Brevet FR2499750A1 — publié le 19820813

Grille de support de barres de combustible La présente invention concerne une nouvelle conception pour une grille de support destinée à des agencements ou réseaux triangulaires de barres de combustible nucléaire, spécialement pour des assemblages combustibles hexagonaux destinés à des réacteurs rapides refroidis au sodium. Le noyau d'un réacteur nucléaire consiste habituel- lement en un groupement d'assemblages combustibles. Chaque assemblage combustible est un groupement de barres combustibles cylindriques qui sont disposées dans des grilles et qui sont supportées par ces grilles espacées axialement le long de l'assemblage combustible. Les grilles de support définissent le dessin géométrique des cellules destinées k recevoir les barres de combustible et maintiennent l'espacement correct entre ces barres. Certaines conceptions de réacteur nucléaire spécifient la réalisation d'assemblages combustibles hexagonaux, les bar- res de combustible étant placées dans une disposition triangu- laire. Une disposition triangulaire des barres est définie ici comme étant un dessin géométrique formé par les barres et dans lequel trois lignes imaginaires reliant les centres de tout groupe de barres mutuellement adjacentes dans l'assemblage forment un triangle équilatéral. La disposition ou agencement triangulaire se répète de telle sorte que la famille de tous les triangles imaginaires formés par les centres de tous les groupes possibles de trois barres mutuellement adjacentes de l'assemblage est constituée par des triangles congruents. La technique antérieure donne des grilles pour des dispositions triangulaires mais ces grilles, comme on va le décrire ci-après, présentent des inconvénients de fabrication et des inconvénients techniques. Des grilles hexagonales pour une disposition triangu- laire des barres sont constituées par des empilements d'un grand nombre de bandes fortement ondulées, cet empilement étant entouré par une bande qui forme alors l'élément entourant la grille. L'empilement des bandes ondulées aboutit à la création de parois doubles en des endroits périodiques de la grille. Ces parois doubles apportent des limitations à l'écoulement dans l'assemblage combustible final. La profondeur des ondulations dans une bande peut varier au cours de la fabrication en raison, par exemple, de l'usure de la matrice d'estampage. L'expérience a montré que ces variations de profondeur se manifestent sous la forme d'une tendance plut8t qu'elles ne sont statistiques, de sorte que toutes les bandes d'un lot fabriqué peuvent avoir une profon- deur d'ondulation qui est légèrement plus grande (ou plus petite) que celle de la conception. Dans l'opération d'empilage utilisée actuellement pour réaliser les grilles, les écarts sont cumulatifs de sorte que la hauteur de la grille finale s'en trouve faussée. Ce problème de l'altération de la hauteur prend naissance dans la phase d'estampage de la bande, mais ne se manifeste que par la suite au cours de la phase d'empilage de la fabrication et, à ce stade, la seule possibilité pour effece- tuer un ajustement en fonction des variations de-dimensions est la flexibilité des saillies ou bossages de support, Le résultat pratique est que la somme des écarts cumulatifs dé- passe parfois la flexibilité de ces saillies de sorte que cer- taines barres ne peuvent pas Otre introduites et que la grille entière doit être mise au rebut. Une grande diversité de problèmes de fabrication introduisent des variations dans l'emplacement exact des sail- lies ou bossages de support. De telles variations ont pour résultat que les barres sont maintenues en place plus ou moins fermement par rapport à ce que l'on désire, étant donné que même un léger écart dans la position des saillies modifie la distance entre les points de contact des saillies à l'intérieur d'une cellule. On réalise actuellement une grille annulaire (une grille avec un centre vide) en fabriquant une grille complète par empilage, découpage à une forme extérieure hexagonale et cerclage de la surface extérieure, puis en découpant et en enlevant la section centrale et en cerclant la surface hexa- gonale intérieure. Le besoin de fabriquer une grille complète provient de la nature du procédé de fabrication par empilage dans lequel le positionnement, l'alignement et le support d'une bande pendant le soudage est obtenu par référence à la bande soudée antérieurement. La section centrale de la grille ne peut pas Stre simplement omise étant donné qu'elle joue un r8le dans le procédé de fabrication. Tout le travail et toute la matière associés à cette région centrale sont actuellement perdus. En outre, il faut que la grille annulaire obtenue comporte au moins deux rangées de trous de logement de barres de combustible pour qu'une structure mécaniquement saine soit maintenue pendant l'opération de découpage. C'est pourquoi le principal objet de la présente invention est de procurer une grille supportant des barres de combustible placées suivant une disposition triangulaire, cette grille pouvant être fabriquée sans l'empilage des bandes et sans les opérations de fabrication supplémentaires auxquelles on a recours pour former des grilles annulaires ou polygonales. Compte tenu de cet objet, la présente invention réside dans une grille de support destinée à supporter des bax- res de combustible nucléaire placées suivant une disposition triangulaire, cette grille consistant en des bandes métalliques raccordées mutuellement et étant caractérisée par le fait que lesdites bandes sant disposée5sous la forme d'une pluralité de bagues ou anneaux disposés concentriquement, une pluralité de barrettes s'étendant radialement entre les bagues adjacentes et étant fixées à ces dernières en formant ainsi des cellules destinées à recevoir des barres de combustible nucléaire de manière telle que la disposition des cellules ait une configu- ration triangulaire. Cette structure à barretteset bandespeut être appliquée à des assemblages combustibles de section droite polygonale, comme par exemple un assemblage hexagonal. Les modes de réali- sation préférés décrits ci-après concernent des assemblages combustibles hexagonaux. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est un mode de réalisation à bande droite selon la présente invention; la figure 2 est un mode de réalisation à bande ondulée selon la présente invention; les figures 3 et 4 sont des vues issues de la figure 1 et montrant des détails d'une saillie de support double; les figures 5 et 6 sont des vues issues de la figure 2 et montrant des détails d'une saillie simple; et les figures 7 et 8 montrent des détails de joints raccordant des bandes à des barrettes. La grille selon la présente invention est représentée sous la forme d'un premier mode de réalisation sur la figure 1, qui montre une grille supportant trente-sept barres cylindriques 1 de combustible suivant une disposition triangulaire 2* en formant un assemblage hexagonale Les bandes plates 3 forment des bagues hexagonales 4 et sont soudées à leurs sommets 5. Des barrettes radiales 22 s'étendent uniquement entre des bagues adjacentes 4 et sont soudées à chacune de leurs extrémités aux bandes plates 3 en formant des cellules 9 destinées à recevoir les barres 1 de combustible. Des saillies ou bossages doubles font partie intégrante des barrettes 22. La cellule centrale 8 représentée sur la figure 2 comporte des saillies ou bossages sur la bande annulaire 4. Les figures 3 et 4 sont des vues issues de la figure 1 et montrant les détails d'une double saillie 20. Les figures et 6 sont des vues issues de la figure 2 et montrant les dé- tails d'une saillie simple 21 utilisée pour supporter la barre centrale sur la figure 1. Ces saillies 20, 21 sont des struc- tures faisant partie intégrante de la matière de la bande ou de la barrette. La grille selon la présente invention n'est pas fabriquée à l'aide du procédé par empilage et ne soulève aucun problème d'écart cumulatif. La grille peut être assemblée dans un appareil de soudage qui reçoit et supporte momentanément les bandes plates à l'emplacement et sous une forme appropriée. Toute variation de dimension de la cellule est due aux caracté- ristiques de l'appareil de soudage, ce que l'on peut détecter et corriger avant la fabrication de la grille. Les cellules de la grille sont complétées par le choix et la mise en place de barrettes 22 de telle sorte que l'on obtienne un assemblage serré. Si on a recours à des joints soudés bout à bout comme représentés sur la figure 7, on obtient l'assemblage serré grâce à l'utilisation de barrettes de longueur légèrement dif- férente choisie suivant les besoins. Si on a recours à un joint soudé à languette et rainure comme représenté sur la figure 8, on peut utiliser le glissement du joint pour obtenir l'assem- blage serré de sorte que seul des barrettes normalisées d'une seule dimension sont nécessaires. L'écart final dans les dimen- sions des cellules n'est pas cumulatif sur la totalité de la grille. Bien entendu, tout écart existant se situe, dans cette nouvelle conception, dans la plage ajustable des saillies dans toutes les circonstances sauf celles qui sont les plus inhabi- tuelles. Les saillies simple et double 20, 21 en forme de bandelettes plates présentent dans la présente invention des zones de contact linéaire 16 (figures 1 et 2) de telle sorte que de petits écarts de position des barres de combustible ne se traduisent pas par du jeu. La grille finale ne comporte aucune double paroi de sorte que l'on peut s'attendre à une réduction d'écoulement moindre. La grille représentée sur la figure 1 est avantageuse pour certaines applications mais ne peut pas se prêter à une disposition des barres de combustible dans laquelle les barres sont près les unes des autres au point qu'il n'existe pas entre ces barres un intervalle adéquat pour admettre les bagues hexa- gonales 4 de bande plate 3. La figure 2 est un mode de réalisation de l'invention dans lequel on utilise des bandes ondulées 10 pour fabriquer les bagues hexagonales 4. Cette grille comporte des barres de com- bustible peu espacées et aucun espace libre entre les anneaux de barres adjacents. Dans cette conception, les saillies sont présentes à la fois à des positions sur les barrettes et à des positions sur les bandes. Les figures 3, 4, 5 et 6 montrent des détails des saillies doubles 20 (figure 4) et des saillies simples 21 (figures 5, 6). La barre centrale 8 peut être supportée par des saillies supplémentaires en plus des trois représentées sur la figure 2. La technique de construction pour ce second mode de réalisation met aussi en jeu l'utilisation de joints à rainure et languette ou des barrettes 22 de longueur variable s'étendant chacune entre des bagues adjacentes 4 uniquement. On obtient les mêmes avantages que ceux énumérés à propos du premier mode de réalisation. Des écarts de profondeur des ondulations de la bande ondulée 10 n'affecte que des cellules adjacentes à la bande particulière, ne sont pas cumulatifs d'un bout à l'autre de la grille, et se situent par conséquent dans les limites de la plage d'ajustement des saillies de support. La bande ondulée peut encore être supportée dans un appareil de soudage étant donné que l'utilisation de joints à languette et rainure ou de barrettes de longueur différente assurent la souplesse nécessaire pour un ajustement eu égard aux écarts de profondeur. La figure 2 montre un emplacement 23 des saillies simples 21 qui sont inutilisées. Ces saillies apparaissent sur le dessin car l'utilisation d'une bande ondulée normalisée 10 pour toutes les bagues hexagonales 4 se traduit par la présence de ces saillies superflues. Ces saillies peuvent etre omises dans une variante. Les deux modes de réalisation utilisent une struc- ture à barrettes et bandes qui implique le raccordement des barrettes et des bandes pendant que celles-ci sont supportées et disposées sous la forme d'une grille voulue dans un appareil de soudage comprenant des plaques rainurées et une machine de soudage. Les sections de bandes sont coupées aux longueurs appropriées de manière à former les bagues voulues à partir d'une bande normalisée préparée antérieurement et comportant les saillies déjà formées aux intervalles appropriés. La bande normalisée peut être préparée en longueurs normalisées ou même en rouleaux de grande dimension. Les sections de bandes sont introduites dans les rainures des plaques d'appareil de soudage qui donnent aux sections de bandes la forme de bagues hexago- nales de dimension prédéterminée. Les sections de barrettes sont introduites dans des rainures des plaques d'appareil de soudage qui amènent ces barrettes dans un état de proximité appropriée pour leur soudage aux bagues. C'est à ce stade que les barrettes de longueur différente sont choisies pour assurer un contact positif avec les bagues et compenser les légères variations de distance de bague à bague. Le soudage peut 8tre exécuté par un faisceau d'électron, par résistance, par laser ou par tout autre procédé. La figure 7 montre un joint bout à bout entre la barrette et la bande, joint dans lequel la bande 3 est soudée par résistance aux points 26 et soudée à l'aide d'un faisceau d'électronsou par tout autre procédé aux lignes de contact 27. La figure 8 montre un joint à languette et rainure entre la barrette et la bande, avec des soudures aux doubles lignes de contact 28. Le procédé d'assemblage par languette et rainure permette une certaine souplesse d'ajustement d'une longueur normalisée de barrette pour compenser les faibles variations d'espacement de bague à bague grâce au coulissement de la languette 30 dans la rainure 31 tout en permettant encore d'effectuer un soudage aux doubles lignes de contact 28. Cette caractéristique peut réduire, voire supprimer, le besoin d'une barrette de longueur variable. Les grilles des figures 1 et 2 sont représentées à des fins de commodité comme étant des assemblages de dimension relativement faible. Dans la pratique, la grille peut être adaptée pour supporter un nombre beaucoup plus grand de barres dans des assemblages de plus grande dimension. REVENDICATIONS 1. Grille de support pour supporter des barres de combustible nucléaire en un réseau triangulaire, cette grille consistant en des bandes de métal raccordées mutuellement et étant caractérisée par le fait que lesdites bandes (4, 10) sont disposées sous la forme d'une pluralité de bagues disposées concentriquement, une pluralité de barrettes (22) s'étendant radialement entre des bagues adjacentes (4, 10) et étant fixées à ces bagues adjacentes (4, 10) en formant ainsi des cellules destinées à recevoir des barres (1) de combustible nucléaire de telle sorte que la disposition des cellules forme un triangle. 2. Grille de support suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que lesdites bagues concentriques (4) sont formées par des bandes ondulées (10) de manière à obtenir une disposition triangulaire, espacée étroitement, des barres (1) de combustible. 3. Grille de support suivant les revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que lesdites barrettes (22) ont des longueurs différentes. 4. Grille de support suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisée par le fait que des saillies élastiques sont prévues pour assurer une zone de contact linéaire (16) destinée auxdites barres (1) de combus- tible.