Brevet FR2337407A1 — publié le 19770729

La présente invention est relative à un assemblage combustible pour réacteur nucléaire, du genre comportant un faisceau de crayons combustibles allongés, munis d'une gaine métallique fermée à ses extrémités par des bouchons étanches, les crayons étant maintenus selon un réseau de pas déterminé au moyen de grilles d'espacement, disposées à intervalles donnés selon la longueur des crayons, ces grilles traverses par les crayons et en appui contre ceux-ci par des organes à ressorts, étant supportées par une structure rigide, indépendante du faisceau des crayons. On connaît déjà diverses réalisations d'assemblages combustibles du genre rappelé ci-dessus, où la structure rigide de support des grilles est constituée par des tirants allongés, s'étendant parmi les crayons du faisceau, par exemple en occupant à certains noeuds du réseau la place de différents crayons, ces tirants étant solidarisés à leurs extrémités de deux plaques de tête parallèles. Les crayons du faisceau reposent par leurs bouchons d'extrémité sur la plaque inférieure de la structure et ménagent avec la plaque supérieure un jeu suffisant pour tolérer leur dilatation axiale sous l'effet de la température ou de l'irradiation au cours de leur utilisation dans le coeur d'un réacteur nucléaire. Les grilles sont solidaires des tirants, tandis que les crayons qui traversent les alvéoles de ces grilles peuvent coulisser par rapport à celles-ci.En variante, les grilles sont montées flottantes par rapport aux tirants, de manière à pouvoir glisser sur ces derniers, en suivant la dilatation des crayons. Enfin, la structure rigide peut être constituée, dans un autre mode de réalisation connu dans la technique, au moyen d'un boîtier parallélépipédique, ouvert à son extrémité supérieure pour permettre l'écoulement d'un fluide réfrigérant au contact des crayons et comportant à son extrémité inférieure un pied de positionnement,-les grilles d'espacement étant solidaires de la paroi interne de ce boîtier. La présente invention concerne un nouvel agencement des éléments constitutifs d'un assemblage combustible du type ci-dessus, permettant à la fois d'améliorer le maintien avec un espacement convenable des crayons du faisceau et d'éviter la déformation de ces crayons, en autorisant leur libre dilatation et en supprimant la charge due à leur propre poids s'exerçant sur eux quand ils reposent sur une plaque de support inférieure par l'intermédiaire de leurs bouchons d'extrémité. A cet effet, l'assemblage considéré, se caractérise en ce que la structure rigide de support des grilles est constituée par deux plaques de rive latérales, parallèles à la direction des crayons dans le faisceau et présentant une longueur supérieure à celle de ces crayons, ces plaques de rive étant maintenues paral lèles entre elles par une pluralité de cadres entretoises, entourant le faisceau des crayons et répartis selon la longueur des plaques de rive, ces cadres entretoises délimitant deux par deux des logements pour le montage des grilles d'espacement, les crayons traversant ces grilles étant répartis en rangées parallèles telles que chaque rangée soit suspendue à la structure rigide par une aoupille transversale passant à travers les bouchons d'extré- mité supérieurs des crayons, en s'étendant perpendiculairement aux plaques de rive. Mise à part cette caractéristique principale, un assemblage combustible établi conformément à l'invention, présente encore d'autres caractéristiques annexes, à considérer de préférence en combinaison avec cette caractéristique principale, mais qui, le cas échéant, pourraient l'entre séparément, et qui concernent notamment les points suivants - les goupilles transversales supportant les rangées des crayons dans le faisceau traversent des alésages ménagés dans les plaques de rive parallèles et sont immobilisées en position par des pla quettes de fixation engagées puis serties par emboutissage dans des rainures usinées dans la surface externe des plaques de rive. - les goupilles transversales traversent des passages de même profil prévus dans les bouchons de fermeture de l'extrémité supérieure des gaines des crayons, ces derniers entant suspendus en position verticale dans la structure rigide. les plaques de rive supportent à leur extrémité opposée aux goupilles portant les rangées de crayons, un diaphragme amor tisseur, constitué d'une plaque ajourée, s'étendant transver salement entre les plaques de rive, ce diaphragme permettant d'ajuster les pertes de charge créées dans l'écoulement du fluide réfrigérant au contact des crayons et de limiter les effets de la chute accidentelle de ces crayons à l1intérieur de la structure rigide1 en cas de rupture d'une goupille. - les cadres entretoises et le diaphragme amortisseur sont réunis aux plaques de rive de la structure rigide au moyen de rivets ou autres organes de fixation analogues. - les grilles d'espacement sont constituées de deux familles de tôles métalliques souples, comportant des encoches pour leur assemblage mutuel selon deux directions respectivement perpen diculaires, de façon à délimiter entre elles un réseau d'alvéoles voisins traversés par les crayons du faisceau. Avantageusement, les tôles des grilles sont solidarisées entre elles par des points de soudure, réalisés uniquement au sommet de leurs zones d'emboitement pour améliorer la souplesse des grilles. - les tôles métalliques des grilles comportent des parties évidées, délimitant pour chacune d'elles une languette en saillie sur une face de la tôle, formant ressort d'appui contre un crayon tra versant un alvéole de la grille et, disposés de part et d'autre de chaque partie évidée, deux bossages en relief vers l'autre face de la tôle. Dans ces conditions, chaque crayon, qui traverse un alvéole de la grille, est en appui dans celui-ci contre deux languettes ressorts de deux tôles perpendiculaires et contre quatre bossages, disposés deux à deux en regard des ressorts dans deux autres tôles perpendiculaires, délimitant avec les deux premières l'alvéole considérée. - chaque grille d'espacement est délimitée par quatre tôles péri phériques, comportant des prolongements d'extrémité conformés en ressorts, engagés dans les logements des deux cadres entre toises adjacents, au voisinage des plaques de rive de la struc ture rigide. D'autres caractéristiques d'un assemblage combustible établi conformément à l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un assemblage combustible selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue en perspective, illustrant deux cadres entretoises de l'assemblage considéré, maintenant entre eux une grille d'espacement, - la Fig. 3 est une vue en perspective à plus grande échelle, illustrant le détail de la réalisation du bouchon supérieur de la gaine d'un crayon de l'assemblage, traversé par une goupille de support. - la Fig. 4 est une vue de dessus d'une grille d'espacement de l'assemblage, - la Fig. 5 est une vue en perspective éclatée des différents éléments, permettant de réaliser la grille de la Fig. 4. L'assemblage combustible selon l'invention, illustré schématiquement sur la Fig. 1, est désigné dans son ensemble sur celle-ci par la référence 1. Cet assemblage comporte principalement une structure de support rigide, formée de deux plaques de rive parallèles, respectivement 2 et 3, maintenues à un écartement déterminé l'une de l'autre au moyen de cadres entretoises 4, encastrés dans des logements 4a convenablement usinés dans les surfaces en regard de ces plaques 2 et 3, ces cadres entretoises étant convenablement répartis, avec un écartement déterminé, selon la longueur des deux plaques.De préférence, sauf en ce qui concerne le cadre entretoise 4b situé à la partie supérieure de la structure rigide ainsi constituée, cette dernière étant disposée avec les plaques 2 et 3 verticales, les cadres 4 sont associés deux par deux de manière à permettre le montage entre eux de grilles d'espacement 5, dont le détail de la réalisation et le rôle dans l'assemblage seront explicités plus loin. A cet effet, les cadres entretoises 4 comportent dans leur extrémité en regard, des rainures ouvertes 6, permettant d'assurer le montage de l'extrémité de lames ressorts 7, prolongeant les plaques périphériques de chacune des grilles 5 correspondantes. La vue en perspective de la Fig. 2 montre de façon plus détaillée le montage particulier d'une grille 5 de ce genre, entre deux cadres entretoises 4 fixés entre les plaques de rive 2 et 3 par des rivets 8 ou par tout autre moyen de fixation analogue. La grille 5, schématiquement illustrée sur la Fig. 2, est formée de tôles minces délimitant entre elles des alvéoles voisins 9, réservés au passage des crayons combustibles 10 de l'assemblage. Ces crayons, dont la Fig. 1 illustre schématiquement un exemple de réalisation, comportent une gaine externe métallique 1, contenant un matériau combustible nucléaire approprié, cette gaine I étant fermée à ses extrémités respectivement supérieure et inférieure, par des bouchons 12 et 13. Les crayons combustibles 10 de l'assemblage constituent ainsi un faisceau d'éléments parallèles, montés à lTintérieur de la structure rigide et convenablement centrés dans cette dernière selon un réseau de géométrie déterminée, grâce aux grilles d'espacement 5, les crayons 10 traversant chacune de ces grilles dans leurs alvéoles 9.La longueur des crayons 10 est légèrement inférieure à celle des plaques de rive de façon telle que ces crayons une fois suspendus à la partie supérieure de la structure rigide, parallèlement aux plaques de rive 2 et 3, aient leurs bouchons d'extrémité inférieurs situés à une distance suffisante de l'extrémité de la structure pour tolérer les dilatations axiaies différentielles lors du fonctionnement de l'assemblage, notamment sous l'effet de la température et de l'irradiation. La Fig. 3 illustre à plus grande échelle le détail de la réalisation du bouchon supérieur 12 fermant la gaine 11 d'un tel crayon 10. Comme on le voit sur cette figure, ce bouchon comporte une partie cylindrique rentrante 14, terminée par une collerette 15 venant s'appuyer sur le bord périphérique supérieur de la gaine il, en pouvant notamment être soudé à celle-ci pour assurer l'étanchéité interne de la gaine. Cette collerette 15 se prolonge par une partie cylindrique 16, terminée par une tête 17 à pans coupés, comportant un alésage transversal 18, permettant l'engagement d'une goupille cylindrique 19 pour le support du crayon considéré.Dans le faisceau des crayons de l'assemblage, ces derniers sont répartis selon des rangées parallèles, les crayons dans chaque rangée étant enfilés sur une même goupille 19, de telle sorte que les différentes rangées voisines de l'assemblage, correspondant à autant de goupilles de support, soient ensuite disposées côte à côte dans la struc- ture rigide. Les goupilles 19 sont rendues solidaires du cadre entretoise supérieur 4b de la structure, les extrémités des goupilles 9 traversant des trous de même diamètre prévus dans les plaques de rive 2 et 3, de manière à affleurer légèrement dans des rainures 20, ménagées dans ces plaques, ces rainures étant ensuite fermées par des plaquettes 21, engagées à force dans ces rainures et pointées contre les plaques pour immobilisation.Enfin, les plaques de rive 2 et 3, comportent, aménagés au-dessus des goupilles 19, des trous 22, permettant d'assurer la manutention de chaque assemblage au moyen d'un outil approprié (non représenté). A son extrémité inférieure, la structure rigide ainsi réalisée comporte un diaphragme amortisseur 23, situé à une certaine distance des bouchons inférieurs 13 des crayons 10, afin de ne pas gêner leur dilatation axiale éventuelle. Ce diaphragme amortisseur 23 est formé d'une plaque transversale 24, immobilisée par rivetage à l'extrémité des deux plaques 2 et 3 et comporte des trous 25, répartis dans sa surface. Ce diaphragme permet d'une part d'ajuster le débit du fluide réfrigérant circulant normalement dans l'assemblage au contact des crayons pour l'extraction des calories dégagées par la fission nucléaire, et joue d'autre part le rôle d'amortisseur de chute en cas de rupture accidentelle éventuelle d'une goupille, les crayons supportés par cette dernière, venant s'appuyer dans la structure contre le diaphragme. Les Fig. 4 et 5 permettent enfin d'illustrer avec plus de détail, la réalisation particulière des grilles d'espacement 5, montées entre les plaques de rive 2 et 3 et immobilisées en position dans cette structure par les cadres entretoises 4. Chaque grille d'espacement 5 est avantageusement constituée au moyen de deux familles de tôle souples métalliques, respectivement 23 et 24, s'étendant perpendiculairement les unes aux autres de manière à délimiter des alvéoles 9 de section notamment carrée, traversés par les crayons 10. Comme on le voit de façon plus détaillée sur la Fig. 5; les tôles 23 et 24 comportent respectivement des fentes 25 et 26, s'étendant sensiblement sur la moitié de leur hauteur, de manière à permettre un emboîtement mutuel de ces tôles selon la géométrie désirée des alvéoles. Une fois cet emboîtement réalisé, les tôles 23 et 24 sont solidarisées ensemble, notamment aux sommets 27 de leurs emboîtements par des points de soudure ou par tout autre moyen approprié. Avantageusement, chaque tôle 23 ou 24 comporte, au-del de ses ralnures d'emboîtement 25 ou 26, une partie en saillie 28, formant ressort, permettant, lors de l'encastrement mutuel des tôles, d'assurer un assemblage mécanique suffisament sérré de ces tôles, sans nuire pour autant à la souplesse de l'ensemble de la grille. Chacune des tôles 23 et 24 constituant la grille 5, comporte entre les fentes d'emboîtement, des parties évidées 29, ménagées dans la région centrale de ces tôles, ces parties évidées 29 permettant de dégager des languettes 30 formant ressorts et comportant une extrémité 31 convenablement conformée pour venir en appui enveloppant contre les crayons combustibles 10 traversant les alvéoles. Avantageusement, les extrémités 31 des languettes ressorts en contact avec les crayons présentent une forme adaptée, obtenue par emboutissage, pour mieux épouser la convexité des crayons. L'immobilisation relative des crayons 10 à l'intérieur des grilles 5 ci-dessus décrites, est réalisée en prévoyant également dans les tôles 23 et 24 de ces grilles, au-dessus des parties évidées 29, deux crevés, respectivement 32 et 33, aménagés de telle sorte que si la languette 30 située entre ces crevés est dirigée d'un côté de la tôle, les crevés 32 et 33 soient pour leur part dirigés du côté opposé. Dans ces conditions, chaque alvéole 9 de la grille, formé de deux tôles 23 et de deux tôles 24, respectivement perpendiculaires, comporte en saillie vers l'intérieur de cet alvéole, deux languettes ressorts, et en regard de ces languettes deux fois deux crevés 32 et 33, appartenant aux autres tôles délimitant ce même alvéole. Comme illustré également sur la Fig. 5, les quatre côtés périphériques de la grille 5 sont réalisés au moyen d'autres tôles, repérées par les références 34, 35, 36 et 37. Les tôles périphériques 34 et 36 notamment comportent, selon leurs arêtes supérieure et inférieure, des prolongements convenablement conformés pour constituer les ressorts 7 s'engageant dans les logements 6 prévus dans les cadres entretoises 4 (Fig, 2), afin d'autoriser un montage souple contre les plaques de rive, sans que les grilles soient par elles-mêmes immobilisées vis-à-vis de ces plaques. L'emboîtement des différentes plaques périphériques 34 à 37 est réalisé au moyen de rebords latéraux 38 et 39, coopérant deux à deux avec les plaques voisines. Enfin, les tôles perpendiculaires 23 et 24, délimitant les alvéoles de la grille, sont rendues solidaires des tôles périphériques 34 à 37, en engageant dans des fentes 40 et 41 de ces dernières, d'autres rebords 42 et 43 ménagés à leurs extrémités. On réalise ainsi un assemblage combustible pour réacteur nucléaire, permettant de maintenir de façon efficace un faisceau de crayons combustibles parallèles, de grande longueur, en assurant entre ces crayons un espacement régulier selon toute leur dimension longitudinale. La conception particulière des grilles d'espacement, dont le rôle est uniquement de guider les crayons combustibles lors de leurs dilatations sous l'effet de la température ou de l'irradiation, sans participer à leur supportage proprement dit, permet d'utiliser pour constituer les gaines de ces crayons, un matériau usuel du genre de l'alliage d'aluminium AGS (Normes AFNOR NF A 50) qui présente une faible absorption neutronique et est susceptible d'une fabrication courante et bon marché.En outre, ce matériau présente une bonne aptitude au filage et à la déformation, lui permettant de suivre, sans risques de rupture, les variations du combustible contenu à l'intérieur des gaines des crayons. La réalisation particulière des grilles permet en outre de ne réaliser sur ces crayons, que des efforts d'appui limités, sans risques majeurs d'érosion mécanique. Le montage souple des gilles d'espacement, dû à la fois aux languettes prévues pour maintenir les crayons et également aux ressorts d'extrémité assurant le montage de ces grilles entre les cadres entretoises de la structure rigide, permet à l'ensemble de bien s'adapter aux déformations locales des crayons combustibles, ces déformations individuelles ou localisées étant supportées par les grilles elles-mêmes, sans que le géométrie de l'assemblage en soit affectée. Enfin, la disposition qui consiste à suspendre le faisceau des crayons par leurs extrémités supérieures, en ménageant à leurs extrémités inférieures un 3eu de dilatation suffisant, permet de tolérer les allongements de ces crayons sans risques de flexion de ces derniers, notamment en évitant une déformation en S de ces crayons qui se produirait si ces derniers s'appuyaient sur une plaque inférieure de support comme c'est le cas dans les solutions connues à ce jour. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation plus spécialement décrit et représenté ci-dessus ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Assemblage combustible, comportant un faisceau de crayons combustibles allongés, munis d'une gaine métallique fermée à ses extrémités par des bouchons étanches, les crayons étant maintenus selon un réseau de pas déterminé au moyen de grilles d'espacement disposées à intervalles donnés selon la longueur des crayons, ces grilles traversées par les crayons et en appui contre ceux-ci par des organes à ressorts, étant supportées par une structure rigide, indépendante du faisceau des crayons, caractérisé en ce que la structure rigide de support des grilles est constituée par deux plaques de rive latérales, parallèles à la direction des crayons dans le faisceau et présentant une longueur supérieure à celle de ces crayons, ces plaques de rive étant maintenues parallèles entre elles par une pluralité de cadres entretoises, entourant le faisceau des crayons et répartis selon la longueur des plaques de rive, ces cadres entretoises délimitant deux par deux des logements pour le montage des grilles d'espacement, les crayons traversant ces grilles étant répartis en rangées parallèles telles que chaque rangée soit suspendue à la structure rigide par. une goupille transversale passant à travers les bouchons d'extrémité supérieurs des crayons, en s'étendant perpendiculairement aux plaques de rive. 2. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les goupilles transversales supportant les rangées des crayons dans le faisceau traversent des alésages ménagés dans les plaques de rive parallèles et sont immobilisées en position par des plaquettes de fixation engagées puis serties par emboutissage dans des rainures usinées dans la surface externe des plaques de rive. 3. Assemblage combustible selon la revendication i, caractérisé en ce que les goupilles transversales traversent des passages de même profil prévus dans des bouchons de fermeture de l'extrémité supérieure des gaines des crayons, ces derniers étant suspendus èn position verticale dans la structure rigide. 4. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plaques de rive supportent à leur extrémité opposée aux goupilles portant les rangées de crayons, un diaphragme amortisseur, constitué d'une plaque ajourée, s'étendant transversalement entre les plaques de rive. 5. Assemblage combustible selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cadres entretoises et le diaphragme amortisseur sont réunis aux plaques de rive de la structure rigide au moyen de rivets ou autres organes de fixation analogues. 6. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les grilles d'espacement sont constituées de deux familles de tôles métalliques souples, comportant des encoches pour leur assemblage mutuel selon deux directions respectivement perpendiculaires, de façon à délimiter entre elles un réseau d'alvéoles voisins, traversés par les crayons du faisceau. 7. Assemblage combustible selon la revendication 6, caractérisé en ce que les tôles des grilles sont solidarisées entre elles par des points de soudure réalisés uniquement aux sommets de leurs zones d'emboîtement pour améliorer la souplesse des grilles. 8. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tôles métalliques des grilles comportent des parties évidées, délimitant pour chacune d'elles une languette en saillie sur une face de la tôle, formant ressort d'appui contre un crayon traversant un alvéole de la grille et, disposés de part et d'autre de chaque partie évidée, deux bossages en relief vers l'autre face de la tôle. 9. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce cue chaque grille d'espacement est délimitée par quatre tôles périphériques, comportant des prolongements d'extrémité conformés en ressorts, engagés dans les logements des deux cadres entretoises adjacents, au voisinage des plaques de rive de la structure rigide.