Brevet FR2067241A1 — publié le 19710820

Dans un type de réacteur nucléaire connu, tel par exemple que celui utilisé dans la centrale Dresden ïTuclear Power Station près de Chicago, Illinois, aux Etats-Unis, le noyau ou coeur du réacteur est hétérogène, c'est-à-dire qu'il comprend plusieurs dispo-5 sitifs à combustible disposés verticalement suivant un agencement prédéterminé de manière à être susceptibles de donner naissance à une réaction nucléaire de fission qui s'entretient d'elle-même. Ce noyau est enfermé à l'intérieur d'une enceinte sous pression où il est immergé dans un liquide de travail, tel que de l'eau légère, 10 propre à jouer le double rôle de réfrigérant et de modérateur neu-tronique. Chaque dispositif comprend un corps d'écoulement tubulaire renfermant des éléments combustibles de forme allongée, ou tiges, maintenus entre des plaques de fixation supérieure et inférieure. 15 Ces dispositifs sont montés à leur tour dans l'enceinte sous pression entre une plaque porteuse inférieure et une grille supérieure qui forme guide pour les dispositifs en question. La plaque inférieure supporte latéralement les dispositifs à combustible et constitue en même temps pour le réfrigérant sous 20 pression une cloison qui sépare une chambre inférieure de l'espace dans lequel se trouve le noyau. Quant à la grille ou guide supérieur, il remplit le double rôle de maintenir 1'écartement approprié entre les dispositifs et d'empêcher ceux-ci de se déplacer latéralement, par exemple sous l'effet de secousses sismiques. 25 Comme les dispositifs précités sont montés de façon assez serrée, les poutrelles qui constituent le guidt^ supérieur n'ont qu'une épaisseur limitée. Celle-ci peut être de l'ordre de 9*5 mm» leur hauteur étant de 530 mm et leur longueur pouvant atteindre environ 5 mètres. Le guide est constitué par deux jeux de telles pou-30 trelles, celles-ci étant parallèles les unes aux autres dans chaque jeu et celles d'un jeu croisant à angle droit celles de l'autre, tandis qu'il est prévu à leur intersection des entailles d'accrochage mutuel de manière à aboutir à une sorte de compartimentage semblable à celui utilisé pour l'emballage des oeufs. 35 Du fait des entailles nécessaires à l'accrochage mutuel des poutrelles, l'ensemble finalement obtenu comporte une rigidité moindre que celle qu'on pourrait désirer. On a tenté d'améliorer cette rigidité en soudant les poutrelles les unes aux autres à leurs points d'intersection, mais les résultats obtenus n'ont pas 40 été satisfaisants en raison de la distorsion de l'ensemble provo- 70 38051 2 2067241 quée par la soudure. La présente invention vise à permettre d'établir un guide supérieur de dispositifs à combustible qui comporte une meilleure rigidité que ce qu'il a été possible d'obtenir suivant la teehni-5 que antérieure, tout en conservant le profil carré des passages destinés à recevoir les dispositifs et sans qu'il en résulte aucune distorsion de l'ensemble de ce guide. A cet effet, conformément à l'invention, l'on prévoit des vis d'assemblage aux points d'intersection des poutrelles, les fi-10 lets de ces vis et les filetages correspondants des poutrelles é-tant prévus à angle rentrant (le flanc de portée faisant un angle aigu avec l'axe), de manière que les poutrelles soient sollicitées longitudinalement, c'est-à-dire que le serrage des vis tende. à déplacer ces poutrelles en direction desdites vis, ce qui 15 a pour résultat de resserrer l'ensemble du guide supérieur à la façon d'un écrou fendu qui comporterait un filetage à profil correspondant . L'invention pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide de la description qui suit; ainsi que du dessin ci-annexé, les-20 quels description et dessin sont, bien entendu, donnés surtout à titre indicatif. Fig. 1 est une vue en coupe montrant l'agencement général d'un noyau de réacteur. Fig. 2 est une vue en plan partielle du guide supérieur 25 des dispositifs à combustible. Fig. 3 est une vue ; en élévation avec coupe montrant les détails du montage de ce guide dans son support annulaire. Fig. 4- est une vue en perspective explosée illustrant les détails de l'intersection des poutrelles du guide supérieur. 30 Fig. 5 représente une forme d'exécution d'une vis de serrage destinée à un point d'interscction. Fig. 6 indique une variante d'exécution d'une telle vis. Fig. 7 est une coupe de détail à grande échelle faisant ressortir l'effet du filetage à angle rentrant des vis. 35 On a représenté en fig. 1 le noyau ou coeur d'un réacteur nu cléaire. Celui-ci comprend rua certain nombre de dispositifs à com-bustilbes 10, aisément amovibles et remplaçables, disposés à un écartement approprié les uns des autres et supportés à l'intérieur d'une enceinte sous pression 11 par des tubes 9 qui traversent une 40 plaque 12, ces tubes formant guides des tiges de réglage S du réac 70 38051 3 2067241 teur. Chaque dispositif 10 comprend une pièce ou riez tronconique 13 qui vient s'engager dans une douille prévue dans un support situé à l'extrémité supérieure d'un tube 9 (le tube et l'extrémité du nez comportent des ouvertures pour recevoir un fluide réfrigé-5 rant à partir d'une chambre 14 dans laquelle celui-ci se trouve sous pression). Les extrémités supérieures des dispositifs 10 sont maintenues latéralement par un guide 16, de manière à être alignées les unes avec les autres. Ce guide supérieur 16 est constitué par un cer-10 tain nombre de poutrelles 17 (1) et 17 (2), entrelacées les unes avec les autres et qui comportent à leurs points d'intersection des entailles correspondantes permettant leur accrochage mutuel. Les extrémités de ces poutrelles s'engagent dans un support annulaire 18 fixé de toute manière appropriée à l'intérieur de l'en-15 ceinte 11. Dans l'exemple représenté le support 18 repose sur un épaulement 19 solidaire d'un écran cylindrique qui entoure le noyau. On a représenté en plan en fig. 2 une partie ou segment du guide supérieur 16. Les poutrelles entrelacées 17 (1) et 17 (2) 20 déterminent entre elles une multiplicité de passages à section carrée propres à recevoir des dispositifs à combustible. Comme montré en 20, chaque passage reçoit ainsi quatre dispositifs 10 en même temps qu'une barre de réglage 8 en forme de croix. Fig. 3 représente les détails du montage des poutrelles 17 25 (1) et 17 (2) dans le support annulaire 18. Ce dernier est constitué par une cornière porteuse 21 à laquelle est associée une bague de retenue 22 fixée à cette cornière par tan certain nombre de vis à têtes 23. A l'une et l'autre des extrémités de chacune des poutrelles 17 (1) et 17 (2) est soudée une barre terminale 24. Ces 30 barres 24 sont plus épaisses que les pôutrelles, prévues relativement minces, de manière à assurer une section suffisante pour permettre la fixation au support 18 par le moyen de deux goupilles inférieure et supérieure 26 et 27. Les goupilles 26 et 27 sont maintenues en position par des points de soudure. 35 La vue en perspective expbsée de fig. 4 illustre les détails d'une zone d'intersection 15 entre les poutrelles 17 (1) et 17 (2). Dans chacune de ces zones les poutrelles 17 (1) comportent une entaille 28 (1) débouchant vers le bas, tandis que les poutrelles 17 (2) sont découpées d'entailles similaires 28 (2), mais qui 40 débouchent vers le haut. Ces entailles 28 (1) et 28 (2) s'étendent 70 38051 4 2067241 sur une fraction suffisante de la hauteur h des poutrelles, de façon' que lorsque ces dernières sont accrochées les unes aux autres à la façon représentée en fig. 2, elles réalisent une sorte de compartimentage du genre de ceux utilisés pour l'emballage des 5 oeufs. Les poutrelles 17 (1) et 17 (2) sont relativement minces, leur épaisseur étant de l'ordre de 9»5 e™1» Leur hauteur h est d'environ 330 mm et les plus longues d'entre elles peuvent atteindre à peu près 5 m de longueur. Du fait de ces dimensions et de la pré-10 sence des entailles 28 (1) et 28 (2), le guide supérieur ainsi réalisé ne présente pas la rigidité désirée si l'on ne prévoit des moyens de renfort ou de fixation dans les zones d'intersection 15. On a tenté de bloquer ces intersections par soudure, mais les résultats n'ont pas été satisfaisants du fait de la torsion et de 15 la déformation qui en résulte pour le guide. La possibilité d'usiner à la dimension voulue, après soudure, les passages ménagés dans le guide a été étudiée, mais rejetée comme entraînant trop de main-d'oeuvre et trop de frais. Divers systèmes de blocage connus se sont avérés trop onéreux, inefficaces ou inutilisables en raison 20 du manque de place. On a tenté de rigidifier les intersections en utilisant des vis pourvues de filets ordinaires, mais ces tentatives n'ont pas eu de succès car l'expérience a montré que les extrémités des entailles 28 se comportaient comme des écrous fendus. Une vis à fi-25 letage usuel en forme de V exerce en effet une force orientée vers l'extérieur sur le filetage femelle à l'extrémité des entailles, de sorte que ces dernières sont dilatées plutôt que raidies. Conformément à la présente invention l'on résoud ce problème en utilisant des vis de fixation 31 qui comportent des filets à 30 angle rentrant (angle aigu entre un flanc de filet et l'axe), de manière à déterminer lors du serrage un effort dirigé vers l'axe de la vis. Comme montré en fig. 4 on utilise une telle vis 31 à la fois dans le haut et dans le bas des intersections 15. A cet effet on taraude l'extrémité 32 (1) des entailles 28 (1) et l'on 35 creuse une autre entaille taraudée 33 (1), de faible longueur, dans la poutrelle 17 (1) à l'opposé de l'entaille 28 (1) précitée. Les vis 31 comportent un diamètre supérieur à l'épaisseur t des poutrelles, ce diamètre pouvant être par exemple de 15 mm. Il apparaît ainsi un épaulement 34- (1) à l'extrémité de la partie fi-40 letée 32 (1). Les poutrelles 17 (2) sont taraudées de même manière. 70 38051 5 2067241 Ainsi qu'on peut le voir en fig. 5 les vis 31 sont solidaires d'un épaulement 36 qui, lors du serrage de la vis considérée (par exemple dans l'entaille taraudée 33 (1) e"b dans la partie taraudée 32 (2) de l'entaille 28 (2), vient porter contre la sur-5 face du bord des poutrelles 17 (1) et 17 (2). On a représenté en fig. 6 une variante de vis de fixation 311 comportant pas de tête et qu'on peut employer lorsqu'il est désirable d'éviter des saillies au-dessus de la surface des poutrelles 17 (1) et 17 (2). Dans ce cas l'extrémité 37 On a représenté en fig. 7 ies détails du filetage à angle rentrant. Celui-ci présente en section un profil en dent de scie suivant lequel le flanc 38 destiné à recevoir la pression fait un 15 angle aigu A avec l'axe longitudinal 39 de la vis. Ainsi quanà on serre les filets mâle et feflielle avec une force f^, il apparaît une force latérale résultante fj_ qui sollicite la poutrelle vers la vis. La valeur de cette force latérale fjj_ est fonction de l'angle A. Pour une force de serrage fjj donnée l'on peut calculer 20 la force f^ pour n'importe quel angle A. La valeur de cette force est nulle pour un angle A de 90° et elle augmente à mesure que l'angle précité décroît vers 0. Il est toutefois remarqué que la diminution de l'angle A tend également à réduire la résistance mécanique des filets et que d.'autre part de tels filets pour lesquels 25 l'angle A est inférieur à 4-5° sont plus difficiles à réaliser. Il convient donc d'arriver à un compromis entre les divers paramètres de la disposition, notamment résistance des filets, valeur -de l'angle A et pas du filetage. Le profil de filetage représenté en fig. 7 se rapproche un 30 peu de celui des filetages barbelés qu'on peut trouver dans le brevet américain Harvey n° 197 466. Mais le filetage Harvey est prévu pour se déformer lors du serrage de manière à se bloquer dans l'écrou annulaire correspondant. Il a été relevé qu'une vis propre à être utilisée dans un dis-35 positif de guide supérieur suivant l'invention peut comporter un diamètre, de 15»08 mm, un filetage long de 38,7 b™-? un pas de douze filets au pouce (pas d'environ 2,12 mm) et un angle A dé 75,5°. Avec un tel angle la force latérale f-j_ représente environ 25 % de la force de serrage f%. 40 Pour monter le dispositif de guide supérieur sus-décrit, on 70 38051 6 2067241 peut avantageusement procéder comme suit : Les poutrelles 17 (1) et 17 (2) ayant été préalablement entaillées et équipées de leurs "barres terminales 24, on les met en place sur la cornière porteuse 21. On fixe la bague de retenue 22 sur cette cornière. On aligne 5 les poutrelles par voie optique ou autrement et on les fixe en position par rapport au support annulaire 18. On perce des trous pour les goupilles de retenue 26 et 27 qu'on enfonce en position et qu'on fixe par un point de soudure. On taraude les intersections des poutrelles pour recevoir les vis 31. On monte ces der-10 nières, on les serre et on les bloque par un point de soudure (voir 40 en fig. 2). Le guide supérieur ainsi assemblé est prêt à être moiité dans l'enceinte sous pression au-dessus de 1*épaulement 19. Comme il va de soi, et comme il ressort d'ailleurs déjà de 15 ce qui précède, l'invention ne se limite aucunement à celui de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. 70 38051 7 2067241 - EETEUMCAIIONS - 1. guide supérieur de dispositifs à combustible pour réacteurs nucléaires, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison des poutrelles entaillées de relativement faible épaisseur, entre- 5 lacées sous forme de grille de manière à déterminer une série de passages propres à recevoir les dispositifs précités, et une vis engagée dans ces poutrelles aux entailles prévues à chacune de leurs intersections, ces vis ayant un filetage dont le flanc qui reçoit la pression fait un angle aigu avec l'axe de la vis (file-10 tage à angle rentrant), tandis que les poutrelles comportent des filetages femelles correspondants, de manière que le serrage des vis tende à resserrer les poutrelles contre celles-ci. 2. Guide supérieur suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une vis s'engageant dans les poutrelles dans 15 le haut et dans le bas de chaque intersection. 3. Guide supérieur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle aigti est compris entre 45 et 89,99° G. 4. Guide supérieur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre des vis est supérieur à l'épaisseur des pou-20 trelles. 5. Guide supérieur suivant la revendication i., caractérisé en ce que les poutrelles sont fixées à un support annulaire sur lequel reposent leurs extrémités. 6. Guide supérieur suivant la revendication 5, caractérisé 25 en ce que chaque extrémité de chacune des poutrelles est solidaire d'une barre terminale d'épaisseur plus forte que celle des poutrelles et qui est destinée à se fixer au support annulaire-. 7. Dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison deux poutrelles croisées entaillées qui se compénètrent par 30 leurs entailles à leur intersection, et une vis engagée dans ces poutrelles à ladite intersection, cette vis ayant un filetage dont le flanc qui reçoit la pression fait un angle aigU avec l'axe de la vis (filetage à angle rentrant), tandis que les poutrelles comportent des filetages femelles correspondants, de manière que le 35 serrage des vis tende à resserrer les poutrelles contre celles-ci. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde vis engagée dans les poutrelles à l'opposé de la première. 9. Dispositif caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison 40 plusieurs organes orientés vers une ligne d'intersection commune, 70 38051 8 2067241 •une partie de chaque organe voisine de la ligne précitée étant filetée, et une vis orientée suivant la ligne d'intersection pour s' engager dans les parties filetées précitées, cette vis ayant ton fi letage dans lequel le flanc qui reçoit la pression fait un angle aigti avec l'axe de la vis (filetage à angle rentrant), tandis que les parties filetées des organes sont conformées au profil correspondant, de manière que le serrage de la vis tende à resserrer les organes contre celle-ci. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde vis qui s'engage dans les organes à l'opposé de la première.