Brevet FR2493024A1 — publié le 19820430

DISPOSITIF DE LIAISON DS D##NTABLE POUR LA REALISATION DES ASSE#1BLAGES COMBUSTIBLES DES RECTEURS NUCLEAIRES A EAU LECERE Le dispositif, qui fait l'objet de l'invention, s'applique à la réalisation des assemblages combustibles qui constituent le coeur des réacteurs nucléaires à eau légère. Il s'applique plus particulièrement à la réalisation des liaisons entre les plaques d'extrémité et les assemblages combustibles, chacun de ceux-ci comprenant un ensemble de crayons combustibles et de tubes de guidage de barres de contrôle associés entre eux. De façon encore plus précise, et dans le cas des assemblages combustibles des réacteurs à eau pressurisée, le dispositif suivant l'invention permet d'assurer une liaison démontable entre des manchons, raccordés par une extrémité à l'assemblage combustible et les plaques d'extrémité qui limitent cet assemblage aux extrémités supérieuleet inférieure, et contrôlent la circulation de l'eau pressurisée à travers l'assemblage. Dans le cas de ces réacteurs, il est de pratique courante d'assurer la liaison entre chaque assemblage combustible et les plaques d'extrémité au moyen d'un certain nombre de manchons dont l'une des extrémités est solidarisée avec une grille d'espacement des crayons combustibles ou encore avec un tube de guidage de barre de contrôle et dont l'autre extrémité est soudée à la plaque d'extrémité correspondante. Dans le cas de la plaque d'extrémité supérieure, on effectue des soudures annulaires qui solidarisent les bords des orifices que comporte cette plaque avec les extrémités des manchons engagoesdans ces orifices. Une telle disposition permet le libre passage des barres de contrôle qui peuvent ainsi traverser la plaque d'extrémité supérieure et circuler à travers les manchons et les tubes de guidage qui les prolongent. Un tel mode de liaison, sûr et efficace, présente cependant un gros inconvénient qui est la très grande difficulté, et meme la quasi impossi bilié de démontage. En effet, il peut arriver qu'un ou plusieurs crayons combustibles fai sant partie d'un assemblage s'avèrent défectueux après une très courte période d'utilisation. Dans un tel cas, il serait souhaitable de pouvoir démonter l'assemblage afin de remplacer le ou les crayons combustibles défectueux. Etant donné le très fort rayonnement émis par les crayons combustibles irradiés, une telle opération ne peut être effectuée qu'à distance, au moyen d'un appareillage télécommandé, l'assemblage défectueux étant en général immergé dans de l'eau et recouvert d'une couche de plusieurs mètres d'épaisseur pour arrêter le rayonnement. On comprend que, dans de telles conditions, il est extrémement difficile et, en tous cas, très coûteux d'envisager d'enlever des cordons de soudure, par exemple par usinage, puis, après remplacement des crayons défectueux, de refaire ces mimes cordons. Aussi, on préfère en général renoncer au démontage et rebuter l'assemblage combustible en entier bien qu'il n'y ait éventuellement qu'un seul crayon défectueux sur plus de deux cents. On a donc recherché la possibilité de réaliser une liaison démontable entre l'assemblage combustible et les plaques d'extrémité supérieure et inférieure. Une telle liaison doit, en premier lieu, présenter une tenue mécanique suffisante pour supporter sans déformation le poids de l'assemblage au cours de la manipulation de celui ci. Après mise en place dans le réacteur, cette liaison doit pouvoir résister plusieurs années aux contraintes thermomécaniques ainsi qu'aux efforts dynamiques du courant d'eau. Cette liaison doit en particulier être insensible aux vibrations. Par ailleurs, le montage et le démontage d'une telle liaison doivent pouvoir être assurés facilement au moyen d'outils télécommandés, l'assemblage étant immergé dans l'eau. De même, étant donné les contraintes opératoires, les risques de chutes éventuelle de petites pièces doivent être supprimés, ou leurs conséquences minimisées. En effet, l'insertion éventuelle d'une petite pièce métallique telle que boulon, écrou ou cer clip au niveau d'un passage d'eau le long d'un crayon combustible, peut devenir une cause de surchauffe locale en cours de fonctionnement et, par la suite, de fissuration. Dans le cas de la liaison avec une plaque d'extrémité supérieure, celleci doit aussi permettre le libre passage à travers elle des barres de contrôle, ce qui veut dire que les orifices de la plaque d'extrémité, des manchons et des tubes de guidage doivent être parfaitement alignés et dépourvus de toutes aspérités susceptibles de freiner ou d'accrocher les barres pendant leur déplacement. Enfin, bien que ce ne soit pas nécessaire dans tous les cas, il est souhaitable que la liaison démontable permette de raccorder entre eux non seulement des alliages de même composition ou de compositions voisines, mais aussi des alliages de métaux différents et, en particulier, des alliages qu'il n'est pas possible de raccorder par soudage. Il est souhaitable, en particulier, de pouvoir assurer une liaison démontable entre des manchons en alliages de zirconium, tels que le zircaloy 2 ou le zircaloy 4, avec une pièce d'extrémité en un acier inoxydable austénitique, tel que les aciers 304 ou 316 (normes Ase). Le dispositif de liaison démontable suivant l'invention permet de résoudre ces différents problèmes. Ce dispositif de liaison pour assemblage combustible pour réacteur nu cléaire, permet de solidariser de façon démontable les extrémités libres d'un ensemble de manchons tubulaires à axes parallèles, qui prolongent l'assemblage,avec une plaque d'extrémité perpendiculaire aux axes des manchons. Il comporte un ensemble de trous percés dans la plaque d'extrémité de part en part, chaque trou étant en regard de l'extrémité d'un manchon et comportant du côté du manchon une zone d'entrée, dans laquelle peut être engagée l'extrémité du manchon, tandis qu'un moyen de serrage fileté introduit dans le trou depuis la face opposée de la plaque, assure la mise en appui de l'extrémité du manchon sur une portée annulaire. Les exemples non limitatifs ci-après permettent de mieux comprendre les caractéristiques du dispositif de liaison démontable suivant l'invention et deux modes de réalisation de ce dispositif. La figure 1 représente, dans le cas d'une liaison entre un assemblage d'éléments combustibles et une plaque d'extrémité supérieure, un premier mode de réalisation du dispositif suivant l'invention, suivant coupe A-A (fig. 2) La figure 2 est une vue en plan de la figure 1. La figure 3 représente, dans le même cas que la figure 1, un deuxième mode de réalisation de ce dispositif, suivant coupe A-A (fig. 4). La figure 4 est une vue en plan de la figure 3. Pour une raison de sImplification, on a représenté sur les figures 1 à 4, une partie seulement du dispositif de liaison suivant l'invention. Pour cette raison, on ne voit sur chaque figure qu'un seul manchon et un seul trou percé dans une partie de la plaque d'extrémité alors qu'en fait, il s'agit d'un ensemble de manchons dont les extrémités s'engagent dans un ensemble de trous de la plaque d'extrémité. EXi > STR 1: Les figures 1 et 2 représentent un premier mode de réalisation du dispositif de liaison démontable suivant l'invention. Ce dispositif comporte une plaque d'extrémité supérieure (1) et un ensemble de manchons tels que (2) prolongeant un assemblage combustible non représenté. Dans la plaque (1), un trou (3) comporte une zone d'entrée (4) dans laquelle est engagée l'extrémité (5) du manchon (2). Un moyen de serrage annulaire (6) comporte un filetage mâle (7) qui coopère avec le filetage femelle correspondant de l'extrémité (5) du manchon. Le manchon (2) est raccordé à l'assemblage par une soudure annulair##ui assure la liaison avec le tube de guidage (9). Cette liaison entre manchon (2) et tube de guidage (9) peut aussi être assurée par soudage par points ou, éventuellement, par un moyen mécanique tel que le sertissage. Le diamètre intérieur de l'alésage du moyen de serrage (6) est égal au diamètre intérieur du tube de guidage (9) pour permettre le libre passage des barres de contrôle. A la partie supérieure, le moyen de serrage (6) comporte une bride (10) qui vient en appui au serrage sur la plaque d'extrémité (1). Cette bride comporte une partie amincie (11) qu'il est possible de déformer de façon permanente au moyen d'un coup de pointeau par exemple. Un tel coup de pointeau donné au niveau des trous (13) et/ou (14) permet une déformation locale de la partie amincie de la bride comme on le voit en (12). Une telle déformation assure le freinage du moyen de serrage et évite les desserrages dûs aux vibrations. Le moyen de serrage est, de préférence, réalisé en acier inoxydable ferritique, tel que l'acier à 17 % de chrome, pour permettre l'attraction par un aimant. De plus, une zone de préhension (15) facilite l'extraction et la mise en place. Enfin, des fentes radiales telles que (16) et (17) permettent le vissage et le dévissage. On voit clairement que, grâce au vissage du moyen de serrage (6), l'extrémité (5) du manchon est mise en appui sur la portée annulaire (18). EXEMPLE 2 Les figures 3 et 4 représentent un deuxième mode de réalisation du dispositif suivant l'invention. Ce dispositif permet, comme dans le cas de l'exemple 1, de réaliser une liaison démontable entre une plaque d'extrémité (19) et un ensemble de manchons dont un seul est figuré. Ce manchon (20) est, comne dans l'exemple 1, raccordé par une soudure annulaire (21) à l'extrémité (22) d'un tube de guidage solidaire d'un assemblage combustible non représenté. L'extrémité de ce manchon comporte une collerette (23) et quatre fentes longitudinales telles que (24) réparties sur la périphérie. La largeur et la longueur de ces fentes sont déterminées de façon connue de l'homme de l'art, pour que, par serrage élastique, on puisse réduire le diamètre extérieur de la collerette (23) à un diamètre au plus égal à celui de la zone de diamètre réduit (25) du trou qui traverse la plaque d'extrémité (19). A l'entrée de ce trou, une zone à parois convergentes (26) permet d'introduire le manchon par simple pression. On voit qu'une fois dépassée la zone de diamètre réduit, il y a retour élastique de la collerette qui peut reposer sur la portée annulaire (27). Le moyen de serrage (28) comporte un filetage mâle (29) qui coopère avec un filetage femelle (30) réalisé dans l'alésage du trou dans sa zone de diamètre élargi.Le bord circulaire (31) du moyen de serrage vient s'appli quer sur le bord intérieur de la collerette (23) et assure donc la mi- se en appui de celle-ci sur la portée annulaire (27). On voit que, grâce à la taille tronconique du bord (31) et du bord correspondant de la collerette (23), la force de serrage sur la collerette présente une résultante qui tend à évaser celle-ci et évite tout risque d'extraction du manchon sans desserrage du moyen (28). Le freinage du moyen (28) est assuré de la même façon que dans l'exemple 1. De même, comme dans l'exemple 1, sont prévus un moyen de préhension (32) et des moyens de vissage et dévissage tels que les fentes radiales (33). D'autres modes de réalisation du dispositif suivant l'invention peuvent être envisagés qui ne sortent pas du domaine de celle-ci. C'est ainsi que les détails d'exécution de la liaison démontable entre le manchon qui prolonge l'assemblage combustible et cet assemblage lui-même peuvent comporter de nombreuses variantes. On peut, en particulier, envisager d'utiliser comme manchon de raccordement, un simple prolongement du tube de guidage, conçu pour s'engager dans chaque trou correspondant de la plaque d'extrémité et être mis en appui sur une portée annulaire par un moyen de serrage suivant l'invention. De même, de nombreux détails de réalisation des moyens de serrage suivant l'inasention, peuvent être envisagés. C'est ainsi, par exemple, que les moyens de préhension, de freinage ou de blocage utilisés en association avec le moyen de serrage, peuvent comporter de nombreuses variantes On peut envisager aussi l'utilisation d'un moyen de serrage ne faisant pas appel à un filetage. De même, différents moyens peuvent être envisagés pour permettre le serrage élastique de l'extrémfté du manchon dans le cas où, suivant ltexem- ple 2, cette extrémité franchit une zone de diamètre réduit. On peut utiliser, en particulier, un nombre variable de fentes disposées de multiples façons. PJWENDI CAT IONS 10/ - Dispositif de liaison démontable pour assemblage d'éléments com bustibles pour réacteur nucléaire au moyen duquel on solidarise les extrémités libres (5-23-9 d'un ensemble de manchons tubulaires à axes parallèles (8-20), qui prolongent l'assemblage, avec une plaque d'ex trémité (1-19) perpendiculaire aux axes des manchons, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble de trous (3-25) percés dans la plaque de part en part, chaque trou étant en regard de l'extrémité d'un manchon et comportant du côté de ce manchon une zone d'entrée (4-26) dans laquelle peut être engagée l'extrémité de celui-ci et un moyen de serrage fileté (6-28), introduit dans le trou depuis la face opposée de la plaque, qui assure la mise en appui de l'extrémité de ce manchon sur une portée annulaire (18-27). 20/ - Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que chaque trou (3) comporte au fond de la zone d'entrée une portée annulaire (18) dont le diamètre intérieur est inférieur au diamètre extérieur de l'extrémité (5) du manchon correspondant et supérieur au diamètre de l'alésage de ce manchon, cet alésage comportant un filetage femelle avec lequel peut coopérer un filetage mâle (7) que comporte l'extrémité du moyen de serrage (6). 30/ - Dispositif suivant revendication 1, caractérisé en ce que ltex- trémité de chaque manchon comporte une collerette (23) en surépaisseur sur une partie au moins de sa périphérie et au moins une fente longitudinale (24) qui entaille la paroi sur toute son épaisseur à partir de son extrémité, et en ce que la zone d'entrée (26) de chaque trou comporte une zone de diamètre réduit (25), ce diamètre étant au moins égal au diamètre extérieur du manchon dans sa partie courante et inférieur au plus fort diamètre de la collerette au repos, cette zone étant raccordée par une portée annulaire (27) à une zone élargie de diamètre au moins égal au plus fort diamètre de la collerette au repos et en ce que cette zone élargie comporte un filetage femelle (30) avec lequel peut coopérer un filetage mâle (29) que comporte l'extrémité du moyen de serrage. 40/ - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moyen de serrage est annulaire. 50/ - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de serrage comporte une zone de préhension (15-32). 6 / - Disposition suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le moyen de serrage est en métal ferromagnétique. 70/ - Dispositif suivant l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le moyen de serrage exerce sur la collerette une force à résultante qui tend à l'évaser 8 / - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de serrage comporte un moyen de freinage.