Brevet FR2131813A1 — publié le 19721117

La présente invention concerne les ossatures-en forme de grilles qui servent de supports, d'appui ou de suspension, aux éléments combustibles dans les réacteurs nucléaires, plus particulièrement des types dénommés PWR et BWR, refroidis par eau. Ces supports sont formés d'un réseau de poutres entrecroisées qui prennent appui à leurs deux extrémités sur une virole périphérique. Dans les modes de réalisation connus, chaque poutre est une planche métallique posée de chant, de longueur égale à-sa portée, et la série complète de planches métalliques, dont est composée la grille, sont coupées à longueur, convenablement entaillées pour pouvoir s'entrecroiser, puis placées suivant les lignes directrices du réseau et soudées les unes aux autres à leurs points d'entre croisement. De tels procédés de construction sont longs, croûteux et laborieux. Ils exigent la préparation et l'usinage aux points d'entre croisement futurs de toutes les poutres de la grille, puis l'assem- blage de toutes ces poutres pour former la grille complète, et enfin la soudure aux lignes d'entrecroisement. Cette soudure est une opération délicate qu'il convient d'effectuer suivant un programme et une séquence soigneusement établis, afin de compenser auEnt que possible les déformations que provoque sur l'ensemble la soudure effectuée en chaque point d'entrecroisement individuel.Cette compensation n'est d'ailleurs pas suffisante à assurer toute la précision désirable aux dimensions de mailles de réseau finalement réalisées, de sorte que les organes d'attente, tels que pions de centrage, trous taraudés et autres, destinés à recevoir les éléments de réacteur, doivent être mis en place ou formés une fois-que l'os- sature est terminée, et l'usinage de cette ossature, lourde et encombrante, constitue une opération onéreuse. As surplus, les soudures effectuées aux lignes d'entrecroisement présentent des risques de fragilité par effet d'entaille, elles ne se prêtent pas aux méthodes de contrôle non destructif automatisé, et le procédé de construction ntest pas compatible, dans son ensemble, avec les procédés d'automatisation. La présente invention a pour objet d'éliminer ces inconvénients et de faciliter5 de manière générale, la construction des grilles de support du type sus-viséO L'invention propose à cet effet une grille de support composée de barres profilées situées aux noeuds du réseau, et de plaques, disposées le long des lignes directrices du réseau, dans les intervalles entre barres, les plaqués étant soudées le long de deux de leurs bords opposés aux barresprofilées entre lesquelles elles sont placées. Selon un mode de réalisation de l'invention, les profilés et/ou les plaques présentent des faces ou tranches venues de laminage, présentant la forme requise en vue d'une opération de soudage. Dans une application particulière, les plaques entrent en contact par des tranches planes avec des faces plates respectives des profilés, et sont soudées à eux-par bombardement électronique suivant les plans de contact ainsi réalisés. La soudure par bombardement électronique permet de-réaliser la grille de support sans distorsion, et d-ans d'étroites limites de tolérance, ce qui autorise, dans une forme de réalisation particulière, l'aménagement des organes d'attente sur les pièces élémentaires, profilées et/ou plaques, avant assemblage. Avantageusement, les faces de soudage plates formées sur les profilés, sont disposées en saillie, et constituént les faces terminales des branches d'un profil cruciforme ou en étoile, ce qui facilite le soudage par faisceau d'électrons le long de ces faces. Convenablement, la virole entourant la grille de support présente sur sa face intérieure des éléments de liaison ou "attentes'1 destinées à faciliter- l1assemblage de la virole à des extrémités de poutres ou à des noeuds du réseau. Dans une forme de réalisation, cet assemblage comporte une pièce intermédiaire présentant, en coupe transversale, une forme en étoile avec plusieurs branches disposées dans le prolongement de poutres pour être soudées aux extrémités de celles-ci, et une branche destinée à être soudée à la face intérieure de la virole et située normalement à cette face. Selon une autre forme de réalisation, cette pièce intermédiaire présente en coupe transversale une forme courbe, les tangentes aux deux extrémités de la courbe étant disposées, l'une dans le prolongement d'une poutre du réseau, et l'autre suivant une direction normale à la face intérieure de la virole. Avantageusement, les attentes formées sur la face intérieure de la virole consistent en un simple dépôt de métal en fusion, du genre "beurrage'' provenant d'une électrode d'apport. Selon les applications, le réseau de base de la grille de support conforme à l'invention, est à deux directions, de manière à former, par exemple, des mailles carrées ou rectangulaires, ou -à plus de deux directions, ce qui permet de construire, le cas échéant, une grille à mailles triangulaires. L'invention propose, pour une grille à mailles rectangulaires, un mode de construction selon lequel on place à la suite les unes des autres, dans un plan commun, des barres profilées et des plaques alternées, constituant les éléments de base de l'ossature, on les met en contact les unes avec les autres par leurs faces plates et tranches planes respectives, et on les soude par faisceau électronique dans les plans de contact ainsi réalisés ;; au droit de chaque profile de la planche ainsi formée, on place d'équerre une plaque, on en dispose une tranche plane en contact avec une face plane de ce profilé, et on soude au faisceau d'électrons le long des plans de contact ainsi réalisés, pour obtenir un module de construction en forme de râteau à dents largement espacées, la longueur des dents étant égale aux intervalles entre dents, dans le cas d'un réseau à maille carrée on assemble les modules les uns aux autres, l'assemblage entre deux modules consistant à mettre les tranches planes terminales des dents de l'un d'eux en contact avec les noeuds de l'autre, à maintenir les dents des deux modules alignées les unes sur les autres, et à souder par faisceau d'électrons entre ces tranches terminales et les noeuds correspondants ; ; on assemble la grille ainsi formée à la virole périphérique, par faisceau d'électrons, à l'aide des pièces intermédiaires susmentionnées. D'après un développement de l'invention, chaque profilé d'une grille inférieure porte une plaque élémentaire échancrée, l'ensem- ble des plaques élémentaires ainsi aménagees formant, par contact mutuel le long de leurs bords, une plaque inférieure perforée de distribution de réfrigérant. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront par ailleurs de la description que l'on va en donner, ciaprès, portant sur des modes de réalisation choisis à titre d'exemple et représentés aux dessins annexés. Sur ces dessins la figure 1 représente, en plan, une grille de support réalisée suivant un procédé connu ; la figure 2 représente, en perspective, à plus grande échelle, un détail de construction de cette grille la figure 3 représente dans une vue partielle, en plan, une grille réalisée selon l'invention les figures 4, 5, 6 et 7 montrent, en perspective, diverses faces d'un procédé de construction de la grille représentée sur la figure 3 les figures 8 et 9 représentent des "attentes" d'assemblage à la grille formées sur la face intérieure de la virole de support les figures 10 et il sont des variantes des deux figures précédentes ; les figures 12 et 13 montrent la constitution d'une plaque inférieure de distribution de réfrigérant. Sur les figures i et 2, une grille de support pour réacteur nucléaire est composée de poutres entrecroisées, disposées suivant deux directions perpendiculaires, les poutres parallèles à ces deux directions étant respectivement désignées par les indices i et 2. Ces poutres sont soudées par leurs extrémités à la face intérieure d'une virole périphérique 3. En chaque point d'entrecroisement, une des deux poutres intéressées (poutre 1 dans l'exemple de la figure 2) a une entaille qui va de la fibre neutre jusqu'au bord supérieur ; les deux bords verticaux de cette entaille 4 sont taillés en biseau. Quant à la poutre 2, elle a une entaille 5 qui va de la fibre neutre jusqu'au bord inférieur et les bords verticaux de cette entaille sont également taillés en biseau ou chanfreinés. L'assemblage de ces deux poutres consiste à mettre les deux entailles 4 et 5 à l'aplomb l'une de l'autre, à les rapprocher dans le sens vertical, de sorte que l'entaille de chaque poutre vienne coiffer l'autre poutre latéralement, puis à souder le long des bords chanfreinés. Ce mode de construction présente les inconvénients signalés en préambule. En effet, il exige la préparation et l'usinage de toutes les poutres dont est composé la grille et l'assemblage simultané de ces poutres les unes aux autres. Quant à la soudure, elle doit être conduite de manière à minimiser les déformations et distorsions. Les distorsions ne peuvent pas être entièrement évitées et les changements de longueur dans les dimensions de mailles sont impossibles à prédire, du fait de la nature des cordons de soudure. Les organes d'attente, tenons, trous taraudés ou autres doivent donc être formés une fois que l'ensemble de la grille est construite. Les soudures elles-mêmes peuvent présenter des risques de fragilité par effet d'entaille. Sur les figures 3 à 9, une grille réalisée selon l'invention est composée essentiellement de deux éléments, à savoir des barres profilées 6 et des plaques 7. Les barres profilées présentent, en coupe transversale, une section cruciforme dont les quatre branches se terminent chacune par une face plane 8. Quant aux plaques 7, elles ont des tranches planes 9 le long de deux de leurs bords opposés. Sur la figure 3, des barres profilées 6 sont disposées aux noeuds d'intersection de la grille à réaliser, perpendiculairement au plande la figure. Des plaques 7 sont placées sur chant, c'està-dire perpendiculairement au plan de la figure 3 entre les barres profilées 6 et cela, suivant les deux directions du réseau de poutres entrecroisées à fabriquer. Les tranches planes 9 des plaques sont en contact avec deux faces planes 8 correspondantes de barres profilées et l'assemblage entre les divers éléments est réalisé par soudure électronique dans les plans de contact ainsi définis. Les poutres entrecroisées ainsi formées sont reliées à une face intérieure de la virole 3 à l'aide de pièces intermédiaires de formes diverses, dont deux sont désignées par les indices respectifs 10 et 11. Selon un procédé de construction de cette grille, représentée sur les figures 5, 6 et 7, on commence par placer à la suite les unes des autres, dans un plan commun, des barres profilées 6 et des plaques 7 alternées, on maintient en contact les tranches 9 des plaques avec des faces planes 8 des profilés 6 et on soude par faisceau d'électrons dans les plans de contact ainsi réalisés pour former des planches 12 (figure 5). Au droit de chaque profilé 6 de la planche 12 ainsi formée, on place d'équerre une plaque 7. On en maintient une tranche plane 9 en contact avec une face plane 8 de ce profilé et on soude électroniquement dans les plans de contact ainsi réalisés, de manière à produire un module 13 en forme de râteau (figure 6). Ensuite, on assemble les modules 13 les uns aux autres, l'as semblage entre deux modules consistant à mettre les tranches planes terminales 9 d'un module en contact avec des faces planes 8 de profilés 6 du module voisin, à aligner les plaques 7 des deux modules les uns sur les autres et à souder électroniquement suivant les plans de contact ainsi réalisés. La structure en grille finalement obtenue est dimensionnée de manière à pouvoir s'inscrire dans la virole périphérique 3. Cette grille, présentant en bordure un profil irrégulier, est reliée à la face intérieure de la virole 3 par soudure au moyen de pièces intermédiaires. Ainsi qu'il ressort de la figure 3, certaines de ces pièces intermédiaires 10, (représentées, à plus grande échelle, sur la figure 8) ont un profil en étoile à trois branches. Deux de ces branches se terminent par des faces planes disposées en contact avec des tranches planes 9 appartenant à deux plaques 7 situées d'équerre l'une par rapport à l'autre. La troisième branche du profilé en étoile se termine par une face plane disposée en contact avec la face plane d'une recharge 14 formée par beurrage sur la surface intérieure de la virole 3. L'assemblage de la pièce 10 à la grille et à la virole se fait par soudure électronique suivant les trois plans de contact ainsi réalisés. Une autre pièce intermédiaire 11 représentée, à plus grande échelle, sur la figure 9 présente, en coupe transversale, une forme courbe qui se termine par deux faces planes dont une placée en contact avec la tranche plane d'une plaque 7 et l'autre avec une recharge 14 identique à celle décrite précédemment. La courbure de la pièce i1 est établie de manière à lui permettre de prolonger sans brusque changement de direction la plaque 7 et de se raccorder à angle droit à la face intérieure de la virole 3. Les pièces intermédiaires 10 et il ne constituent que des exemples et l'on adopte d'autres formes suivant les besoins, pour relier par exemple la face intérieure de la virole 3 directement à un profilé 6. C'est là le cas en particulier de la figure 10 pour laquelle les attentes sont formées par forgeage ou par soudure de nervures rapportées et non par recharge ou bourrage, Sur la figure 11, une nervure forgée ou soudée sert à relier la virole 3 à une plaque unique 7 formant extrémité de poutre. La figure 12 montre dans une vue en plan partielle une plaque inférieure de distribution de fluide réfrigérant, située au-dessous et à distance d'une grille de support inférieure réalisée suivant l'invention. Cette plaque, munie de perforations 17, est composée de plaques élémentaires carrées 18, présentant sur chacun de leurs bords une échancrure 19 semi-circulaire, les trous 17 étant formés par contact bord à bord des plaques élémentaires 18. Sur la vue en perspective de la figure 13, un profilé 6 se prolonge à la partie inférieure par une tige 20, à l'extrémité inférieure de laquelle est fixée une plaque élémentaire 18 du genre décrit. Les plaques 18 peuvent être fixées aux profilés 6 avant assemblage des éléments de base 6, 7, ce qui facilite la construction de la plaque de distribution, ainsi que sa fixation à la grille de support. On a omis de représenter les éléments 7 sur la figure 12, afin d'en faciliter la lecture. Le mode de réalisation selon l'invention présente de notables avantages par rapport à ceux de la technique antérieure. En effet, il n'exige pas d'usinage compliqué, les faces destinées à être assemblées par soudure pouvant facilement être formées par laminage. Le profil cruciforme des éléments 6 facilite la soudure par faisceau d'électrons par suite de la disposition en saillie des faces planes 8 sur l'ensemble du profil. La fabrication se fait à partir d'éléments de petites dimensions, ce qui permet de fractionner les diverses opérations et de réduire les frais d'équipement. Le morcellement du procédé de fabrication en plusieurs opérations effectuées à la suite les unes des autres permet de réduire le temps de production, la production de planches 12 pouvant se faire simultanément avec la production de modules 13, ainsi qu'avec l'assemblage des modules les uns aux autres. Ce procédé de fabrication autorise l'automatisation des opérations de soudage. Le mode de soudage choisi garantit une qualité améliorée par rapport aux procédés connus et relève en outre d'un contrôle non destructif automatisé. Le soudage par faisceau d'électrons ne produit pas de distorsion et les variations de longueur qu'il crée sont minimes et relativement facile à prévoir avec la précision désirable. On peut donc former les attentes destinées à recevoir les éléments de réacteur sur les pièces élémentaires elles-mêmes au lieu d'avoir à les aménager sur l'ensemble de la grille. L'usinage de ces attentes telles que par exemple le tenon 15 et le trou taraudé 16 représenté sur la figure 4 constitue donc une opération relativement simple. Cet usinage effectué au préalable réduit encore les temps de fabrication. REVENDICATIONS. 1. Grille de support pour réacteur nucléaire, formée d'un réseau de poutres entrecroisées, caractérisé par des-barres profilées situées aux noeuds du réseau et par des plaques disposées le long des lignes directrices du reseau dans les intervalles entre barres, les plaques étant soudées le long de deux de leurs bords opposés aux barres profilées entre lesquelles elles sont placées. 2. Grille de réacteur suivant la revendication 1 dans laquelle les faces de soudage des profilés et/ou des plaques sont formées par laminage. 3. Grille de réacteur suivant la revendication 1 ou 2, dans laquelle les plaques entrent en contact par des tranches planes avec des faces planes formées sur les profilés, le soudage étant réalisé par faisceau d'électrons dans les plans de contact ainsi formés. 4. Grille de réacteur suivant une quelconque des revendications précédentes dont les barres profilées présentent, en coupe transversale, un contour cruciforme ou en étoile. 5. Grille de réacteur suivant une quelconque des revendications précédentes dont les éléments de pourtour, plaques ou noeuds sont reliés à la face intérieure d'une virole périphérique de support par soudure au moyen de pièces intermédiaires. 6. Grille de réacteur suivant la revendication 5, comportant une pièce intermédiaire présentant, en profil transversal, une forme courbe adaptée à se raccorder sans brusque changement de direction à l'extrémité d'une poutre de la grille et à retomber à angle droit sur la face intérieure de la virole. 7. Grille de réacteur suivant la revendication 5 ou 6 dont une pièce intermédiaire a un profil en étoile comportant des branches adaptées à se raccorder sans brusque changement de direction à plusieurs plaques de la grille ainsi au'une branche retombant à angle droit sur la face intérieure de la virole. 8. Grille de réacteur suivant une quelconque des revendications 5, 6, 7 dont les pièces intermédiaires sont reliées à la virole et à la grille par faisceau d'électrons, des recharges à face plane étant ménagées à cet effet sur la face intérieure de la virole. 9. Grille de réacteur suivant une quelconque des revendications précédentes, dont les profilés se prolongent chacun par une tlge inférieure portant à son extrémité inférieure une plaque élémentaire destinée à former partie d'une plaque perforée de distribution de fluide. 10. Grille de réacteur suivant lé revendication 9, dont les plaques élèmentaires, échancrées-sur un zou plusieurs des leurs cô- tés, frment la plaque de distribution perforée en entrait en contact mutuel -le long de leurs bords." - - 11.Procédé de fabricatinn-de grille de réacteur nucléaire suivant une quelconque des revendications précédentes; Comportant une opération qui consiste à placer-à la suite les unes des autres dans un plan commun des barres profilées et des plaques alternées, à les maintenir en contact les unes aux autres et à les assembler par soudage pour former-une planche ou poutre du réseau. 12. Procédé suivant la revendication-11, selon lequel on place une plaque d'équerre au droit de chaque profilé d'une planche, et on soude les plaques à la planche pour réaliser un module de construction en forme de râteau, les modules ainsi réalisés étant assemblés les uns aux autres par alignement de leurs plaques d'équerre respectives et soudage des bords terminaux des plaques d'équerre re d'un module aux profilés du module voisin.