfactory manner. In sector c, the joint lines starting from a regular division of the outer contour are directed radially inward, which certainly gives the simplest shaping for the blocks 21 of the side wall, but which can also make that the joint lines meet the interior contour at unfavorable points, for example in the region of a groove. In the sector d to finish, the joint lines start from an exterior contour divided regularly to go to the re-entrant angles of the interior contour. This can also lead to the different blocks 21 of the side wall not retaining the desired wedge shape. During assembly, that is to say in the cold state, there are between the different blocks 21 of the side wall of the slots which close when the operating temperature is reached so that one achieves a sealed tank with only tangential compression tensions. The entire reactor is installed in a housing inside a concrete protective enclosure 5.
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- 1979-07-16 DE DE19792928632 patent/DE2928632A1/en active Granted
-
1980
- 1980-07-15 FR FR8015652A patent/FR2462001B1/en not_active Expired
- 1980-07-16 JP JP9743380A patent/JPS5618794A/en active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2361616A1 (en) * | 1976-08-12 | 1978-03-10 | Ght Hochtemperaturreak Tech | CONTAINER SUBJECT TO HIGH AND VARIABLE TEMPERATURES, IN PARTICULAR CONTAINER WITH BALL REACTORS |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5618794A (en) | 1981-02-21 |
| DE2928632A1 (en) | 1981-02-19 |
| JPS6345078B2 (en) | 1988-09-07 |
| DE2928632C2 (en) | 1988-05-11 |
| FR2462001B1 (en) | 1986-08-29 |
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