Brevet FR2517868A1 — publié le 19830610

La présente invention concerne un ensemble contenant le combustible nucléaire utilisé dans un réacteur nucléaire, ensemble qui comprend des moyens mécaniques permettant d'éviter les vibrations dûes aux vibrations d'instabilité des barres de combustible nucléaire-d'un tel ensemble. On connait déjà un ensemble pour combustible nucléaire, représenté sur les figures 1, 2, 3 et 4, qui comporte une pluralité de barres de combustible 2, disposées parallèlement les unes aux autres à de petits intervalles. Les barres de combustible 2 sont introduites dans des alvéoles 5 de grilles 4 placées en position fixe sur des tubes de guidage 3 des barres de contrôle, ces tubes devant être fixés sur les grilles 4 du fait que les barres de combustible sont en contact élastique avec elles. C'est ainsi que l'on réalise l'ensemble 1 pour combustible nucléaire. L'ensemble 1 comporte en outre des embouts supérieur et inférieur 6, 7, fixés à ses extrémités supérieure et inférieure.Chacune des barres de combustible 2 est enfermée dans une chemise en un alliage de zirconium, par exemple le zircalloy, et des pastilles étanches de combustible sont placées dans le tube de revêtement. Une pluralité de tels ensembles 1 constitue un coeur 11 situé dans une enceinte 8 d'un réacteur nucléaire. Un tube 9, entourant le coeur, est prévu à l'intérieur de l'enceinte 8, disposé concentriquement par rapport à elle. Des déflecteurs 12 sont prévus dans la cuve 9 du coeur pour entourer le coeur 11, ces déflecteurs étant portés par la cuve 9 par l'intermédiaire d'une plaque de support 13. Un fluide réfrigérant arrive par une buse d'admission (non représentée). Dans un système d'écoulement ascendant, un fluide réfrigérant passe vers le bas dans un espace annulaire 14 ménagé entre l'enceinte 8 du réacteur et la cuve 9 du coeur pour atteindre un réservoir inférieur sous pression (non représenté). La plus grande partie du fluide réfrigérant traverse ensuite le coeur, dans lequel la pluralité d'ensembles 1 de combustible nucléaire sont disposés à proximité les uns des autres, pour absorber la chaleur produite par les barres de combustible 2. Le reste du fluide réfrigérant traverse un espace 15 ménagé entre la cuve 9 du coeur et les déflecteurs 12. Ces deux parties du fluide réfrigérant se rejoignent ensuite dans un réservoir supérieur sous pression (non représenté) avant d'être évacuées par une buse de sortie (non représentée) vers un échangeur de chaleur.Dans un système d'écoulement descendant, la plus grande partie du fluide réfrigérant passe vers le bas dans l'espace annulaire 14 ménagé entre l'enceinte 8 du réacteur et la cuve 9 du coeur, le reste du fluide réfrigérant passe vers le bas dans l'espace 15. Ces deux parties du fluide réfrigérant se retrouvent dans le réservoir inférieur avant de traverser le coeur 11. Le fluide réfrigérant est enfin évacué par la buse de sortie pour être envoyé dans l'échangeur de chaleur. Dans le cas, notamment, du système d'écoulement descendant, la perte de charge du fluide réfrigérant traversant l'espace 15 du haut en bas est inférieure à celle du courant principal qui traverse le coeur 11. Par conséquent, une partie du fluide réfrigérant traversant l'espace 15, lorsqu'il sort de celui-ci, pénètre sous forme de jet dans le coeur 11 par un espace libre étroit 16 au niveau des raccords des déflecteurs 12 avant que le fluide réfrigérant n'atteigne le réservoir inférieur. Ce jet de fluide réfrigérant frappe l'ensemble de combustible nucléaire extérieur 1 du coeur 11 et provoque des vibrations d'instabilité notamment dans les barres de combustible situées dans une portion périphérique de l'ensemble de combustible nucléaire 1 ou dans les barres de combustible de la portion de l'ensemble combustible nucléaire 1 qui se trouve à proximité de la portion périphérique.Par conséquent, il en résulte la possibilité que les vibrations horizon.tales se produisant dans les barres de combustible de la manière décrite ci-dessus, entraînent l'usure ou l'endommagement des portions concernées des chemises de revêtement relatif. I1 y a par conséquent lieu de mettre au point une technique permettant de minimiser les vibrations des barres d-e combustible dues à l'instabilité. Une technique visant la suppression de l'espace libre étroit (désigné par le numéro 16 des figures 3 et 4) a été proposé voir ("Nuclear Power Experience" publié par Nuclear Power Experience Company, novembre 1980, vol. PWR 2, I. Fuel, P. 35) pour éviter les vibrations d'instabilité des barres de combustible. Selon cette technique, les parties de raccordement, qui délimitent l'espace étroit, des déflecteurs sont martelées pour réduire cet espace en vue d'empêcher l'apparition d'un jet du fluide réfrigérant, lequel jet entraîne les vibrations d'instabilité des barres de combustible. Toutefois, cette technique .ne permet pas d'obtenir des effets inhibiteurs suffisants. Un premier but de la présente invention est de réaliser un ensemble à combustible nucléaire permettant de minimiser de manière sûre les vibrations d'instabilité des barres de combustible nucléaire de cet ensemble. Un second but de la présente invention est de réaliser un ensemble à combustible nucléaire permettant de minimiser les vibrations d'instabilité des barres de combustible nucléaire à l'aide de moyens pouvant être manipulés aisément. Un troisième but de la présente invention est de réaliser un ensemble à combustible nucléaire permettant de minimiser les vibrations d'instabilité des barres de combustible nucléaire, et ce de manière à n'entraîner ni une complication de la fabrication ni une augmentation du coût de revient d'un tel ensemble. Pour atteindre ces buts, la présente invention a pour objet un ensemble à combustible nucléaire comportant une pluralité de barres de combustible nucléaire réparties de manière régulière, caractérisé en ce que cet ensemble comprend en outre une pluralité de dispositifs anti-vibrations, dont chacun est muni de pinces qui sont disposées selon des intervalles égaux aux intervallés séparant les barres de combustible nucléaire, et qui peuvent enserrer les barres de combustible nucléaire pour immobiliser celles-ci de manière élastique, chaque dispositif anti-vibration étant par conséquent monté sur les parties des barres de combustible nucléaire situées à mi-distance entre deux grilles voisines de soutien des barres pour maintenir les barres de combustible nucléaire à l'état serré.Une forme d'exécution de la présente invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue de face, en élévation, d'un ensem ble à combustible nucléaire classique - la figure 2 est une vue en coupe, à plus grande échelle, suivant la ligne X-X de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'une partie A de ce qui est représenté sur la figure 2 - la figure 4 est une vue en coupe d'un coeur - la figure 5 est une vue de face, en élévation, d'un mode de réalisation d'un ensemble à combustible nucléaire conforme à la présente invention - la figure 6 est une vue en coupe, à plus grande échelle, suivant la ligne Y-Y de la figure 5 - là figure 7 e-st une vue en coupe, à plus grande échelle, d'une partie B de ce qui est représenté sur la figure 6 - la figure 8 est une vue en plan d'un dispositif anti-vibra tion - la figure 9 est une vue de face, en élévation, du disposi tif anti-vibration - la figure 10 est un graphique représentant les caractéris tiques des vibrations d'un ensemble à combustible nucléaire classique - la figure 11 est ub graphique représentant les caractéris tiques des vibration-s de l'ensemble à combustible nucléaire conforme à la présente invention ; et - la figure 12 est une vue en perspective d'une variante de réalisation du dispositif anti-vibration. Sur les figures 5, 6 et 7 est représenté un ensemble à combustible nucléaire. Sur les figures 6 et 7, la portion de la grille de combustible 24, située du côté du déflecteur 12 a été supprimée afin de faire apparaître clairement un dispositif antivibration 28. L'ensemble 21 comporte une pluralité de barres de combustible 22 disposées parallèlement les unes aux autres. Les barres de combustible 22 sont introduites dans des alvéoles 25 des grilles de combustible 24, qui sont fixées sur des tubes 23 de guidage des barres de contrôle, lesquels tubes sont fixés de manière élastique sur les grilles de combustible 24 du fait que les barres de combustible 22 sont en contact avec des ressorts 30 faisant saillie sur les grilles de combustible 24 en direction des alvéoles 25. On réalise ainsi un ensemble à combustible nucléaire 21.L'ensemble 21 comporte en outre des buses supérieure et inférieure 26, 27 fixées à ses extrémités supérieure et inférieure. On fait remarquer que cet ensemble 21 comporte des dispositifs antivibrations 28. Les dispositifs anti-vibrations 28 sont prévus au niveau des parties de l'ensemble à combustible nucléaire 21 qui sont situées entre deux grilles de combustible voisines 24, c'est-à-dire pour chaque portée entre grilles. Chacun des dispositifs anti-vibrations 28 entoure une barre de combustible voisine 22 pour l'immobiliser.Les barres de combustible 22 devant être immobilisées par les dispositifs anti-vibrations 28 sont constituées par toutes ou certaines des barres de. combustible 22 situées dans une portion périphérique de l'ensemble à combustible nucléaire 21 ou dans la portion de l'ensemble 21 qui se trouve à proximité de la portion périphérique de celui-ci, et de préférence par toutes ou certaines (désignées par le numéro 22a sur la figure 7) des barres de combustible 22, formant partie d'un ensemble à combustible nucléaire 21 monté dans un coeur, qui sont prês des déflecteurs 12 ou d'un espace 16 entre eux, ou d'une position située à proximité de la position que l'on vient de préciser. Chacun des dispositifs anti-vibrations- 28 comprend une plaque 29 et une pluralité de pinces 31. Les pinces 31 sont fixées sur la plaque 29 selon des intervalles qui sont égaux aux intervalles séparant les barres de combustible 22 dans l'ensemble 21. Chacune des pinces 31 comporte à ses extrémités des organes de retenue 32a, 32b courbés de façon à être saillants sur la plaque 29 et à définir entre eux un espace 33. L'espace 33 est ouvert à ses parties supérieure, inférieure et au niveau de son extrémité avant pour permettre d'y insérer une barre de combustible 22 depuis l'extrémité avant 34. Pour. mettre une barre de combustible 22 et les organes de retenue 32a, 32b en contact ponctuel ou linéaire l'une avec l'autre, on prévoit une pluralité de saillies sur les organes de retenue 32a, 32b, qui pé nètrent dans l'espace 32 pour venir en contact avec la barre de combustible 22. I1 faut choisir les dimensions et la forme des pinces 31 pour leur donner la possibilité de serrer de manière élastique la barre de combustible 22 introduite dans l'espace 33 ainsi qu'une élasticité suffisamment élevée pour serrer la barre de combustible de manière sûre et pour permettre à la pince 31 de s'adapter à une diminution du diamètre de la barre de combustible 22 ainsi qu'à une augmentation du diamètre de la barre de combustible 22 due à la dilatation thermique de celle-ci. Par exemple, pour réaliser ces pinces, on peut utiliser de l'inconel qui possède des caractéristiques répondant aux conditions précitées. On utilise chaque dispositif anti-vibration 28 avec les pinces 31 enserrant simplement les barres de combustible 22, ou le dispositif anti-vibration est attaché aux grilles de combustible 24 par des fils métalliques traversant des trous 35, avec les bases 31 enserrant les barres de combustible 22. Dans un ensemble à combustible nucléaire réalisé de cette façon, une pluralité de barres de combustible voisines 22 sont reliées de manière élastique pour limiter et minimiser les vibrations de ces barres grâce à l'effet d'absorption de vibration des pinces élastiques 31. C'est ainsi que l'on peut empêcher de manière sûre la naissance de vibrations d'instabilité dans les barres de c.ombustible 22 situées à proximité de l'espace libre entre les déflecteurs dans une partie périphérique du coeur. On donne sur le graphique de la figure 11 les résultats d'expériences effectuées sur l'effet de suppression des vibrations d'instabilité d'un ensemble à combustible nucléaire conforme à la présente invention.Il ressort de cette figure que, dans un ensemble à combustible nucléaire conforme à l'invention muni de dispositifs anti-vibrations, les vibrations des barres de combustible ne se produisent pratiquement pas malgré une augmentation de la vitesse d'écoulem.ent du fluide réfrigérant. Ce fait peut être constaté avec certitude lorsqu'on compare les résultats des expériences figurant sur la figure il avec les résultats figurant sur la figure 10 d'expériences effectuées sur l'effet de suppression de vibration d'un ensemble à combustible nucléaire classique. Le disposi tif anti-vibration est de construction simple et peut être monté et démonté aisément. I1 suffit, en pratique, de placer les pinces du dispositif autour des barres de combustible.Enfin, le dispositif anti-vibration peut être manipulé sans aucune difficulté et son coût de fabricakion est peu enlevé. Bien que le dispositif anti-vibration selon le mode de-rëali- sation décrit ci-dessus, comprenne une plaque et des pinces, les pinces étant réalisées séparément et fixées sur la plaque, il pourrait être réalisé par emboutissage d'une plaque pour obtenir des pinces faisant partie intégrante de celle-ci, comme le montre la figure 12. I1 ressort de ce qui précède que la présente invention permet de réaliser un ensemble à combustible nucléaire qui interdit de manière sûre les vibrations d'instabilité des barres de combustible de celui-ci même si un jet d'un fluide réfrigérant frappe celles-ci I1 va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble à combustible nucléaire comprenant une pluralité de barres de combustible nucléaire réparties à des intervalles réguliers dans célui-ci, caractérisé en ce què cet ensemble à combustible nucléaire (21) comprend une pluralité de dispositifs anti-vibrations (28), dont chacun est muni de pinces (31), qui sont disposées selon des intervalles qui sont égaux aux intervalles séparant les barres de combustible nucléaire (22), et qui peuvent enserrer les barres de combustible nucléaire pour les immobiliser de manière élastique, chacun de ces dispositifs antivibrations (28) étant montés sur les parties --des barres de combustible nucléaire (22) qi sont situées entre deux grilles de combustible voisines (24) pour maintenir de ce fait les barres de combustible nucléaire (22) à l'état immobilisé. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il constitue un ensemble à combustible nucléaire (22), d'une pluralité de tels ensembles à combustible nucléaire constituant le coeur d'un réacteur nucléaire, qui est positionné dans la partie extérieure de celui-ci. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les barres de combustible nucléaire (22) immobilisées par les dispositifs anti-vibrations (28) sont des barres de combustible nucléaire constituant un tel ensemble à combustible nucléaire qui sont situées dans la partie extérieure de ?elui-ci. 4. Ensemble selon la revendicaton 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les dispositifs anti-vibrations (28) sont reliés à des grilles de soutien de combustible (24). 5. Ensemble selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que chacun des dispositifs anti-vibrations (28) se compose de pinces (31), et d'une plaque de base (29) sur laquelle sont fixées les pinces (31). 6. Ensemble selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les dispositifs anti-vibrations (28) sont réalisés par emboutissage d'une plaque (29) de façon à obtenir des pinces (31) faisant partie intégrante de cette plaque.