Brevet FR2520147A1 — publié le 19830722

La présente invention a pour objet alle pièce d'extrémité d'assemblage cmbustible de réacteur nu- cléaire dans laquelle les parois latérales sont élas- tiques. Les assemblages combustibles de réacteur nucléaire refroidi à l'eau sont généralement consti- tués de deux pièces d'extrémités rigides, une pièce d'extrémité inférieure et une pièce d'extrémité supé- rieure fixées à chaque extrémité de tubes guides rigi- des Sur les tubes guides sont disposées plusieurs grilles d'espacement qui constituent la structure de maintien du faisceau de crayons combustibles. Des assemblages de ce type sont disposés, lorsqu'ils sont en place dans le coeur du réacteur, entre une plaque interne supérieure et une plaque in- terne inférieure qui font partie de la charpente amé- nagée dans la cuve du réacteur Ils sont généralement positionnés par rapport aux plaques du coeur par des pions de centrage disposés sur lesdites plaques Ils sont balayés longitudinalement de bas en haut par un courant d'eau de réfrigération L'effet de la compres- sion axiale exercée par la mise en place de la struc- ture interne supérieure sur la cuve du réacteur et la différence entre les coefficients de dilatation ther- mique des matériaux utilisés dans la structure du réacteur nucléaire et ceux utilisés dans la structure de l'assemblage combustible interdisent la fixation rigide de ceux-ci sur les plaques inférieure et supé- rieure de la charpente du coeur. C'est pourquoi, de façon classique, on in- terpose entre chaque assemblage et l'une des plaques de coeur un élément élastique qui repousse l'assembla- ge contre la plaque opposée. On connaît de nombreuses réalisations de pièces d'extrémité d'assemblages combustibles de réacteurs nucléaires A titre d'exemple, isser e combustible décrit dans le brevet frarnais n O 2 049 108 déposé le 19 mai 1970 au nom de la Soci&- té Westinghouse Electric Corporation pour "structure d'assemblage combustible à faible capture parasite", comporte des ressorts à lames fixés sur la pièce d'ex- trémité supérieure par des blocs de pression traversés par des vis de fixation Les ressorts permettent l'ex- pansion de l'assemblage combustible tout en le mainte- nant constamment plaqué contre la plaque inférieure du coeur. Cependant, des ressorts de ce type sont sou- mis à une température élevée, de l'ordre de 3000 C, et à un rayonnement intense C'est pourquoi leurs pro- priétés mécaniques se détériorent dans le temps et une rupture de leur partie élastique est toujours à crain- dre La partie rompue pourrait alors être entraînée dans le circuit de l'eau de refroidissement, ce qui y provoquerait des dégats. La présente invention a précisément pour objet une pièce d'extrémité de réacteur nucléaire qui remédie à cet inconvénient Dans cette pièce d'extré- mité les parois latérales sont déformables élastique- ment sous l'effet d'un effort de compression exercé selon l'axe longitudinal de l'assemblage combustible. Ces parois latérales jouent donc le rôle d'un ressort. Une pièce de ce type est beaucoup moins fragile que les ressorts de l'art antérieur On réduit donc consi- dérablement le risque que la partie rompue d'un res- sort soit entraînée dans le circuit de refroidisse- ment. De façon plus précise, la pièce d'extrémité d'assemblage combustible de réacteur nucléaire de l'invention, qui comprend une plaque perforée, un ca- dre rigide et des parois latérales reliant le cadre rigide à la plaque perforée se caractérise en ce que les parois latérales sont déformables élastiquement sous l'effet d'une force de compression exercée sur l'assemblage selon son axe longitudinal. Selon un mode de réalisation particulier, les parois latérales sont constituées de lamelles élastiques superposées, reliées entre elles par des tenons disposés en quinconce. Pour des raisons de propriétés mécaniques, les parois latérales peuvent être constituées en un matériau différent de celui de la plaque perforée et de celui du cadre Dans ce cas, les parois latérales sont constituées par une tôle découpée pour former des lamelles élastiques superposées, puis pliée de manière à former un caisson carré, soudé d'une part à la pla- que perforée, d'autre part au cadre rigide. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux après la lecture de la description qui suit, faite en regard des dessins an- nexés sur lesquels: la figure 1 représente la partie supérieure d'un as- semblage combustible dans lequel la pièce d'extrémi- té comporte des ressorts de type classique; la figure 2 représente une vue en perspective d'une pièce d'extrémité d'assemblage combustible réalisée conformément à la présente invention; la figure 3 représente une vue latérale, partielle- ment arrachée de la pièce d'extrémité de la figure 2 à l'état comprimé. La figure 1 représente la partie supérieure d'un assemblage combustible 1 dont la pièce d'extrémi- té comporte des ressorts de type classique L'assem- blage 1, d'axe longitudinal A, se compose de deux pièces d'extrémité, dont seule la pièce d'extrémité supérieure 2 a été représentée Les pièces d'extrémité supérieure et inférieure sont reliées entre elles par des tubes-guides 4 Les pièces d'extrémité et les tubes-guides forment la structure de l'assemblage Sur les tubes-guides 4 sont disposées un certain nombre de grilles d'espacement 6 réparties à intervalles régu- liers pour assurer, de façon classique, le supportage et l'espacement du faisceau des crayons combusti- bles 8. Lorsqu'il est en place dans le coeur du réacteur nucléaire, l'assemblage combustible 1 est disposé entre une plaque inférieure et une plaque su- périeure de coeur Cette dernière a été schématisée sur la figure 1 par la ligne 10 représentée en traits mixtes Un courant d'eau de refroidissement balaie de bas en haut les assemblages combustibles. En raison des différences entre les coeffi- cients de dilatation des matériaux constituant les assemblages combustibles et de ceux qui constituent les structures internes de la cuve, il est nécessaire de laisser un jeu entre l'assemblage 1 et l'une des plaques de coeur, la plaque supérieure ou éventuelle- ment la plaque inférieure Il est donc impossible de fixer de façon rigide les assemblages sur les plaques inférieure et supérieure du coeur On dispose un élé- ment élastique qui a pour but de maintenir l'assembla- ge contre la plaque opposée au jeu La pièce d'extré- mité 2 représentée sur la figure 1 comporte de façon connue quatre ressorts à lames 12 fixés par exemple par des vis de fixation sur la pièce d'extrémité 2. Des ressorts de ce type permettent de rattraper le jeu qui existe entre la partie supérieure de la pièce d'extrémité 2 et la plaque supérieure de coeur 10 et de maintenir en permanence l'assemblage 1 contre la plaque inférieure malgré la poussée du courant d'eau de refroidissement. Cependant, coioe on l'a rmppel de re- sorts de ce type peuvent se rompre et la parz-t rompue du ressort peut être entrain e dans le circuit de l'eau de refroidissement sous 1 'effet ude la circula- tion de ce dernier La pièce d'extremité réalisée con- formément à l'invention, représentée sur les figures 2 et 3, remédie à cet inconvénient. Elle comporte une plaque rigide 14 sur la- quelle sont fixés les tubes-guides 4 (voir figure i). La plaque 14 est perforée d'une part pour la fixation des tubes-guides et dtautre part pour permettre la circulation de l'eau de refroidissement La pièce d'extrémité comporte également un cadre 16 sigide La plaque perforée 14 et le cadre 16 sont reliés par les parois latérales 18 L'assemblage est positionné de manière précise, par rapport aux plaques inférieure et supérieure du coeur Dans ce but, des plots rigides 19 sont prévus aux quatre angles du cadre 16 Deux d'en- tre eux, diagonalement opposés, comportent des trous 21 qui permettent chacun de recevoir une broche de positionnement 7 fixée sur la plaque supérieure de coeur Une différence de diamètre entre les deux trous 21 rend impossible une permutation de 180 de l'assem- blage au cours du montage Ce résultat pourrait être obtenu par un autre procédé par exemple par un détrom- peur monté sur l'un des plots. On a représenté sur la figure 3 une vue la- térale de la pièce d'extrémité de la figure 2 Comme on peut le constater, chacune des quatre faces qui constituent la paroi latérale 18 est composée de la- melles de tôle 22 superposées, reliées entre elles par des tenons 23 disposés en quinconce Entre les lamel- les on trouve des ouvertures allongées 25 Cette structure est déformable comme le montre la figure o elle a été représentée en position comprimée On a représenté en trait mixte 2 X la forme de la e d'extrémité au repos Lorscqu'uu effort de ccmpresn F lui est appliqué, cet effort étant transmis Par le plots 19 au cadre 16, puis réparti régulièrement Par ce dernier dans toute la structure élastlque 18, la pièce d'extrémité se déforme comme représentée sur la figure 3. Sur la partie droite de la figure 3, on a représenté une coupe partielle qui montre le détail de fabrication de la pièce d'extrémité La paroi latérale 18 est constituée par une tôle perforée de section carrée qui détermine les lamelles 22 et les tenonr 23. Elle est ensuite soudée respectivement au cadre 16 et à la plaque perforée 14 par deux cordons de soudure 26 La plaque perforée 14 et le cadre 16 sont réalisés par exemple en acier inoxydable, tandis que la paroi latérale est découpée dans une tôle d'inconel. Il est clair que la paroi latérale 18 cons- titue un système élastique beaucoup moins fragile que les ressorts de l'art antérieur On diminue ainsi no- tablement les risques de ruptures Dans l'hypothèse o une lamelle viendrait à se rompre, elle serait retenue par son autre extrémité et ne serait pas entraînée dans le circuit de refroidissement. On remarquera que cette paroi latérale cons- titue la seule liaison entre la plaque 14 et le cadre 16 Elle ne doit donc pas flamber sous l'effort de compression et elle doit empêcher tout décalage axial de la plaque 14 par rapport au cadre 16. C'est la configuration carrée de la paroi latérale élastique et la liaison entre les lamelles 22, constituée par les tenons rigides 23 qui, sous compression, empêche le flambage et le décalage axial. Enfin, on remarquera que la paroi latérale 18 est entièrement symétrique, de sorte que les con- traintes sont parfaitement réparties. Par conséquent, en plus de l'avantage décou- lant de la suppression des ressorts rapportés, la piè- ce d'extrémité de l'invention permet d'équilibrer l'effort élastique sur toute la périphérie de l'assem- blage, alors qu'avec des ressorts de type classique, l'effort est transmis sur une seule diagonale. REVENDICATIONS 1 Pièce d'extrémité d'assemblage combusti- ble de réacteur nucléaire du genre de ceux qui com- prennent une plaque perforée ( 14), un cadre rigide ( 16), et des parois latérales ( 18) reliant le cadre rigide ( 16) à la plaque perforée ( 14), ladite pièce d'extrémité étant positionnée par rapport aux structu- res du coeur du réacteur, caractérisée en ce que les parois latérales ( 18) sont déformables élastiquement sous l'effet d'un effort de compression de l'assembla- ge exercé sur la pièce d'extrémité selon l'axe longi- tudinal de l'assemblage. 2 Pièce d'extrémité selon la revendication 1, caractérisée en ce que les parois latérales ( 18) sont constituées par des lamelles élastiques ( 22) su- perposées, reliées entre elles par des tenons ( 23) disposés en quinconce. 3 Pièce d'extrémité selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que les parois latérales ( 18) sont constituées par une tôle soudée d'une part à la plaque perforée ( 14) et d'autre part au cadre rigide ( 16).