Brevet FR2338549A1 — publié le 19770812

La présente invention est relative aux assemblages combustibles pour réacteur nucléaire, constitués par un faisceau d'aiguilles parallèles, allongées, de faible section, contenant à l'intérieur d'une gaine métallique un empilage de pastilles d'un combustible nucléaire, ce faisceau étant associé selon la longueur des aiguilles à des grilles d'espacement disposées à des inter valles réguliers pour autoriser un entretoisement convenable de ces aiguilles entre elles, en évitant leurs vibrations et la déformation de la géométrie initiale du faisceau sous l'effet des sollicitation auxquelles l'assemblage est soumis en fonctionnement dans le coeur du réacteur. L'invention s'applique plus particulièrement, dans un assemblage de ce genre habituellement destiné à être utilisé dans un réacteur nucléaire à eau légère, à un perfectionnement apporté à la réalisation des grilles d'espacement du faisceau des aiguilles. On sait que ces grilles d'espacement sont généralement constituées au moyen d'une structure ajourée formée par deux familles de tôles parallèles entre elles mais orientées selon deux directions perpendiculaires dans l'une et I 'autre familles, de façon à constituer par embotement mutuel dans des fentes prévues selon leur longueur, un ensemble d'alvéoles de section généralement carrée, aptes à etre traversés par les aiguilles combustibles qui s'étendent parallèlement au plan de ces tolets. Afin d'assurer un positionnement correct de ces aiguilles dans chacune des alvéoles de la grille, plusieurs solutions ont déjà été proposées pour assurer notamment un effort convenablement réparti sur les gaines de ces aiguilles au niveau de chacune des grilles.En particulier, dans le 13F 1.584.335 au nom du Commissariat à L'énergie Atomique, les toles de la grille sont percées de larges évidements, séparés par des bandes étroites ondulées formant ressorts, en saillie vers l'intérieur et/ou l'extérieur des alvéoles et assurant, en liaison avec d'autres bandes ondulées ou avec des bossages ménagés dans les parties pleines des toles, une série de points d'appui pour chaque aiguille à la traversée de chaque alvéole. Chacune des aiguilles est ainsi maintenue selon deux directions différentes, en.quatre points régulièrement répartis à sa périphérie et également en plusieurs points selon la longueur, par autant de grilles que comporte l'assemblage.Grâce à la mise en oeuvre de bandes ondulées étroites séparant des évidements de dimensions notables, le fluide réfrigérant qui circule au contact de l'assemblage, assure un refroidissement efficace des aiguilles ; en outre, la forme et la disposition des bandes ondulées et des bossage d'appui, permettent d'assurer une absorption efficace des vibrations et des dilatations en cours de fonctionnement. Dans une realisation pratique de ce genre, les bandes ondulées formant ressorts, doivent maintenir les aiguilles combustibles avec un effort d'appui suffisant contre les bossages fixes des tôles, de façon notamment à éviter une usure par choc des gaines de ces aiguilles contre ces bossages sous l'effet des vibrations provoquées par l'écoulement du fluide de refroidissement. Par contre, ce serrage des aiguilles ne doit pas être trop énergique afin d'éviter l'écrasement des gaines, les ressorts constitués par les bandes ondulées devant cependant compenser convenablement les tolérances de fabrication sur les diamètres des aiguilles et sur les dimensions des alvéoles de la grille .En conséquence, la courbe représentant l'effort exercé par le ressort formé par chaque bande ondulée en fonction de sa flèche doit être la plus plate possible dans la plage de fonctionnement ; on est donc conduit à augmenter la flexibilité du ressort, sans pour autant pouvoir jouer sur l'écartement des tôles de la grille. La présente invention vise un perfectionnement apporté aux grilles d'espacement du genre ci-dessus, qui répond à cet impératif. A cet effet, l'invention se caractérise en ce que les parties des tôles au voisinage de leur liaison avec les bandes ondulées comportent des fentes, agencées de telle sorte que la torsion de la tôle dans la zone comprise entre chaque fente et une bande ondulée, s'ajoute à la flexion de ladite bande. D'autres caractéristiques d'une grille d'espacement perfectionnée selon les dispositions de la présente invention appa raîtront également à travers la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation, donnés à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la Fig. 1 est une vue schématique partielle, en perspective, d'une grille établie selon l'invention, - la Fig. 2 est une vue en élévation et en coupe d'une bande ondulée réalisée dans une des tôles de la grille de la Fig. 1, - les Fig. 3, 4, 5 et 6 sont des vues en perspective, illustrant différentes variantes de réalisation des tilles de la grille, - la Fig. 7 illustre enfin une série de courbes donnant la variation de la pression de contact en fonction de la flèche des ressorts mis en oeuvre dans les différentes solutions selon les figures précédentes. Sur la Fig. 1, la grille d'espacement selon l'invention est désignée dans son ensemble sous la référence 1, cette grille comportant de façon en elle-même connue, deux séries de-tssles parallèles, respectivement 2 et 3, perpendiculaires les unes aux autres de maniere à délimiter entre elles des alvéoles A, de section approximativement carrée, réservés au passage des aiguilles combustibles gainées (non représentées) d!un assemblage pour réacteur nucléaire, notamment à eau légère. Les deux séries de tôles perpendiculaires 2 et 3, sont emboîtées mutuellement au moyen de fentes étroites, réparties selon la longueur de ces tôles, celles-ci étant en outre fixées sur un cadre extérieur dont deux côtés vus sur le dessin sont respectivement repérés 2e- et 3a. Afin d'assurer le maintien des aiguilles combustibles dans les alvéoles A de la grille, les tôles 2 et 3 comportent dans leur partie médiane, de larges évidements 4, séparés par des bandes ondulées 5, présentant au moins une partie en saillie 6 dirige vers l'intérieur de l'alvéole situé en regard. Ces parties en saillie 6 des bandes ondulées 5 sont prévues pour appuyer les aiguilles contre des bossages, respectivement 7 et 8 dont seulement quelques uns apparaissent sur le dessin pour ne pas surcharger celui-ci, ces bossages étant ménagés dans les tôles 2 et 3 à leurs parties supé- rieure et inférieure. La vue en coupe de la Fig. 2-illustre plus en détail le profil et la disposition relative des bossages 7 et 8 et de la-bande ondulée 5 dans une t8le quelconque 2 de la grille. Enfin, les bords supérieur et inférieur des tôles 2a et 3a du cadre de la grille comportent des dents 9 de forme légèrement arrondie, inclinés vers le centre de la grille et destinés à faciliter la mise en place de cette dernière et surtout à éviter que deux grillez d'assemblages voisins ne s'acrochent mutuellement lors des manu tentions de ces assemblages.Avantageusement, les dents 9 présentent une ondulation latérale faisant légèrement saillie vers l'extérieur du cadre afin de maintenir un entretoisement convenable entre deux grilles voisines, une telle solution ayant notamment été décrite et revendiquée dans la demande de brevet nO 76 00522 au nom du Commissariat à l'Energie Atomique déposée le 9 Janvier 1976 pour Dispositif de guidage mutuel pour grilles d'espacement d'assemblage combustible de réacteur nucléaire". Conformément à l'invention et comme on le voit plus en détail sur la Fig. 3, la flexibilité de chaque bande ondulée 5 est améliorée en ménageant dans les t8les 2 et 3 correspondant au voisinage de leur zone de liaison avec chaque bande ondulée, des fentes 10 qui, dans ltexemple de réalisation considéré, stétendent parallèlement au bord opposé des tales, selon une direction sensi blement perpendiculaire à celle de la bande ondulée.Ces fentes 10 ménagées dans les parties pleines des tôles entre les bandes 5 et les bossages 7 et 8, permettent ainsi de faire participer à effort de flexion de chaque bande ondulée, la torsion de la partie de tflle comprise entre cette fente et la bande elle-mame, ce qui améliore considérablement la flexibilité de l'ensemble. Dans une autre variante de réalisation illustrée sur la Fig. 4, les tôles 2 et 3 de la grille 1 sont munies de fentes ti en forme de V, ménagées directement à la liaison des bandes ondulées 5 et des parties pleines de ces tôles. Dans une troisième variante illustrée sur la Fig. 5, les bandes ondulées 5 sont ménagées à travers les tales 2 et 3 de la grille de manière à incorporer directement les bossages 7 et 8. cette solution, ces bossages sur lesquels s'appuient les crayons combustibles dans chaque alvéole, ne sont plus fixes ; il en résulte une certaine dépendance des alvéoles entre eux puisqu'un effort plus élevé sur une bande ondulée quelconque formant ressort se répercute sur les bossages de l'alvéole voisin et ainsi de suite à travers l'ensemble de la-grille. Dans une autre variante enfin, les bandes ondulées de la grille, tout an se raccordant aux tôles planes à leurs extrémités selon des zones de liaison allégées par des fentes, conformément à l'une quelconque des dispositions envisagées précédemment, compo tent elles-mêmes des évidements aménagés de telle sorte qu'ils délimitent dans ces bandes des pattes d'appui présentant une élas ticité relative vis-a-vis de ces bandes. Celles-ci réalisent donc une association de deux ensembles à ressorts dont les effets sur les crayons traversant la grille se composent mutuellement, avec une flèche résultante, considérablement augmentée pour une même pression d'appui. Sur la Fig. 6, qui correspond à la variante ci-dessus, les tales telles que 2 ou 3 de la grille reliées entre elles par les bandes ondulées 5 comportent des fentes latérales 12 dont la forme peut correspondre à une des variantes précédentes ou présenter un profil de contour différent, le but visé étant, comme déjà exposé, d'améliorer la flexion de la bande dans sa zone de liaison avec les toles de la grille.Dans cette variante cependant, chaque bande ondulée comporte elle-même des évidements 13 dégageant de part et d'autre de la partie médiane 6 de chaque bande, deux pattes 14 reliées élastiquement à la bande par une de leurs extrémités. I1 en résulte un effort sur les crayons coopérant avec chacune des bandes considérées, produisant sur celles-ci un effort de flexion combinant celui qui s'exerce sur les pattes 14 d'une part et celui imposé à la bande 5 elle-meme, notamment dans ses zones de raccordement avec les tôles de la grille. L'ensemble des courbes représentées sur la Fig. 7, donne les valeurs des flexions comparées pour un intervalle de pressions de contact déterminé des ressorts sur les crayons de l'assemblage, correspondant au domaine d'utilisation pratique de ces ressorts. Ce domaine est schématisé sur le dessin par la zone hachurée. La courbe A correspond à un ressort d'appui de l'art antérieur tel qu'il a été rappelé au début de la présente description. Les courbes B, C, D et E correspondent aux variantes respectivement des Fig. 3, 4, 5 et 6. On voit ainsi que la flèche augmente sensiblement pour une même pression d'appui lorsque l'on passe de l'ureà l'autre de ces variantes. L'examen de ces courbes permet de choisir le mode de réalisation le plus approprié en tenant compte dtautres paramètres. En particulier, la courbe E, relative à la variante selon la Fig. 6, montre que la flèche desressori peut varier dans une large mesure sans que la pression d'appui sorte du domaine d'utilisation prévu. I1 en résulte l'avantage de faciliter le régiage de la pression des ressorts lors de la mise en oeuvre de la grille ; en revanche, le positionnement des crayons est éventuellement moins rigoureux qu'avec les autres solutions. Bien entendu, il va de soi que l'invention ne se limite pas à ces seuls exemples ; elle en embrasse au contraire toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Perfectionnement apporte aux grilles dtespacement pour assemblage combustible de réacteur nucléaire , comportant une structure ajourée constituée par un réseau de tales planes emboîtées mutuellement, délimitant des alvéoles vers ltintirieur desquels font saillie des bandes étroites ondulées séparant de larges évidements ménagés dans la surface des tales, caracterisé en ce que les parties des tales au voisinage de leur liaison avec les bandes ondulées comportent des fentes, agencées de telle sorte que la torsion de la tôle dans la zone comprise entre chaque fente et une bande ondulée, s'ajoute à la flexion de ladite bande. 2. Perfectionnement selon la revendication t, caractérisé encre que les fentes s'étendent parallèlement aux bords opposés des tales, et perpendiculairement à la direction des bandes ondulées. 3. Perfectionnement selon la revendication t, caractérisé en ce que les fentes présentent une forme en V et sort ménagées à la liaison des bandes ondulées et des tales. 4. Perfectionnement selon la revendication ?, caractérisé en ce que les bandes ondulées se prolongent par des parties en saillie formant bossages d'appui, les fentes ménagées dans les tales délimitant latéralement lesdits bossages. 5. Perfectionnement selon la revendication t, caractérisé en ce que les bandes ondulées comportent elles-mEmes des évidements aménagés de telle sorte qu'ils délimitent des pattes d'appui présentant une élasticité relative uis-a-vis desdites bandes.