Brevet FR2122396A1 — publié le 19720901

Les dinpositifa d ' coarter.ent ou grillfta d'ccartcaent sont constitués chaoïni d'un mince ruban métallique rigide qui entoure le faisceau des éléments cocbustibles. L'espèce interne de ce ruban est divisé par des éléments rigides perpendiculaires les 5 uns aux autres et par des éléments élastiques également perpendiculaires les uns aux autres en plusieurs cellules dont chacune est traversée par l'un des éléments combustibles, la disposition de ces éléments rigides et élastiques est telle que la surface externe de chaque élément combustible est touchée en quatre points 10 espacés de 90° les uns des autres autour de la circonférence de l'élément afin de protéger les éléments d'un cintrage et d'une vibration. Ces dispositifs d'écartement sont placés à intervalles appropriés le long du faisceau des éléments formant l'assemblage 15 combustible. Il est important d'empêcher que l'un quelconque de ces dispositifs glisse le long de l'assemblage combustible, ce qui pourrait se produire pendant le fonctionnement du réacteur". Un tel glissement peut être empêché en utilisant un ou plusieurs des éléments combustibles comme élémentg&e retenue.et 20 dans ce but, un tel élément de retenue a été constitué jusqu'à présent de plusieurs tronçons de tube réunis les uns aux autres par des raccords comportant des pattes radiales en saillie sur leurs surfaces externes. Ces pattes viennent ensuite en prise avec les dispositifs d'écartement de manière à les empêcher de 25 se déplacer, les pattes nécessaires pour chaque dispositif d'écartement étaient formées sur les raccords susmentionnés. les divers tronçons d'un tel tube de retenue doivent être soudés aux raccords et il a été nécessaire de réduire le diamètre interne de ces raccords et de disposer également dans chaque 30 tronçon de tube un ressort, destiné à maintenir en position les pastilles de combustible et de laisser un espace vide pour les gaz de fission et la dilatation axiale desdites pastilles. Ainsi, 3c volr.ra du cor-.bustxblG qui peut être contenu dans le tube ue retenue est considérablcaent réduit. 35 Selon la présente invention, le tube de retenue est cons titué d'une s?ule pièce d'un dianètre plus grand que la dimension diamétrale des pattes. Par conséquent, un-toi tube a une paroi 71 39438 a 2122396 relativement épaisse cîont le diamètre interne est identique à celui d'un élément combustible classique do l'assemblage. Le diamètre externe du tube, excepté au niveau des pattes, ect réduit par usinage ou moulage jusqu'à ce qu'il soit égal à cclu 5 de l'élément combustible classique. Cet usinage laisse des anne au niveau des pattes et ces derniers sont encore usinés pour fo mer des méplats qui sont essentiellement tangents au diamètre externe précédemment usiné. Cette opération laisse des saillies ou pattes qui sont utilisées pour maintenir les dispositifs d'é 10 cartement. Le tube de retenue ainsi usiné est encore traité ult rieurement comme un élément combustible classique en étant chargé de pastilles de combustible, d'une extrémité à l'autre,en ne laissant que l'espace nécessaire pour les gaz de fission à son extrémité supérieure. 15 L'assemblage combustible de l'invention offre un certain nombre d'avantages par rapport à celui utilisé jusqu'à présent et décrit ci-dessus. L'un de ces avantages est la possibilité de charger une plus grande quantité de combustible dans le tube de retenue perfectionné, étant donné que les espaces occupés 20 dans le tube antérieur par les raccords sont supprimés et remplacés par des pastilles de combustible. On obtient une augmentation de 15 $ du combustible par tube. L'augmentation de la charge en combustible du réacteur se traduit par des frais de production d'énergie moins élevés,étant donné qu'on peut obt^r;::. 25 .une plus grande quantité d'énergie (méga\-jatts-*heure) d'un corp:; donné avant qu'un renfournement soit nécessaire. L'invention a encore l'avantage d'éliminer l'inconvénient d'une "excursion de puissance" qui se produit dans les pastil" de combustible situées près des régions sans combustible de 30 l'appareil antérieur. L'excursion de puissance est une augmenation de la puissance engendrée et par conséquent une- augmentation du flux thermique au-dessus de celui qui devrait normalement exister dans cette région du réacteur et elle est due n*.i ralentissement des neutrons par la matière non combustible. Cea 35 excursions de puissance peuvent exiger une réduction du niveau de puissance auquel le réacteur peut fonctionner,car le niver.r de puissance du réacteur est limité par le flux thermique ma:;!:. 71 39^38 2122396 qui peut être toléré sans causer de dommages à l'élément de ccmbu tille. La présente invention a encore l'avantage que le tube de retenue est moins coûteux à fabriquer à cause de la suppression du nombre relativement important des soudures qui doivent être effectuées dans une chambre contenant une atmosphère inerte. L'examen approfondi de ces soudures par radiographie ou moyen équivalent est également supprimé. Les frais entraînés par l'assemblage nécessaire pour réunir le grand nombre des composants des tronçons de tube et des raccords sont également évités. Un autre avantage est dû. à la plus grande fiabilité de l'assemblage combustible perfectionné comportant un ou plusieurs tubes en une seule pièce destinés à retenir les dispositif d'écartement, car dans un tube ou élément combustible, la défaillance d'une soudure est considérée comme étant une défaillance de l1élément combustible et il peut se produire de nombreuses défail lances aux soudures. Etant donné que le tube de retenue du dispositif d'écartement utilisé jusqu'à présent comporte six fois plus de soudures que le tube de retenue utilisé dans l'assemblage combustible de la présente invention, il est évident que la possibilité d'une défaillance est beaucoup moins grande. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est une vue latérale à plus petite échelle d'un assemblage combustible pour réacteur nucléaire selon l'invention la figure 2 est une vue partielle sensiblement de grandeur nature d'une partie de l'assemblage combustible de la figure 1, l'enveloppe ou gaine étant représentée en coupe pour montrer une vue latérale de l'un des dispositifs d'écartement ; la fiawo 3 cf-.it une coupe transversale suivant la ligne 3--3 de la figure 2 et à la môme échelle, montrant le dispositif d'écartement ainsi que l'assemblage combustible de la figure 1 ; la figure 4 est une coure transversale d'un élément combustible de retenue ; 71 39438 2122396 la figure 5 est une vue en plan à plus grande échelle d'une zone entourée par le rectangle en traits mixtes 5-5 de la figure 3 ; la figure 6 est une vue latérale des pièces représentées sur la figure 5 ; 5 les figures 7 et 7A sont des coupes centrales montrant un élément combustible de retenue de la technique antérieure tel qu'il a été précédemment décrit ; et les figure 8 et 8A sont des vues analogues du tube de retenue utilisé dans l'assemblage combustible de la présente inven-10 tion. En se référant à la figure 1, l'assemblage combustible 1 pour réacteur nucléaire est entouré d'une enveloppe ou gaine 2 (figure 3) qui a une section droite carrée et qui couvre la distance comprise entre un raccord '3 d'extrémité inférieure et un 15 raccord 4 d'extrémité supérieure Le raccord inférieur 3 est logé dans une ouverture circulaire d'une plaque de support 5 faisant partie du réacteur. Le raccord supérieur 4 comporte une poignée 6 qui permet d'installer et d'enlever commodément l'assem- fsiscôsm blage combustible. Dans la gaine 2 se trouve un / de trente-six 20 * barreaux ou éléments combustibles 7 disposés par rangées de six dans chaque direction, lesdits barreaux étant représentés en pointillé sur la figure 1. Les extrémités inférieures de ces barreaux 7 sont introduites dans des orifices du raccord inférieur 3 et leurs extrémités supérieures sont fixées au raccord supé-25 rieur 4. Pendant le fonctionnement du réacteur, l'eau qui doit être transformée en vapeur par la chaleur dégagée par les barreaux entre par une ouverture ménagée à la base du raccord inférieur 3 et monte en passant autour des surfaces externes des barreaux 7 à l'intérieur de la gaine 2, la vapeur d'eau s'échap-30 pant par le raccord supérieur 4. Les dispositifs ou grilles d'écartement sont représentés en pointillé sur la figure 1 et sont désignés par le numéro de référence 8. Le nombre de ces dispositifs d'écartement dépend de la longueur des barreaux 7 et dans le présent cas,il y en a 35 cinq quijretiennent les barreaux individuels ou les empêchent de subir un cintrage ou une vibration pendant le fonctionnement du réacteur. L'un de ces dispositifs d'écartement 8 est représen 71 39438 2122396 té sur les figures 2 et 3 et est formé d'un mince, ruban métallique rigide 9 qui entoure les trente-six "barreaux, comme on le voit sur la figure 3. A l'intérieur du ruban métallique 9 se trouvent deux bandes 5 métalliques rigides espacées et parallèles 10 qui s'étendent d'une paroi à l'autre du ruban 9 dans une direction et deux bandes métalliques analogues 11 qui sont espacées de la même manière et qui s'étendent d'une paroi à l'autre du ruban dans une direction perpendiculaire à celle des bandes 10. Ainsi, ces deux 10 paires de bandes rigides subdivisent l'intérieur de la gaine 2 en neuf espaces carrés contenant chacun quatre barreaux 7. Chacun de ces neuf espaces est encore subdivisé en/cellules par des paires d'éléments élastiques. Une paire est désignée par les numéros de référence 12 et 12a. Ces éléments sont très rap-15 proches l'un de l'autre et sont parallèles aux bandes rigides 10. Des paires analogues d'éléments élastiques 13 et 13a sont disposées perpendiculairement aux précédentes. Grâce à cette disposition, chacun des barreaux contenus dans la gaine 2 est soutenu en quatre points espacés de 90° autour de la circonférence du barreau afin 20 de l'empêcher de subir un cintrage et une vibration. Deux des points de contact de chaque tube sont déterminés par des tétons 14 formés sur les parties rigides du dispositif d'écartement et deux autres points de contact sont déterminés par les éléments élastiques 12, 12a et 13, 13a. 25 On va examiner maintenant le tube de retenue qui em pêche un déplacement des dispositifs d'écartement 8 dans le sens de la longueur de l'assemblage combustible 1. Un tube de retenue est désigné par le numéro de référence 15 sur les figures 3, 4, 5 et 6. Il comporte un tube analogue à celui formant la gaine 30 d'un barreau elessique 7# mais présente quatre paires de pattes 16, 17, 18 et 19 qui font saillie à partir de la surface du tube perpendiculairement les unes aux autres, comme on le voit sur les figures 4 et 5. Ce tube de retenue 15 est placé dans une cellule spéciale située près du centre du dispositif d'écarte--35 ment 8 qu'il traverse. Une telle cellule spéciale, désignée par 20, se trouve près du centre de chacun des dispositifs d'écartement 8. Elle 71 39438 2122396 diffère des cellules restantes par le fait que la partie centrale du ruban rjgide 10 est comprimée vers l'intérieur pour former un rebord étroit 21, et un rebord analogue 22 est formé dans la bande rigide 11. La largeur (figure 6) de ces rebords ?1 et 22 5 correspond à celle des éléments élastiques 12 et 13>et ces deux éléments présentent des parties 23 et 24 cintrées vers l'intérieur. En se référant aux figures 5 et 6, les pattes supérieure et inférieure 16 du tube de retenue 15 sont en contact avec les bords supérieur et inférieur respectivement du rebord 21. Ega-10 leuent, les pattes supérieure et inférieure 17 sont respectivement en contact avec les bords supérieur et inférieur du rebord 22. En outre, les pattes supérieure et inférieure 18 sont en contact avec les bords supérieur et inférieur de la partie cintrée 23 et les pattes supérieure et inférieure 19 sont en contact 15 avec les bords supérieur et inférieur de la partie cintrée 24. Les figures 5 et 6 montrent les positions occupées par les quatre pattes du tube de retenue 15, après qu'elles ont été mises en contact avec les parties du-dispositif d'écartement,comme décrit ci-dessus. 20 Pour assembler le tube de retenue avec les dispositifs d'écartement 8, le tube est introduit dans le sens de la longueur de l'assemblage combustible 1 de manière que les surfaces planes entre les pattes adjacentes soient parallèles aux surfaces des éléments formant la cellule spéciale 20, c'est-à-dire les 25 bandes rigides 10 et 11 et les éléments flexibles 12 et 13. En d'autres termes, l'élément de retenue 15 est introduit en disposant la surface plane comprise entre ses paires de nervures adjacentes perpendiculairement à la position qu'elle occupe sur les figures 3, 4 et 5. Ensuite, on fait, tourner le tube de 30 90°. Le tube de retenue 15 selon l'invention est représenté sur les figures 8 et SA. Ce tube ou élément combustible comporte un tube en une seule pièce d'une extrémité à l'autre. Son extrémité inférieure représentée à droite est fermée par un bouchon 35 terminal 25 qui est soudé comme indiqué en 26 à l'extrémité inférieure du tube 15 et qui comporte une tige 27 qui est logée dans le raccord inférieur 3 de l'assemblage combustible 1. Le 71 39438 2122396 tube est rempli de pastilles de combustible 28 sensiblement d'une extrémité à l'autre. La pastille inférieure repose sur le bouchon inférieur 25 et la pastille supérieure 20 est située suffisamment loin de l'extrémité supérieure du tube pour laisser l'espace 5 nécessaire 29 destiné aux ps de fission. Au-dessus de la pastille supérieure se trouve un disque isolant 30 percé d'un orifice central laissant passer les gaz de fission,et un ressort de compression 32' est disposé entre ce disque et la partie inférieure du bouchon supérieur 31 pour 10 maintenir la colonne des pastilles de combustible en position. Le bouchon supérieur 31 est soudé en 32 à l'extrémité supérieure du tube 15 et comporte une tige 33 ayant avantageusement des côtés aplatis,comme représenté, qui aident à placer le tube dans la position angulaire correcte par rapport aux cellules des divers 15 dispositifs de retenue 8, comme la cellule 20 précédemment décrite et représentée sur les figures 3 et 5. La surface externe du tube 15 représentée sur les figures 8 et / 8A comporte cinq paires/de pattes, chaque paire comprenant quatre paires de saillies 16, 17, 18 et 19» comme on le voit sur la 20 figure 4. Il est évident qu'il y a une paire 34 de ces pattes pour chacun des dispositifs d'écartement 8 et dans le présent cas, les paires sont au nombre de cinq. Pour réaliser le tube de retenue 15 décrit ci-dessus, on réduit tout d'abord le diamètre d'un tronçon de tube ,en matériau 25 approprié tel que l'acier inoxydable ou un alliage de zirconium tel que "Zircalloy"ayant un diamètre légèrement supérieur à la distance comprise entre les extrémités des saillies opposées 17 et 19 en l'usinant ou le meulant au diamètre entre les surfaces des saillies 17 et 19, comme on le voit sur la figare 4. 30 Ensuite, on usine ou meule encore ce tube dont l'épaisseur de la paroi est beaucoup plus grande que celle représentée sur les figures 8 et 8A pour diminuer son diamètre jusqu'à ce qu'on obtienne l'épaisseur de psroi voulue. Cette épaisseur de paroi est sensiblement la mène que celle des gaines des barreaux classiques 35 7- Evidemment, ces opérations d'usinage laissent des paires de nervurc;j ou anneaux circulaires aux cinq endroits désignés par 34. Ensuite, ces anneaux sont encore usinés pour former des méplats désigner, par 35 sur la figure 4, qui sont tangents à la surface 71 39438 2122396 externe du tube 15. Ces méplats 35 forment les saillies 16, 17, 10 et 19. Les figures 7 et 7A représentent un tube de retenue 56 qui, comme le tube de retenue 15, comporte cinq paires 34a de 5 pattes qui sont analogues aux saillies 16, 17, 10 et 19. Le tube 36 est constitué cependant de six tronçons 37 et comporte cinq raccords 38. Chacun des raccords 38 porte l'une des paires 34a des pattes externes 16, 17, 18 et 19, mais ces raccords séparent ou subdivisent la colonne des pastilles de combustible contenues 10 dans le tube représenté sur les figures 8 et 8A en six parties distinctes désignées par les numéros de référence 39, 40, 41, 42, 43 et 44. Chacune de ces parties comporte un disque isolant 45 et un ressort de retenue 46 qui s'ajoutent au disque isolant supérieur 47 et au ressort 48. En d'autres termes, il faut pré-15 voir un espace pour les gaz de fission dans chaque partie de pastilles de combustible en plus de l'espace supérieur 49. A cause de la nécessité de cette subdivision en plusieurs parties de la colonne des pastilles de combustible, la construction interne de chacun des raccords 38 devient compliquée, comme 20 on peut le voir en examinant les figures 7 et 7A. Il est également nécessaire de prévoir des épaulements 50 et 51 sur chacun des raccords pour permettre de les souder aux extrémités des tronçons correspondants. Ainsi, outre l'usinage évidemment assez compliqué et coûteux qui est nécessaire pour produire chacun des. 25 raccords 58, il se pose un problème de soudage. Les deux extrémités de chacun des raccords 38 doivent être soudées aux; extrémités des tronçons de tube adjacents 57. Non seulement il est difficile d'assurer l'alignement, la rectitude et l'orientation précis nécessaires de ces raccords et des tronçons de tube pendant le 50 soudage, mais chaque soudure doit être effectuée dans une chambre contenant une atmosphère inerte. En outre, chacune des soudures doit être examinée de manière approfondie par radiographie ou moyen équivalent. Par suite, le prix de production de ce tube de retenue 'est nécessairement élevé. 35 En comparant la construction du tube de retenue relative ment simple 15 représenté et décrit en se référant aux figures 8 et 8A avec celle du tube de retenue 36 représenté sur les 9 2122396 71 39438 figures 7 et 7A, on sa rend facilement compte des avantages du tube 1 5. En outre, étant donné qu'une défaillance d'un tube ou élément combustible est déterminée par la défaillance d'une soudure, il est évident que la possibilité d'une défaillance 5 du tube 36 est beaucoup plus grande que celle du tube 15, au moins d'un facteur correspondant au rapport du nombre des soudures que comportent les deux tubes. ÎTatureller.ent, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de 10 recevoir diverses variantes entrant dans le cadre et l'esprit de l'invention. I 2122396 71 39438 R 3'JVT"TT)T H A TT OiTS 1 . Assemblage combustible pour réacteur nucléaire comportant un faisceau d ' cil éiv.ents combustibles parallèles fixés par leurs extrémités opposées dans des raccords supérieur et inférieur 5 respectivement, un dispositif destiné à retenir les éléments individuels du faisceau pour les empêcher de subir un cintrage et une vibration, comportant des dispositifs d'écartement placés à distance prédéterminée sur la longueur des éléments, chacun des dispositifs comportant un mince ruban métallique rigide qui 10 entoure le faisceau des éléments, un dispositif monté sur le ruban pour venir en contact avec les surfaces latérales opposées de chacun des éléments, assemblage combustible caractérisé en ce qu'il comporte un organe destiné à empêcher les dispositifs d'écartement de se déplacer dans le sens de la longueur du fais-15 ceau des éléments combustibles, l'un des éléments au moins du faisceau étant constitué par un tube de retenue dont la paroi est continue ou d'une seule pièce d'une extrémité à l'autre et présente des paires espacées de.pattes externes, une paire pour chaque dispositif d'écartement, les pattes de chacune des paires 20 étant solidaires de la paroi du tube et faisant saillie radiale-ment à partir de ladite surface parallèlement les unes aux autres et à distance dans le sens de la longueur du tube, lesdites pattes étant en contact avec les bords opposés de rebords faisant saillie latéralement de l'un des dispositifs d'écartement. 25 2. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de retenue a un diamètre interne uniforme et contient des pastilles de combustible de même diamètre et en contact les unes avec les autres d'une extrémité à l'autre du tube. 30 3. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tube de retenue comporte des raccords inférieur et supérieur soudés aux extrémités opposées respectives du tube et en ce qu'il contient des pastilles de combustible disposées en contact les unes avec les autres en une colonne 35 continue du raccord inférieur au raccord supérieur pour ne laisser qu'un seul espace près du raccord supérieur pour les gaz de fission. 2122396 71 39438 4. Assemblage combustible selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube de retenue est continu du raccord inférieur au raccord supérieur et en ce que les paires de pattes, une paire pour chaque dispositif d'écartement, sont solidaires 5 de la paroi du tube et font saillie à partir de sa surface externe. I