Brevet FR2473773A1 — publié le 19810717

- 1 - Chemise d'usure pour assemblage combustible de réacteur nucléaire La présente invention est du domaine des assemblages combus- tibles de réacteur nucléaire. Elle vise plus particulièrement un perfectionnement dans la réalisation des chaussettes ou tubes de guidage des barres de commande en vue de minimiser l'usure de ces barres de commande sur ces chaussettes ou tubes de guidage pendant la marche du réacteur. Les assemblages combustibles des réacteurs nucléaires du com- merce comportent un réseau de barres de combustible et de tubes de guidage de barre de commande maintenus en rapport d'espacement les uns avec les-autres par des grilles d'une configuration en casier k oeufs situés à intervalles sur leur longueur. Des buses, supérieure et inférieure, sont reliées aux tubes de guidage de barre de commande et ces composants, conjointement avec les grilles forment la charpente structu- relle de l'assemblage. Les tubes de guidage fournissent prin- cipalement un chemin de passage pour l'insertion et le retrait des barres de commande lorsque ces dernières sont déplacées verticalement pour commander les phénomènes de fission dans le réacteur. Chaque tube de commande de barre de guidage est ouvert aux deux extrémités pour permettre au caloporteur de circuler verticalement dans ce tube pendant la marche du réacteur. Comme ce caloporteur circule à grande vitesse et forte pres- sion, il présente la caractéristique d'induire des vibrations dans les barres de commande, les amenant ainsi à venir en con- tact rapidement et de façon cyclique avec la surface inté- rieure de leurs tubes de guidage. Cette action provoque de l'usure dans les tubes de guidage, particulièrement dans les zones ou l'extrémité de la barre de commande se trouve en face des surfaces intérieures du tube de guidage. Cette usure se -2 - produit circonférenciellement sur le tube de guidage et il est clair que puisque les barres de commande ne sont pas dé- placées sur une longue distance pendant une période de temps relativement longue, cette usure provoquera un affaiblissement d'une grandeur suffisante, dans chaque tube de guidage, pour diminuer notablement sa vie utile. Brièvement énoncé, pour surmonter les inconvénients exposés ci-dessus de l'art antérieur, une chemise d'usure à minces parois est montée dans la partie supérieure de chaque tube de guidage de barre de commande et est fixée par sa partie supé- rieure à la buse supérieure. Cette chemise est, de préférence, constituée d'acier inoxydable et est munie d'une surface en chrome dur ou autre surface résistant à l'usure, au point o se produit l'usure principale sur la longueur du tube de gui- dage. Bien que la chemise soit décrite comme étant vissée dans la buse, elle peut être sertie dans des rainures internes ou fixée d'autre manière dans l'extension de la buse. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante d'une forme de réalisation non limitative, en réfé- rence au dessin annexé dans lequel: - la figure t est une coupe verticale représentant la disposi- tion d'une chemise d'usure dans une enveloppe renfermant l'extrémité d'un tube de guidage de barre de commande; et - la figure 2 est une vue en plan du tube de guidage de la figure 1. Sur le dessin, dans lequel une même référence désigne des parties semblables ou analogues dans les différentes vues, est représenté un tube de guidage de barre de commande unique en rapport avec une autre structure classique de support, au sommet de l'assemblage combustible de réacteur nucléaire. - 3 - Bien que plusieurs tubes de guidage de barre de commande soient utilisés dans chaque assemblage, un seul est représenté ici pour illustrer l'invention. Une enveloppe 12 qui renferme chaque tube de guidage 10 est équipée de filetages extérieurs 14 à sa bases qui se vissent dans des filetages complémentaires 16 usinés dans une plaque d'adaptation 18 fixée de façon immua- ble dans la buse supérieure de l'assemblage combustible. Pour empocher l'enveloppe de tourner pour sortir de la plaque d'adaptation, un certain nombre de points de soudure 20 sont effectués à des intervalles espacés sur l'interface plaque d'adaptation - enveloppe. L'extrémité supérieure de l'enveloppe 12 comporte une partie 22 de diamètre accru ayant une lèvre ou saillie 23 adaptée pour venir au contact d'un croisillon 24. Une plaque supérieure de coeur 26 contient une ouverture 28 dans laquelle fait sail- lie l'extrémité supérieure des enveloppes 22. Lorsque la plaque de coeur est mise en place initialement dans le réacteur, elle engage la surface supérieure du croisillon 24 comme représenté et lVoblige à se déplacer vers le bas et ainsi, à comprimer un ressort 30 d'une quantité initiale pour exercer une force ou charge dirigée vers le bas sur l'assemblage combustible. Cette force exercée initialement sert à empocher le mouvement vers le haut de l'assemblage combustible, résultant des forces hydrauliques dirigées vers le haut imposées à l'assemblage combustible pendant la marche du réacteur. Au démarrage, lors- que le réacteur s'échauffe jusqu'à sa température de marche, l'assemblage combustible et les chaussettes de guidage se dilatent et augmentent de longueur0 Le but de l'ouverture 28 dans la plaque de coeur est d'admettre la dilatation corres- pondante de la chaussette de guidage et, puisqu'ils ne sont pas empochés dans leur mouvement axial, les tubes se déplacent vers le haut dans l'ouverture 28 quand ils s'accroissent en longueur et que la plaque 18 comprime initialement le ressort 30 'à l'encontre de la face inférieure du croisillon fixe 24 et de la plaque de coeur 26. -4- Chaque tube de guidage de barre de commande dans l'enveloppe 12 se termine en 32 à, quelques cm de l'extrémité supérieure de l'enveloppe. Ce tube est fixé de façon inamovible dans l'enveloppe 12, par une paire de rainures usinées 34, 36 et - les parois de ce tube de guidage, qui sont embouties vers l'extérieur dans ces rainures comme représenté au dessin, pour verrouiller totalement et de façon inamovible les pièces contre un mouvement axial relatif. L'extrémité supérieure de l'enveloppe 12 est d'un diamètre intérieur, supérieur à celui du reste de la longueur de l'enveloppe et est muni de fileta- ges à vis 38. Pour éliminer l'usure vers l'extrémité supérieure de chaque tube de guidage de barre de commande dans les zones o l'ex- trémité de chaque barre de commande est située, une chemise d'usure 39 est fixée dans l'extrémité supérieure du tube de guidage par une liaison par filetages 40. La surface exté- rieure de la chemise porte des filetages extérieurs, sur en- viron 2,5 à 4,0 cm depuis son extrémité supérieure, filetages qui s'engagent avec les filetages complémentaires 38 formés sur la partie élargie de l'enveloppe 120 L'extrémité supérieure de la chemise est martelée en 42 pour verrouiller sûrement la chemise dans le tube de guidage. Cette caractéristique permet à cette chemise d'être enlevée et remplacée par une nouvelle chemise dans l'éventualité d'un dommage ou d'une usure anor- male. Pour supporter l'usure, la chemise d'usure est revêtue d'une couche de chrome sur la totalité de la zone filetée et sur la surface intérieure de cette chemise. Cette chemise s'étend vers le bas à travers l'enveloppe 12 et dans la chaus- sette de guidage de barre de commande sur environ 61 cm puis- que la partie principale de l'usure se situera dans cette région. Il est clair que l'invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus, mais qu'elle englobe toutes les modifications et variantes issues du même principe de base. C'est ainsi que, par exemple, l'extrémité supérieure de la chemise d'usure pourrait être fixée mécaniquement k la buse supérieure par des zones ou saillies, comme représentées en 36, au lieu des filetages représentés au dessin. -6- REVNDICATIONS 1. Tube de guidage perfectionné de barre de commande pour un assemblage combustible de réacteur nucléaire, caractérisé en ce qu'il comprend: un tube adapté à s'étendre le long de cet assemblage combustible, une enveloppe enfermant la partie supérieure de ce tube, un dispositif fixant ce tube à l'enve- loppe, et une chemise d'usure ayant un diamètre seulement légèrement supérieur à celui d'une barre de commande et adap- tée pour être positionnée dans l'extrémité supérieure de ce tube, un matériau à haute résistance à l'usure étant prévu sur la surface interne de la chemise d'usure pour supporter l'action d'usure sur cette chemise, causée par une barre de contr6le se déplaçant par rapport à cette chemise pendant la marche du réacteur dans lequel le tube de guidage de barre de commande est adapté pour être utilisé. 2. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif fixant le tube à l'enveloppe comporte au moins une rainure usinée dans la surface intérieure de cette enveloppe et que le matériau constituant le tube est déplacé dans ces rainures pour empêcher de ce fait un mouvement axial du tube par rapport à l'enveloppe. 3. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe comporte une partie supérieure ayant un diamètre intérieur plus grand que le diamètre intérieur de la longueur de tube restante, tandis que la chemise d'usure dans le tube présente un diamètre intérieur uniforme sur toute sa longueur et un diamètre extérieur plus grand à son extrémité supé- rieure à l'opposé de la partie supérieure de l'enveloppe, et que le dispositif fixant la chemise d'usure sur l'enveloppe comporte des pièces de verrouillage supplémentaires sur les surfaces s'épousant, de la chemise d'usure et de l'enveloppe qui maintiennent la chemise immobile dans le tube. - 7 - 4. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que le tube dans l'enveloppe se termine à son extrémité supérieure juste au-dessous de la partie de plus grand diamètre intérieur de l'enveloppe pour créer un espace cylindrique à l'intérieur duquel est située la partie de plus grand diamètre extérieur de la chemise, 5. Tube selon la revendication 4, caractérisé en ce que les pièces supplémentaires de verrouillage situées respectivement sur les surfaces de la chemise d'usure et de la partie supé- rieure de l'enveloppe comportent des filetages usinés qui ser- vent à maintenir la chemise d'usure immobile dans l'enveloppe. 6. Tube selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à haute résistance à l'usure situé sur la chemise comporte du chrome qui est déposé sur la surface intérieure de cette chemise d'usure. 7. Tube selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité supérieure de la chemise d'usure est déformée vers l'extérieur jusqu'à engagement avec l'enveloppe pour verrouiller sûrement cette chemise d'usure dans cette enve- loppe.