Brevet FR2517867A1 — publié le 19830610

L'invention concerne un dispositif de fixation d'un assembla- ge combustible sur la plaque inférieure de support du coeur, dans un réac- teur nucléaire. Un réacteur nucléaire, tel qu'un réacteur à eau sous pression comporte un coeur formé par des assemblages prismatiques disposés côte à c 8 te à l'intérieur de la cuve du réacteur et reposant sur la plaque infé- rieure de support du coeur disposée transversalement par rapport à l'axe de la cuve. Chacun des assemblages est constitué par un faisceau de crayons combustibles parallèles placés entre deux embouts et dirigés suivant la hauteur de l'assemblage Les assemblages reposent par un de leurs embouts ou embout inférieur sur la plaque inférieure de support du coeur, de façon que la direction des crayons combustibles ou direction axiale de l'assem- blage soit verticale Chacun des assemblages est disposé sur la plaque in- férieure de support du coeur en concordance avec une ouverture traversant cette plaque. A sa partie supérieure, le coeur est limité par une plaque ho- rizontale parallèle à la plaque de support du coeur également percée d'ou- vertures en face de chacun des assemblages combustibles. De cette façon, le fluide de réfrigération du réacteur, par exem- ple l'eau sous pression, amené sous la plaque inférieure du coeur traverse les assemblages de bas en haut en les refroidissant et ressort à la partie supérieure du coeur pour le transfert de la chaleur de celui-ci vers les échangeurs de chaleur. Dans le cas de certains réacteurs à eau sous pression, les as- semblages ont une section transversale hexagonale et sont disposés les uns à c 8 té des autres dans le coeur du réacteur de&façon à constituer une maille régulière dans les plans transversaux du coeur Ces assemblages ne sont pas disposés jointifs afin d'éviter des interférences latérales entre les assem- blages, dans le réacteur en fonctionnement. On maintient donc un jeu de l'ordre de trois millimètres entre les faces latérales des prismes à base hexagonale constituant l'enveloppe extérieure des assemblages Le maintien de ce jeu est assuré par des éléments de centrage tels que des pions disposés sur la plaque supérieure et sur le fond support du coeur coopérant avec des logements prévus dans les embouts correspondantsdes assemâages et permettant de maintenir les assemblages en position les uns par rapport aux autres latéralement Un jeu doit être pré- vu entre les pions de centrage et leur logement, ce jeu étant généralement voisin de un millimètre Ces jeux permettent de compenser les défauts d'a- lignement entre les pions de centrage de la plaque supérieure de coeur et les pions correspondants du fond support de coeur et de compenser également les effets de la dilatation différentielle entre la plaque supérieure du coeur et la plaque inférieure de support de ce coeur. Un jeu axial doit également être prévu pour éviter des interfé- rences dans la direction axiale dues aux dilatations différentielles, entre les assemblages d'une part, la plaque supérieure et la plaque inférieure de support du coeur d'autre part. Le fluide de rd igération traversant le coeur à grande vitesse de bas en haut exerce sur les assemblages une force verticale tendant à les déplacer vers le haut Des chocs entre les assemblages d'une part et la plaque supérieure ou la plaque inférieure de support du coeur dtautre part sont donc susceptibles de se produire lors des démarrages ou des arrêts des pompes primaires. Pour remédier à cet inconvénient, on utilise des dispositifs de maintien permettant d'éviter les chocs entre les assemblages et les plaques' supérieure et inférieure du coeur, tout en autorisant des déplacements axiaux relatifs dus aux dilatations. On a par exemple utilisé des ressorts disposés entre la partie supérieure de l'assemblage et la plaque supérieure du coeur exerçant sur ces assemblages des forces verticales et dirigées vers le bas pour le main- tien de ceux-ci contre la plaque ix Erieure de support du coeur Cependant, ces ressorts exercent sur la structure des assemblages, c'est-à-dire sur les tubes de guidage reliés à chacun des embouts ou sur le boitier de l'as- semblage, des forces de compression qui peuvent entreiner un flambage de l'assemblage combustible. On a également proposé d'accrocher l'assemblage sur la plaque inférieure de support du coeur grâce à des pièces en saillie par rapport à la face supérieure de la plaque de support du coeur,solidaires de celleci. Ces pièces en saillie sont disposées au niveau des angles de l'assemblage et comportent des surfaces d'enclenchement qui coopèrent avec une pièce de verrouillage portée par l'assemblage. Un tel dispositif de fixation est cependant encombrant, de cons- truction complexe et rend plus difficile la mise en place des assemblages dans le coeur. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de fixation d'un assemblage combustible sur la plaque inférieure de support du coeur, dans un réacteur nuc léaire comportant un coeur formé par des as- semblages prismatiques disposés côte à côte à l'intérieur de la cuve du réacteur et constitués par un faisceau de crayons combustibles parallèles placés entre deux embouts suivant la hauteur de l'assemblage ou direction axiale, et reposant verticalement sur la plaque inférieure de support du coeur, par l'intermédiaire d'un des embouts, ou embout inférieur, en cor- respondance avec des ouvertures ménagées dans cette plaque, le coeur étant limité à sa partie supérieure par une plaque supérieure de coeur, percée d'ouvertures au niveau de chacun des assemblages, ce dispositif de fixation étant d'une construction simple et d'un faible encombrement tout en ayant une grande efficacité. Dans ce but, le dispositif de fixation suivant l'invention com- porte: une pièce d'accrochage fixée sur la plaque inférieure du coeur, à la par- tie centrale de l'ouverture de cette plaque correspondant à l'assemblage, comportant une ouverture axiale ménageant des surfaces d'accrochage, un manchon expansible d'une forme complémentaire ch celle de l'ouverture de la pièce d'accrochage, fixé sur l'embout inférieur de l'assemblage à sa par- tie centrale, dans la direction axiale, un tube de guidage traversant l'assemblage dans la direction axiale à sa partie centrale, une tige montée coulissante dans le tube de guidage d'une longueur supé- rieure à celle du tube et solidaire à son extrémité inférieure d'une olive de verrouillage d'un diamètre suffisant pour permettre l'expansion du man- chon et le verrouillage de celui-ci sur la pièce d'accrochage par déplace- ment axial de la tige, entre une position hors service et une position de service o l'olive est introduite dans le manchon de façon à provoquer son expansion, une douille solidaire de l'extrémité supérieure de la tige comportant une surface de préhension pour un outil de levage, reposant sur l'embout supé- rieur de l'assemblage, lorsque la tige est dans sa position de service. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un dispositif de fixation suivant l'invention pour un assemblage combustible à section hexagonale utilisé dans un réacteur nucléaire sous-modéré refroidi par de l'eau sous pression. 251786 7 La figure 1 représente une vue en coupe par un plan vertical suivant A de la figure 2. La figure 2 représente une demi-vue en coupe de l'assemblage suivant BB de la figure 1. L'assemblage représenté sur les figures 1 et 2 comportent de haut en bas un embout supérieur 1, un boitier 2 et un embout inférieur 3. Ces trois pièces à section hexagonale sont reliées entre elles par des vis 5. L'embout supérieur 1 comporte des ouvertures circulaires 8 pour la fixation des tubes-guides 9 reliés par soudage à l'embout supé- rieur 1. A la partie centrale de l'assemblage est fixé un tube-guide 10 dont l'axe est confondu avec l'axe 12 de l'assemblage et qui traverse ce- lui-ci sur toute sa hauteur entre les deux embouts. L'embout supérieur 1 est également percé d'ouvertures 14 permet- tant la circulation de l'eau sous pression de refroidissement de l'assembla- ge, dans la direction axiale. L'embout inférieur 3 porte à sa partie supérieure une grille 15 pour la fixation des crayons combustibles fissiles ou fertiles 16, à l Pinté- rieur du boitier, suivant un réseau régulier à mailles triangulaires. Chacun des crayons 16 est maintenu dans sa position dans le ré- seau par une entretoise constituée par un fil enroulé en hélice autour de sa surface extérieure De cette façon, le rapport de modération reste très faible et le flux neutronique reste dans la gamme épithermique. Dans un réacteur sous-modéré, on dispose une certaine partie de matériau fertile, par exemple de l'uranium appauvri en U 235, dans certaines parties des assemblages et dans certaines parties du coeur afin de produire du matériau fissile à partir du matériau fertile. Dans sa partie disposée en-dessous de la grille 15, l'embout in- férieur de forme tubulaire, permet la canalisation de l'eau sous pression pé- nètrant dans l'assemblage. Cet embout inférieur 3 repose sur la plaque inférieure de support du coeur 18 en concordance avec-une ouverture 19 traversant cette plaque sur toute son épaisseur. De cette façon, l'eau sous pression amenée sous la plaque infé- rieure de-support du coeur traverse celle-ci par l'ouverture 19 puis pénè- tre dans l'assemblage par l'embout inférieur 3 qui la canalise avant sa mise en contact avec les crayons 16 fixés sur la grille 15. 2 5 1 7 8 6 7 La plaque inférieure 18 porte des pions de centrage non repré- sentés qui sont engagés, lorsque l'assemblage est en place sur la plaque inférieure de support du coeur, tel que représenté à la figure 1, dans des ouvertures ménagées dans l'embout inférieur 3 De cette façon, l'as- semblage est mis en position verticale de façon que son axe 12 correspon- de avec l'axe de l'ouverture 19. La plaque supérieure de coeur 20 disposée au-dessus des assem- blages avec un jeu d de lordre de 5 mm porte également des pions de cen- trage 21 qui s'engagent, lorsque l'assemblage est en-place, dans des ouver- tures correspondantes 22 ménagées dans l'embout supérieur 1. Après chargement du coeur, lorsqu'on remet en place la plaque supérieure de coeur 20, l'ensemble des pions de centrage 21 vient se pla- cer à l'intérieur des ouvertures 22 de chacun des assemblages. Le dikpositif de fixation de l'assemblage sur la plaque infé- rieure de support du coeur 18 comporte, en plus du tube-guide 10 traversant l'assemblage sur toute sa hauteur entre les embouts, une pièce d'accrochage 23 fixée sur la plaque inférieure de coeur, un manchon expansible 24,qui est ici réalisé sous forme d'un manchon à lames flexibles, fixé sur l'embout/in- férieur de l'assemblage, une tige 25 montée coulissante dans le tubeguide 10 et une douille 26 reliée à l'extrémité supérieure de la tige 25. La pièce d'accrochage 23 est constituée par un pommeau d'accro- chage placé au centre de l'ouverture 19 de la plaque 18 et relié à celle- ci par un croisillon 28 solidaire d'une bague 29, elle-même fixée par des vis 30 sur la plaque 18, autour de l'ouverture 19. Le pommeau 23 comporte une ouverture 31 symétrique de révolu- tion autour de l'axe 12 de l'assemblage comportant une surface d'accrochage conique 33 évasée vers le bas. L'embout-inférieur 3 porte un moyeu central 34 par l'intermédiai- re d'un croisillon 35, l'ouverture centrale de ce moyeu étant d'un diamètre légèrement supérieur au diamètre du pommeau d'accrochage 23. Le manchon expansible 24 est fixé à l'intérieur du moyen 34 par vissage et par blocage grâce à une goupille 37. Ce manchon 24 comporte deux lames flexibles 24 a et 24 b solidai- res de la partie supérieure du manchon permettant son accrochage sur le moyeu 34 La partie inférieure des lames 24 a et 24 b constitue une tête d'accrocha- ge en deux parties comportant des surfaces coniques qui viennent en contact avec la surface 33 ménagée à l'intérieur du pommeau 23, lorsque ces lames sont dans leur position écartée, comme représenté à la figure 1. Dans cette position, une olive 38 fixée à l'extrémité inférieu- re de la tige 25 permet de maintenir l'écartement des lames 24 a et 24 b Le maintien en position de l'olive 38 interdit donc tout déplacement vertical de l'assemblage par rapport à la plaque 18, sous l'effet du fluide de re- froidissement en circulation à très grande vitesse. La longueur des pions de centrage non représentés, portés par la plaque 18 inférieure de support de coeur est telle qu'ils réalisent un premier centrage de l'assemblage par rapport à l'ouverture 19 et, par suite, par rapport au pommeau 23, avant l'introduction des lames 24 a et 24 b dans l'ouverture 31 du pommeau 23 Le moyeu 34 assure le guidage final et pro- tège en outre les lames 24 a et 24 b lors des opérations de manutention Ce moyeu 34 assure la protection en service des lames 24 a et 24 b vis-à- vis des vibrations générées par l'écoulement du fluide réfrigérant. La tige coulissante 25 est solidaire, grâce à un contre-écrou 40, d'un écrou 41 fixé par vissage sur la douille 26 à sa partie centrale et freiné par une plaquette-frein 42. La douille 26, la tige 25 et l'olive 38 forment donc un ensem- ble mobile en translation axiale par rapport à l'assemblage. Une butée 43 fixée sur l'embout supérieur 1 permet de limiter le mouvement vers le haut de cet ensemble mobile. Lorsque cet ensemble est en position basse comme représenté à la figure 1, la douille 26 vient reposer sur la surface supérieure de l'em- bout 1. Lorsque l'ensemble est en position haute, l'olive 38 est dégagée de la tête du manchon expansible de telle sorte que les lames flexibles 24 a et 24 b peuvent se rapprocher l'une de l'autre par élasticité ou sous l'effet d'une traction exercée dans la direction verticale et de bas en haut sur l'assemblage. Pour la mise en place de l'assemblage dans le coeur, celui-ci est amené dans sa position sur la plaque inférieure de coeur, les pions de centrage disposés autour de l'ouverture 19 venant s'engager dans l'embout in- férieur 3 et l'olive 38 est maintenue en position dégagée par rapport à la tête du manchon expansible 24 si bien qu'au moment o l'assemblage vient re- poser sur la plaque inférieure de coeur, le manchon 24 s'engage dans le pom- meau 23 sous l'effet du poids de l'assemblage On descend alors l'ensemble constitué par la douille 26,la tige 25 et l'olive 38 en position basse telle que représentée à la figure 1 pour réaliser le verrouillage de l'assemblage sur la plaque 18. Lorsque le chargement du coeur est terminé, la plaque 20 est remise en place au-dessus de celui-ci, les pions de centrage 21 venant se placer dans les ouvertures correspondantes 22 des embouts supérieurs des assemblages. Eventuellement, le verrouillage des manchons d'accrochage des assemblages par-mouvement vers le bas de l'ensemble mobile portant l'olive 38 à sa partie inférieure peut être réalisé au moment o l'on vient placer le plaque supérieure de coeur, si la douille 26 est légèrement saillante à sa partie supérieure par rapport à l'assemblage. Le verrouillage de l'assemblage permet d'éviter tout déplace- ment de celui-ci dans la direction verticale et vers le haut sous l'effet de la circulation de l'eau sous pression. Pour le démontage de l'assemblage, après levage de la plaque supérieure de coeur 20, il suffit de soulever l'ensemble mobile 26-25-38 jusque dans sa position haute grâce à un outil de levage venant en prise avec la partie supérieure de la douille 26. Dans sa position haute, l'olive 38 est dégagée de la tête du manchon si bien que les lames flexibles 24 a et 24 b peuvent se rapprocher lors du levage de l'assemblage pour son extraction du coeur. L'ouverture centrale du pommeau 23 comporte un prolongement 45 à l'intérieur duquel on peut pousser l'olive 38 avec une tige de grande longueur après avoir retiré la plaquette-frein 42 et dévissé l'écrou 41, en cas de rupture de la tige coulissante 25 Ceci permet de déverrouiller le manchon lors d'une rupture éventuelle de la tige 25 qui serait alors ino- pérante et risquerait de conduire à l'impossibilité d'extraire l'assemblage. La chute de l'olive 38 dans le logement 45, soit par gravité, soit par pous- sée comme décrit ci-dessus, permet dans tous les cas de rupture la rétrac- tion des lames 24 a et 24 b du manchon 24 - On voit donc que les principaux avantages du dispositif selon l'invention sont d'obtenir un verrouillage très efficace de l'assemblage par une manoeuvre extrêmement simple grâce à un dispositif peu encombrant dispo- sé dans sa totalité à la partie centrale de l'assemblage et de l'ouverture de la plaque inférieure de coeur, tout en présentant la possibilité d'extrac- tion de l'assemblage en cas éventuel d'une rupture de la tige assurant la commande. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit; elle en comporte au contraire toutes les variantes. C'est ainsi que le manchon expansible peut comporter un nombre 251786 7 de lames supérieur à deux, que ces lames peuvent être articulées et non flexibles, qu'il peut être fixé d'une façon différente sur l'embout infé- rieur de l'assemblage et que la douille 26 peut être réalisée sous une for- me différente de la forme hexagonale représentée à la figure 2 Il suffit d'assurer un guidage efficace entre cette douille et la surface intérieure de l'embout supérieur de l'assemblage. Enfin le dispositif suivant l'invention est applicable non seu- lement dans le cas d'assemblages à section hexagonale tels qu'utilisés dans un réacteur sous-modéré mais également dans le cas d'assemblages hexagonaux i O utilisés dans des réacteurs à eau sous pression classiques ou encore dans le cas d'assemblages à sections carrées tels qu'utilisés dans les réacteurs nucléaires à eau sous pression de type le plus courant. L'invention s'applique également dans le cas des assemblages d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi au sodium liquide. REVENDICATIONS 1. Dispositif de fixation d'un assemblage combustible sur la plaque inférieure de support du coeur ( 18) dans un réacteur nucléaire comportant un coeur formé par des assemblages prismatiques disposés côte à côte à l'intérieur de la cuve d'un réacteur, et constitués par un fais- ceau de crayons combustibles ( 16) parallèles placés entre deux embouts ( 1, 3), suivant la hauteur de l'assemblage, ou direction axiale, et repo- sant verticalement sur la plaque inférieure du coeur ( 18), par l'inter- médiaire d'un des embouts ( 3), ou embout inférieur, en correspondance avec des ouvertures ( 19) ménagées dans cette plaque ( 18), le coeur étant limité, à sa partie supérieure, par une plaque supérieure de coeur ( 20) percée d'ouvertures au niveau de chacun des assemblages, caractérisé par le fait qu'il comporte: une pièce d'accrochage ( 23) fixée sur la plaque inférieure du coeur ( 18), à la partie centrale de l'ouverture ( 19) de cette plaque ( 18), correspon- dant à l'assemblage, comportant une ouverture axiale ( 31) ménageant des surfaces d'accrochage ( 33), un manchon expansible ( 24) d'une forme complémentaire de celle de l'ou- verture ( 31) de la pièce d'accrochage ( 23) fixé sur l'embout inférieur ( 3) de 1 %ssemblage à sa partie centrale, dans la direction axiale, un tube de guidage ( 10) traversant l'assemblage dans la direction axiale à sa partie centrale, une tige ( 25) montée coulissante dans le tube de guidage ( 10) d'une lon- et gueur supérieure à celle du tube ( 10)/solidaire à son extrémité inférieure d'une olive de verrouillage ( 38) d'un diamètre suffisant pour permettre l'expansion du manchon ( 24) et le verrouillage de celui-ci sur la pièce d'accrochage ( 23) par déplacement axial de la tige ( 25) entre une position hors service et une position de service o l'olive ( 38) est introduite dans le manchon ( 24) de facon à provoquer son expansion, une douille ( 26) solidaire de l'extrémité supérieure de la tige ( 25) com- portant une surface de préhension pour un outil de levage, reposant sur l'embout supérieur ( 1) de l'assemblage, lorsque la tige ( 25) est dans sa po- sition de service. 2. Dispositif de fixation suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ouverture axiale ( 31) prévue dans la pièce d'accrochage comporte un prolongement ( 45) à sa partie inférieure, d'une di- mension suffisante pour contenir l'olive ( 38) de verrouillage du manchon expansible ( 24), en cas de rupture de la tige coulissante ( 25). 3. Dispositif de fixation d'un assemblage combustible compor- tant un embout inférieur tubulaire ( 3), caractérisé par le fait que le manchon expansible ( 24) est fixé à l'inté- rieur d'un moyeu central ( 34) disposé suivant l'axe de l'embout inférieur ( 3) et à l'intérieur de celui-ci, ce moyeu ( 34) permettant la protection et le guidage du manchon expansible ( 24), lors de son introduction dans la pièce d'accrochage ( 23).