FR2476895A1

FR2476895A1 - Dispositif de guidage de conduites pour une piece mobile en rotation

Info

Publication number: FR2476895A1
Application number: FR8003926A
Authority: FR
Inventors: Maurice Moulin
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1980-02-22
Filing date: 1980-02-22
Publication date: 1981-08-28
Also published as: FR2476895B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE GUIDAGE DE CONDUITES DEVANT DESSERVIR UNE PIECE MOBILE EN ROTATION. LE DISPOSITIF COMPREND DES MOYENS 36-38 POUR SUPPORTER LES CONDUITES 50 ENTRE UN POINT FIXE 24 ET UN POINT SITUE SUR UNE VERTICALE 22 PASSANT PAR UN POINT DE LA PIECE MOBILE 18, UN MAT VERTICAL 150 D'AXE CONFONDU AVEC LA VERTICALE 22 ET SOLIDAIRE DE LA PIECE MOBILE 18, UN PLATEAU SUPERIEUR 52B SOLIDAIRE EN ROTATION DES MOYENS DE SUPPORTAGE 36, 38, UN PLATEAU INFERIEUR 52A SOLIDAIRE DU MAT 150 ET DES PLATEAUX INTERMEDIAIRES 52C MONTES TOURNANTS SUR LE MAT DE SORTE QUE LA ROTATION RELATIVE ENTRE LES PLATEAUX INFERIEUR 52A ET SUPERIEUR 52B SOIT REGULIEREMENT REPARTIE ENTRE LES PLATEAUX A LA PERIPHERIE DESQUELS SONT FIXEES LES CONDUITES 50. APPLICATION A LA TRAVERSEE DU PETIT BOUCHON TOURNANT DANS UN REACTEUR NUCLEAIRE A NEUTRONS RAPIDES.

Description

La présente invention a pour objet un dispositif de guidage de conduites devant desservir une pièce mobile en rotation.

On sait que dans certains réacteurs nucléaires du type à neutrons rapides, refroidis par un métal liquide, la cuve du réacteur contenant le coeur de celuici, le métal liquide de ref7roidissement(qui est en général du sodium) ainsi que, dans la version intégrée, les pompes primaires et les échangeurs primaires, est fermée à sa partie supérieure par une dalle en béton. Pour les opérations de chargement et de déchargement des assemblages combustibles constituant le coeur, la dalle comporte en fait un grand bouchon tournant dont l'axe est confondu avec l'axe de la cuve et l'axe du coeur et un petit bouchon tournant mobile en rotation par rapport au grand bouchon tournant autour d'un axe excentré par rapport à celui du grand bouchon tournant.De plus, une structure dite "couvercle de coeur" est suspendue en-dessous du petit bouchon tournant au voisinage immédiat de la face supérieure du coeur.

Par ailleurs, on sait que pour contrôler le bon fonctionnement du réacteur nucléaire à neutrons -rapides, un très grand nombre d'appareils de mesure ou de contrdle est disposé dans le couvercle du coeur. Ces appareils sont constitués par des capteurs de température, de pression, des appareils de mesure du flux neutronique, des appareils liés à la détection et à la localisation de ruptures de gaines, etc ... Bien entendu l'ensemble de Les capteurs et appareils est relié à des conducteurs électriques pour l'alimentation de ceux-ci et pour la transmission des informations qu'ils relèvent. En outre, des tubes pour l'alimentation de ces différents appareils en divers liquides ou fluides doivent également être prévus.En d'autres termes, un grand nombre de ces câbles conducteurs gainés ou tubes doivent desservir le petit bouchon tournant. C'est ce sens qu'il faut donner au terme de "conduite" utilisé dans la description et dans les revendications du présent texte qui regroupe les câbles et les tubes.

Bien sûr le probleze est de guider ces tubes entre le petit bouchon tournant et les appareils d'enregistrement ou d'alimentation qui sont disposés à l'extérieur de la cuve, mais qui sont donc solidaires de la partie fixe de la dalle.

En d'autres termes, le problème à résoudre est celui du guidage de ces câbles et tubes qui partent d'un point fixe et qui doivent arriver en un point du petit bouchon tournant, celui-ci étant mobile oar rapport au bouchon tournant, ce dernier étant lui-même mobile en rotation par rapport à la dalle. Ce problème est bien sûr rendu encore plus complexe du fait du très grand nombre de conduites (tubes ou conducteurs électriques) qui sont en jeu et qui donnent à l'ensemble une raideur non négligeable. Bien entendu, il s'agit de guider ces conduites de telle façon qu'elles puissent subir sans dommage le très grand nombre de manoeuvres du petit et du grand bouchons tournants lors des opérations de rechargement.

Dans les techniques antérieures, l'alimentation électrique et en fluide des dispositifs solidaires du petit bouchon tournant se faisait en utilisant une liaison souple par câbles. On utilisait des systèmes à goulottes circulaires situés au-dessus des bouchons tournants et ayant 3 peu près le même diamètre que ceux-ci. Les câbles ou tubes, d'abord reliés à une jonction fixe de la goulotte font une grande boucle à I'intérieurde celle-ci et en sortent à travers une jonction mobile ou une jonction fixe liée à une partie mobile de la goulotte. Les câbles descendent verticalement vers des prises solidaires du petit bouchon tournant.La boucle donne le mou nécessaire pour que la jonction mobile puisse suivre la combinaison des débattements du petit et du grand bouchons tournants, en maintenant ainsi verticale la partie descendante des câbles ou tubes d'alimentation.

Cette solution présente l'inconvénient d'être très encombrante, d'occuper un volume imoortant au-dessus des bouchons, ce qui est un inconvénient grave du fait que le petit et le grand bouchons tournants sont déjà très encombrés par une multiplicité de dispositifs liés au fonctionnement du réacteur nucléaire, et de rendre tres difficile le remplacement d'une conduite.

On a déjà décrit dans la demande de brevet nO EN 79 01264 déposée le 18 janvier 1979 au nom du demandeur un dispositif de guidage de conduites devant desservir le petit bouchon tournant d'un réacteur.Ce dispositif consiste essentiellement en une potence inférieure solidaire du petit bouchon tournant et dont l'extrémité est dans l'axe de rota- tion du petit bouchon, en deux bras articulés horizontaux dont une extrémité est fixe et dont l'autre extrémité est assujettie a rester au droit de l'axe de rotation du petit bouchon tournant quelle que soit la rotation du grand bouchon tournant et en un toron vertical constitué par des plateaux maintenus horizontaux par des câbles, les conduites étant régulièrement fixées sur la périphérie externe des plateaux.

Ainsi, lors de la rotation des deux bouchons- tournants, les conduites formant toron restent sur une surface réglée à axe vertical, ce qui évite le vrillage des conduites et donc l'introduction dans celles-ci de contraintes inadmissibles.

Cependant, il n'existe aucune liaison mécanique rigide entre l'extrémité libre du bras articulé et la potence ou le petit bouchon tournant. Pour maintenir l'extrémité libre des bras articulés au droit de l'axe de rotation du petit bouchon tournant, il est donc nécessaire de 'commander les mouvements des bras à l'aide de moteurs et d'asservir ceux-ci aux mouvements du grand bouchon tournant.

La présente invention a pour objet un dispositif de guidage d'un faisceau de conduites qui doivent traverser une pièce mobile en rotation autour d'un axe vertical, cette pièce n'étant pas nécessairement le petit bouchon tournant d'un réacteur nucléaire intégré à neutrons rapides.

Ce dispositif permet de s'affranchir des moteurs de commande de déplacement des bras et surtout de l'asservissement de ces moteurs aux mouvements du grand bouchon tournant.

Cependant, ce dispositif a dans son application au cas des réacteurs nucléaires à neutrons rapides pour objet un dispositif de guidage de ces câbles et tubes devant desservir le petit bouchon tournant qui permet de dégager presque totale ment le volume situé au-dessus du petit et du grand bouchons tournants. L'invention concerne dans tous ses modes de réalisation, un dispositif qui permet d'assurer des dizaines de milliers de rotations en hélices des câbles et tubes sans produire de rupture pour des angles de rotation de la pièce tournante deplus ou moins 2200par rapport à la position de repos.

Le dispositif objet de l'invention se caractérise en ce qu'il comprend, en plus des moyens de supportage des conduites entre un point fixe extérieur à ladite pièce et un deuxième point situé sur une verticale passant par un joint de ladite pièce et constituant l'extrémité desdits moyens de supportage, un mât vertical de guidage solidaire à son extrémité inférieure de ladite pièce en rotation ; et à son extrémité supérieure de l'extrémité libre des moyens de supportage, un plateau supérieur horizontal solidaire en rotation de l'extrémité libre desdits moyens de supportage, mais libre en translation verticale et entourant ledit mât ; un plateau inférieur horizontal entourant ledit mât et solidaire de l'extrémité inférieure dudit mât- ; et au moins un plateau intermédiaire entourant ledit mât, libre en translation selon la direction dudit mât et partiellement libre en rotation autour dudit mât, chaque plateau comportant sur sa périphérie des moyens régulièrement répartis pour fixer lesdits câbles, le ou chaque plateau intermédiaire comportant des moyens pour limiter sa rotation autour du mât de telle façon que l'angle de rotation entre le plateau supérieur et le plateau inférieur soit régulièrement réparti entre le ou les plateaux intermédiaires.

On comprend que grâce à la liaison rigide réalisée par le mât-vertical, I'extrémité des moyens de supportage est maintenue en permanence sur la verticale élevée en un point de la pièce mobile, I1 n'y a plus besoin d'asservir le mouvement des moyens de supportage des conduites.

On comprend également que grâce aux limitations
de débattement angulaire des plateaux intermédiaires, on
diminue au maximum les contraintes introduites dans les
conduites lors de la rotation de la pièce mobile.

De toute fanon, l'invention sera mieux comprise à
la lecture de la description qui suit de plusieurs modes
de réalisation de l'invention donnés a titre d'exemples non
limitatifs. La description se réfère aux figures annexes
sur lesquelles on a représenté
- sur la figure 1, une vue simplifiée en éléva-
tion de l'ensemble du dispositif ;
- sur les figures 2a et 2b des vues en perspec
tive et en coupe verticale d'un premier mode de réalisation
d'un plateau intermédiaire ;
- sur la figure 3, une vue en perspective d'un
deuxième mode simplifié de réalisation d'un plateau intermé
diaire ; et
- sur la figure 4 une vue en coupe verticale de
la partie supérieure du mât montrant la liaison entre le
plateau supérieur et le mât.

Sur la figure 1, on a représenté sous une forme
simplifiée, l'ensemble du dispositif de guidage selon l'invention. On trouve tout d'abord un mât vertical 150 qui est de préférence creux. Ce mât 150 comporte une embase 150b qui est fixée sur le petit bouchon tournant 18 par exemple par des boulons tels wu 151, A son extrémité supérieure 150a, le mât 150 est relie à l'extrémité libre des moyens de supportage des conduites-- 50. Selon le mode de réalisation décrit, ces moyens de supportage consistent en un premier bras horizontal 38 dont une extrémité est articulée autour de l'axe 42 par rapport à un point fixe 24 qui peut être une partie du dôme du réacteur nucléaire, les conduites 50 arrivant au point 24 ; et en un deuxième bras horizontal 36 articulé autour d'un axe 46 par rapport au premier bras 38.

De manière avantageuse ! afin de simplifier les moyens de supportage des conduites 50, l'axe vertical ZZ' du mât coïncide avec l'axe de rotation-du petit bouchon tournant 18. Cependant, l'axe vertical ZZ' peut être placé en tout autre point du petit bouchon tournant s'il est nécessaire de dégager l'axe de rotation de ce dernier. L'extrémité libre du bras 36 est reliée à l'extrémité supérieure 150a du mât 150 par un système mécanique A. Le système sera décrit plus en détail en liaison avec la figure 4. Il suffit à présent de savoir que le bras 36 peut pivoter autour du mât 150 mais que le bras 36 est'immobilisé en translation verticale par rapport au mât 150.On comprend que lors du mouvement de rotation du grand bouchon tournant 16, le mât 150 rigide transmet à l'extrémité du bras 36 les déplacements du point du petit bouchon tournant sur lequel est situé l'axe vertical du mât. Lorsqu'il y a seulement rotation du petit bouchon tournant, le mât 150 reste globalement invariant ou tourne autour de l'axe de rotation du petit bouchon tournant 18, selon que son axe est confondu avec celui du petit bouchon tournant ou distinct de celui-ci. Selon le cas, l'extrémité du bras 36 reste immobile ou décrit une hypocycloide. Le dispositif comprend également des plateaux horizontaux 52' sur la périphérie desquels sont fixées des conduites 50 (ces plateaux seront décrits en détail ultérieurement).Parmi ces plateaux, il faut distinguer : un plateau supérieur 52'b qui est solidaire en rotation du bras 36 ; un plateau inférieur 52'a qui est fixé à l'extré- mité inférieure du mât 150 et qui est donc immobile en translation et solidaire en rotation du petit bouchon tournant 18; et des plateaux intermédiaires 52'c qui sont libres en translation verticale par rapport au mât 150 et qui ont un certain angle de liberté en rotation autour du mât, cet angle étant défini par des moyens de limitation angulaire qui seront décrits ultérieurement. En outre, les plateaux sont reliés entre eux par des câbles verticaux tels que 70 qui sont fixés au niveau de chaque plateau intermédiaire 52'c et dont les extrémités sont solidaires des plateaux supérieur 52'b et inférieur 52'a.Ces câbles 70 ont entre autres buts celui de maintenir les plateaux norizontaux durant le montage.

On va maintenant décrire plus en détail la réalisation des plateaux intermédiaires 52'c et du plateau supérieure 52'b.

Les figures 2a et 2b représentent un premier mode de réalisation des plateaux intermédiaires 52'c.

Le plateau 52'c est percé d'un alésage central 152.

A l'intérieur de cet alésage 152 et autour du mât 150, on trouve une bague 154 comportant un alésage central 156 La bague 154 est solidaire en translation du plateau 52'c d'une part par sa partie plate 154 qui pénètre dans l'evide- ment 158 du plateau 52 'c et d'autre part, par des clips 160.

Cependant, la bague 154 peut tourner par rapport au plateau.

Sur sa périphérie externe, la partie plate 154' de la bague comporte au moins une encoche 162 correscondant à un angle au centre < i. Cette encoche 162 coopère avec un tenon 164 solidaire du plateau. Bien entendu, on pourrait prévoir plusieurs encoches 162 et plusieurs tenons 164.

La face interne de la bague 154 correspondant à l'alésage 156 est également munie d'une encoche 166 correspondant à un angle au centre égal à ss. Cette deuxième encoche 16-6 coopère avec une clavette 168 fixée sur le mât par tout moyen connu. Bien entendu, on peut prévoir plusieurs encoches 166 et plusieurs clavettes 168 pour absor-.

ber les efforts mis en jeu. On voit donc qu'on a deux ensembles de limitation de l'angle de rotation du plateau 52c par rapport au mât 150, dont les effets s'ajoutent. Le débattement total possible vaut a + ss.

On décrira ultérieurement la fixation des conduites 50 sur la périphérie du plateau 52'c.

Sur la figure 3, on a représenté un mode simplifié de réalisation du plateau 52"c. On retrouve simplement une clavette 168' solidaire du mât 150 et une encoche 170 ménagée dans la face interne du plateau 152"c. On obtient ainsi une seule possibilité de rotation égalé à B.

Sur cette figure, on a également fait apparaître un mode préféré de liaison entre les plateaux 52'c ou 52"c et les conduites 50. I1 va de soi que ce mode de liaison est également applicable au plateau supérieur 52'b et au plateau
inférieur 52'a.

Le plateau 52c se présente sous la forme d'une
couronne dont la face externe est munie d'encoches semicylindriques 60. Les conduites telles que 50 sont placées au niveau du plateau dans un manchon circulaire 62, ce manchon 62 étant-placé à son tour dans une encoche 60 et serrée grâce à une pièce de serrage individuelle telle que 64. Cette pièce de serrage 64 est fixée dans le plateau 52 par quatre vis telles que 66, On comprend que la forme imbriquée 68 de ces pièces de serrage permet de réduire l'espace entre deux câbles 50 consécutifs, tout en assurant une fixation de la pièce de serrage 64 de part et d'autre de la gaine 62.Bien entendu, chaque pièce de serrage comporte un alésage semi-cylindrique 69 qui coopère avec l'alésage 60 du plateau intermédiaire 52c. De plus, les câbles 70 sont immobilisés par rapport aux plateaux. La fixation consiste par exemple en deux demi-coquilles cylindriques logées dans un alésage du plateau 52'a, 52'b, 52'c ou 52"c. Des pointeaux permettent de serrer les deux demi-coquilles et donc d'immobiliser les câbles 70 par rapport aux plateaux.

Sur la figure 4, on a représenté- le plateau supérieur 52 il . Comme on l'a déjà exposé, le plateau 52'b doit pouvoir se déplacer selon la direction verticale sous l'effet d'un vérin et il est solidaire en rotation de l'extrémité du bras horizontal 36.

L'extrémité supérieure 150a du mât 150 est montée tournante dans l'extrémité du bras 36 par l'intermédiaire, par exemple, de deux roulements à butées à billes ou à galets 172. L'extrémité 150a comporte intérieurement le corps 174a d'un vérin pneumatique 174 dont la tige 174b est solidaire d'un plateau horizontal 176 par l'intermédiaire de la butée à billes175. On a représenté de plus la conduite d'alimentation 174c du vérin 174. Le plateau 176 est relie au plateau supérieur 52'b par des colonnes telles que 178.

Ces colonnes 178-traversent le bras 36 par des alésages 180.

On voit donc quelle plateau supérieur 52'b est solidaire en rotation du bras 36, mais que le plateau supérieur 52'b peut se déplacer verticalement le long du mât 150 sous l'effet du vérin 174.

Sous l'effet de la rotation du mât 150, les condui- tes 50 se mettent en hélice et le vérin descend. La force de tension ne changera pas, le circuit pneumatique comportant soit un grand volume de gaz, soit un système de ddtendeur- déverseur.

Comme on l'a déjà indiqué, les plateaux intermé- diaires 52'c ou 52"c servent à répartir également l'angle total de rotation entre le plateau inférieur solidaire du bouchon et le plateau supérieur 52'b solidaire en rotation du bras.

Le plateau intermédiaire 52 "c de la figure 3 permet une rotation maximale ss = 1000 si l'on veut prévoir trois clavettes 168' et trois encoches 170. Avec les plateaux du type 52"c, on peut donc avoir toutes les valeurs de débatte- ment jusqu'à + 500.

Le système constitue par l'encoche 162 et le tenon 164 de la figure 2a permet une rotation maximale CL = 3400.

En effet, il faut tenir compte du diamètre du tenon 164 et de la longueur du talon que l'on doit laisser en relief sur la périphérie de la bague.

Si le plateau doit-avoir un débattement compris entre+ 500 et + 1700, on voit qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser l'angle ss. L'encoche 166 aura donc une largeur egale à la largeur de la clavette 168. L'angle ss est nul.

Si le plateau doit avoir un débattement compris entre + 1700 et + 2200, on utilise le plateau 52'c en utilisant les deux systèmes de limitation de rotation
Si par exemple, on utilise cinq plateaux intermE- diaires Iî à 15 comme l'illustre la figure 1 et que l'angle de débattement total vaut + 1500, la répartition de cet angle de débattement entre les plateaux intermédiaires se fait de façon régulière depuis le plateau inférieur, solidaire du mât qui tourne de + 1500 et le plateau supérieur qui reste immobile.Les débattements par rapport au mât seront donc respectivement de + 250 pour le plateau I1 le plus proche du plateau inférieur, de + 500 pour le plateau 12, de + 750 pour le plateau I3, de + 1000 pour le plateau I4, et de + 1250 pour le plateau I5 le plus proche du plateau supérieur.Les plateaux intermédiaires I1 et I2 les plus proches du plateau inférieur peuvent donc être des plateaux du type 52"c, alors que les trois plateaux intermé- diaires 13, 14 et I5 les plus proches du plateau supérieur seront constitués par des plateaux du type 52'c dans lesquels l'angle ss peut être nul puisque les valeurs des débattements restent inférieures à 1700.

On a alors une exacte répartitionde l'hélice des conduites 50 du toron sur toute la hauteur du mât 150 notamment, pour les conditions les plus sévères qui correspondent au maximum des débattements angulaires prevus et qui ne peuvent etre dépassés.

La contraction d'un toron réclame des conduites adaptées et, comme dans tout système travaillant à la torsion, la disposition des-conduites 50 sera faite judicieusement pour que le centre de torsion du toron corresponde au mieux avec l'axe principal des plateaux et du mât.

I1 faut cependant ajouter que l'on pourrait remplacer les bras horizontaux 36 et 38 par d'autres moyens de supportage des câbles et'conduites entre le point fixe et l'extrémité supérieure du toron principal 34. On pourrait utiliser des liaisons souples classiques tels que festons ou guirlandes appliquées de manière connue pour les déplacements linéaires des ponts roulants, que ceux-ci soient combinés avec des bras linéaires coulissants ou non.

De plus, le dispositif objet de l'invention et en particulier la structure de son toron principal, peut s'appliquer à d'autres domaines que des réacteurs nucléaires à bouchons tournants excentrés. On peut citer par exemple la piscine de stockage des assemblages combustibles associée à des réacteurs rapides. On peut citer également l'alimentation par des conduites formant toron de barillets de stockage d'assemblages combustibles. D'une manière générale, l'invention s'applique à chaque fois qu'il faut faire traverser une pièce en rotation par un faisceau de câbles ou conduites présentant une certaine raideur.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de guidage de conduites devant traverser une pièce mobile en rotation autour d'un axe vertical, ledit dispositif comprenant des moyens pour supporter lesdites conduites entre un point fixe extérieur à ladite pièce et un deuxième point situé sur une verticale passant par un point de ladite pièce et constituant l'extrémité desdits moyens de supportage, ledit dispositif se caractérisant en ce qu'il comprend en plus desdits moyens de supportage des conduites,un mât vertical de guidage solidaire à son extrémite inférieure de ladite pièce en rotation ; et à son extrémité supérieure de l'extrémité libre des moyens de supportage ; un plateau supérieur horizontal solidaire en rotation de l'extrémité libre desdits moyens de supportage, mais libre en translation verticale et entourant ledit mât ; un plateau inférieur horizontal entourant ledit mât et solidaire de l'extrémité inférieure dudit mât ; et au moins un plateau intermédiaire entourant ledit mât, libre en translation selon la direction dudit mât et partiellement libre en rotation autour dudit mât, chaque plateau comportant sur sa périphérie des moyens régulièrement répartis pour fixer lesdits câbles, le ou chaque plateau intermédiaire comportant des moyens pour limiter sa rotation autour du mât de telle façon que l'angle de rotation entre le plateau - supérieur et le plateauinférieursoit régulièrement réparti entre le ou les plateaux intermédiaires.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour limiter ledit angle de rotationconsistent en au moins une clavette solidaire du mât coopté rant avec au moins une fente de longueur voulue ménagée dans la périphérie de l'orifice central du plateau intermédiaire.

3. Dispositif selon la revencication 1, caractérisé en ce que les moyens pour limiter ledit angle de rotation consistent en une rondelle solidaire en translation dudit plateau et dont la périphérie externe comporte d'une part au moins une encoche de largeur donnée apte à coopérer avec au moins un tenon solidaire dudit plateau intermédiaire et d'autre part, sur sa périphérie interne, au moins une encoche de largeur donnée apte à coopérer avec une clavette solidaire dudit mât.

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que certains plateaux intermédiaires sont munis de moyens de limitation d'angle selon la revendication 2 et les autres des moyens de limitation d'angle selon la revendication 3.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de supportage des conduites consistent en deux bras articulés dont l'un est solidaire de l'extrémité supérieure du mât et dont l'autre est solidaire dudit point fixe.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit plateau supérieur est rendu solidaire de l'extrémité libre du bras articulé par un organe à longueur variable exerçant une force constante dirigée selon l'axe dudit mât et assurant une solidarisation en rotation.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite pièce mobile en rotation est le petit bouchon tournant d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides du type intégré.