Brevet FR2490393A1 — publié le 19820319

Assemblage combustible reconstituable pour un réacteur nucléaire La présente invention concerne un assemblage combus- tible pour réacteur nucléaire et elle a trait, plus particulière- ment, à une conception de buse inférieure perfectiennée qui permet k l'assemblage d'être commodément reconstitué aprbs sa combustion partielle dans le coeur d'un réacteur. Un assemblage combustible du type utilisé dans les réacteurs nucléaires industriels classiques comprend un réseau de barres de combustible maintenues parallèlement espacées les unes des autres par des grilles espacées le long des barres de combustible. Ces grilles sont fixées h de nombreux tubes-guides ou chaussettes de barres de commande qui sont intercalées parmi les barres de combustible et qui se terminent par une buse ou embout supérieur et une buse ou embout inférieur. Les tubes- guidas sont soudés à leurs extrémités supérieure* à une buse supérieure et h leurs extrémités inférieures à la grille la plus basse de l'assemblage par un élément de fixation du type fileté tel que celui illustré sur la figure 3 dans le brevet U.S. NO 3 791 466. Pendant l'opération de fabrication des barres de combus- tible ou après cette opération pendant que la barre de combusti- ble est soumise b une irradiation dans un réacteur en fonction- nement, des fissures, des fentes ou des crevasses peuvent se former dans la matière de revêtement des barres de combustible et ces brèches peuvent entratner l'échappement de produits radio-actifs des barres de combustible dans le réfrigérant pri- maire du réacteur pendant le fonctionnement de ce réacteur ou bien dans la cavité inondée du réacteur pendant le rechargement en combustible, ou bien encore dans la piscine de stockage de combustible épuisé se trouvant h l'endroit de l'installation du réacteur ainsi qu'à l'endroit des appareils de retraitement. Si une telle fuite se produit à partir des barres de combustible, l'assemblage de combustible avec ses barres de combustible défectueuses ne peut pas être recyclé dans le réacteur et il en résulte un désavantage financier sérieux pour la société productrice d'énergie, car le combustible restant en bon état doit ttre mis au rebut en même temps que le combustible défec- tueux. De plus, il faut procéder à des manipulations spéciales pour mettre au rebut la totalité des barres de combustible pour assurer que le personnel et l'équipement ne soient pas exposés aux effets nuisibles du combustible radio-actif. Les assemblages de combustible classiques ne se prttet pas dteux-mêmes à une reconstitutionc, est-à-dire à l'enlève- ment et au remplacement des barres de combustible endommagées, même si les buses inférieures de l'assemblage combustible sont fixées aux chaussettes d'une manière qui permet leur enlèvement. Ces conceptions connues permettent de démonter les buses des assemblages irradiés uniquement par découpage des soudures à l'endroit des éléments de fixation qpi assujettissent les buses aux tubes-guides de barres de commande, puis dévissage de cha- que élément de fixation et enlèvement de la buse. Toutefois, après remplacement des barres défectueuses d'un assemblage, le remontage de la buse, l'installation et la remise en place des éléments de fixation filetés h l'aide de soudures est une entre- prise très difficile et très longue. En plus des difficultés que l'on éprouve h effectuer un soudage sous l'eau, l'élément de fixation fileté n'est pas congu pour une installation effec- tuée h distance et c'est pourquoi il existe un risque élevé d'un engagement-défectueux et d'un grippage du filetage lorsque l'élément de fixation est vissé dans la buse inférieure et dans les parties assemblées. Il va de soi que si un tel accident se produit, comme par exemple un engagement défectueux ou un grip- page du filetage pendant le vissage de l'élément de fixation, il y a de fortes chances que le succès de la reconstitution sera compromis avec pour conséquence une perte financière impor- tante et des problèmes de mise au rebut difficiles à résoudre. C'est pourquoi la présente invention a pour objet principal un assemblage combustible reconstituable comportant une buse inférieure démontable assurant une commodité d'accès pour la détection et le démontage des barres de combustible,et une facilité de remplacement des barres et de remontage de la buse inférieure sur l'assemblage. Compte tenu de cet objet, la pré- sente invention réside dans un assemblage combustible reconsti- tuable comprenant un réseau de barres de combustible maintenues radialement espacées les unes des autres par des grilles espa- cées le long des barres de combustible, des tubes-guides de barres de commande intercalés en vue d'une action eombinée parmi les barres de combustible et fixés aux grilles, des buses ou embouts supérieurs et inférieurs fixés aux extrémités des- dits tubes-guides, des bouchons d'extrémité fixés à la base de chacun desdits tubes-guides, ehaque bouchon comportant une ouverture centrale filetée et un élément de fixation-reliant mutuellement la buse inférieure à chaque bouchon d'extrémité de tube-guide associé, lesdits éléments de fixation comprenant une tête et une tige qui fait corps avec cette tte et qui s'étend jusque dans ledit bouchon d'extrémité, ladite tige étant. filetéeo extérieurement sur la majeure partie de sa len- gueur et étant -conçue pour être vissée dans l'ouverture filetée du bouchon d'extrémité pour associer la buse inférieure et les tubes de guidage sous la forme d'un assemblage rigide et ferme, caractérisé par le fait que ledit élément de fixation comporte des sections dont le diamètre diminue successivement et qui font saillie de la tige filetée pour faciliter l'entrée de l'élément de fixation dans-'une position permettant de le visser dans le bouchon d'extrémité, ladite tête de l'élément de fixa- tion comportant une cavité adaptée pour recevoir un outil des- tiné à effectuer le vissage des pièces, et ladite tOte d'élé- ment de fixation comportant une partie pouvant être engagée dans la buse inférieure pour bloquer l'élément de fixation à la buse de manière à empocher ainsi son échappement accidentel du tube-guide pendant le fonctionnement du réacteur. On va maintenant décrire un mode de réalisation préféré de la présente invention à titre illustratif et non limitatif en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une partie d'un assemblage combustible comprenant des buses supérieure et inférieure et des barres de combustible ainsi que des chaussettes ou tubes-guides de barres de commande placés entre ces barres de combustible; la figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, du dispositif utilisé pour fixer la buse inférieure à une chaussette de barre de commande; la figure 3 est une vue de dessous du dispositif utilisé sur la figure 2-; la figure 4 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une variante de dispositif utilisé pour fixer une buse inférieure à une chaussette de barre de commande; la figure 5 est une vue de dessous du dispositif utilisé sur la figure 4; et la figure 6 montre la conception d'un outil utilisé pour effectuer la mise en place des éléments de fixation dans la buse inférieure et leur enlèvement de cette dernière. En se référant maintenant aux dessins, o les mimes références désignent les mêmes pièces ou les pièces correspo"- dantes sur toutes les figures, on voit que l'on a représenté sur la figure 1 une partie d'un assemblage combustible 10 pour réacteur nucléaire, cet assemblage comprenant une multiplicité de barres de combustible 12 maintenues radialement espacées les unes des autres par un certain nombre de grilles 14 espa- cées le long des barres de combustible. Dans une conception classique d'assemblage combustible du type 17 X 17, la longueur des barres de combustible est de l'ordre d'environ 4,3 mètres et huit ou neuf grilles 14 sont espacées le long de l'assem- blage. Un certain nombre de chaussettes ou tubes-guides 16 de barres de commande sont intercalés en vue d'une action combinée parmi les barres de combustible et ont un calibre suffisant pour loger les barres de commande qui sont utilisées pour con- tribuer ' la commande du processus de fission dans le réacteur. Les chaussettes sont fixées à une buse supérieure 18 par 2490393 l'intermédiaire d'une manchette 20 qui est fixée à la buse 18 par des soudures 22. Des protubérances 24 faisant saillie vers l'extérieur et formées dans le manchon et la chaussette b 900 d'intervalle fixent les pièces l'une à l'autre. Les tubes-guides 16 de barres de commande sont fixés de façon similaire à une buse inférieure 26 qui est conçue pour absorber le poids des éléments constitutifs situés au-dessus en plus de diriger l'écoulement du fluide réfrigérant vers le haut à travers l'assemblage combustible. Comme on peut le voir sur la figure 2, chaque tube-guide 16 de barre de commande est fixé b la buse inférieure 26 par l'intermédiaire d'une manchette rapportée 28 de grille et d'un élément de fixation 30. La man.- chette 28 a une configuration tubulaire et un diambtre calculé pour juste contenir l'extrémité du tube-guide 16. L'extrémité inférieure 32 est arasée pour s'appuyer fermement sur la surface supérieure 34 de la buse inférieure 26. Un bouchon d'extrémité 36 soudé dans l'extrémité de chaque tube-guide 16 de barre de commande comporte un passage central fileté en 38 sur toute sa longueur* Un élément de fixation 30 en acier inoxydable utilisé pour raccorder mutuellement les pièces comporte un filetage extérieur 40 qui se visse dans le filetage complémentaire 38 formé sur la surface intérieure du bouchon d'extrémité et a une longueur suffisante pour s'étendre sensiblement sur la totalité de la longueur du bouchon d'extrémité 36. On voit que la conception des diverses pièces favorise considérablement l'assemblage de la buse inférieure avec l'en- semble des chaussettes ou tubes-guides au cours de la fabrica- tion. Pour cela, pendant la reconstitution de l'assemblage combustible, on le place dans une position inversée de telle sorte que la base de l'assemblage se trouve en haut mais néan- moins encore à un niveau situé b environ 3,70 mètres en dessous de la surface de l'eau présente dans la chambre de recharge. Du fait que la totalité de la longueur de l'élément de fixation fileté 30 de la chaussette n'est que de 4,8cm environ et que le diambtre maximal du filetage est de 0,6 cm et compte tenu du fait qu'aucune des pièces ne doit s'échapper des outils de manutention, il va de soi que ces pièces doivent &tre conçues pour faeiliter le remplacement et doivent présenter un degré élevé de simplicité et de fiabilité si on veut obtenir une reconstitution réussie à la distance d'tenviron 6 a. L'extrémité 42 de l'élément de fixation 30 a u n e structure longue et étroite qui sert de guide d'entrée à l'élément de fixation quand on l'introduit dans la buse 26 et dans le bouchon d'ex- trémité 36 de tube-guide. Pour que l'télément de fixation ne reste pas suspendu pendant son insertion, la tige ou queue de cet élément de fixation est inclinée vers l'extérieur sous un angle de 45 pour présenter une surface inclinée 44 qui favorise le glissement de l'élément dans-l'ouverture axiale du bouchon dtextrémité. La surface inclinée se raccorde à un corps cylin- drique 46 qui est relativement long et dont la surface exté- rieure est lisse et de diamètre légèrement inférieur à l'ouver- ture annulaire du bouchon d'extrémité. Du fait que ce corps est relativement long par rapport à la longueur de l'élément de fixation, il agit de manière à orienter et à aligner de façon précise la queue de l'élément de fixation dans le bouchon d'ex- trémité avant que le vissage des filetages complémentaires 38, ait lieu. Pour faciliter le vissage initial des parties filetées 38, 40 sans fausser ou érafler le filetage, ltextrémité du corps cylindrique comporte aussi une surface inclinée 48. En se référant à la figure 2, on voit qu'en réalité le filetage commence, c'est-à-dire est taillé, dans cette surface inclinée 48. En concevant l'élément de fixation de cette manibre, il est évident que l'on obtient une transition parfaite b la jonction des filetages 38, 40 juste avant que l'élément de fixation soit vissé dans le bouchon d'extrémité. Un chromage de la section filetée contribue aussi à protéger les filetages contre un en- dommagement et toute tendance à une éraflure ou corrosion. L'extrémité avant ou tête 50 de l'élément de fixation se présente sous la forme d'une cuvette de blocage qui bloque en position l'élément de fixation après que les pi4ces ont été assemblées. Cette extrémité avant comporte un large rebord 52 conçu pour venir porter contre une surface usinée complémen- taire 54 qui sert de base d'application de couple lorsque l'élément de fixation fait venir le manchon rapporté 28 de grille ainsi que le bouchon d'extrémité 36 de tube-guide en contact avec la surface supérieure 34 de la buse inférieure. La tête 50 comprend, en outre, à son extrémité inf4- rieure une paroi cylindrique 56 relativement mince ayant la configuration d'une cuvette et qui bloque l'élément de fixation au corps de la buse. Cette paroi fait saillie vers l'extérieur depuis la tête de l'élément de fixation et est suffisamment mince pour être déformée facilement par un outil qui emboutit la matière de cette paroi dans des cavités 58 (figures 2 et 3) ménagées dans le corps de l'élément de fixation. De cette façon, l'élément de fixation est bloqué positivement dans la buse et ne peut pas se séparer de cette dernière sous l'action de vibrations ou de forces hydrauliques se manifestant à l'in- térieur du réacteur en cours de fonctionnement. Une ouverture hexagonale 60 formée au centre de la tête de l'élément de fixa- tion aboutit à un passage 62 qui s'étend sur la totalité de la longueur de cet élément de fixation, le r8le de ce passage étant de permettre positivement à une quantité déterminée de réfrigérant de circuler en permanence à travers la chaussette de guidage à laquelle l'élément de fixation est fixé. La tête de l'élément de fixation est conçue pour rece- voir un outil de montage et de démontage 61 (voir figure 6) utilisé pour visser l'élément de fixation dans l'ensemble de buse et de tube-guide et pour l'en dévisser. Une gorge annulaire 63 ménagée sur la surface extérieure de la tète de l'élément de fixation facilite le blocage de l'outil sur l'élément de fixa- tion avant et pendant la rotation de celui-ci dans le bouchon d'extrémité du tube-guide. Comme on peut le voir sur la figure 6, l'outil 61>qui a une longueur d'environ 4,30 m - 5,50 m> comprend un long élément cylindrique 64 comportant une poignée 66 ou tout autre élément de préhension à son extrémité supé- rieurse de manière à faciliter la rotation de l'outil dans un sens et sens oppose. La tige 68, fixée à demeure à une des extrémités 70 de l'élément cylindrique, contient une butée 72 fixée par une goupille ou de tout autre manière à la tige 68.- L'extrémité inférieure 74 de la tige est profilée de manibre à présenter une configuration hexagonale et comprend un collet 76 qui limite le déplacement vers le bas de la douille 78 sup- portée par la tige. Des goupilles d'arrêt 80 comportant dos extrémités sphériques poussées par un ressort sont montées dans la paroi de la douille de l'outil et sont sollicitées par des ressorts 82 de manibre à venir s'engager dans la gorge 63 de la surface extérieure de la tète de l'élément de fixation quand on désire introduire un élément de fixation dans la buse 26 et le bouehon dtextrémité 36 de tube-guide ou bien l'en enlever. Le ressort 84 agit entre la butte 72 et la douille 78 de manière à pousser en permanence la douille 78 vers le bas pour que les extrémités sphériques des goupilles d'arrêt 80 s'engagent dans la rainure formée dans la surface extérieure de l'élément de fixation; La variante illustrée sur les figures 4 et 5 a une conception qui varie de celle de l'agencement de cuvette de blocage décrit ci-dessus et comporte la structure de la tête de l'élément de fixation. Cormme on peut le voir, la tète 30 de l'élément de fixation fait saillie vers l'extérieur depuis la surface inférieure de la buse et est munie dtune rainure de blocage 63 et d'une ouverture hexagonale 60 comme dans le mode de réalisation de la figure 2. Un rebord annulaire 82, s'éten- dant radialement vers l'extérieur b partir du corps de la tète de l'élément de fixation, recouvre une paire de fentes 84 disposées de façon opposée, l'agencement étant tel que, après que l'élément de fixation a été amené dans sa position finale, un outil est utilisé pour déformer les parties du rebord en les faisant pénétrer dans les fentes 84 de la surface de la buse de manière à bloquer ainsi l'élément de fixation sur le corps de la buse. 9 2490393 On va maintenant décrire le montage et le démontage d'une barre de combustible. Pour enlever les barres de combustible défectueuses d'un assemblage combustible irradié après que la tète du réacteur a été démontée, on transfère l'assemblage jusqu'à une piscine pour combustible épuisé située sur le lieu du réacteur. Onlinverse de 180 et on le maintient immergé en dessous envi- ron 6 m d'eau. Au moyen de fraises appropriées se trouvant dans un appareil de précision aligné ou dans un moyen similaire, on sectionne les soudures qui fixent les éléments de fixation de la conception antérieure au corps de la buse. Dans le cas de buses inférieures conçues spécialement et du type décrit dans la présente demande, l'outil d'extraction 61 est placé en con- tact avec la surface do la buse de manière que la douille 78 recouvre l'élément de fixation à enlever. Une partie de l'élé- ment de fixation est, il est vrai, emboutiedans les fentes de blocage, mais la matière est suffisamment mince et flexible pour Stre dégagée des fentes aprbs que l'outil a été introduit dans la tSte de l'élément de fixation et a été entramné en rotation. Si on continue de faire tourner l'outil 61, l'élément de fixation 30 sort du bouchon d'extrémité du tubeguide n un point o les ressorts 82 poussent l'extrémité sphérique des goupilles d'arrit 80 dans la rainure 63 de la tête de fixation. En continuant de tourner, l'outil extrait ainsi complètement l'élément de fixation du bouchon d'extrémité de tube-guide. On répète ensuite cette opération pour chaque élément de fixa- tion monté dans la buse et dans les bouchons d'extrémité corres- pondants des chaussettes de l'assemblage combustible. On enlève ensuite la buse de l'assemblage combustible et on place tous les éléments de fixation ainsi que la buse inférieure dans des réci- pients en vue de leur évacuation finale du site. Quand les barres de combustible défectueuses ont été démontées de l'as- semblage et que les barres de remplacement ont été montées dans ce dernier, on aligne convenablement soit la même buse inférieure soit une buse inférieure de remplacement avec les extrémités inférieures des chaussettes de l'assemblage combustible en utilisant les appareils nécessaires et l'outillage à long manche. On introduit ensuite les éléments de fixation et on les visse dans la mesure voulue. Après que tous les éléments de fixation de chaussettes ont été mis en places on utilise un outil de sertissage à long mancheapproprié pour déformer le dispositif de blocage faisant corps avec chaque élément de fixationde manière qu'il pénètre dans les fentes correspon- dantes de la buse inférieure. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y ttre apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Assemblage eombastible reconstituable comprenant un rdseau de barres (12) de combustible maintenues espacées radialement les unes des autres par des grilles (14) espacées le long des barres de combustible, des tubes-guides ou chaus- sottes (16) de barres de commande intercalés, on vue d'une action combinée, parmi les barres (12) de combustible,et fixés aux grilles (14), des buses supérieure et inférieure (18, 26) fixées aux extrémités desdits tubes-guides (16), des bouchons d'extrémité (36) fixés à la base de chacun desdits tubes-guides (16), chaque bouchon comportant une ouverture centrale tarau,- dée et un élément de fixation (30) fixant la buse inférieure (26);.chacun des bouchons d'extrémité (36) de tubes-guides associésa, ledit élément de fixation (30) comprenant une tête (50) et une tige qui fait partie intégrante de cette tête et qui s'étend jusque dans ledit bouchon d'extrémité (36), ladite tige étant filetée extérieurement (en 40) sur la majeure partie de sa longueur et étant conçue pour être vissée dans l'oaver- Sure taraudée (38) du bouchon d'extrémité (36) pour associer la buse inférieure (26) et les tubes de guidage (16) en foermant un assemblage rigide ferme, caractérisé par le fait que ledit élément de fixation (30) comporte des sectiens (46,-44, 42) dont le diamètre diminue successivement et qui font saillie de la tige filetée de manibre à faciliter l'entrée de l'élément de fixatien (30) jusqu'k une positien o il peut être vissé dans le bouchon d'extrémité (36), ladite tète (50) d'élément de fixation comportant une cavité (60) adaptée pour recevoir un outil destiné à-visser lesdites pièces, et ladite tète (50) d'élément de fixation comportant une partie (56) pouvant être engagée dans la buse inférieure (26) pour bloquer l'élément de fixation (30) à la buse (26) de manière à empêcher ainsi que celle-ci s'échappe accidentellement du tube- guide (16) pendant le fonctionnement du réacteur. 2. Assemblage combustible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie de l'élément de fixation pouvant être engag6Ldans la buse inférieure (26) comprend une section (56) pouvant 9tre déplacée vers l'extérieur jusque dans des fentes (58) ménagées dans la buse inférieure (26) pour bloquer l'élément de fixation (30) dans la buse (26). 3. Assemblage combustible suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la section (56) est un bord circu- laire formé sur la t8te (50) de l'élément de fixation et pou- vant tre embouti dans lesdites fentes (58) de la buse (26). 4. Assemblage combustible suivant l'une quelconque des revendieations 1 à 3, caractérisé par le fait que la tte (50) de l'élément de fixation comporte une gorge périphérique (63) adaptée pour *tre engagée par un outil destiné à saisir et retenir l'élément de fixation (30) pendant son insertion dans la buse (26) on son enlèvement de cette buse. 5. Assemblage combustible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite partie présente sur l'élément de fixation et pouvant étre engagée dans la buse inférieure (26) comprend une section (82) s'étendant radialement vers l'extérieur depuis la t8%e (50) de l'élément de fixation, ladite section (82) recouvrant des fentes (84) ménagées dans la surface de la buse et dans lesquelles on emboutit la section (82) pour bloquer l'élément de fixation (30) dans la buse (26). 6. Assemblage combustible suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que la tète (50) de l'élément de fixa- tion se trouve b l'extérieur de la buse (26).