mtmmm PREMIER MINISTRE COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE "* ' " :•:•:*:*:•;£;£.;:*:•>*&£**!& ----- ^mm**®®*»*» i^mm&mSmw; Mi LES BOUCLES DU REACTEUR PEGASE par équipe d'Ingénieurs du Service de la Pile PEGASE DIRECTION DES PILES ATOMIQUES Centre d'Etudes Nucléaires de Cadarache Rapport CEA - R - 3564 1968 Ja* SERVICE CENTRAL DE DOCUMENTATION DU C.E.A C.E.N - SACLAY B.P. n° 2, 91 - GIF-sur-YVETTE - France
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
CEA-R-3564 - Une équipe d'Ingénieurs du Service de la PilePEGASE, du Département des Piles Expéri-mentales
LES BOUCLES DU REACTEUR PEGASE
Sommaire. - Après 4 années de fonctionnement, d'expérirrien-tation et d'entretien sur les boucles à gaz, construites spé-cialement pour le réacteur d'essai des combustibles nucléai-res Pégase, il a paru souhaitable non seulement de rassem-bler dans un même document les caractéristiques et lesparticularités essentielles de ces dispositifs et des appareil-lages qui leur sont associés, mais aussi d'y préciser lesraisons et les modalités des mises au point techniques, ap-portées par ceux qui, jour après jour pendant cette période,ont eu la charge de mettre en oeuvre ces boucles.
CEA-R-3564 - Une équipe d'Ingénieurs du Service de la PilePEGASE , du Département des Piles Expéri-mentales '
THE PEGASE REACTOR LOOPS
Summary. - After 4 years operation, experimentation andmaintenance of the gas loops built especially for the nuclearfuel testing reactor Pegasus, it appears desirable not onlyto gather together in a single document .the essential charac-teristics and particularities of these devices and of theirassociated equipment, but also to give the reasons for thetechnical modifications and the way in which they were car-ried out ; this is done here by the persons themselves whowere responsible-, day after day, for operating these loops.
This essentially practically experience thus complementsthe careful research and preliminary testing carried out '/
Cette expérience essentiellement pratique complète doncles études minutieuses et les essais préliminaires de cesboucles ou de leurs prototypes. Elle doit être de quelque in-térêt pour ceux qui sont confrontés aux problèmes de con-ception ou d'exploitation de boucles d'irradiation dans desréacteurs expérimentaux ou des dispositifs analogues.
1968 N 115 p.
Commissariat à l'Energie Atomique - France
on these loops or on their prototypes. It should be of inte-rest to those who deal witty problems concerned with the de-sign or operation of irradiation loops in experimental reac-tors or of similar equipment. '
/1968 - 115 P-
Commissariat à l'Energie Atomique - France
A partir de 1968, les rapports CEA sont classés selon les catégories qui figurent dans le plan de classi-fication ci-dessous et peuvent être obtenus soit en collections complètes, soit en collections partiellesd'après ces catégories.
Ceux de nos correspondants qui reçoivent systématiquement nos rapports à titre d'échange, et quisont intéressés par cette diffusion sélective, sont priés de se reporter à la lettre circulaire CENS/DOC/67/4690du 20 décembre 1967 que nous leur avons adressée, et qui précise les conditions de diffusion.
A cette occasion nous rappelons que les rapports CEA sont également vendus au numéro par la Directionde la Documentation Française, 31, quai Voltaire, Paris 7e.
PLAN DE CLASSIFICATION
1. APPLICATIONS INDUSTRIELLES DESISOTOPES ET DES RAYONNEMENTS
2. BIOLOGIE ET MEDECINE
2. 1 Biologie générale2. 2 Indicateurs nucléaires en biologie2. 3 Médecine du travail2. 4 Radiobiologie et Radioagronomie2. 5 Utilisation des techniques nucléaires en
Les rapports du COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE sont, à partir du n° 2200, en vente a laDocumentation Française, Secrétariat Général du Gouvernement, Direction de la Documentation, 31, quaiVoltaire, PARIS VIIe.
The C.E.A. reports starting with n° 2200 are available at the Documentation Française, SecrétariatGénéral du Gouvernement, Direction de la Documentation, 31, quai Voltaire, PARIS VIIe.
Rapport CEA - R 3564
Centre d'Etudes Nucléaires de Cadarache
Département des Piles Expérimentales
Service de la Pile Pégase
LES BOUCLES DU R E A C T E U R PEGASE
par
une équipe d'Ingénieurs du Service de la Pile PEGASE
NOVEMBRE 1968
S O M M A I R E
CHAPITRE I - CARACTERES COMMUNS ET PARTICULARITES DES
BOUCLES PEGASE Page 3
CHAPITRE II - DESCRIPTION DES BOUCLES Page 7
CHAPITRE III - INSTALLATIONS EMERGEES DES BOUCLES Page 22
CHAPITRE IV - INSTRUMENTATION DES BOUCLES Page 32
CHAPITRE V - LES PANIERS Page 49
CHAPITRE VI - MISE EN PILE DES DISPOSITIFS D'IRRADIATION,
CHAPITRE IX - MISE EN OEUVRE DES BOUCLES EN PILE Page 87
CHAPITRE X - COMPORTEMENT DES BOUCLES - AVARIES -
ENTRETIEN : DIFFICULTES RENCONTREES -
AMELIORATIONS Page 94
C H A P I T R E I
CARACTERES COMMUNS ET PARTICULARITES DES BC'ICLES PEGASE
Conçu dès l'origine pour n'effectuer que des irradiations d'éléments com-
bustibles des piles de puissance refroidies au gaz, PEGASE a, jusqu'à ce jour,conser-
vé ce caractère de spécialisation prononcée et le conservera certainement encore
pendant plusieurs années au moins. Si le réacteur a donc été conçu, réalisé, et amé-
lioré dans cette optique particulière et originale, les dispositifs expérimentaux
l'ont été de la même façon. On peut dire que tout dans ce réacteur a été fait en
fonction uniquement des boucles qui y seraient irradiées. Réciproquement ces boucles
ont été conçues, réalisées et améliorées en vue de leur meilleure adaptation possible
aux installations de la pile. Certes, des différences existent-elles entre les 19
boucles qui constituent actuellement le "parc" de PEGASE, et peut-on aujourd'hui y
distinguer quelques familles principales, avec quelques variantes au sein d'une même
famille. Il n'en reste pas moins vrai, que ces 19 boucles sont intrinsèquement des
boucles PEGASE, ayant en commun un certain nombre de caractéristiques fondamentales
très particulières qui ne permettent leur utilisation exclusive que dans le réacteur
PEGASE, alors qu'il existe désormais un certain nombre de dispositifs d'irradiation
communs -on pourrait presque dire standardisés- pour les autres piles expérimentales.
Il s'agit tout d'abord de boucles à anhydride carbonique sous pression de
plusieurs dizaines de bars, à des températures de plusieurs centaines de degrés. Ces
boucles fonctionnent, sont stockées, sont transportées sous eau, ce qui soulève le
problème d'une étanchéité poussée et durable de leurs circuits composants.
Ces boucles peuvent être placées dans les huit postes de la piscine d'ir-
radiation, dans les neuf postes du bassin de stockage. Elles doivent pouvoir égale-
ment prendre place dans la cellule de déchargement, à l'intérieur de laquelle le
combustible essayé et irradié doit pouvoir être retiré de la boucle et "conditionné"
pour son envoi au laboratoire d'examen des combustibles actifs; et ceci grâce à un
appareillage spécialisé et commun. De même doivent-elles pouvoir être placées dans
le bassin spécialisé où sont entreprises sur elles les opérations inévitables de dé-
contamination, d'entretien, de démontage. Enfin doivent-elles pouvoir êtro mises à
un poste spécial, dit BA 2, où un combustible neuf, nécessaire à une expérience nou-
velle peut être introduit dans une boucle déjà activée lors d'expériences précéden-
tes. C'est d'ailleurs à ce même poste BA 2 que sont effectués d'autres travaux indis-
pensables, tels que des vérifications de la disponibilité des boucles, leur équipe-
^^^m« ^v; vy* % I'-.'.- I'1', v •*.'.- i \- i\^fcAfJ^.W^tl^1 -feW. 11<̂ MiL
•ï^i
Figure 1 - La piscine avec huit boucles en irradiation
ment avec des "structures" adéquates (écrans ou réflecteurs). Signalons enfin que
l'examen aux rayons X (scopie et graphie) se fait pour toutes les boucles à un poste
unique du bassin de stockage, grâce, là aussi, à un appareillage spécialisé mais
commun. Il en découle obligatoirement pour chacune de ces dix-neuf boucles le res-
pect impératif d'un gabarit dont les caractéristiques permettent la mise en place
sans aléa de chacune des boucles à chacun de ces vingt et un postes.
Cette "communauté" de caractères ne se limite évidemment pas au gabarit.
Elle implique également que les matériels de manutention (portique, convoyeur, élé-
vateur de la cellule chaude, chariot et piscine, chaises ou tabourets du bassin
d'entretien et du poste BA 2} soient "capables de recevoir toutes les familles de
boucles et que les installations fixes de la pile que constituent en fait les par-
ties émergées des boucles (alimentations, systèmes de connexion, DRG, tableaux de
contrôle) possèdent également cette même capacité d'accepter les diverses familles.
Sans doute 1'interchangeabilité si poussée dans le "projet PEGASE" (puisqu'on visait
à l'utilisation intensive de chacun des postes d'irradiation, en dépit de la nature
différente des expériences conduites simultanément en pile et des aléas prévisibles
en cours d'essai), a-t-elle subi, au cours du temps, quelques "entorses" : spéciali-
sation de quatre postes d'irradiation pour les essais de la filière graphite-gaz, et(1 )des quatre autres pour la filière eau lourde ; puis spécialisation plus poussée de
trois des quatre postes E.L., pour y recevoir des boucles à soufflantes plus puis-
santes, et parallèlement, mise en place possible des boucles dites INCA en deux seu-
lement des quatre poste E.d.F.; particularisation d'un poste pour les essais de dé-
pressurisation rapide, et d'un autre pour les essais de corrosion radiolytique du
graphite. Mais la souplesse d'exploitation voulue au départ a néanmoins pu être con-
servée partiellement, puisque les postes spécialisés restent toutefois utilisables
dans leurs caractéristiques d'origine : ils n'ont acquis que des possibilités supplé-
mentaires.
Deux autres caractéristiques communes et singulières des boucles PEGASE,
sont leur amovibilité et leur autonomie : ce qui, en pratique, se traduit par un
certain degré d'indépendance des différentes boucles en irradiation simultanée, les
unes vis à vis des autres, et chacune vis à vis de la pile : "un certain degré" car
il existe, en fait, un "couplage neutronique"; le déplacement d'une boucle se tra-
duit, dans la pratique, par certains réajustements des paramètres des boucles voi-
sines ou de la pile. Il n'en reste pas moins vrai que les boucles de PEGASE peuvent
être déposées ou retirées de leurs chariots en piscine, mises ou retirées du flux,
sans nécessiter l'arrêt de la pile ni même des travaux de montage ou de démontage.
Ces deux caractéristiques de mobilité et d'autonomie permettent de traiter, de ma-
nière aisée, les problèmes de radioactivité en cas d'incident : cette radioactivité
reste en effet confinée et les remèdes qu'il convient d'apporter aux conséquences de
V. 1 ) En fait, par des comp/émenfs c/'oménagement, nous avons pu retrouver, au moins partiellement, /'intercnangeabi/ité
des postes filière eau lourde et filière graphite gaz. Ainsi nous avons pu irradier simultanément jusqu'à 7 boucles de la
filière graphite gaz, de même que nous avons irradié, à un poste "EDF", une boucle EL chargée d'une grappe EL4.
- 6 -_ 7 -
tels incidents peuvent ainsi l'être dans des locaux situés hors de la piscine d'ir-
radiation proprement dite; c'était bien là d'ailleurs le but recherché dans le pro-
jet, et qui constitue, de toute évidence, le caractère le plus original des boucles
de PEGASE, et partant, de ce réacteur expérimental. Il s'accompagne nécessairement
d'une autonomie complète des auxiliaires de ces boucles, depuis les coffrets de
jonction en margelle jusqu'à l'instrumentation des tableaux de contrôle, en passant
évidemment par les installations émergées de détection de rupture de gaine, de gon-
flage, déshydrateurs, analyseurs des impuretés du gaz de refroidissement, etc. En ce
qui concerne les connexions entre parties immergées de la boucle, et ses auxiliaires
émergés, la mobilité des boucles nécessite la flexibilité de ces connexions tant
pneumatiques qu'électriques (réseaux de puissance, réseaux de mesure). Ce n'est sans
doute là qu'un détail technique, mais c'est certainement un des points qui a été des
plus délicats à réaliser technologiquement et sur lequel l'exploitant a eu à se pen-
cher à de multiples reprises, avec des fortunes diverses.
d'améliorer ces matériels : les efforts ont principalement porté sur la fiabilité
des composants comme il sera dit au chapitre X, et la précision des mesures (cf.
chapitre IV).
Il convient à présent d'entrer dans le détail, qui permettra au lecteur
de comprendre pourquoi la mise en oeuvre de ces dispositifs (cf. chapitre IX) ne
peut être que du ressort du Service de la Pile PEGASE dont les prestations compren-
nent l'exécution des essaie demandés par les expérimentateurs.
Nous avons tenu dans cette introduction à bien souligner tout ce qui fait
le caractère à la fois particulier et commun des boucles de PEGASE, et par conséquent
la forte "spécialisation" de ce réacteur expérimental.
Avant de passer aux descriptions détaillées dans les chapitres qui vont
suivre, il convient de dire brièvement qu'une spécialisation aussi poussée dès le
départ n'a point été dépassée par les événements, ou simplement mise en défaut à
l'usage. Conçues dans leurs grandes lignes dès 1959> entrées en service successive-
ment depuis Novembre 1963, les boucles de PEGASE ont permis l'irradiation d'une cen-
taine de charges diverses.
Les essais qu'elles ont permis d'effectuer ont été de types très diffé-
rents les uns des autres : quelques essais de longue durée (plus de 5.000 et même de
7.000 heures), davantage d'essais de moyenne durée (2 à 3*000 heures) et beaucoup
d'essais de courte durée (de quelques heures à quelques semaines) parmi lesquels
beaucoup d'essais de sûreté. De l'avis des expérimentateurs, les possibilités of-
fertes par les boucles PEGASE, ont permis, en quelques années, d'apporter beaucoup
à la connaissance du comportement sous irradiation des combustibles et des matériaux
nucléaires.
Ce sont précisément les caractères de mobilité, d'autonomie, d'interchan-
geabilité soulignés précédemment qui ont permis d'effectuer un tel programme en
quatre ans, avec au début, un "parc" d'ailleurs très restreint. Actuellement le coef-
ficient de remplissage moyen par des boucles des postes d'irradiation (c'est-à-dire
compte non tenu des autres irradiations hors boucles) s'établit à 90 $, et nous
avons de plus en plus souvent huit boucles en pile. Ces chiffres ont pu être atteirfs
dès que nous avons disposé effectivement de 1*f boucles, ce qui donne un taux d'in-
disponibilité (refroidissement des changes, déchargement, entretien, manutention,
rechargement, vérifications préalables à la mise en pile, etc...) voisin de ̂ 0 %.
Parallèlement ces quatre années d'exploitation des boucles, ont permis
- 8 -
C H A P I T R E I I
DESCRIPTION DES BOUCLES
11.0. Généralités
Pour tester en vraie grandeur des éléments combustibles destinés à des pi-
les de puissance, il faut simuler un tronçon de canal du réacteur considéré et les
conditions d'irradiation, aussi bien d'ordre neutronique qu'aérothermique.
Le gaz caloporteur parcourt un circuit fermé, d'où le nom de boucle, tra-
versant successivement une motosouffiante, le panier contenant le combustible à ir-
radier, un filtre, et un échangeur de température, avant d'être repris par la souf-
flante .
Après une revue des divers points communs à toutes les boucles, nous abor-
derons le détail de chaque type existant.
ll.l. Dispositions communes
II.1.1 - Irradiation
La puissance neutronique dégagée dans l'élément à tester est réglée par ap-
proche ou recul de la boucle par rapport à la source de neutrons qu'est le coeur. A
cet effet, la boucle est posée sur un chariot se déplaçant sur des rails disposés au
fond de la piscine (cf. chapitre VI, § I).
Cette disposition permet de faire des irradiations à des niveaux de puis-
sance différents, sans nécessiter un réajustement de la puissance du réacteur. Elle
permet en outre de réaliser très simplement des cyclages de puissance par avance ou
recul de la boucle, pratiquement sans modifier les conditions d'irradiation des bou-
cles voisines. Elle favorise aussi les opérations de manutention qui ne peuvent se
faire qu'en position arrière donc loin du coeur.
- 9 -
II.1.2 - Paramètres aërothermiques
a) Canal d'essai
Le canal d'essai se compose d'un "tube de force", équipé d'une "dou-
blante" interne qui supporte l'isolation thermique et délimite le diamètre utile.
Ce tube de force est un tube vertical capable de résister à la pression interne du
gaz; il doit en outre ne pas être opaque aux neutrons, tout au moins dans la zone
utile, située face au coeur de la pile. Ce tube de force est en AG 3 net (pression
de service 26,5 bars) ou en zircalloy (pression de service 61 bars).
Le tube de force est raccordé par des brides à la partie arrière, qui
pour toutes les boucles est en acier inoxydable.
La doublante interne est un tube en tôle d'inox ou d'alliage en zirco-
nium. L'épaisseur dans la partie face au coeur est de 0,5 mm, et de 1 mm ailleurs.
A l'intérieur de cette doublante se place le "panier" contenant l'élé-
ment à tester. Ce panier est en tôle d'inox ou en ATR de 0,6 mm d'épaisseur. Il est
accroché à un bouchon d'obturation du tube de force. Cette disposition permet de
faire le montage expérimental en atelier, et le chargement de la boucle se fait par
introduction verticale du panier et verrouillage du bouchon. La connexion des lignes
de mesure se fait par prise étanche. De cette façon l'immobilisation de la boucle
pour chargement est très courte, de l'ordre de quelques heures, y compris les véri-
fications de bon fonctionnement.
b) Réalisation du débit de gaz caloporteur
Chaque boucle peut être assimilée à un cadre tubulaire en circuit fermé.
La circulation du gaz est assurée par une turbine actionnée par un moteur à fréquence
variable, et le débit est réglé par variation de la fréquence.
c) Réglage de la température du gaz
Chaque boucle est équipée d'un échangeur parcouru par une fraction vari-
able du débit. Le réglage de la fraction de débit dans 1'échangeur se fait par l'in-
termédiaire d'une vanne. L'échangeur est du type gaz-eau, la chaleur est emportée en
convection naturelle par l'eau de la piscine.
II.1.3 - Instrumentation (voir chapitre IV)
Toutes les mesures sont ramenées en margelle, puis en salle de contrôle,
sous forme de signaux électriques.
a) Mesures propres au chargement expérimental
II est possible de poser 18 thermocouples sur l'élément à tester. Six de
- 10 -
Figure 2 - Boucle EdF
- l i -
ces sondes sont habituellement utilisées pour mesurer les températures du gaz "en-
trée, sortie" du panier. Moyennant de légères modifications, il est possible de
sortir d'autres informations de la boucle (capteurs de déplacement, convertisseurs
neutrons-électrons). Nous pensons porter ce nombre de lignes de 18 à 30.
b) Mesures nécessaires à la connaissance du débit
Un organe déprimogène (tuyère ou venturi) est placé sur le circuit de
gaz. Les prises de pression absolue et différentielle sont reliées à des capteurs de
pression situés à la partie supérieure de la boucle et les signaux électriques de
ces capteurs sont renvoyés sur le tableau de contrôle ainsi que la température du
gaz au niveau de l'organe déprimogène, la vitesse de la soufflante et diverses tem-
pératures (paliers et enroulement).
c) Mesures nécessaires au réglage du débit
La vanne qui commande le débit dévié dans l'échangeur est motorisée et
sa position est repérée par un répétiteur simple : il suffit, en effet, d'avoir une
indication approximative de la position de la vanne, car le réglage fin se fait à
partir de la température du gaz mesurée à la tuyère.
d) Mesures nécessaires à la connaissance de la puissance
La puissance n'est habituellement pas obtenue par mesure neutronique,
mais par mesure thermodynamique. Cette mesure est un bilan enthalpique aux bornes du
panier. Les puissances locales dans l'élément combustible sont calculées à partir
des mesures relatives faites sur la maquette PEGGY.
e) Installations de détection de rupture de gaine (D.R.G.) (cf. chap. Ill)
Chaque boucle est reliée à la margelle par deux tuyauteries pneumatiques
qui permettent de prélever en continu une fraction du débit de C0_ et de la réintro-
duire après analyse de l'activité. Pour limiter les pertes thermiques au cours de
cette opération, la boucle est équipée d'un récupérateur de chaleur gaz-gaz, où le
gaz prélevé (chaud) cède une partie de ses calories au gaz réinjecté (froid). En
plus du récupérateur, certaines boucles sont équipées d'un réchauffeur électrique
qui permet de réinjecter le gaz dans la boucle à une température voisine de celle du
gaz qui y circule.
II.1.4 - Sujétions liées à la conception des boucles
La recherche d'une autonomie absolue et d'une souplesse d'exploitation
aussi grande que possible, introduit nécessairement certaines astreintes.
a) Gabarit
Nécessité d'inscrire toutes les boucles dans un gabarit qui ne peut en
aucun cas être modifié.
b) Connexions
Nécessité d'une uniformisation des raccordements en margelle, pour que
chaque boucle puisse occuper un poste quelconque en pile. Cette possibilité qui était
réelle au démarrage du réacteur n'est plus actuellement vraie. Certaines boucles
spécialisées ne peuvent occuper que certains postes, mais ces postes peuvent tou-
jours recevoir les boucles standards prévues à l'origine du projet.
c) Etanchéité
Nécessité d'immerger des connexions de mesure; ce problème introduit de
nombreuses difficultés et un système d'interconnexion pneumatique de tous les boî-
tiers de raccordement situés sur la boucle permet d'envoyer une contrepression d'air
qui évite les rentrées d'eau et d'identifier facilement toutes les défectuosités.
d) Précision
Tolérances de fabrication très sévères de la boucle, de son chariot, et
du caisson du coeur, pour obtenir un bon parallélisme entre la face avant de la bou-
cle et le caisson coeur, et une interchangeabilité des boucles aux différents postes
d'irradiation.
e) Isolation
Nécessité de calorifuger toute la boucle et en particulier la soufflante
pour limiter les pertes thermiques. A noter que ce calorifuge est placé à l'intérieur
de la boucle, ce qui limite les températures atteintes par les parties devant résis-
ter à la pression du gaz.
11.2. Boucles type EDF
Ces boucles sont prévues pour tester les.éléments combustibles des réacteurs
- 13 -
de la filière gaz-graphite fonctionnant à une pression maximale de 25 bars.
II.2.1 - Boucles EdF 3
a) Canal d'essai
Toute la partie avant, y compris la section sous flux, est en AG 3 net,
d'épaisseur 11,5 mm, et de diamètre extérieur 158 mm. La doublante interne est en
tôle d'inox roulée-soudée de 1 mm d'épaisseur, sauf dans la partie sous flux où elle
est de 0,5 mm. L'isolation thermique est réalisée par une bande de tissus de silice
enroulée à l'extérieur de cette doublante. En dehors de la partie sous flux, la si-
lice est remplacée par du verre. Entre le tube de force et ce calorifuge existe une
lame de gaz qui améliore l'isolation. Des anneaux d'amiante graphitée réalisent le
centrage de la doublante par rapport au tube de force.
A l'intérieur de la doublante est introduit le panier support d'éléments
combustibles en tôle de 6/10 mm d'épaisseur. Le diamètre intérieur du panier est de
110,8 mm, ce qui permet l'irradiation d'éléments éventuellement équipés de chemises
dont le diamètre extérieur ne doit pas dépasser 110 mm. Le tube de force est équipé
d'un écran de cadmium vers l'avant pour atténuer le pic de flux sur la zone face au
coeur. Cet écran de cadmium a été défini sur PEGGY.
b) Soufflante
Les soufflantes de construction Râteau qui équipent ces boucles sont
toutes du même type et leur originalité réside dans l'adoption de paliers gazeux hy-
drodynamiques, ce qui assure une grande longévité de fonctionnement sans intervention.
L'ensemble de la machine est à axe vertical. La volute est calorifugée et une circu-
lation de COp , refroidi dans un échangeur auxiliaire, assure une température des
coussinets des paliers inférieure à 110°C.
Les performances de ces soufflantes sont :
- Vitesse
- Pression à l'aspiration
- Température au refoulement
- Fréquence du courant
- Puissance absorbée par le moteur
- Tension d'alimentation
3 000 à 12 000 t/mn
25 bars
50 à 200 Hz
k2 Kw maximum à 12 000 t/mn
380 V à 12 000 t/mn
c) Echangeur
Des serpentins parcourus intérieurement par le gaz carbonique échangent
de la chaleur par convection naturelle avec l'eau de la piscine.
Une vanne 3 voies permet de régler le débit traversant 1'échangeur. Le
boisseau est équipé de patins en graphite; il est commandé par un moteur électrique
immergé. Un transmetteur potentiométrique permet de repérer la position de la vanne
depuis la Salle de Contrôle.
d) Equipement D.R.G.
Le gaz à analyser qui est prélevé au niveau du bouchon-filtre, c'est-à-
dire à l'aval du chargement expérimental, passe à travers un échangeur gaz-gaz. Le
retour de ce gaz se fait à travers le même échangeur, suivi d'un réchauffeur élec-
trique : la réinjection se faisant dans le collecteur de sortie de 1'échangeur. Deux
robinets placés sur les tuyauteries de liaison avec les parties émergées permettent
d'isoler la boucle pendant son transport.
e) Mesure de débit
Le dispositif déprimogène utilisé est une tuyère AFNOR placée à l'aval
de la soufflante.
II.2.2 - Boucle type EDF k
Trois boucles de ce type existent, dont une qui a été réalisée à partir
d'une boucle type EdF 3 (boucle n°15).
La différence essentielle entre les boucles type EdF 3 et EdF k est le sens
de circulation du gaz dans le canal d'essai. Alors que pour EdF 3, le sens est ascen-
dant, il est descendant pour EdF k. Cette inversion a été rendue possible par modi-
fication de la volute des soufflantes.
Actuellement, une étude qui est en cours doit permettre d'augmenter la pres-
sion de service de ces boucles, pour passer de 26,5 à 31 bars, sans modification im-
portante de l'ensemble des circuits sous pression.
II-2.3 - Boucle EDF Pour essais de corrosion radiolytique
Cette boucle a été réalisée en modifiant une boucle de série EdF 3, par
remplacement de 1'échangeur par un réchauffeur électrique (boucle n°l6).
Elle est destinée à réaliser en température et sous flux nucléaire, des
irradiations de graphite. Le réchauffeur électrique de 110 KW permet d'obtenir une
température de gaz de 350°C pour un débit de l'ordre de 1,7 kg/s.
L'installation émergée du poste 8 a été modifiée pour recevoir cette boucle.
En particulier, les circuits du détecteur d'activité et les ballons de désactivation
correspondants peuvent être isolés. Un système d'injection de gaz d'inhibition, et
des dispositifs d'analyse chimique de gaz et d'épuration, ont été ajoutés. (Voir
II.3. Boucles type INCA
II.3.0 - Généralités
Ces boucles, au nombre de 2, sont destinées à tester des éléments annulaires
du type Bugey. Le réacteur PEGASE n'était pas conçu pour recevoir des boucles de
diamètre aussi important (0 ext. 229 mm), et la conception de la boucle a été condi-
tionnée par ce paramètre, compte tenu du gabarit à respecter. Un certain nombre
d'installations ont dû être modifiées, en particulier les orifices d'évacuation de
la cellule chaude et le bassin de décorticage. A ceci, se sont ajoutées des études
sur les possibilités d'irradiation d'une boucle EdF à côté de cette boucle INCA, et
sur la même face du coeur). La boucle INCA est équipée d'un réflecteur en béryllium,
et il est prévu d'accrocher un bloc d'aluminium contre le coeur, dans le cas parti-
culier où l'on irradie une boucle EdF et une boucle INCA côte à côte. La pression de
service est prévue à 61 bars, mais la pression de Bugey 1 étant de 40 bars, il n'est
pas actuellement nécessaire de fonctionner à la pression nominale de la boucle.
II.3.1 - Canal d'essai
La technique utilisée pour cette boucle est dérivée de la technique des
boucles EL. C'est dire que la partie sous flux est en zircalloy, raccordée par jonc-
tion "vissée-brasée" aux parties en acier inoxydable. L'isolation thermique est en
tissus de silice enroulés sur une doublante en ATR. Le diamètre extérieur du tube de
force est de 229 mm, son épaisseur 9 mm, le diamètre intérieur de la doublante est
de 199 mm et le diamètre intérieur du panier est de 19*t mm, ce qui permet d'irradier
des éléments dont le diamètre hors tout (y compris éventuellement la chemise) est de
192 mm.
II.3.2 - La soufflante
De construction Hispano-Suizay, elle est à paliers à billes et à axe hori-
zontal. Ses caractéristiques nominales sont :
- Vitesse : 1 500 à 6 000 t/mn
- Pression à l'aspiration : 60 bars
- Température gaz maximum au refoulement : *tOO°
- Puissance absorbée par le moteur à 6 000 t/mn : 1V? KW
- Tension d'alimentation à 6 000 t/mn : 380 V
- 16 -
Figure 3 - Boucle 16 pour étude de corrosion du graphite
Figure 4 - Boucle 27 pour essais de dépressurisation rapide
- 17 -
II.3-3 - Echangeur gaz-eau
Mis à part ses dimensions plus importantes, il est construit sur le même
principe que pour les autres boucles.
II.3.4 - Débitmêtre
C'est un venturi placé sur le tronçon horizontal qui est situé à l 'amont de
la veine d'es,i§ai.
II.3-5 - Conception mécanique
L'originalité principale de cette boucle est qu'elle est autoporteuse,
c'est-à-dire qu'elle ne comporte pas de charpente, à l'inverse des autres boucles.
Cette solution conduit à une plus grande accessibilité des principaux organes cons-
titutifs.
11.4. Boucles type EL
II.4.1 - Boucles EL 4
Ce-type de boucle est destiné à tester les éléments combustibles du type
grappe, tels ceux du réacteur EL 4, modéré à l'eau lourde et refroidi au gaz carbo-
nique .
La pression de service est de 61 bars. Ces boucles ont été réalisées en 2
"séries" (quatre, puis deux) et les boucles de la deuxième série présentent de lé-
gères différences par rapport aux premières.
a) Canal d'essai
La partie sous flux neutronique de ces boucles est en zircalloy, d'épais-
seur 3,5 ou 3 mm et de diamètre intérieur 107 mm. La jonction du tronçon zircalloy
avec les tronçons en acier inoxydable est réalisée par mandrinage pour les boucles
21 à 24, alors qu'elle est "vissée-brasée" pour les dernières-nées.
Trois types d'isolation thermique sont utilisés :
- isolation par bandes de tissu de silice enroulées sur une doublante en
acier inoxydable de 0,5 mm d'épaisseur dans la partie sous flux.
L'épaisseur de silice est de l 'ordre de 4 mm et un clinquant d ' inox
protège la face externe. En dehors de la zone sous flux, le tissu de
- 18 - - 19 -
silice est remplacé par du tissu de verre.
- Isolation par tôle d'ATfl gaufrée et doublante en ATR. Cette version a
été retenue pour la pile EL k. Il est prévu dt récupérer cette partie
de boucle pour juger de son comportement.
- Isolation par trisol ou shoopage de réfractaire. Cette solution n'est
pas actuellement expérimentée, mais simplement approvisionnée.
Quel que soit le type d'isolation, le diamètre intérieur de la doublante
qui recevra le panier est de 97 mm, ce qui, compte tenu de l'épaisseur du panier et
des jeux de montage, permet de tester des éléments de diamètre hors tout maximum de
mm.
Le canal d'essai est équipé à sa partie arrière d'un réflecteur de bé-
ryllium.
b) Soufflante
La soufflante est placée à la partie arrière de la boucle. Il existe
deux types de souffante :
- Les soufflantes du premier type, de construction Hispano-Suiza^ sont à axe verti-
cal. Le rouet du type centrifuge est fixé en extrémité du rotor du moteur, qui est
supporté par des paliers à billes. Les paliers sont refroidis par du C0_ prélevé
dans le circuit principal, et passant dans un échargeur gaz-eau situé autour du
corps de la soufflante. Les caractéristiques principales de la soufflante sont les
suivantes :
. Vitesse
. Température au refoulement
. Pression au refoulement
. Fréquence max. du courant
. Puissance max. absorbée par le moteur
. Tension d'alimentation
3 000 à 8 200 t/mn
61 bars
1*fO Hz
72 KW 1 à 8 200 t/m
- Les soufflantes du deuxième- type de construction Râteau ont des moteurs de 190 KW
et les paliers sont du type paliers à gaz "hydrodynamiques". Ces soufflantes sont
récentes : elles équipent les boucles de la deuxième série. Leurs caractéristiques
sont les suivantes :
Figure 5 - Boucle INCA
. Vitesse
. Pression au refoulement
. Température à l'aspiration
. Fréquence max. du courant
. Puissance max. absorbée par le moteur
. Tension d'alimentation
8 000 t/mn
60,25 bars
135 Hz190 KW330 v
t/mn
N
- 21 -
i > , •''" ,\ i'-.\- "
&£'•:¥'
c) Echangeur
Cet échangeur est situé à la partie arrière haute de la boucle. Il est
constitué par un faisceau de tubes non calorifuges. L'échange de chaleur se fait en-
tre ces tubes et l'eau de la piscine par convection naturelle. Le débit de CO qui
parcourt cet échangeur est réglé par une vanne 2 voies à boisseau de graphite.
d) Mesure de débit
Le débit est mesuré par une tuyère du type AFNOR située à l'amont de la
soufflante pour les boucles 21 à 2k et à l'aval pour les boucles 25 et 26.
e) Réchauffeur
II est prévu d'installer sur les boucles 25 et 26 des réchauffeurs élec-
triques situés sur le circuit de C0_. Ce réchauffeur permettra de maintenir une tem-
pérature de gaz égale à 200°C en cas d'arrêt de courte durée du réacteur. Cet aména-
gement a pour but de se rapprocher des conditions d'exploitation d'un réacteur de
puissance où, en cas d'arrêt, la température du gaz baisse beaucoup plus lentement
que dans les boucles de P.5GASE, et jusqu'à un niveau plus élevé.
II.k.2 - Boucle Dérapeg
Cette boucle qui porte le n°27, est identique par ses caractéristiques gé-
nérales aux boucles EL *f de la deuxième série.
Elle a été conçue pour permettre la réalisation d'essais de sécurité : elle
simule une rupture de collecteurs de C0? d'un réacteur de la filière "eau-lourde-
gaz", conduisant à une dépressurisation rapide des circuits (cf. III.1.3-a).
Signalons, comme caractéristique particulière de cette boucle, que la dou-
blante d'isolement avant a été re/nforcée, et percée de trous, afin d'éviter une dé-
térioration en cours de dépressuridation.
La dépressurisation est obtenue par rupture de deux diaphragmes en série
situés sur un circuit spécial émergé, le gaz de dépressurisation est recueilli dans
des ballons d'où après analyse et décroissance des produits de fission éventuels il
est rejeté à l'atmosphère. Une vanne supplémentaire est prévue sur les tuyaux souples
de gros diamètre qui permettent la dépressuris?,tion rapide.
Figure 6 - Boucle EL
- 22 -
C H A P I T R E I I I
INSTALLATIONS EMERGEES DES ElOUCLES
lll.l. Circuit de D.R.G.I
III.1.0 - Généralités
Le circuit de D.R.G. a comme fonction de base de détecter des ruptures de
gaine de l'élément combustible en essai dans la boucle, par prélèvement d'une frac-
tion du gaz de la boucle comptage et réinjection.
Ce circuit assure également un certain nombre de fonctions annexes :
- le remplissage et la vidange d'une boucle dans des conditions de pureté
données,
- le balayage d'une boucle en vue du remplacement de GQ actif par du CO,,
neuf,
- le réglage de pression en fonctionnement permanent ou lors de cyclr^ges.
La liaison entre boucle et salle D.R.G. est assurée par 2 tuyauteries
flexibles (aller et retour) entre la margelle et le coffret de connexion, et 2 tuyau-
teries rigides cheminant dans la zone comprise entre la margelle et la salle D.R.G.
Chaque unité de D.R.G. est conçue pour permettre son utilisation avec des
boucles de 25 à 60 bars. Le fonctionnement du détecteur n'étant possible qu'à une
pression de service de 25 bars, dans le cas d'utilisation d'une boucle à pression
plus élevée, un détendeur permet d'établir dans le tronçon détecteur la pression re-
quise, le compresseur assurant le retour à la pression nominale.
Au cours des années de fonctionnement et compte tenu de l'expérience ac-
quise, quelques modifications mécaniques ont dû être apportées aux circuits D.R.G.
Ces modifications peuvent se classer en J> catégories :
1) Modifications améliorant la sécurité et le contrôle.
2) Modifications améliorant le fonctionnement.
3) Modifications pour essais particuliers.
Figure 7 - Schéma de principe - Circuit DRG normal
- 24 -
III.1.1 - Modifications améliorant la sécurité et le contrôle
a) Vannes ADAR de sectionnement
Afin de contrôler depuis la salle de contrôle une fuite importante de
C0? sur le circuit et de localiser cette fuite (entre l'armoire ou la boucle), il a
été monté deux vannes pneumatiques ADAR de sectionnement et une vanne by-pass. Ces
vannes permettent d'éviter la vidange de la boucle en cas de rupture de tuyauterie
ou de joint sur le circuit émergé, pendant le temps nécessaire à l'isolement manuel
de la partie accidentée.
b) Vannes ADAR d'isolement
Entre le compresseur et le ballon tampon de 450 1, est monté un clapet
anti-retour. Il s'est avéré qu'à la longue ce clapet présentait des défauts d'étan-
chéité, aussi avons nous dû placer en série une vanne pneumatique ADAR qui s'ouvre
lors de la mise en route du compresseur et se referme lors de son arrêt, isolant le
circuit entre le ballon 450 1 et le compresseur, évitant le transfert de la haute
pression vers le circuit détecteur lors de l'arrêt du compresseur.
c) Vanne ADAR de régulation
Dans le cas du fonctionnement d'une boucle à une pression supérieure à
25 b et lors de l'arrêt du compresseur, la haute pression se transfère également par
le détendeur qui ne peut être étanche. Nous avons donc monté en amont du détendeur
une vanne ADAR de régulation, commandée automatiquement par un régulateur Taylor,
pré-réglé à une valeur convenable, qui isole le circuit 25 bars lors d'une montée en
pression de ce circuit. Il est à noter que le régulateur Taylor est un appareil trop
sensible pour une installation comme la nôtre, qui est soumise à des vibrations; de
ce fait, il tend à se dérégler.
d) Filtres de protection
Lors d'une rupture de gaine, le CO» en circulation transporte des pous-
sières radioactives et des dépôts se forment dans les tuyauteries. Pour retenir une
partie de ces poussières, un filtre papier Purflux, monté dans un château de plomb a
été installé sur la tuyauterie venant de la boucle.
e) Prises des manostat..: de sécurité
Les piquages des prises de sécurité "pression", fonctionnant en 2/3,
ont dû être déplacés et reportés sur la tuyauterie aller boucle, ceci afin d.ue les
sécurités soient toujours en service, que l'armoire soit isolée de la boucle ou non.
En effet dans le montage d'origine, il fallait obligatoirement mettre en relation
l'armoire D.R.G. et la boucle pour avoir les sécurités "pression", ce qui dans cer-
tains cas n'était pas toujours possible.
Par ailleurs, dans le cas des boucles INCA, il a été nécessaire de reporter
le piquage des sécurités en aval de la boucle, c'est-à-dire sur la tuyauterie de re-
tour vers la D.R.G. En effet sur ces boucles le retour du gaz s'effectue à travers
une buse d'injection et la pression mesurée n'était plus représentative de la pres-
sion dans la boucle.
f) Montage d'une électro-vanne de vidange sur le circuit 25 bars
Dans le cas du fonctionnement en 60/25, et si la pression venait à se
transférer dans le circuit 25 bars, afin de ne pas dépasser les limites admises, il
a été nécessaire de monter sur le circuit une électro-vanne de vidange commandée de
la salle de contrôle. C'est un complément à la modification c).
De plus, la vidange par ce circuit, en fonctionnement, est beaucoup
plus souple, et la tenue du matériel meilleure, la pression étant moins forte.
g) Montage d'analyseurs BECKMAN
Sur chaque poste, il a été monté un analyseur de teneur en HpO, avec
prise de prélèvement du gaz à la sortie de la boucle. Un appareil enregistreur unique
permet de suivre la teneur en eau du COp des huit boucles.
III.1.2 - Modifications pour l'amélioration du fonctionnement
a) Réchauffeur de gaz "CARBO-VAPOR"
Par suite de la détente du gaz, dans le cas du fonctionnement à 60/25,
nous avons constaté que la température du gaz à l'entrée du détecteur pouvait des-
cendre jusqu'à des valeurs voisines de 0°C. Four pallier cet inconvénient et afin
d'avoir une température du gaz circulant dans la partie détecteur voisine de 20°C,
nous avons dû monter un réchauffeur de gaz régulé par thermostat.
b) Assécheur de gaz "GOHIN-POULENC"
Pour maintenir dans la boucle une teneur en eau très faible imposée par
certaines expériences, il a été nécessaire de monter un dessicateur dans le circuit.
Un appareil "GOHIN-POULENC" devant maintenir une humidité relative inférieure à 30
ppm en volume, a donc été installé sur chaque peste, en aval de l'armoire D.R.G. De
plus le déshuileur monté d'origine à la sortie du compresseur, ayant une efficacité
toute relative, (la température du gaz lors du passage dans la cartouche filtrante
est d'environ 80°C); l'assécheur a été doublé d'un déshuileur à double étage : pre-
mier étage, déshuilage par anneaux rachig, refroidissement du gaz; deuxième étage,
déshuilage par anneaux rachig et carbuil.
- 26 -
c) Filtres d'arrivée du CO^ neuf
Les tuyauteries amenant le C0_ neuf aux armoires sont en acier noir,et,
par suite, une oxydation s'est produite dans ces tubes. Nous avons dû monter un fil-
tre en inox fritte sur l'arrivée du gaz aux armoires, en amont des électro-vannes,
afin de protéger ces dernières contre les particules d'oxyde véhiculées, particules
qui endommageaient le clapet pilote de 1'électro-vanne.
d) Filtres du gaz de balayage des détecteurs
Un filtre en inox fritte, doublé de trois épaisseurs de papier rose, a
été monté en amont du tambour du détecteur, sur le circuit de balayage, afin d'obte-
nir une plus grande propreté du gaz, et de ce fait ne pas endommager les tambours
e) Essais sur compresseurs "CORBLIN"
A la suite de défauts de fonctionnement répétés sur les compresseurs
Corblin, nous avons été amenés à effectuer de nombreux essais. Certains de ces es-
sais ont amélioré le rendement après emploi de pièces différentes de celles fournies
d'origine, tels les clapets d'aspiration et de refoulement, ainsi que leurs ressorts.
D'autres ess is n'ont pas apporté de meilleurs résultats, parmi ceux-ci
la tenue des goujons d'aspiration et de refoulement, ainsi que la tenue des membra-
nes qui n'a jamais pu être améliorée.
De petites modifications ont facilité l'exploitation de ces matériels;
robinet de vidange d'huile; déplacement du bouchon de remplissage d'huile, afin de
pouvoir ajuster le niveau en cours de fonctionnement.
D'autres modifications seraient à faire, par exemple augmenter le dia-
mètre des tuyauteries d'aspiration jusqu'à un diamètre au moins équivalent à celui
du refoulement, ce qui mécaniquement devrait donner un meilleur rendement.
ill.1.3 - Modifications pour essais particuliers
a) Boucle à dépressurisation rapide (DERAPEG)
Le principe de l'expérience étant de ramener très rapidement la pres-
sion du circuit boucle à une valeur aussi basse que possible, les circuits de D.R.G.,
du fait de leur faible section, ne pouvaient être utilisés sans modifications impor-
tantes.
Le poste n°7 a été équipé de tuyauteries de forte section. Parallèle-
ment, en salle des compresseurs de D.R.G., ont été disposés des ballons de capacité
suffisante pour recueillir la masse de CO de la boucle, ramenée à la pression at-
mosphérique. Une importante protection de briques de plomb a été érigée autour de
FigureS - Installation de DRG pour essai s de dépressurisation rapide
Figure 9 - Installation d'injection et d'analyse pour étude de corrosion du graphite
- 28 -
ces reservoirs.
D'autre part, il a été nécessaire de créer un nouvel ensemble de détec-
tion fonctionnant à très basse pression, de façon à suivre l'activité du gaz restant
dans la boucle à la suite de "l'éclatement".
b) Essais sur la corrosion du graphite
Ces essais ont été réalisés par le Département de Physico-Chimie. Ils
ont nécessité des installations émergées assez volumineuses; le poste 8, en salle de
D.R.G., permettant des extensions multiples, a été choisi pour cette réalisation :
- installation d'un ensemble d'analyse et d'injection de gaz, comprenant : un hygro-
mètre électrolytique, un chromatographe en phase gazeuse, quatre analyseurs à ab-
sorption infrarouge, un détecteur de CO et de CH, dans l'air ambiant, un injec-
teur-débitmètre,
- installation d'une station d'épuration du C0_, comprenant : un réchauffeur, un
débitmètre, deux pots de catalyse, un analyseur d'O et un injecteur-débitmètre.
- Conclusions
Après un fonctionnement global d'environ 125.000 heures, il est possible
de noter la bonne tenue générale du matériel monté sur les circuits émergés : détec-
teurs, vannes, raccords, capteurs de pression, etc...
Par contre, le point délicat réside dans la faiblesse des compresseurs à
membranes, nécessitant des interventions fréquentes.
III.2. Alimentations électriques des boucles en essa is
Le fonctionnement des boucles nécessite :
- des alimentations électriques de puissance
. pour la circulation du CO- (soufflantes),
. pour le chauffage du CO- (réchauffears),
- des alimentations électriques de contrôle et mesure
. pour le réglage des paramètres de fonctionnement,
. pour la sécurité de l'installation.
Le principe de la distribution des différentes sources d'énergie figure
au schéma n°2.
Des transformateurs principaux de puissance de 800 KVA 15«000/380 volts
fournissent la tension nécessaire à l'installation. >
•W7TV<-
Figure 10 - Schéma unifilaire simplifié de distribulion électrique sur boucles
- 30 -
III. 3. Connexions des circuits électriques des boucles
Pour les premières boucles utilisées en pile, les câbles électriques issus
des organes de puissance et de contrôle étaient regroupés sur la boucle dans deux
coffrets, l'un de puissance, l'autre de contrôle.
- Connexions "Puissance"
Le coffret puissance comportait 3 embases à un conducteur (type LEMO 6 -
200 A, fabrication "Jupiter"), sur lesquelles se connectaient les prises des câbles
électriques de puissance de la soufflante; éventuellement, 3 autres embases et 3 au-
tres câbles permettaient d'alimenter le réchauffeur 10 kW . (Réchauffage d' gaz en
provenance de la D.R.G.).2
Ces câbles extra-souples de 75 mm , en cuivre rouge, gainés d'un tube de
polythene de 1,8 mm, d'épaisseur, présentaient une bonne tenue à l'eau déminérali-
sée. Mais bien que la prise Jupiter fût équipée de joints toriques et coniques en
néoprène, cette jonction sous l'eau dut être abandonnée pour ses défauts d'isolement
et fut remplacée par une connexion du même type en margelle (partie émergée). (Cf.
chapitre X, § IV. 't) .
III.3.2 - Connexions "Contrôle"
Les circuits électriques de mesure ou de commande de la boucle (câbles
2AB35» câbles FM2M, câbles EPD17) arrivaient sur deux barrettes dans un coffret de
connexion; trois couples chromel alumel logés dans ce coffret servaient de référence
de soudure froide .
Le départ des coffrets était assuré par des embases "Jupiter" 22 broches.
Les connexions s'effectuaient à l'aide de six prises "Jupiter" équipant les câbles
de liaison, solidaires de la margelle.
L'instabilité thermique des coffrets de connexion, la fragilité des tuyau-
teries souples et des câbles bifilaires FM2M, l'étanchéité précaire des prises "Ju-
piter" ont nécessité des modifications importantes :
- Les connexions ont été ramenées en margelle (hors d'eau pendant l'expérimentation).
- La liaison chromel alumel des couples a été prolongée jusqu'à un boîtier isotherme
situé au-delà du boîtier margelle.
- Des câbles spéciaux : 12 paires en chromel alumel ou 2k conducteurs cuivre étamé,
section 0,6 mm , entouréi. d'une gaine en polythene de 2 mm d'épaisseur ont rem-
placé les câbles bifilaires et les tuyauteries souples.
- Les prises "Jupiter" ont été conservées pour leur facilité de raccordement, mais
l'usinage des broches de diamètre 1,3 mm a été amélioré pour éviter des défauts de
contact.
- 31 -
- Un départ direct des organes de contrôle a permis la suppression du coffret
"contrôle" situé sur la boucle. La répartition des liaisons sur les câbles et les
fiches diminuent les inductions et les couplages entre circuits, au niveau des
broches.
Une tresse en fil métallique inoxydable munie d'un embout de raccordement
opère la mise à la masse de la boucle.
On trouvera les principes directeurs des installations de contrôle au
chapitre IV.
C H A P I T R E I V
INSTRUMENTATION DES BOUCLES
IV.1. Présentation générale
Les huit boucles que peut recevoir simultanément la Pile PEGASE sont pour-
vues :
- de connexions pneumatiques communiquant avec les circuits de gonflage-
dégonflage et détection de rupture de gaine,
- d'alimentations électriques assurant le fonctionnement de leur soufflante
et, le cas échéant, de leur réchauffeur,
- de capteurs de mesure et de contrôle raccordés électriquement pour cha-
cune des boucles à un poste de contrôle situé dans la salle de commande
du réacteur.
Nous traiterons plus spécialement dans ce chapitre des problèmes relatifs
aux capteurs équipant les boucles et aux dispositifs de contrôle de sécurité, et de
mesure.
L'étude des éléments combustibles contenus dans les boucles nécessite une
connaissance aussi parfaite que possible des conditions de fonctionnement aérodyna-
miques et thermiques de celles-ci, aussi avons-nous besoin, en plus des températures
relevées sur la charge en irradiation, de connaître les paramètres de mesure et de
contrôle ci-après :
- vitesse de la motosouffiante,
- pression du CCL dans la boucle,
- ouverture de la vanne de l'échangeur,
- température et pression différentielle au droit de la tuyère de mesure de
débit,
- éventuellement, pertes de charge offertes par le canal d'irradiation et
par la soufflante, ainsi que la puissance de cette dernière.
Les mesures et commandes concernant la partie émergée, généralement située
dans les locaux DRG, sont d'un intérêt moindre pour déterminer les conditions aéro-
dynamiques et thermiques de fonctionnement de la boucle. (Voir description chap.III).
IV.1.1 - Capteurs donnant les paramètres de mesure
a) Motosouffiante
La vitesse de fonctionnement de ces appareils peut varier selon les bou-
cles et selon les essais de 1 500 à 12 000 t/min. Le capteur utilisé est un capteur
de vitesse angulaire CEC, type JP1^2L, constitué par une bobine et un noyau magné-
tique dont les variations d'entrefer induisent des forces électromotrices importan-
tes. Un disque monté sur l'arbre de la soufflante porte six pions qui fournissent
donc six impulsions par tour lors de leur passage devant le capteur.
Les températures de paliers et de bobinages sont mesurées à l'aide de
thermocouples en chromel-alumel ou en cuivre-constantan suivant le type de souf-
flante.
La mesure de puissance n'étant qu'un paramètre de contrôle, les transforma-
teurs de courant, permettant de faire un montage wattmétrique, sont de précision mé-
diocre (classe 2).
b) Vanne de l'échangeur
Cette vanne motorisée permet de régler le débit dans l'échangeur gaz-eau
de la boucle.
La commande de la vanne est assurée par un moteur diphasé en *f8 V, placé
dans un carter étanche et venant attaquer l'arbre de la vanne par l'intermédiaire
d'un réducteur. Deux minirupteurs, calés en position extrême d'ouverture et de fer-
meture, coupent l'alimentation.
L'indication permanente de la position de la vanne est réalisée au moyen
d'un transmetteur TELOHM monté sur l'arbre de commande de la vanne.
c) Mesure de débit
Elle est effectuée à l'aide de tuyères, du type AFNOR, placées à l'en-
trée du canal d'essai. Ces tuyères donnent une pression différentielle respective-
ment de 200 mbars pour les boucles EdF et *tOO mbars pour les boucles EL. Les boucles
INCA, pour lesquelles la perte de charge totale admissible dans le circuit est fai-
ble, sont équipées d'un venturi classique.
La mesure et le contrôle de la pression différentielle, à la tuyère ou
au venturi suivant le cas, sont effectuées à l'aide de 3 capteurs identiques (2 seu-
lement pour les boucles INCA), de marque ACB, type kko Hd, dont le principe de fonc-
tionnement est caractérisé par le fait que les déformations d'une membrane usinée
sont transmises à un transformateur différentiel. La tension d'alimentation est de
la tension de sortie a une gamme de variation de 0 à 1 V =.
D'autres capteurs du même type sont installés sur les boucles EL et INCA
- 35 -
pour mesurer les pertes de charge du canal d'irradiation et de la soufflante.
d) Mesure de la pression
Une mesure de pression au droit de la tuyère est effectuée à l'aide de
deux capteurs, de marque ACB, l'un du type 615 H, dont l'élément déformable (tube de
Bourdon) transforme la pression relative en un déplacement, qui est traduit en si-
gnal électrique par le curseur d'un potentiomètre, l'autre du type 6k6 HC11, dont le
principe est équivalent à celui du "̂ 0 Hd".
Pour le 615 H, l'alimentation est en 25 V=, la tension de sortie étant
de l'ordre de 20 V= à pleine échelle.
Trois autres mesures de pression sont effectuées à l'aide de capteurs à
transformateurs différentiels sur les circuits émergés de la boucle (fonct'.on sécu-
rité) .
e) Mesure de température
18 thermocouples en chromel-alumel permettent de tester la charge de
combustible en irradiation.
De plus, 3 à 8 thermocouples en chromel-alumel ou cuivre-constantan as-
surent la mesure des températures de bobinages et paliers des soufflantes. On trouve,
enfin, la température du gaz à la tuyère, et, sur certaines boucles, les températures
"entrée-sortie" soufflante, de même que la sortie du canal d'irradiation.
IV.1.2 - Organisation des liaisons avec les appareils de la salle de contrôle
Les interconnexions ont été faites, à l'origine, suivant le schéma de prin-
cipe de la figure n°3.
La majeure partie des fils de mesure ou d'alimentation cheminaient dans un
unique câble blindé de 60 paires de conducteurs.
Les thermocouples étaient en chromel-alumel jusqu'au coffret immergé placé
sur le bâti de la boucle. De là, ces mesures de température repartaient en cuivre
jusqu'aux appareils de mesure, en passant par le boîtier margelle et la salle de re-
layage. Ces mesures étaient réparties sur des enregistreurs PEM et un processeur
CAE 3030 associé à une imprimante rapide CREED; l'exploration de 200 voies se fai-
sant au rythme de 50 millisecondes par voie.
Un capteur de pression 615 H et certains capteurs de AP (soufflante-canal)
étaient raccordés à des voltmètres indicateurs.
Trois capteurs de AP (tuyère) étaient directement reliés à une chaîne de
sécurité 2/3, alimentant à son tour l'amplificateur de chute de barres. Le signal de
sortie d'un 4ième capteur de AP tuyère alimentait un enregistreur PEM.
a.<3*t-
:siUl
»-
5 £0.5 °-3
<tf < Ïui z
S:oin•i-
o)*i-
** «csu a^ a
.s «•5 §
5 8£ >
Figure 11 - Mesures classiques sur les boucles
-36 -
L'exploitation du signal de sortie du capteur de vitesse était et reste
d'ailleurs un peu plus complexe. En effet, s'il advient que la vitesse de rotation
de la motosoufflante diminue jusqu'à atteindre 3 000 t/mn, (1 500 t/mn pour INCA),
on a passage de l'alimentation à fréquence variable à l'alimentation par un trans-
formateur secteur secouru. D'autre part, pour une boucle en irradiation, la chute de
vitesse au-dessous d'une valeur de consigne affichée à l'avance entraine la chute
des barres du réacteur. Pour réaliser cet ensemble de fonctions, la chaîne de mesure
de vitesse de rotation comprend :
- un ensemble électronique de mesure, dont l'amplificateur d'entrée assure
la mise en forme des impulsions fournies par le capteur. On obtient après
division et intégration des impulsions mises en forme, un signal de sor-
tie continu sur un potentiomètre de calibrage,
- un indicateur à aiguille,
- les déclencheurs du type DS2.
Le récepteur type "TELOHM 160̂ " donnant l'indication d'ouverture de vanne,
est à aiguille; sa déviation est de 300°. Les fins de course de vanne sont matéria-
lisées, sur le tableau, par des voyants lumineux.
Le tableau de contrôle comporte pour chaque poste une prise femelle permet-
tant la connexion du circuit d'alimentation de la soufflante avec un wattmètre monté
sur un pupitre mobile.
IV.2. A m é l i o r a t i o n des mesures
Partant d'une installation définie par l'architecte industrie' chargé de
l'étude et de la construction des boucles, nous avons recherché les meilleures con-
ditions de fonctionnement du matériel, en apportant, à moindres frais et immobilisa-
tion, quelques modifications aux circuits et aux capteurs. Certaines de ces modifi-
cations sont réalisées, d'autres sont en projet ou en cours de réalisation.
Les capteurs pour lesquels nous avons cherché des améliorations sont les
capteurs de pression totale et de pression différentielle, ainsi que ceux de tempé-
rature .
Les capteurs de vitesse de motosoufflante et ceux d'ouverture de vanne, ne
donnant que des paramètres de contrôle, présentent une importance moindre pour l'ex-
périmentation.
IV.2.1 - Capteur de vitesse
Le positionnement du capteur CEC par rapport au disque percé de six trous
doit être fait avec le plus grand soin; la distance du noyau magnétique au disque
est de l'ordre de — de mm. Si les cotes ne sont pas respectées, le niveau des im-
pulsions de sortie du capteur sera mauvais et, en conséquence, le signal sera diffi-
- 37 -
cilement exploitable. (Nous estimons comme aisément exploitable un signal dont le
niveau crête est ̂ à 1 volt pour 3 000 t/mn).
Le capteur doit nécessairement comporter un blindage magnétique pour ne pas
être influencé par les courants de fréquence variable qui alimentent le moteur élec-
trique de la motosoufflante.
L'impédance de la ligne de sortie du capteur doit être telle que l'affai-
blissement du signal au niveau du récepteur soit convenable.
Connaissant l'importance des dégâts que peut entraîner l'inversion de mar-
che d'une motosoufflante à paliers à gaz, nous pensons qu'il est souhaitable, lors
de l'établissement d'un projet, de prévoir un dispositif de repérage du sens de ro-
tation, exploitable dès la mise sous tension de la motosoufflante. Ceci pourrait
être obtenu en agissant sur la distance entre impulsions, par exemple, en ménageant
les trous d'entr'axes différents dans le disque formant entrefer. Le signal de sor-
tie pourrait être de la forme suivante, pour un tour :
IV.2.2 - Ouverture de la vanne
Le système "TELOHM" de recopie, donnant en % l'ouverture de la vanne de by-
pass de l'échangeur, permet de repérer les positions de vanne à respecter, pendant
un cyclage en température, à puissance constante. La recopie est fidèle à 1 % près,
si, d'un cyclage à l'autre, on respecte les mêmes sens de manoeuvre. Ces performances
nous satisfont donc pleinement. La recopie pour une boucle déplacée d'un poste à
l'autre, varie cependant de près de 5 %• II nous est donc difficile de prédéterminer,
dans une fiche d'irradiation, la position exacte qu'aura la vanne pour obtenir une
température de gaz donnée. La mise en irradiation se faisant par tâtonnements succes-
sifs, la connaissance approximative de l'ouverture de la vanne nous suffit à priori.
IV.2.3 - Tuyère de mesure de débit
La mesure de débit est un paramètre important pour déterminer la puissance
fournie par la charge de combustible en essai; nous avons cherché à utiliser au
mieux ce capteur de mesure.
La configuration de la boucle ne permettant pas de disposer de longueur
droite suffisante pour placer l'organe déprimogène dans les conditions préconisées
par la norme AFNOR "NF X10 - 101", il a fallu chercher un emplacement où la veine de
gaz est la moins pertuobée et étalonner ensuite cet organe par rapport à un système
déprimogène placé dans la longueur droite de la partie avant de la boucle. (Tube de
force).
Nous avons préféré, au diaphragme classique, l'utilisation de tuyère et de
venturi normalisés, de manière à réduire au minimum les pertes de charge apportées
par le système. Nous préconisons de placer, lorsque c'est possible, une grille d'ho-
mogénéisation à l'amont de cette tuyère.
Il est essentiel que la veine de gaz, à l'amont de la tuyère, soit homogène
en température et qu'aucun tourbillon n'existe à ce niveau. Ces conditions nous sont
apparues imperatives au début de l'exploitation des boucles EL, sur lesquelles la
tuyère était placée dans une courte longueur droite, située entre la sortie de l'é-
changeur et la bride d'aspiration de la soufflante. Lorsque la vanne de by-pass
était partiellement ouverte, le mélange du gaz chaud, venant du circuit principal,
et du gaz refroidi, venant de l'échangeur, n'était pas assuré. Les résultats des
calculs de fuite thermique, à température de gaz et débit mesuré constants (dans une
partie du circuit où la veine de gaz est homogène en température), nous sont apparus
différents suivant la position de la vanne by-pass. L'erreur que nous faisions pro-
venait de toute évidence de la mesure du débit.
Nous avons remédié à cela en déplaçant la tuyère, que nous avons cette fois
disposée sur une courte longueur droite, à l'aval de la volute de la motosouffiante.
Nous avons alors constaté une bonne fidélité de mesure, et un affaiblissement nota-
ble des oscillations du AP mesuré aux bornes du système. Il est néanmoins nécessaire
d'effectuer un étalonnage dans les conditions nominales d'utilisation de la boucle
(poids spécifique du C0_, nombre de Reynolds). Cn constate ainsi que, dans bien des
cas, le coefficient vrai de la tuyère, placée dans une longueur droite de longueur
inférieure à celle que préconisent les normes, s'écarte de 3 à k % du coefficient
théorique.
IV .2.4 - Liaisons pneumatiques entre tuyère eb traducteurs électriques
Le raccordement pneumatique de la tuyère aux traducteurs électriques reste
immergé. On a donc deux tuyauteries, branchées l 'une à l ' amon t , l 'autre à l'aval de
la tuyère. Ces deux tuyauteries sont iaccordées à 3 capteurs de pression différen-
tielle; l 'une d'elles est, de plus, raccordée aux 2 capteurs de pression totale.
Le piquage des tuyauteries au droit de la tuyère pose un problème de tenue
mécanique, à cause des dilatations différentielles de la doublante et du tube de
force . Aussi prévoyons-nous un cheminement élastique entre la doublante et le tube
de force par quelques spires de dilatation situées entre les traversées de la dou-
blante et du tube de force.
Ces tuyauteries étant placées sous le calorifuge, les risques de condensa-
tion d 'eau dans ces capacités sont négligeables. Il faut veiller à ce que les deux
tuyauteries (en 0 2 x 1 ) soient d'égale longueur, de manière à ce que la transmis-
sion du fluide soit assurée sans déphasage d'une prise par rapport à l 'autre.
Ce système a comme inconvénient d'augmenter le temps de réponse. Ceci n'est
pas une gêne pour les conditions de fonctionnement dans lesquelles sont effectuées
les irradiations.
Les deux liaisons pneumatiques comprises entre le tube de force et les cap-
teurs de pression, liaisons qui baignent dans l 'eau de la piscine (à 4o°C), devront
- 39 -
si possible être de capacité identique, et cheminer l'une près de l'autre, pour être
approximativement à la même température. Ces tuyauteries en acier inoxydable seront
de dimensions supérieures à 0 k x 6 pour éviter les phénomènes de capilarité de
l'eau de condensation. Dans le cas contraire des erreurs importantes sont introduites
dans la mesure de AP. En effet, cette partie constituant un point froid de la boucle,
on risque d'avoir de l'eau en suspension dans les tubes si ces dimensions ne sont
pas respectées.
Des capacités tampons d'une centaine de cm^ ont été placées sur les tuyau-
teries de certaines boucles. Les signaux de sortie des capteurs sont plus stables,
les variations de pression, dues aux turbulences au niveau de la tuyère, étant ainsi
amorties.
IV.2.5 - Capteurs de pression différentielle
De quatre le nombre de capteurs a été ramené à trois sur chaque boucle.
Chacun d'eux pouvant différemment être utilisé en sécurité et en mesure.
Les capteurs ACB du type ^kO Hd ont, depuis les premières réalisations de
boucles, été utilisés. Certaines modifications y ont été apportées.
La platine de démodulation et de réglage a été sortie du capteur et ramenée
en salle de contrôle. Les composants de cette platine ont été remplacés par d'autres
composants plus fiables.
Cette disposition apporte de nombreux avantages. On peut ainsi, moyennant
la disponibilité de la tuyauterie de prélèvement à l'arrière de la boucle, étalonner
périodiquement le capteur en comparant son indication à celle d'un manomètre en U.
Les résistances de lignes et d'isolement pouvant varier d'un poste d'irradiation à
l'autre, i] est recommandé de reprendre l'étalonnage des capteurs à chaque mouvement
de boucle en piscine.
L'expérience que nous avons acquise de ces capteurs a montré que l'isole-
ment des lignes d'alimentation et de mesure devait impérativement être supérieure à
0,5 MO. On peut ainsi obtenir une précision de mesure atteignant 1 %.
L'amélioration de l'étanchéité des boites où ils sont placés, le changement
des câbles de liaisons, sont autant de facteurs qui ont permis d'améliorer la ré-
ponse, et la fidélité des mesures.
Des capteurs de ce type sont également installés sur la boucle, pour per-
mettre le contrôle des pertes de charge aux bornes du panier d'irradiation et aux
bornes de la motosouf fiante . Le premier contrôle permet de vérifier que la charge de
combustible n'a pas subi de déformations importantes en cours d'irradiation; le se-
cond contrôle permet, connaissant l'ouverture du circuit, de vérifier que les mesu-
res de débit sont correctes.
Nous avons fait hors pile des essais de capteurs de type et de principe
différents de ceux-ci; en particulier, les capteurs à jauge d' extensiometrie et les
capteurs à balance de force.
- 40 -
Les premiers, ont un encombrement réduit et permettent d'obtenir une préci-
sion meilleure que 0,5 %• Le réétaloimage peut être fait sans obligation de raccor-
der un étalon en cours de fonctionnement.
Les seconds, ont une linéarité bien meilleure que celle des capteurs ACB.
La précision est aussi de l'ordre de 0,5 %• Ils sont par contre très encombrants.
Les lignes de mesure doivent être pour ces deux types de capteurs extrê-
mement soignées.
Nous n'avons pas retenu ces solutions, essentiellement à cause de leur prix
prohibitif.
IV.2.6 - Capteurs de pression
Nous avons associé au "615 H" équipant la boucle à l'origine un deuxième
capteur du type 6̂ 6 HC11 dont le principe de fonctionnement est le même que le cap-
teur différentiel ̂ 0 Hd.
Le capteur 615 H est d'un fonctionnement simple; il est relativement bon
marché. Le potentiomètre, relié au tube de Bourdon, est inséré dans un pont de
Wheatstone, permettant d'établir une relation entre la tension de sortie de ce pont
et la pression relative du fluide par rapport à l'ambiance. La linéarité de ce cap-
teur est mauvaise, aussi sommes-nous conduits à étalonner le système dans la zone de
fonctionnement prévue t our l'irradiation. L'hystérésis mécanique et la déformation
permanente du tube de Bourdon étant importantes, il faut très fréquemment reprendre
cet étalonnage. Sa précision est au mieux de 2 %.
Il est placé dans un boîtier dont la pression d'ambiance est de 1,5 bars.
IV.2.7 - Températures
Les thermocouples de mesure de température, en chromel-alumel, implantés
sur les éléments combustibles en irradiation, sont le plus souvent à soudure termi-
nale isolée de la masse, type TI, (les deux fils thermoélectriques sont soudés entre
eux par décharge électrique sous argon, la gaine est refermée par soudure autogène
argon-arc).
Pour les mesures de températures supérieures à 500°C (dans le magnésium des
éléments EdF 3), les gaines sont chromisées, pour éviter les formations d'eutectiquœ
qui pourraient apparaître au contact acier inox-magnésium.
Les câbles d'extension, en chromel-alumel, comme nous l'avons dit précédem-
ment, étaient raccordés aux câbles de cuivre dans un boîtier immergé, d'où partait
un câble de compensation. Les températures à l'intérieur de ce boîtier n'étant pas
homogènes, nous avons entrepris les modifications suivantes : (cf. schéma de câblage
de la figure noif)
- suppression du boîtier immergé,
- câble d'extension blindé de la boucle jusqu'à une boîte isotherme,
Thermo couples
soufflante et boucleSoufflante
Frigistor
Vol tmètreIntégrateur
Flexowriter
Scrutateur
Prise TupiCcr sur le bouchon
CoFFvet. i
Prise JupiCe.r surBoî t ier marge l le
Boîtier
isotherme
R é p a r t i t e u rI
p r i n c i p e l
POSTERépartiteursecondaire
POSTE 2 POSTE 8
Enregistreurs etsécurité
Figure 12 - Schéma de principe du câblage des mesures de températures
- 42 -- 45-
- relevé de la température de la boîte isotherme, à partir d'un "Frigistor"
donnant le 0°C avec une bonne précision.
Le cheminement des câbles est réalisé de manière à minimiser les inductions
parasites pouvant provenir des alimentations de la boucle.
IV.3. Mesures, contrôle et sécurités
L'installation initiale a été pratiquement refondue à 50 %• Tous les si-
gnaux de mesure, de contrôle ou de sécurité concernant la charge en irradiation, les
températures de la boucle et de la motosouffiante, la pression totale et les pres-
sions différentielles, entrent actuellement sur un répartiteur principal avant d'être
aiguillés sur les appareils que l'on désire leur affecter.
Les signaux de vitesse de motosouffiante et d'indication d'ouverture de
vanne, par contre, sont traités directement, comme prévu à l'origine de l'installa-
tion. Nous ne reviendrons pas sur ces systèmes qui donnent entière satisfaction.
Nous verrons par contre la manière dont sont conçus les répartiteurs, l'organisation
du contrôle, des sécurités et des mesures.
IV.3.1 - Répartiteurs
On regroupe sur un "Répartiteur Principal", en salle de contrôle, toutes
les arrivées des lignes de mesures : températures, pression, AP, etc..., relatives
aux boucles en pile. On Répartiteur Secondaire installé sur chacun des 8 postes peut
recevoir les informations venant du Répartiteur Principal.
Le schéma synoptique de l'installation (fig. n° 12,13)permet de mieux com-
prendre le cheminement des mesures.
Nous disposons à l'amont du Répartiteur Principal de 8 boîtes isothermes
pouvant recevoir chacune 50 lignes de mesures. Elles se composent d'un boîtier inté-
rieur logé dans un coffret fermé. Les bornes de raccordement sont fixées sur une
plaque de cuivre logée dans le boîtier intérieur. Ce dernier assure la continuité de
l'anneau de garde des liaisons électriques. Entre le boîtier et le coffret, le calo-
rifuge est en mousse de polyuréthane, dont la conductibilité thermique à 20°C est
environ 0,10 kcal/m.h. °C.
Deux thermocouples plongés dans une chambre de référence à 0°C dite "FRI-
GISTOR" sont raccordée à chaque boîte isotherme. Les lignes de cuivre blindées par-•>
tant des boites isothermes sont connectées au répartiteur principal.
Chaque ligne est raccordée à deux embases femelles de connecteurs AOIP au
Répartiteur Principal, l'une est affectée au contrôle et aux sécurités, l'autre à la
mesure. Un jack placé dans l'embase "Contrôle-Sécurités" aiguille la ligne vers le
répartiteur secondaire correspondant au poste d'irradiation.
Vers
1 —! Boii
\
\
\
, , — 1! Con?ro?<r
tor \
\ (,̂, .
. 11 ' 1> . l̂
f \
\\i
x~
5Dl^_yc.
V
^ AV
mA.,
^r— *nL l"T~ m
AV
mmA.
±±£i
—" ^ - 1 g^
i•i•
•
ii
~^-h1
i
\ta>
j /y*««/tf Fir><z
Figure 13 - Schéma de principe des répartiteurs
Figure 14 - Paniers éléments combustibles
-l'NCA- -EDF 3-
- 44 -
Les voies des appareils de contrôle et de sécurité sont également raccor-
dées à ce répartiteur secondaire sur des embases du même type.
IV .3 • 2 - Organisation du contrôle
Les appareils de contrôle raccordés à un répartiteur secondaire sont :
- 1 enregistreur MEGI (16 voies) compensé en T°C,
- 2 miniponts MECI (6 voies chacun) compensés en température,
- 2 miniponts MECI monovoie non compensés,
- un système électronique de mesure de débit.
Les trois premiers appareils sont réservés aux mesures de température, les
deux suivants à des signaux de mesure de bas niveau AP, P, etc...).
Le branchement des lignes se fait au répartiteur secondaire à l'aide de
cordons munis de jacks aux extrémités; on peut affecter une ligne de mesure à une
voie quelconque d'un appareil de son choix, ce qui donne une souplesse dans l'orga-
nisation du contrôle, et dans le choix des gammes de mesure.
Nous avons abandonné l'utilisation du processeur CAE 3030, dont le seul in-
térêt, pour les besoins qui nous concernent, était de nous afficher les dépassements
de seuil des voies contrôlées (20 voies au choix sur 50). Son utilisation, pour les
mesures, s'est avéré d'une précision insuffisante.
Les seuils de dépassement sont maintenant commandés depuis les enregis-
treurs.
IV.3-3 - Organisation des sécurités
Sur chaque boucle, nous avons la possibilité de mettre en service quatre
chaînes de sécurité pouvant entraîner la chute des barres de la pile :
- vitesse soufflante mini, en 1/1
- pression mini, en 2/3
- température maxi, en 2/3
- AP mini à la tuyère, en 2/3-
Les deux premières sont connectées directement et en permanence, les deux
dernières sont branchées au choix depuis les répartiteurs secondaires, suivant le
type d'expérience à réaliser.
Ces sécurités déclenchent une alarme à un premier seuil et entraînent la
chute des barres de la pile au second seuil.
Les chaînes de sécurité de température, de réalisation LEPAUTE, ont été ré-
cemment mises en place; elles comprennent, dans un tiroir unique, trois voies de me-
sure attaquant une logique majoritaire en 2/3, et les alimentations stabilisées né-
cessaires .
Le principe retenu a été le suivant : par voie,
Figure 15 - Répartiteur p r i n c i p a l
Figure 16 - Répartiteur secondaire
- 1 amplificateur différentiel à courant continu, de gain 1.000,
entrée 0 - 5 mV,
- 1 système de décalage de zéro, opposant à la tension d'entrée une tension
réglable entre 0 et 50 mV (précision du décalage - 35 |-lV) permettant la
mesure de tensions comprises entre 0 et 55 mV,
- 1 galvanomètre de classe I, gradué de 50 en 50 |jV, de 5 mV à 0, il donne
l'écart de la tension d'entrée par rapport au seuil provoquant la chute
de barres,
- 1 potentiomètre à affichage mécanique permettant de régler une préalerte
sur la plage située entre 60 et 100 % de la tension max. de sortie de
l'amplificateur (chute des barres à 100 %),
- 1 système de compensation de soudure froide.
IV.3.4 - Organisation des mesures
Les mesures de températures, de pression totale et de pressions différen-
tielles sont effectuées avec un récepteur de bonne précision. Les premières mesures
furent effectuées à l'aide d'un pont potentiométrique AOIP, type P 12. Les manipula-
tions sur cet appareil sont longues. Les contacts de ses commutateurs se détériorent
progressivement, et ainsi la mesure se trouve entachée d'une erreur appréciable.
A l'heure actuelle, les mesures sont faites à l'aide d'un voltmètre numé-
rique intégrateur. (Marque : Hewlett Packard, modèle DY 2̂ 01 C). Les mesures sont
faites, voie par voie, par enfichage manuel d'un jack dans l'embase AOIP du réparti-
teur principal. Le blindage des câbles de mesure est relié d'une part, à la masse la
plus proche de la tête du capteur, d'autre part, à l'anneau de garde du voltmètre nu-
mérique .
Cet équipement est en cours de perfectionnement, de façon à obtenir un en-
semble de centralisation de mesures à scrutation automatique. Il est destiné en pri-
orité à fournir la mesure aussi précise que possible, des tensions délivrées par les
capteurs (niveau maximum : 100 mV=), et -non à faciliter la conduite ou la surveil-
lance des boucles. Les résultats de mesure, ainsi que divers renseignements auxi-
liaires, seront enregistrés sur une FLEXOWRITER, simultanément sous forme d'un docu-
ment imprimé et d'une bande perforée. Cette bande, dite sélective, ne comporte que
les renseignements utiles au calcul.
L'organe central de commande sera le clavier de la machine à écrire. C'est
à partir de ce clavier que seront sélectionnés, le poste, et la voie que l'on désireexaminer.
La scrutation sera synchronisée par une bande programme qui portera tous
les codes utiles à la mise en page, aux diverses sélections et à la réalisation
d'une bande sélective.
Il est prévu, initialement, deux types de bande-programme :
- bande-programme pour relevés complets,
- bande-programme à des fins de test, permettant d'appeler pour contrôle
une voie ou un groupe de voies quelconques.
On peut également envisager un programme permettant la scrutation des prin-
cipaux paramètres sur l'ensemble des huit postes.
La cadence de scrutation sera, au maximum, d'une voie par seconde. Cette
vitesse est suffisante, puisque, dans le domaine des mesures, nous ne nous intéres-
sons qu'aux régimes stabilisés.
Les bandes perforées, dites sélectives, et ne comportant que des renseigne-
ments rtiles au calcul, permettront la transcription sur cartes, à l'aide du conver-
tisseur IBM 834, installé à PEGGY.
IV.4. Traitement des informations
L'installation d'un ensemble de centralisation de mesures à scrutation
automatique et la collecte des mesures sous forme d'informations digitalisées orien-
te les dépouillements et l'exploitation de ces mesures vers leur traitement numé-
rique sur calculatrices électroniques.
Ce traitement, dit automatique, des mesures permet d'exploiter finement les
expériences et d'obtenir des renseignements physiques qu'il serait difficile d'obte-
nir avec des méthodes manuelles de traitement, du fait de la maniabilité et des
possibilités offertes par les ordinateurs de grande puissance.
Le Centre de Cadarache disposant d'un IBM 360/50, le "traitement automa-
tique" des mesures faites à Pégase nécessite l'utilisation de programmes spécifiques
dont l'élaboration, entreprise il y a quelques mois, se poursuit activement. D'ores
et déjà, les programmes disponibles permettent, à partir des mesures faites sur les
charges en irradiation :
a) L'exploitation systématique de ces mesures par le programme DAP
(dépouillement automatique des procès-verbaux d'irradiation).
Ce programme effectue notamment :
- la transformation des valeurs de température (de volts en degrés C),
- le calcul de la puissance dégagée dans l'élément central du chargement,
- le calcul de la puissance spécifique moyenne compte-tenu des fuites
thermiques de la boucle.
b) De déterminer le champ de températures dans la section droite d'un bar-
reau combustible refroidi par un fluide (programme RELAX).
c) De calculer les températures axiales de gaine (programme TAG).
d) D'évaluer la puissance spécifique intégrée d'une charge, ainsi que les
- 48 -
temps de fonctionnement dans les différents régimes réalisés (programme PINT).
Ces méthodes automatiques de traitement de l'information permettent, outre
un gain de temps appréciable sur le dépouillement, une meilleure compréhension des
phénomènes, grâce à une synthèse plus facile à faire et moins approximative, puis-
qu'elle tient compte de paramètres difficiles à utiliser dans les méthodes manuelles
de dépouillement.
C H A P I T R E
LES PANIERS
V.O. Généralités
Le panier est l'organe mécanique qui permet de maintenir à sa place dans le
tube de force de la boucle l'élément combustible à irradier.
Compte tenu de la constitution des boucles, l'étude a été orientée vers un
dispositif accessible par la partie supérieure du tube de force. Le panier est de ce
fait solidaire du bouchon avant, auquel il est relié d'une façon semi-rigide.
Nous considérons donc le panier comme composé de trois parties principales:
- le panier proprement dit : enveloppe expérimentale enserrant le combus-
tible à tester,
- la tringle ou organe de liaison entre le panier et le bouchon,
- le bouchon du tube avant.
Nous verrons plus loin que, dans l'évolution de ce matériel, la tringle a
pratiquement disparu au profit d'un panier de longueur bien supérieure à celle né-
cessitée par le combustible.
Comme nous le disions plus haut, le rôle du panier est de positionner
l'élément combustible dans le canal d'irradiation, au niveau du coeur du réacteur.
(Positionnement en hauteur et en angle). Il se double d'une mission non moins impor-
tante qui est de faire cheminer jusqu'au bouchon les lignes de mesures diverses
réparties dans les éléments combustibles ou dans la veine gazeuse. Ce cheminement
doit être nécessairement bien choisi, de façon à éviter des déplacements intempes-
tifs des thermocoax, ce qui aurait comme conséquence de modifier les mesures de tem-
pératures, ou même le débit.
Par ailleurs il ne faut pas perdre de vue l'opération finale de démantèle-
ment de l'ensemble au télémanipulateur; d'où une étude minutieuse des systèmes d'as-
semblage des divers éléments. La solution la plus généralement utilisée comporte des
pions d'assemblage maintenus par un frettage en fil d'acier inoxydable.
- 50 -
V.l. Différents types de paniers
Tous les paniers ont en commun le fait que la partie expérimentale est cons-
tituée par une tôle fine (roulée, soudée, mandrinée), et dont le diamètre intérieur
est voisin du diamètre d'un canal du réacteur dont on étudie un élément combustible.
V.1.1 - Paniers classiques
Ce sont les paniers pour lesquels la liaison au bouchon avait été prévue
sous forme d'une tringle (tube inox 0 3̂ ,̂ ).
Le principal avantage de ces paniers est de pouvoir positionner assez exac-
tement les éléments à irradier. En effet, la tringle est fabriquée en deux éléments
réunis par une noix à double filetage (pas à gauche - pas à droite) permettant, en
fin de montage, d-1 une part, de régler avec précision la cote du plan médian du pa-
nier par rapport à une face d'appui du bouchon, d'autre part, d'orienter une généra-
trice du panier par rapport à une génératrice du bouchon. Ce dernier point est très
important pour la conduite des essais en pile. De plus, l'accouplement de cette
tringle avec le bouchon et avec le chapeau du panier se fait par l'intermédiaire
d'un système à cardans, donnant une souplesse latérale à l'ensemble et permettant
ainsi de rattraper les défauts d'alignement des doublantes par rapport au manchon
supérieur du tube de force avant.
Enfin, putre avantage très intéressant du système à tringle, le diamètre
intérieur (0 26) assure un passage aisé aux lignes thermométriques, hors du courant
gazeux.
V.1.2 - Paniers nouveaux
Les avantages énumérés ci-dessus s'accompagnent évidemment d'inconvénients
divers. L'un d'eux fut assez rapidement mis en évidence : le débit massique du gaz
de refroidissement ne pouvait guère dépasser la valeur de 3 kg/s (charge EdF 3).
Cause probable : la forme tourmentée et massive de la pièce reliant le panier à la
tringle.
De nouveaux montages furent donc étudiés, où la tringle, remplacée par un
élément identique à l'enveloppe expérimentale, ne nécessitait plus de pièce de liai-
son encombrante.
On a pu ainsi passer de 3 à 3,6 kg/s dans le cas de charges type EdF k.
- 51 -
V.2. Evolution des paniers
V.2.1 - Les paniers
La solution retenue pour les charges EdF 4 n'était pas exempte de défauts.
En particulier, conçue pour une circulation verticale descendante du gaz carbonique,
la liaison mécanique des deux enveloppes (panier proprement dit et sa liaison au bou-
chon) s'adaptait mal aux problèmes de l'enfournement dans le tube de force. Par
ailleurs, la liaison était trop figée pour permettre un réglage en position des
charges à irradier.
Avec l'apparition des charges Bugey, destinées aux boucles INCA, le problème
a été repris. Nous avons profité d'une étude particulière faite au Département Métal-
lurgie (montage pour essais de fluage, en compression, des bouchons de cartouches à
empilement) où une solution originale d'assemblage des sous-ensembles avait été mise
au point,
Le panier INCA, s'il présente encore quelques défauts, peut être considéré,
malgré tout, comme l'une des meilleures réalisations industrielles de paniers à com-
bustibles, et les futurs dispositifs d'irradiation en boucle s'en inspireront très
largement.
V.2.2 - Les prises étanches
La traversée du bouchon par les lignes thermométriques et le raccordement
au câble de liaison avec la margelle ont été des points particulièrement étudiés,
puisque ces points peuvent influer sur la précision et la sécurité des mesures.
Des traversées étanches ont été conçues par le Service des Etudes Mécaniques
et Thermiques. Elles ont donné toute satisfaction.
Les prises de raccordement au câble de liaison, par contre, nous ont obligé
à des études et essais d'amélioration répétés.
Le choix initial, s'est porté sur un connecteur étanche à verrouillage rapi-
de. Il importait, parallèlement, d'avoir une embase (sur le bouchon), de dimension
réduite, tout en assurant le maximum de contacts possibles; enfin, la continuité des
lignes de mesure demandait que les broches et douilles soient en chromel (NC) pour
moitié, et en alumel (NA) pour les autres. Les prises LEMO (construction Jupiter)
répondaient à toutes ces conditions.
Après quelques mois d'expérimentation, il est apparu des problèmes divers
que nous résumons ainsi :
a) Etanchéité
Pouvait être imparfaite, car le poids des câbles avait tendance à désa-
ligner le connecteur par rapport à l'embase, d'où une mauvaise portée des joints
toriques.
- 52 -
b) Isolement électrique
La conception du verrouillage rapide est telle que la déconnexion (qui
s'effectue dans l'air) provoque l'entrée de quelques gouttes d'eau dans l'embase.
c) Résistance des contacts
Les douilles subissant une légère déformation permanente, certains con-
tacts deviennent rapidement inacceptables.
d) Fragilité mécanique
Un connecteur, tchappant des mains de l'opérateur et heurtant la margelle,
peut être déformé à son extrémité, qui justement sert de portée au joint torique.
e) Augmentation du nombre des contacts
Mais l'expérimentation des charges nouvelles a besoin de lignes de me-
sures supplémentaires, et les J>(- broches des prises LEMO constituent une limitation:
diminuer les dimensions des contacts pour en augmenter le nombre n'est pas une solu-
tion sûre.
Une conception nouvelle est à l'origine d'études en cours au Département
Métallurgie et au S.E.M.T. Un premier connecteur à 65 contacts a été réalisé, et
fera expérimenté très prochainement.
V.3. Montage des charges
Le montage des paniers s'effectuait dans une salle spécialement aménagée,
située sous les ateliers chauds. (Actuellement transférée au Hall II à proximité des
ateliers).
Cette salle est équipée de gouttières mobiles de montage, reposant sur des
soûles. L'un des socles est muni d'un palier dans lequel vient reposer un axe soli-
daire de la gouttière. A l'extrémité opposée de celle-ci, une anse peut recevoir le
crochet du pont élévateur. Lorsque le montage du panier est terminé, ce dernier est
fixé par sangles sur la gouttière; une première manoeuvre consiste à dresser l'en-
semble à la verticale; dans un deuxième temps, on transporte cette charge jusqu'au
râtelier situé près du mur. Le panier, toujours solidaire de sa gouttière, est en-
La description des boucles donnée au chapitre II nous permet d'établir une
classification des différents problèmes que nous avons eus à résoudre lors du mon-
tage, des essais, de l'exploitation et de l'entretien des différents types de bou-
cles actuellement en service à PBGASE.
Il faut distinguer dès le départ :
a) La famille des boucles EdF.
b) Celle des boucles EL et INCA, venues postérieurement.
Ces ensembles, immergés dans l'eau déminéralisée à des profondeurs variant
de 7 à 12 mètres, doivent fonctionner à des pressions de 25 bars dans le car, EdF,
60 bars pour les boucles EL et INCA.
Notre souci principal sera donc de connaître le comportement mécanique des
matériaux de structure soumis aux actions combinées :
- du flux neutronique et thermique,
- de la pression et de la température interne du gaz,
- de l'eau déminéralisée.
Ceci nous amènera à mentionner un certain nombre d'incidents ou d'accidents
qui se sont produits lors des premiers essais et de la mise en fonctionnement de ces
boucles, et à détailler les améliorations et modifications qui ont pu être apportées
dans chaque cas particulier, et qui ont consisté dans la plupart des cas à restaurer
et assurer des étanch'.ités tant du côté gaz que du côté eau. Ensuite, nous ;,>-prierons
des incidents plus proprement liés au fonctionnement même des boucles dans le réac-
teur et qui intéressent finalement les appareils (tels les soufflantes ou les vannes,
etc...) qui font partie intégrante des structures de boucles.
Nous traiterons spécialement des circuits de contrôle et de commande des
boucles qui constituent ce que nous appelons "l'habillage", pour évoquer les diffi-
- 95 -
cultes et les incidents que nous avons rencontrés dans ce domaine et les solutions
que nous avons pu adopter ou mettre en oeuvre.
Enfin, sur un plan beaucoup plus général de l'entretien de ces dispositifs,
nous dirons quelques mots des protections qui ont été nécessaires et par voie de
conséquence, des installations qu'il a fallu réaliser, ainsi que des conditions de
travail du personnel.
X.l. Eléments de structure
X.1.1 - Tube de force
a) EdF : huit boucles au total ont été montées. Elles totalisent*
(au 1er Mars 1968) :
Boucles Heures de fonctionnement
n° 11
n° 12
n° 13
n° 1k
n° 15
n° 16
n° 17
n° 18
15
21
18
17
1
5
911
.600
.000
.900
.000
.500
.500
.300
.000
La boucle 12, actuellement la plus irradiée, a été soumise à un flux in-
tégré de 5.1021 nvt.
Nous n'avons jusqu'à présent rien noté d'alarmant sur la tenue mécanique
du tube de force ayant cette irradiation, non plus d'ailleurs que sur les sept au-
tres boucles.
Aucune analyse métallurgique n'a encore été faite sur ces matériaux irra-
diés. Seul les tubes avant des boucles n°15 et n°17 ont été démontés. Le tronçonnage
de ces tubes doit intervenir prochainement, mais il est à craindre que la faible
irradiation du matériau ne nous apprenne rien d'intéressant sur le comportement de
l'AG 3 net.
* NOTA : • La boucle 15 modifiée en boucle EdF 4 a été peu utilisée en Pile.
• La boucle 16 a été transformée pour permettre des essais particuliers sur le graphite et n'a été
utilisée en pile que depuis le début de 1967.
- 96 -
b) EL : Sept boucles ont été montées.
Elles totalisent* au 1er Mars 1968 :
Boucles
n° 21
n° 22
n° 23
n° 24
n° 25
n° 26
n° 27
Heures de fonctionnement
13-400
13.000
12.200
11.500
-
6.500
2.300 (*)
.21La boucle n°21, la plus irradiée, a reçu une dose de l'ordre de 10 nvt
en neutrons d'énergie supérieure à 1 MeV. Là non plus nous n'avons rien relevé
d'alarmant sur le comportement du zircalloy, de l'inox ou des jonctions visPCés-
brasées, mais l'irradiation de ces tubes est plus rapide que pour ceux des boucles
EdF et il importera de connaître assez vite les limites daPgereuses pour ces maté-
riaux de structure. Rappelons que les chiffres indiqués ci-dessus se rapportent à la
zone du tube de force recevant le flux le plus élevé.
Des tubes, identiques à ceux qui équipent le réacteur EL 4 sont en cours de
fabrication. Leur livraison devrait intervenir au cours du 2ème trimestre 1968.
C'est donc à cette époque seulement qu'il sera possible de récupérer un des tubes de
forces, probablement le plus irradié, afin d'y prélever des éprouvettes pour analy-
ses métallurgiques au L2CA.
Lors du démarrage du réacteur en 19&3, des éprouvettes d'irradiation consti-
tuées à partir de matériau de structure du réacteur, avaient été mises en place pour
effectuer justement des analyses métallurgiques et de résistance de ces matériaux en
fonction des flux intégrés,
Ti .̂s expéditions à destination du Département de Métallurgie ont déjà n-lê
effectuées :19
- la première pour une dose de l'ordre de 3-10 nvt-, en Avril 1964,
- la deuxième pour un flux intégré de 10 nvt, au deuxième semestre 1964,
- la troisième pour un flux intégré de 3.10 nvt, au mois dp Mars 1965'
il U T A : - la boucle n° 25 n'a pas encore été mise en irradiation. Elle est utilisée pour des essais à froid
•et le montage et les essais de nouveaux dispositifs (soufflantes 200 KW, réchau(feurs; doublantes...).
- la boucle n° 27 est uns boucle adaptée à des essais de dépressurisation rapide en pile, et a été peu
utilisée (Boucle DERAPEC, voir chapitre III § 1.3.a).
- 97 -
Nous n'avons à l'heure actuelle aucun résultat concernant les mesures et
analyses effectuées sur ces échantillons qui, par ailleurs, ne comportaient pas
d'éprouvettes en zircalloy mais uniquement de 1'AG 3 net et de l'inox. Il semble
toutefois que ces analyses n'aient pas apporté d'éléments nouveaux.
Le seul fait sur lequel il nous est possible de tabler est le chiffre limite22de 10 nvt en neutrons rapides > 1 MeV retenu dans l'étude des matériaux de struc-
ture du réacteur EL 4 (qui correspond à une irradiation de 20 ans des tubes EL 4).
X.1.2 - Doublantes
a) Boucles EdF
Leur comportement tant mécanique que thermique a été satisfaisant après
les mises au point effectuées au moment des essais de réception des boucles EdF.
Deux incidents méritent toutefois d'être signalés :
1) Boucle 12
En Janvier 1965, lors de l 'extraction en salle de déchargement du pa-
nier GS 1, on s'aperçoit de ce que la partie basse du panier (porte segments d'étan-
chéité) est restée coincée dans la doublante, provoquant la chute de la demi-cartou-
che inférieure lors de l'extraction du panier. Il s'agissait d 'un essai GS pour le-
quel les conditions de température avaient été très élevées, et l 'on avait conclu à
des dilatations importantes, provoquant un coincement sérieux du panier dans la dou-
blante.
Aucun incident de ce genre ne s'étant reproduit, bien que d'autres
essais du type GS aient été effectués, il faut maintenant admettre une mauvaise réa-
lisation du panier GS 1, ou bien encore dec jeux trop minimes entre le panier et la
doublante de la boucle.
2) Boucle 1?
A la fin du moie de Novembre 1966, une rupture de gaine très brutale
et très importante se produisait sur la charge GS 20 en irradiation, entraînant une
contamination très importante de cette boucle.
Après un temps de refroidissement très long, qui a permis de nombreux
examens tant radiographiques que neutrographique-3, l'extraction du panier est effec-
tuée en cellule en Juin 1967-
Cette opération nécessite la mise en oeuvre d'efforts très importants
supérieurs à la tonne. Un extracteur mécanique à vis a même dû être utilisé et le
décollement du panier s'est produit pour un effort certainement voisin de deux ton-
nes. On s'est alors rendu compte que le panier contenant la charge GS 20 entraînait
également la doublante de la boucle.
- 99 -
Les efforts de coincement provoqués par les déformations du combustible
lors de la rupture de gaine et la fusion de l'uranium avaient dû provoquer une liai-
son très efficace, presque une "fusion" des deux structures, ce qui était déjà per-
ceptible à l 'examen des radiographies.
L ' e f f o r t exercé à l 'extraction a probablement conduit au cisaillage ou à
?.a déformation des deux pions de positionnement de la doublante permettant ainsi son
enlèvement avec le panier.
Un examen visuel du tube de force, montrait que la doublante a certaine-
ment servi d 'écran protecteur : il ne semblait pas y avoir de déformation du tube
lui-même.
Cet incident, le premier de cette importance en quatre années de fonc-
tionnement, permet toutefois de constater qu'en cas de rupture de gaine très brutale,
entraînant une fusion de l'uranium, le principe même du montage, (combustible isolé
dans une chemise) et les jeux de montage ne sont pas suffisants pour "encaisser" les
déformations et qu'il faut pour le moins envisager le remplacement de la doublante
de la boucle.
Dans le cas de la boucle 17, le changement du cadre avant fut opéré, pour
remettre la boucle en état.
b) Boucle EL
Les seuls incidents à signaler actuellement sur ces dispositifs se sont
produits lors des essais de réception des boucles et intéressent le calorifuge.
On constate un entraînement du•calorifuge par le C0_ de refroidissement
au raccordement des doublantes du tube vertical et des tubes horizontaux.
Le raccordement des deux clinquants inox de retenue de l'isolant est très
difficile à réaliser dans ces zones et s'il n'est pas effectué avec beaucoup de
soins, une partie de ce clinquant se déchire, et il se produit une aspiration de
calorifuge qui vient se plaquer sur le rouet de la soufflante et dans le filtre du
circuit. (Cf. photo n°23 des pages suivantes).
Cet incident s'est produit systématiquement lors des essais des boucles
EL n°23, 24 et 25. Il ne met pas en cause la doublante elle-même, mais le soin ap-
porté à sa réalisation.
X . 1 - 3 - Paniers
Nous ne reviendrons pas sur la structure et l'évolution de ces paniers qui
sont données au chapitre V.
Nous voudrions toutefois insister sur les jeux entre paniers et doublantes
des boucles.
D 'un point de vue purement mécanique, les tolérances d'usinage de ces maté-
Figure 34 - Doublante du tube de force et rouet de la soufflante
Figure 35 - Incident boucle 18
- 100 -
riels d'une part, la diversité des opérations à effectuer d'autre part sont telles
qu'il semble indispensable de conserver un jeu minimum de 1 mm. C'est bien le cas
actuellement, mais pour améliorer la précision du bilan thermodynamique des charges
en irradiation, on ajoute des segments d'étanchéité, qui réduisent ce jeu à 5/10 mm
- Filtres
a) Boucles EdF
Lt filtre du circuit principal est destiné à protéger la soufflante qui
fonctionne avec des paliers gazeux, qui n'admettent en aucune manière des impuretés
dans le gaz.
Un essai malencontreux de fonctionnement de la boucle sans filtre a d'ail-
leurs été effectué au Hall II au moment de la réception des boucles et des soufflan-
tes et le résultat ne s'est pas fait attendre : la soufflante a été très vite indis-
ponible et a nécessité la remise en état complète des paliers.
D'autres incidents sont à signaler au cours de l'exploitation des boucles:
1) Boucle îk
Au démarrage du réacteur, un étalonnage des dispositifs de DRG a été
entrepris. Pour cela la boucle 1*t a été chargée avec un panier contenant une car-
touche acier possédant une pastille d'uranium de surface connue.
Après quelques jours d'ecsais, on constate une baisse du débit C0_
dans la boucle. Le déchargement du panier et des mesures sur boucles indiquent un
colmatage du filtre qui doit être remplacé.
Le même incident se reproduit avec un deuxième panier du même type et
le filtre doit encore être remplacé.
2) Boucle 17
La rupture de gaine de la charge GS 20 évoquée précédemment a entraîné
également un colmatage du filtre principal de la boucle.
Les mesures d'activité effectuées aussitôt après l'incident indiquent
une concentration d'activité au niveau du filtre due à l'oxyde d'uranium formé au
moment de la rupture.
Nous avons donc décidé d'évacuer le filtre en cellule lors du déchar-
gement du panier. Il reste à faire des essais de la soufflante mais il semble bien,
à la lumière des deux incidents qui viennent d'être relatés, que les filtres aient
dans les deux cas assuré leur fonction et protégé efficacement les soufflantes des
boucles.
- 101 -
b) Boucles EL
Ici les choses ne sont pas aussi nettes. Le manque de débit des bouclas
EL b mis en évidence lors des premiers essais a conduit à remplacer le filtre ini-
tialement prévu par un filtre à grosses mailles qui a peu de pertes de charge, mais
qui est bien moins efficace que les filtres EdF.
Comme il s'agit de boucles EL équipées de soufflantes classiques à pa-
liers à billes, la propreté du circuit gaz n'est pas aussi indispensable.
A l'exception des incidents de calorifuge des doublantes survenus sur les
boucles 23, 2̂ et 25 déjà citées, nous n'avons pas eu de cas de colmatages de filtres
en exploitation. Mais il ne nous est pas possible de dire si cela est dû à une absen-
ce d'incident ou si le filtre à grosses mailles n'arrête rien et ne se colmate donc
pas.
X.2. Les c ircui t? , gat
X.2.1 - Tenue mécanique
Elle est systématiquement contrôlée chaque fois que les interventions néces-
sitent l'ouverture des circuits gaz. Les essais sont faits à 1,1 Pn (pression nomi-
nale) et n'ont jusqu'à présent relevé aucune anomalie des circuits, dont on peut
dire que le comportement est satisfaisant après k années de fonctionnement.
X.2.2 - Comportement thermique
Dans l'ensemble nous n'avons pas non plus dans ce domaine d'élément marquant
à signaler. Il faut toutefois noter :
a) Boucles EdF
Incident boucle 18.
En Juillet 196̂ , la charge GM 12 est en irradiation dans la boucle n°l8.
En cours d'irradiation, une chute assez brutale de la pression boucle
entraîne une chute de barres par élévation rapide des températures.
La fuite a été provoquée par la rupture brutale de la tuyauterie souple
reliant le tube filtre à l'échangeur gaz-gaz.
(Cf. photo n°2it)
La cause initiale de cet incident réside très certainement, comme nous le
pensions à ce moment, dans un défaut de calorifugeâge de la tuyauterie souple entraî-nant une fragilisation du tube extérieur assurant la résistance à la pression.
- 102 -
Toutefois devant les conséquences très importantes de cet accident (im-
mobilisation pendant un temps très long de la boucle et du bassin d'entretien pour
l'assèchement des circuits et des appareillages), le remplacement de cette tuyaute-
rie fragile par une liaison rigide calorifugée a été effectué sur toutes les bou-
cles.
Il faut ajouter cependant que cette modification a été étalée dans le
temps et que certaines boucles sont restées très longtemps avec leur équipement
d'origine sans que cet accident ne se renouvelle. Il faut donc penser qu'il aurait
pu donner satisfaction.
b) Boucles EL
Elles n'ont jusqu'à présent donné lieu à aucun phénomène thermique anor-
mal .
Au moment des premiers essais à chaud en pile, on a pu constater que cer-
taines zones (échangeurs, tube de force, pions de doublantes) prenaient des couleurs
très caractéristiques allant du bleu-violet au rouge "gorge de pigeon".
Ceci indique des défauts de calorifuge dans ces régions provoquant des
fuites thermiques et confirme les observations déjà faites à propos des doublantes :
les raccords de calorifuge sont très délicats à réaliser et doivent être faits avec
beaucoup de soins.
Cet état de choses est d'autant plus inquiétant que les zones intéressées
ne sont pas des parties droites, mais des zones où se situent justement les contrain-
tes maximales dans le métal et où viennent s'ajouter les contraintes thermiques
ainsi créées.
X.2.3 - Les étanchèitès
C'est certes le point le plus délicat, en tous cas celui qui nous a causé
le plus de déboires dans l'exploitation des boucles. Nous parlerons des incidents
majeurs que nous avons rencontrés et des remèdes que nous avons, ou que nous allons
apporter, mais il ne nous apparaît pas inutile de revenir sur les solutions qui
avaient été adoptées au départ lors des études de boucles.
a) Solutions initiales
Etanchèitès sta\ ques
Elles sont de 2 types
- à joints soudés
- à joints perbunan.
- 103 -
Les joints à lèvres soudées, ou joints type SARLUN, furent utilisés le
plus souvent possible. Les étanchèitès ainsi réalisées sont parfaites mais d'une
mise en oeuvre longue et délicate lors des interventions sur matériels irradiés. Il
faut reconnaître que les démontages des matériels possédant de tels joints ont été
assez peu fréquents. Des essais sont toutefois entrepris sur la bride de la vanne
d'une boucle EdF, par montage d'un joint torique, d'un emploi et d'une mise en
oeuvre beaucoup plus commodes.
D'autres joints soudés ont été réalisés sur la partie avant des boucles
EdF. Il s'agit des pions de positionnement '''es doublantes, vissés dans l'AG 3 et
dont l'étanchéité est assurée par une pastille AG 3 soudée sur un bossage particu-
lier exécuté sur le tube. Nous verrons plus loin les incidents que nous avons ren-
contrés sur ces types de joints.
Enfin les joints perbunaii ont été réduits au minimum du fait de leur mau-
vaise tenue sous rayonnement. Ils ont été utilisés dans des zones de faible flux et
pour des matériels dont le démontage devait intervenir assez fréquemment (soufflan-
tes) ou pour des liaisons entre tube AG 3 et canal inox.
Les joints perbunan, en général du type torique, assurent une étanchéité
à l'eau déminéralisée et évitent la corrosion entre AG 3 et inox. Chaque fois qu'il
est nécessaire, ces joints sont doublés d'un joint torique métallique (du type Wills
en acier inoxydable) qui assure la protection au C0_ chaud, car le joint perbunan
supporte difficilement des températures supérieures à 100°.
Etanchèitès dynamiques
Elles intéressent uniquement les étanchèitès eau et gaz des bouchons de
boucle. Elles ont été réalisées par joints toriques perbunan mais en : '
- aménageant la profondeur des gorges,
- diminuant les angles des chanfreins d'entrée,
- obtenant un poli très poussé des surfaces,
- réalisant sur les surfaces en contact un chromage dur,
- sélectionnant les types de joints en fonction des diamètres et des
pressions,
- graissant légèrement les joints.
Trois joints successifs assurent l'étanchéité au CO et un seul l'étan-
chéité à l'eau. Ce système qui a nécessité de nombreux essais et mises au point au
départ donne satisfaction dans l'ensemble.
Sorties étanches
Ce sont des étanchèitès au gaz (circuit principal) et des étanchèitès à
l'eau (circuit secondaire). Les premières n'ont en général donné lieu à aucun inci-
dent majeur, et leur tenue est jugée satisfaisante. Les sorties "étanches" du cir-
cuit secondaire intéressent principalement les câbles des liaisons électriques (puis-
sance et contrôle. Elles se font sur les prises de raccordement d'extrémités (prises
Jupiter) et ont donné lieu à des incidents si fréquents qu'une refonte complète du
- 104 -
système d'étanchéité a dû être effectuée. Cette modification est détaillée au para-
graphe IV.2 du présent chapitre.
b) Incidents
A plusieurs reprises (Avril 1964, Juin 196̂ et Août 1964) des fuites du
circuit principal sont apparues sur la boucle n°11 :
- sur les cordons de soudure des pastilles d'étanchéité des pions de
fixation des doublantes,
- au bouchon avant (joints gaz et joints eau),
- au manchon supérieur : jonction AG 3/inox
(étanchéité par joint torique).
En dépit de réserves formulées par le fournisseur (Métallinox) sur l'ef-
ficacité d'une reprise des étanchéités dans les conditions imposées à PEGASE (irra-
diation, présence d'eau en cours de soudure, etc...) des réparations de fortune ont
été effectuées pour restaurer 1'étanchéité des pions de positionnement.
Etant donné la fréquence des incidents, l'étude d'un système entièrement
mécanique avait été demandée à HISPANO-SUIZA.
Les incidents de ce type ne s'étant plus jamais reproduits et les répara-
tions effectuées s'avèrent en définitive plus robustes que prévues, cette étude de
modification est restée dans nos "cartons" mais elle peut être disponible immédiate-
ment pour réalisation, si de nouveaux incidents se produisaient.
Le défaut d'étanchéité du bouchon avant a été supprimé en reprenant l'é-
tat de surface des portées des joints toriques, portées qui représentaient des
rayures. Les contrôles dimensionnels effectués à cette occasion ont mis en évidence
une ovalisation du tube, ainsi que des variations dimensionnelles non négligeables
en fonction de la température.
Enfin 1'étanchéité entre manchon inox et tube AG 3 a été reprise en dé-
montant le manchon supérieur (dévissage) pour changer les joints toriques d'étan-
chéité. Cette opération pouvant présenter des aléas certains (grippages du filetage
inox/AG 3), une étude pour l'usinage et le remplacement de la partie haute du tube
d'une boucle irradiée fut également demandée au constructeur.
Là encore l'étude est réalisée et disponible, mais n'a pas eu à servir
jusqu'à présent.
En effet le dépannage et la remise en état de la boucle 11 a pu se faire
sans difficulté majeure.
- 105 -
X.3. Les appareils
II s'agit principalement du comportement des soufflantes, qui font partie in-
tégrante de la boucle autonome et par conséquent sont immergées en même temps que
cette dernière.
X.3.1 - Soufflante EDF
Ce sont des machines à paliers gazeux fournies par RATEAU et qui au moment
de l'étude et de la réalisation (1961-1963) pouvaient être considérées comme des
prototypes et dont la tenue et le comportement dans le temps étaient intéressants à
plus d'un titre.
a) Heures de fonctionnement
Le tableau ci-dessous correspond aux heures globales de fonctionnement
des machines, au régime de 9.000 t/mn.
TABLEAU I
SoufflanteN°
1.180
1.840
1.841
1.842
1.843
1.844
1.845
1.846
1.847
BoucleN°
\
12
16
1814
15
1311
1216
1716
Heures demarche
13.000
662
11.000
17.000
1.500
18.900
15.600
]• 11.500
]• 10.500
Incidents
Néant
Blocage moteursur incident canne chauffante
Néant
Néant
Néant
Néant
Néant
Vérification butée à 7500 hBlocage moteur à 11.500 h
Néant
b) Incidents de fonctionnement
Nous l'avons dit, ils sont très rares. Il faut signaler toutefois :
- Boucle 12, en Décembre 1965.
Une intervention pour remise en état d'un capteur de vitesse nous incite
à effectuer un démontage de la soufflante (le premier depuis 1963) pour un examen
des
- 106 -
de fctftêe. L'usure du patin est normale et les états de surface très sa: 1» machine totalisait alors 7-952 heures.
- Boucle 16 (essais graphite).
Le $1 Mars 196?, un incident de fonctionnement de la boucle, conduit à un
blocag6 àe lfl S0uf fiante.
Au pontage on constate des dégâts très importants sur la partie élec-
moteur (rotor fondu). La machine totalise 662 heures seulement. Les patins
ccell^ut état ce qui est normal pour ce temps de fonctionnement.
Par ailleurs, cet incident n'est pas imputable à la soufflante; les dété-
sont d&s conséquences d'un mauvais fonctionnement de la boucle elle-même.
Un biocage du même ordre se produit à nouveau sur la boucle n°1ô avec la
soufflet* 18<HS en. Décembre 1967, nais cette fois sans dégâts d'aucune sorte. Des
contrôlé ulte*i«ttï-s sur cette machine n'ont pas permis de lever le voile qui couvre
cet
trique
sont ef-
X.3.2 -
billes,
EL
bouges EL ont été équipées de soufflantes classiques à roulements à
par le constructeur, HISPANO-SUIZA, pour 4.000 heures de marche.
^) geureg_de fonctionnement.
On trouvera ci- après le tableau de fonctionnement de ces soufflantes. On
constate que les incidents ont été nombreux et ont entraîné des modifications de