Brevet FR2520149A1 — publié le 19830722

La présente invention a pour objet une grille d'espacement pour assemblage combustible de réacteur nucléaire comportant des points d'appui opposés deux à deux pratiqués sur des lamelles déformables élas- tiquement. Les grilles d'espacement ont pour rôle de réaliser l'espacement des crayons combustibles nucléaires dans un assemblage de réacteur nucléaire - Ces crayons doivent être maintenus parallèles selon un réseau déterminé, en assurant en outre leur appui selon différentes régions réparties selon leur longueur, afin, en particulier, d'éviter leur vibration sous l'effet de la circulation d'un milieu liquide de refroidissement s'écoulant à leur contact. On connaît déjà de nombreuses réalisations de grilles d'espacement du genre décrit ci-dessus, notamment constituées d'un montage formé de deux familles de tôles minces, respectivement parallèles dans chaque famille, et perpendiculaires d'une famille à l'autre, ces tôles étant échancrées à intervalles réguliers de façon à permettre leur emboîtement mutuel en délimitant ainsi des alvéoles de section carrée traversés chacun par un élément combustible du faisceau. Des grilles de ce type comportent généralement des ressorts rapportés réalisés en un matériau différent de celui de la grille Par exemple, le brevet français 77 20 908 déposé le 7 juillet 1977 pour "Grille d'espa- cement pour un faisceau de crayons combustibles dans un assemblage de réacteur nucléaire;' décrit une grille d'espacement qui comporte des languettes ressorts pré- sentant un profil zig-zag qui comporte au moins deux bossages en appui respectivement contre les crayons traversant les deux alvéoles. Cette grille est réalisée en zircaloy, et 2 2520149 les ressorts en inconel. On a cherché à réaliser des grilles entiè- rement en zircaloy, ce qui évite l'utilisation de matériaux à haut pouvoir d'absorption des neutrons tout en permettant une construction plus simple de la grille d'espacement, puisque l'on supprime le montage de ressorts rapportés. On a cherché d'abord à réaliser des grilles comportant des ressorts découpés directement dans les 1 O cloisons formant les parois des alvéoles Mais les essais ont montré que ces ressorts ne permettaient pas de maintenir durablement les crayons combustibles en raison du phénomène de relaxation du zircaloy sous irradiation Au bout d'un certain temps, l'effort de serrage des ressorts sur les crayons se relâche et ils ne sont plus maintenus. La présente invention concerne précisément une grille d'espacement réalisée entièrement en un matériau présentant un faible pouvoir d'absorption des neutrons et d'une construction simple Etant donné qu'il n'est pas possible d'assurer le serrage pendant la durée de vie des crayons, elle a simplement pour fonction d'assurer leur espacement Il reste bien en- tendu nécessaire d'assurer la fonction de maintien des crayons Mais ceci est obtenu par un autre moyen, qui ne fait pas partie de la présente invention Il est essentiel d'assurer le contact sans jeu entre crayons combustibles et grilles, car tout jeu entre la grille et les crayons provoquerait l'usure de ces derniers, ce qu'il faut absolument éviter Il est donc nécessaire de compenser les variations dimensionnelles dues aux tolé- rances de fabrication des grilles L'invention résout ce problème par la présence de points d'appui opposés deux à deux pratiqués sur des lamelles déformables élastiquement. Il convient par ailleurs de préciser que le brevet américain 3 679 547 montre des grilles homo- gènes o sont pratiquées, dans une lamelle, deux bossages superposés par alvéole, situés chacun entre deux fentes verticales, et orientés en sens opposés par rapport à la lamelle, vers deux alvéoles voisins. Dans une telle réalisation, les couples de torsion dûs à la présence des crayons sont transmis aux lamelles constituant les grilles; ils provoquent des défor- mations des grilles, préjudiciables à leur stabilité et à leur géométrie. La présente invention pallie ces inconvénients. Plus précisément, l'invention concerne une grille d'espacement pour assemblage combustible de réacteur nucléaire, comportant un ensemble de deux familles de cloisons minces respectivement parallèles dans chaque famille et perpendiculaires d'une famille à l'autre, échancrées à intervalles réguliers de façon à permettre leur emboîtement mutuel pour déter- miner des alvéoles de section carrée traversés chacun par un crayon combustible du faisceau, des points d'appui étant pratiqués dans les parois de l'alvéole pour maintenir les crayons combustibles du faisceau, caractérisée en ce qu'il comporte des points d'appui constitués par des bossages profilés, pratiqués deux par deux sur une languette de tôle obtenue en pra- tiquant deux fentes parallèles longitudinales dans la cloison mince de part et d'autre desdits bossages, ces bossages étant dirigés en sens opposés dans deux alvéoles adjacents, la réaction des crayons combus- tibles sur ces bossages après leur mise en place dans la grille produisant un couple de torsion sur la languette de tôle élastique, la déformation de cette languette permettant ainsi l'absorption des tolérances de montage des éléments combustibles dans la grille De préférence, ces couples de points d'appui sont associés à d'autres couples de bossages pratiqués directement dans la cloison mince constituant la paroi de l'alvéole et constituant donc des points d'appui rigides pour les éléments combustibles. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à-la lecture de la descrip- tion qui suit, faite en référence aux figures annexées sur lesquelles la Fig 1 est une vue à grande échelle d'un assemblage combustible de réacteur nucléaire; les Fig 2 et 3 représentent respectivement une vue en perspective et une vue de dessus d'une grille conforme à l'invention. la Fig 4 montre le détail de la grille de l'invention; la Fig 5 représente une variante de la réalisation de la Fig 4. On a représenté sur la figure l une vue à grande échelle montrant schématiquement un assemblage combustible l de réacteur nucléaire dont les crayons combustibles 2 sont maintenus espacés par des grilles 4 conformes à l'invention réparties régulièrement le long des crayons combustibles Chaque assemblage l comporte une armature rigide composée de deux pièces d'extrémité 6 munies d'orifices permettant le passage de l'eau de réfrigération qui circule de bas en haut Un certain nombre de tubes guides 10 assurent la solidité de l'en- semble par leur fixation aux pièces d'extrémité 6 Chaque assemblage combustible 1 s'étend sur plusieurs mètres de long entre une plaque de coeur inférieure (non repré- sentée) et une plaque de coeur supérieure 14 appartenant aux équipements internes de la cuve du réacteur Chaque assemblage est positionné par rapport aux plaques de coeur. On a représenté sur la figure 2 une vue en perspective et sur la figure 3 une vue de dessus d'une grille conforme à l'invention. Ces vues montrent les deux familles de tôles transversales 20 et 22, parallèles les unes aux autres dans une même famille et perpendiculaires entre elles d'une famille à l'autre, et munies d'échancrures 23 à intervalles réguliers, de telle sorte qu'elles délimitent une série d'alvéoles 24 dans lesquels s'engagent les crayons combustibles du faisceau Des points d'appui 30 pratiqués dans les cloisons des al- véoles assurent le positionnement du faisceau des crayons combustibles. Dans certains alvéoles, des manchons cylin- driques 26 soudés par soudure au laser ou T I G à la grille par des pattes 28 découpées dans des tôles 20, 22, permettent le passage des tubes guides tels que 10. Dans une grille de ce type, réalisée entiè- rement en un matériau qui n'est pas capable d'assurer le supportage des crayons combustibles 2, par exemple le zircaloy, il est nécessaire que les crayons soient supportés par un autre moyen, car la grille de l'inven- tion n'assure pas ce supportage Elle permet simplement l'espacement des crayons. On a-représenté sur la figure 4 une vue de détail de la grille de l'invention Elle montre une vue en coupe et une vue de face des tôles. On a pratiqué dans les cloisons des alvéoles des bossages qui viennent en appui contre le crayon combustible 2 schématisé en trait mixte Ces bossages sont de deux types, d'une part des bossages rigides 30, et d'autre part des bossages 34 pratiqués-sur une languette 32 déformable élastiquement. Sur chaque cloison d'un alvéole, on a pra- tiqué quatre points d'appui superposés, deux points d'appui rigides 30 encadrant deux points d'appui de type élastique 34 situés sur une même languette élas- tique 32 Comme ces bossages sont communs à deux alvéoles adjacents, il y a donc huit points d'appui dans" chaque alvéole. Les bossages 34 encore appelés bossages astiques sont disposés sur une languette dégagée de la plaquette par deux fentes latérales continues; ils font saillie de part et d'autre du plan de la cloison et donc de la languette 32 dans deux alvéoles 24 adjacents comme on peut le voir sur les t Oles 22 représentées de profil. Les réactions des crayons combustibles 2 sur les points d'appui 34 sont donc opposées Il s'ensuit un couple de torsion sur la languette de tôle 32 qui la déforme élastiquement Cette déformation permet l'absorption des tolérances de fabrication des grilles et de montage des crayons dans le faisceau. Les points d'appui rigides 30, comme les points d'appui élastiques 34, sont profilés afin de diminuer la résistance à l'écoulement du fluide de refroidissement qui circule à leur contact. P Dar opposition aux grilles décrites dans le brevet américain 3 679 547, les grilles telles que représentées sur la figure 4, permettent à la fois d'éviter les déformations produites dans la cloison par la transmission latérale de l'effet de couple et de conditionner la déformaiton de la languette Les réactions d'appui, dues à ce couple, sont normalement reprises aux points d'encastrement extrêmes de la languette Il en résulte une normalisation des con- 3 traintes sur la structure de la grille constituée par les cloisons, qui conserve ainsi une configuration stable au cours de la relaxation du matériau utilisé. On a représenté sur la figure 5 une variante de réalisation de la grille représentée sur la figure 4. k 4 - Cette variante se distingue par le fait que les lan- guettes élastiques 32 sont légèrement cambrées à la fa- brication Elles présentent une déformation en S qui est l'inverse de la déformation qu'elles auront à subir lorsque les éléments combustibles seront mis en place dans la grille Ce cambrage a pour but d'accen- tusc l'effet de la grille de la figure 4, c'est-à-dire de permettre d'absorber mieux les tolérances de fabri- cation de la grille et de montage des crayons plus importantes Cette disposition confère un effet de voûte à la languette et celle-ci présente une raideur accrue aux efforts transmis par les bossages. La grille de l'invention, d'une construction simple puisque ne nécessitant pas l'utilisation de ressort rapportés, assure la cohésion d'ensemble du réseau par l'interférence des points d'appui entre les alvéoles adjacents Elle assure la compensation des tolérances de fabrication par déformation des appuis et permet donc le maintien sans jeu des crayons combustibles de l'assemblage. Lorsqu'elle est réalisée en un matériau, tel que le zircaloy qui, sous irradiation, subit un phénomène de relaxation et qu'elle n'applique plus, au bout d'un certain temps,-de serrage sur les crayons, ce maintien sans jeu est sauvegardé, pendant toute la durée du fonctionnement de l'assemblage combustible. REVENDICATIONS 1 Grille d'espacement pour assemblage combustible de réacteur nucléaire, comportant un ensemble de deux familles de cloisons minces ( 20, 22) respectivement parallèles dans chaque famille et perpendiculaires d'une famille à l'autre, déterminant des alvéoles ( 24) de section carrée traversés chacun par un crayon combustible ( 2) du faisceau, des points d'appui ( 30, 34) étant pratiqués dans les parois de l'alvéole ( 24) pour maintenir les crayons combustibles du faisceau, caractérisée en ce qu'il comporte des ponts d'appui ( 34) constitués par des bossages pro- filés, pratiqués deux par deux sur une languette de tôle ( 32) obtenue en pratiquant deux fentes paral- lèles ( 33) longitudinales dans la cloison mince de part et d'autre desdits bossages ( 34); ces bossages. étant-dirigés en sens opposés dans deux alvéoles ( 24) adjacents, la réaction des crayons combustibles ( 2) sur ces bossages après leur mise en place dans la grille produisant un couple de torsion sur la languette de tôle élastique ( 32), la déformation de cette languette permettant ainsi l'absorption des tolérances de montage des crayons combustibles ( 2) dans la grille. 2 Grille d'espacement selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que lesdits bossages profilés ( 34) sont associés à des bossages ( 30) pratiqués directement dans la cloison mince constituant la paroi-de l'alvéole ( 24), ces bossages constituant donc des points d'appui rigides pour les crayons combustibles ( 2). 3 Grille d'espacement selon-la revendi- cation 2, caractérisée en ce que deux desdits bossages ( 30), pratiqués directement dans la cloison mince et constituant des points d'appui rigides, sont disposés de part et d'autre, dans la direction longitudinale, d'un couple de deux desdits bossages profilés. 4 Grille d'espacement selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les languettes de tôle éla 3 tiques ( 32) présentent un cambrage obtenu à la fabrication, ce cambrage étant réalisé en sens inverse de la déformation que la languette élastique ( 32) aura à subir lors de la mise en place des crayons dans la grille. Assemblage combustible comportant une pluralité de grilles d'espacement selon l'une au moins des revendications 1 à 4, enfilées sur une plu- ralité de tubes-guides, caractérisé en ce que lesdites cloisons minces ( 20, 22) présentent des pattes ( 28) dépassant des grilles et soudées sur des manchons ( 26) entourant les tubes guides.