Brevet FR2520148A1 — publié le 19830722

La présente invention concerne une pièce d'extrémité d'assemblage combustible de réacteur nucléaire comportant un levier rigide rappelé élas- tiquement. Les assemblages combustibles de réacteur nucléaire refroidi à l'eau sont généralement consti- tués de pièces d'extrémités rigides, une pièce d'ex- trémité inférieure et une pièce d'extrémité supé- rieure, fixées à chaque extrémité de tubes guides rigides Sur les tubes guides sont disposées plu- sieurs grilles d'espacement qui maintiennent un faisceau de crayons combustibles. Des assemblages de ce type sont disposés, lorsqu'ils sont en place dans le coeur du réacteur, entre une plaque supérieure et une plaque inférieure qui font partie de la charpente aménagée dans la cuve du réacteur Ils sont balayés longitudinalement de bas en haut par un courant d'eau de réfrigéra- tion La différence entre les coefficients de dila- tation thermique des matériaux utilisés dans la structure du réacteur nucléaire interdisent la fixa- tion rigide des assemblages combustibles sur les plaques inférieure et supérieure de la charpente du coeur. C'est pourquoi, de façon classique, on in- terpose entre chaque assemblage et l'une des plaques de coeur, la plaque supérieure en général, un élé- ment élastique de fixation qui repousse l'assemblage contre la plaque opposée. Cependant, un problème important qui se pose est la rupture de l'élément élastique de fixa- tion En effet, en cas de rupture, la partie rompue de cet élément serait entraînée par le fluide calo- porteur et causerait des dégâts dans le circuit de b 148 l'eau de refroidissement Des solutiens ont ëte p posées pour remédier à ce problème 6 Par exemple, le brevet français N O 2 326 010, déposé le 24 septer- bre 1976 pour "Dispositif d'absorption des forces axiales que subissent en service les cartouches de combustible d'un coeur de réacteur nucléaire" décrit un dispositif qui comporte des ressorts combinés de flexion et de torsion montés dans la pièce d'extré- mité de l'assemblage Ce ressort se compose d'un premier bras de flexion retenu dans une cavité, d'un bras de torsion, et d'un second bras de flexion qui exerce une poussée sur une saillie de la plaque à grille. Le bras de torsion, qui est le plus sus- ceptible de rompre, est recouvert par une tôle de protection destinée à empêcher les morceaux de res- sort cassés de parvenir dans le circuit primaire du fluide de refroidissement Dans le même but, le se- cond bras de flexion est terminé par un refoulement de matière qui se déplace dans une boutonnière de guidage. On voit que, dans ce dispositif, le pro- blème de la rupture d'un ressort a été envisagé et que l'on a proposé une solution pour éviter qu'une partie rompue de ce ressort puisse être entraînée dans le fluide caloporteur et provoquer des dégâts dans le circuit de l'eau de refroidissement Cepen- dant, si la partie du ressort qui travaille en tor- sion et qui est la plus susceptible de se rompre a été recouverte par une tôle de protection, un autre point faible subsiste à la base du second levier de flexion En effet cette partie, de section constan- te, travaille à la fois en flexion et en torsion, et d'autre part la contrainte de flexion y est maxima- le, car elle est située à distance maximale du point par lequel est transmis l'effort du ressort Enfin, elle est courbée, ce qui contribue encore à l'affai- blir. Une rupture est donc possible au niveau de la base du second bras de torsion Ce second bras serait alors entraîné par le fluide de refroidisse- ment et pourrait même sortir de la boutonnière sous l'effet de son agitation dans le fluide de refroi- dissement. Même si la partie rompue du bras de flexion reste maintenue dans la boutonnière par le refoulement de matière, son débattement risque néan- moins de provoquer des dégâts. L'invention a pour objet une pièce d'ex- trémité d'assemblage combustible de réacteur nu- cléaire qui comporte un élément élastique de fixa- tion qui remédie à cet inconvénient Cet élément est caractérisé par le fait qu'il est composé d'une part d'un levier rigide, et d'autre part de moyens élas- tiques contenus dans un logement qui exercent un couple de rappel sur le levier rigide On a séparé les moyens élastiques, qui donnent naissance à l'ef- fort de rappel des moyens qui transmettent cet effort à la plaque de grille du coeur Les contrain- tes qui existent dans le levier sont suffisamment faibles pour que ce dernier ne soit pas susceptible de se rompre Les moyens élastiques, dont la rupture est possible, sont, eux, enfermés dans un logement, si bien qu'aucune pièce rompue ne peut s'échapper dans le fluide caloporteur. Plus précisément, la pièce d'extrémité selon l'invention, qui comporte de façon connue un dispositif de maintien de l'assemblage combustible contre une plaque supérieure (respectivement infé- rieure) du coeur du réacteur, se caractérise en ce que ledit dispositif de maintien est constitué par: une pluralité de leviers rigides possédant une première extrémité et une seconde extrémité, cha- que levier pivotant autour d'un axe A, un logement ménagé dans les côtés d'un cadre de la pièce d'extrémité, pour chaque levier, des moyens élastiques contenus dans les logements et exerçant un couple de rappel sur le levier cor- respondant. De préférence, la section des leviers est décroissante de l'axe d'articulation A vers chacune des extrémités, et elle est déterminée de telle sor- te que les contraintes qui existent dans ces leviers soient constantes Ainsi, ces leviers ne présentent aucun point faible. Selon un premier mode particulier de réa- lisation, les moyens élastiques sont constitués par: une tige possédant une première extrémité et une seconde extrémité reliée par sa première extrémité de manière pivotante à l'extrémité libre du le- vier, des éléments élastiques à forte raideur enfilés autour de la tige, un organe d'arrêt immobilisé en translation à la deuxième extrémité de la tige, le logement présentant, du côté de la première ex- trémité un épaulement sur lequel les éléments élas- tiques à forte rigidité prennent appui. Cette réalisation présente l'avantage de permettre d'ajuster la précontrainte des éléments élastiques en agissant sur la position de l'organe d'arrêt A cet effet, ledit organe d'arrêt est par exemple un écrou de réglage vissé sur ladite tige. Selon un second mode particulier de réali- sation, le levier comporte une denture d'engrenage inclinée à sa seconde extrémi te et les moyens Elise tiques sont constitués par une barre de torsion preé sentant une première extrémité et une seconde extré- mité et comportant à sa première extrémité un secs teur denté à denture iinclinée complémentaire de la denture du levier et qui engrène avec elle, la barre étant immobilisée en rotation à sa seconde extrémité par rapport audit cadre, la partie extrême de la première extrémité tournent dans un palier ménagé dans ce même cadre. On remarque l'existence dans les moyens élastiques de contraintes par effet de compression dans le cas du premier mode de réalisation et de contraintes par effet de torsion dans le cas du se- cond mode de réalisation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description qui suit, faite en regard des dessins annexés à ti- tre d'exemple nullement limitatif, et sur lesquels: la figure 1 représente le schéma d'implantation des assemblages combustibles dans le coeur d'un réacteur nucléaire à eau, la figure 2 représente une vue en coupe longitudi- nale d'un assemblage de réacteur nucléaire mon- trant un premier mode de réalisation de l'inven- tion, la figure 3 représente une vue en coupe à échelle agrandie d'un assemblage combustible de réacteur nucléaire montrant un second mode de réalisation de l'invention, la figure 4 représente une coupe selon l'axe 4-4 de la figure 3 et montrant une vue de détail de l'extrémité des barres de torsion constituant les éléments élastiques du mode de réalisation repré- senté sur la figure 3, C:2 0148 la figure 5 représente une vue de dessus de semblage des figures 3 et 4 c Sur la figure 1, on a représenté La dispo- sition générale connue des assemblages combustibles S d'un réacteur à eau dont la cuve est référencée 2. Les équipements internes 4 sont suspendus à l'inté- rieur de la cuve 2 Ils se composent d'équipements internes supérieurs, constitués par une plaque supé- rieure 6 et une plaque inférieure 8 reliées entre elles par des entretoises 10, et d'équipements in- ternes inférieurs constitués par une plaque infé- rieure 12 Les assemblages combustibles tels que l'assemblage 14 formant le coeur 9 du réacteur nu- cléaire, sont disposés entre les plaques 8 et 12. Un courant d'eau de refroidissement cir- cule selon le sens des flèches f, et balaye les as- semblages combustibles 14 de bas en haut. Comme on peut le voir plus en détail sur la figure 2, un assemblage combustible tel que l'as- semblage 14 se compose d'une pièce d'extrémité supé- rieure 16, d'une pièce d'extrémité inférieure non représentée, les pièces d'extrémités étant reliées entre elles de manière rigide par des tubes guides dont deux seulement ont été représentés sur la figure 2 afin de ne pas surcharger le dessin Sur les tubes-guides 20 sont fixées des grilles d'espa- cement comme la grille 23, représentée en trait mixte, qui maintiennent les éléments ou crayons coin- bustibles 25 en un faisceau parallèle. En raison des différences entre les coef- ficients de dilatation des matériaux en lesquels sont réalisés, d'une part les assemblages combusti- bles 14, et d'autre part les structures internes de la cuve, il est impossible de fixer de façon rigide les assemblages sur les plaques supérieure 8 et in- férieure 12 On laisse donc un jeu soit entre la partie supérieure de l'assemblage 14 et la plaque 8, soit éventuellement entre la partie inférieure de cet assemblage et la grille 12 A l'autre extrémité de l'assemblage combustible, on dispose un élément élastique qui a pour but de plaquer l'assemblage contre la plaque opposée L'invention concerne pré- cisément un élément élastique de ce type dans lequel on a séparé la fonction élastique qui donne naissan- ce à l'effort nécessaire pour plaquer l'assemblage des moyens pour transmettre cet effort Un premier mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 2. La pièce d'extrémité supérieure 16 com- porte une plaque 18 à laquelle sont fixés les tubes guides 20 Elle comporte également un cadre carré 21, à l'intérieur des côtés duquel sont pratiqués des logements horizontaux 22, et qui est fixé-à la plaque 18 Une tise 24 est disposée à l'intérieur de chaque logement 22 A l'une de ses extrémités, l'ex- trémité 24 b, la tige 24 comporte un écrou d'arrêt 26 immobilisé en translation A son autre extrémité, l'extrémité 24 a, elle est fixée une chape 28. Un levier 30 pivote autour d'un axe hori- zontal A par rapport au cadre carré 21 Le levier 30 possède un premier bras de levier 32 et un second bras de levier 34 Comme on le constate, la longueur du bras de levier 32 est plusieurs fois supérieure à celle du bras de levier 34 La chape 28 est articu- lée au bras de levier 34 par un axe 31 Des éléments élastiques présentant une forte raideur, comme par exemple des rondelles Belleville 36, sont enfilés sur la tige 24 Elles prennent appui sur l'écrou d'arrêt 26, et à l'autre extrémité, sur un épaule- ment 38 du logement 22. La partie extrême du bras de levier 32 est terminée par un bossage arrondi 40 C'est ce bossage qui prend appui, dans l'exemple de réalisation représenté, sur la plaque supérieure de coeur 8, in- diquée en traits mixtes, lorsque l'assemblage com- bustible est en place Quatre dispositifs analogues sont disposés-sur chacun des quatre côtés du cadre carré 21 comme on peut le voir sur la figure 2 Sur cette figure, on aperçoit deux leviers 32 vus de profil et deux autres vus en bout. Il est évident que le dispositif élastique qui vient d'être décrit pourrait également être dis- posé à la partie inférieure de l'assemblage combus- tible Ceci impliquerait évidemment un dimensionne- ment convenable, afin de prendre en compte le poids de l'assemblage combustible Dans ce cas, le bossage prendrait appui sur la plaque inférieure de coeur 12. Cette réalisation du dispositif de main- tien élastique de l'assemblage permet, en cas de rupture de la tige 24 ou d'une rondelle élastique du type Belleville 36, d'empêcher qu'aucune pièce ne s'échappe dans le circuit de refroidissement primai- re En effet ces pièces restent enfermées à l'inté- rieur du logement 22. Quant au levier 30, sa section a été cal- culée de manière que les contraintes soient bien in- férieures à celles qui existent dans les rondelles 36 ou la tige 24 En outre, comme on le remarque, sa section est plus importante quand on se rapproche de l'axe A, o les contraintes de flexion sont plus importantes Les contraintes dans le levier 30 sont donc faibles et constantes, de sorte que sa rupture est improbable et sa flèche négligeable. On a représenté, sur les figures 3 à 5, un deuxième mode de réalisation du dispositif de main- tien élastique conforme à l'invention. La figure 3 représente la partie supérieu- re d'un assemblage combustible 14 représentée à plus grande échelle que la figure 2 On reconnaît sur cette figure un tube-guide 20, la plaque 18, le ca- dre carré 21 et le logement 22 pratiqué dans ce ca- dre carré 21, ainsi que le levier 30. Le levier 30 pivote autour d'un axe hori- zontal A disposé à son extrémité 30 b Sur cette ex- trémité 30 b est taillée une denture inclinée à 450. A son autre extrémité 30 a, il comporte un bossa- ge 40. A l'intérieur du logement 22, on trouve une barre de torsion 44 dont l'extrémité cannelée 44 b est immobilisée en rotation par rapport au cadre carré 21 A son autre extrémité 44 a, la barre de torsion 44 peut pivoter librement à l'intérieur d'un alésage borgne 45 pratiqué dans le cadre carré 21. Cet alésage évite que la barre de torsion soit en porte-à-faux A cette même extrémité 44 a, on trouve un secteur 46 solidaire de la barre de torsion 44 et sur lequel est taillée une denture d'engrenages 48 qui engrène avec la denture d'engrenages 42 prati- quée à l'extrémité 30 b du levier. La barre de torsion 44 exerce ainsi un couple qui permet de rappeler vers le haut le levier ; quatre de ces leviers sont disposés sur la piè- ce d'extrémité 16; ils exercent ainsi un effort de maintien par l'intermédiaire des bossages 40 sur la plaque supérieure de coeur 8 (non représenté sur la figure 3). La figure 4 montre les extrémités 44 a de deux barres de torsion Les extrémités 44 a sont mon- tées chacune dans un palier 50 démontable Les bar- res sont montées deux à deux afin de permettre l'im- plantation des pions de centrage 52 dans les coins laissés libres. REVENDICATIONS -1 Pièce d'extrémité d'assemblage combus- tible de réacteur nucléaire, comportant de façon connue un dispositif de maintien de l'assemblage combustible contre une plaque supérieure (respecti- vement inférieure) du coeur du réacteur, caractéri- see en ce que le dispositif de maintien est consti- tué par: une pluralité de leviers rigides ( 30) possédant une première extrémité ( 30 a) et une seconde extré- mité ( 30 b), chaque levier pivotant autour d'un axe A, un logement ( 22) ménagé dans les côtés d'un cadre ( 2-1) de la pièce d'extrémité ( 16) pour chaque le- vier ( 30), des moyens élastiques ( 36, 44) contenus dans les logements ( 22) et exerçant un couple de rappel sur le levier ( 30) correspondant. 2 Pièce d'extrémité selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la section des le- viers rigides ( 30) est décroissante de l'axe A vers chacunes des extrémités ( 30 a, 30 b Fig 2, a Fig 3). 3 Pièce d'extrémité selon la revendica- tion 2, caractérisée en ce que ladite section est déterminée de telle sorte que les contraintes qui existent dans ces leviers soient-constantes. 4 Pièce d'extrémité selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que lesdits moyens élastiques sont constitués par: une tige ( 24) possédant une première extrémité ( 24 a) et une seconde extrémité ( 24 b) reliée par sa première extrémité ( 24 a) de manière pivotante à l'extrémité libre ( 30 b) du levier ( 30), 2 220148 il des éléments élastiques à forte raideur ( 36) enfi- lés autour de la tige ( 24), un organe d'arrêt ( 26) immobilisé en translation à la seconde extrémité ( 24 b) de la tige ( 24), le logement ( 22) présentant, du côté de la première extrémité ( 24 a) un épaulement ( 38) sur lequel les éléments élastiques à forte rigidité ( 36) prennent appui. Pièce d'extrémité selon la revendica- tion 4, caractérisée en ce que ledit organe d'arrêt ( 26) est réglable en position sur la tige ( 24) de manière à régler la précontrainte desdits éléments élastiques ( 36). 6 Pièce d'extrémité selon la revendica- tion 5, caractérisée en ce que ledit organe d'arrêt est un écrou ( 26) vissé sur la tige ( 24) et venant en appui sur lesdits éléments élastiques ( 36). 7 Pièce d'extrémité selon-l'une au moins des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que les éléments élastiques à forte raideur ( 36) sont des rondelles élastiques de type Belleville. 8 Pièce d'extrémité selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le levier ( 30) comporte une denture d'engrenage incli- née ( 48) à sa secondé extrémité ( 30 'b), lesdits moyens élastiques étant constitués par une barre de torsion ( 44) présentant une première extrémité ( 44 a) et une seconde extrémité ( 44 b), et comportant à son extrémité ( 44 a) un secteur denté à denture inclinée complémentaire de la denture ( 48) du levier et qui engrène avec elle, la barre ( 44) étant immobilisée en rotation à sa seconde extrémité ( 44 b) par rapport au cadre ( 21) de la pièce d'extrémité ( 16), la par- tie extrême de la première extrémité ( 44 a) tournant dans un palier ( 45) ménagé dans le cadre ( 21) de la pièce d'extrémité ( 16).