Brevet FR2518302A1 — publié le 19830617

La présente invention concerne les assemblages combustibles de réacteur nucléaire du type éau -légèxre'-qti 1 cbmtrennxent, de faàçon connue, un ensemble de forme générale parallélépipédique, comportant un grand nombre de crayons élémei 0-talre_ renfermant le matériau combustible fissile gajn I, Un tel assemblage se 43 o,,npose d'un squelette co 4-porta,kt lui- même deux pièces d'extremitë massives entce;to:'sées par un faisceau de tubes guide creux dan-s LÄtsquel Gsont logges les barres de con Lrôle et, fixe-es à nvie regu Ilerc S les tubes qui-de pre:ctC _,iie d 2 pie-ces es' appelëes grilles dans rnscanauxdes o carrée desquelles sont rfi Iëz rttn dcux _les (crzyons aseentblchi Jlagaaojuxtaposés rcr,1 s'enenffargee '-î 3 'v,-_uer U Les cale Wut, c a rî, m e r-f In -i vr oat 5 s rt e N Ie cdier dewje e J I t T:LC:' Lt Ys d rLI i i sconsidérables et dont l.'une de plasixe to uivïaïte. T, -' 2-j 'e les tubes gut-ide et les pi, ces d'xr& 2-C me 3 é 2 al Lsée par vissage d'éléments filetés et les pièces d'espacement intermé diaire ou grilles sont rigidement fixées vux t-ubes guide par soudage ou nar uin 1 F-rocé-dé edé:rmt mécantque (expar sion> 'hks tubas guide au-dessus et Pn- dessous des grilles Pouraisr le squelette d'un tel assemblage combustible, on a Din g CénéÉraleiïtent les tubes fixés sur les pièces d'extremité puis on fixe ensuite rigidement les grilles d'espacement sur lesdits tubes ainsi fixés Lors d Iel'prto de fixation des tubes guide sur les pièces d'extrémité, il est nécessaire 2 2518302 d'étirer ces tubes avec une certaine force prédéterminée de façon à s'assurer que ceux-ci sont bien au contact de la pièce d'extrémité et à permettre ainsi la compensation des différences de longueur statistiques qui peuvent exister à la fabrication entre les différents tubes. Cette mise en place des tubes et leur solidarisation avec les pièces d'extrémité est réalisée par une liaison vissée qui est une opération délicate et longue et qui se fait a l'aide d'outils permettant la-mesure des cou-. ples appliqués En effet, ces couples doivent -Atre inférieurs à une valeur limite de façôn a éviter d'éventuelles détériorations des filetages Pour fabriquer un tel assemblage, on fixe ensuite rigidement les grilles d'espacement sur les tubes ainsi vissés puis il est nécessaire de démonter au moins l'une des plaques. d'extrémité pour pouvoir-mettre en place les crayons de combustible, ce qui nécessite ensuite le remontage de cette (ou de ces) plaque(s) en prenant évidemment les' mêmes précautions au moment du serrage de chaque vis quant à la valeur des couples appliqués. Malheureusement, le vissage et le serrage des éléments filetés pour réaliser la fixation des pièces d'extréité sur le faisceau des tubes guide a presque toujours pour effet de créer dans ces tubes un effet de vrillage da à l'introduction de couples de torsion. Comme c'est ensuite dans cet état des tubes que l'on fixe dessus rigidement les différentes grilles d'espa- cement, il en résulte que cet état de vrillage risque d'être ainsi figé et conserv; par la suite, ce qui peut entraîner un défaut géométrique permanent de l'assemblage, nuisible à sa bonne tenue en pile ainsi qu'à sa solidité et à sa durée de fonctionnement. La présente invention a précisément pour objet un procédé de fabrication d'un assemblage com- bustible de réacteur-nucléaire-du type à eau-légêre qui, à l'aide d'un outillage particulièrement simple à mettre en oeuvre, permet d'éviter l'inconvénient majeur décrit précédemment. Le procédé de fabrication d'un assemblage combustible d'un réacteur -nucléaire du type -à eau-légère, objet de l'invention, ledit assemblage comprenant de façon connue deux pièces d'extr 9 mité entretoisées par des tubes guide creux destinés a récevoir les barres de contrôle et sur lesquels sont fixées des grilles d'espacement dans lesquelles sont loges les crayons de matière combustible fissile, du genre de ceux dans lesquels on solidarise par vissage les ptlces: d'extrémité sur les hubes guide préalablement enfiles à frottement doux dans les grilles d'espacement, on réalise la fixation rigide définitive des grilles d'espacement sur les tubes guide, O N désolidarise au moins l'une des pièces d'extr Emité pour enfiler les crayons de matière combustible dans Les logements restes vides des grilles d'espacement et l'on réalise le vissage définitif de la {des) piece(s) d'extrémité' se caractérise en ce que la première solidarisation des p Ièces dextremitd sles 'ubes guide est réalisée par:une -mise en tension sans: torzsionr des: -tubes-guide. On conçoit ainsi que, la premiere fixation, ou fixation provisoire des tubes guide sur les pièces d'extrémité ayant lieu par tout moyen connu et notamment par vissage, sans induction d'une quelcon- que torsion ou vrillage dans les tubes guide, permet ensuite de fixer les grilles d'espacement sur lesdits tubes en solidarisant ainsi les différentes pièces du squelette constituant chaque assemblage dans un état libre de toute contrainte mécanique néfaste. Selon une caractéristique importante de la présente invention, la fixation sans torsion des tu- bes guide sur les pièces d'extrémité est-réalisée par un vissage léger sur les tubes guide préalablement disposés entre les deux-pièces d'extrémité, puis une application d'une traction longitudinale à au moins l'une de leurs deux extrémités. Les différentes pièces constituant le squelette de l'assemblage étant rigoureusement positionnées sur un banc de montage calibré, la traction longitudinale exercée sur chacun des tubes guide permet d'abord de rattrapper les écarts statistiques de longueur que peuvent présenter ces différents tubes après leur fabrication et, surtout, d'assurer leur fixation par vissage sur les pièces d'extrémité sans induire de torsion dans les tubes guide et sans nécessiter d'opération longue et délicate Dans ces conditions, la fixation finale des tubes guide aux pièces d'extrémité se fait alors que les dits tubes guide sont déjà rigidement fixés aux grilles d'espacement et bien entendu après- que les crayons combustibles aient été mis en place. Les liaisons rigides ainsi réalisées lors de la fixation des grilles d'espacement sur les tubes guide maintiennent ces tubes fortement entre eux évitant ainsi tout risque de vrillage lors du serrage des vis de liaison définitives. Selon une variante de la présente invention, la fixation provisoire des tubes guide sur les pièces d'extrémité de l'assemblage ainsi que la mise sous tension longitudinale de ces mêmes tubes guide peut être réalisée à l'aide d'une pince expansible pénétrant dans les extrémités des tubes guide pour assurer leur fixation provisoire. La présente invention a également pour objet un outillage pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication précédent qui se caractérise en ce qu'il comporte pour chaque extrémité d'un assemblage: 2518302 une plaque Métallique interne apte à s'appliquer s'Ur le fond de'la pièce d'extrémitéê; -une plaque métallique externe pouvant se déplacer, sous l'effet d'un vérin, le long de colonnes de glissement fiyâes sur la plaque interne, en translation lorgitudînale par rapport à celle-ci; -des tirants fi straversant- des orif ices en corresp(Doudance dans la pièee io d 'extrt&mit 6 et dans les Jeux plaquies neî et externe, aptes à venir c-n prise avec -le filetage Interne des extr 6 érnitl_ N 1 tubi'e E; gu Y 3 e, et -Iunis chacun d'une tè cte q:ur * ' 'at sappuyer un ressort de Compensation d,% ldu i v'ine ur O _j ê a 1 î-aîU Dn les orificiez e- l Cas Wpc Cs d'x enfhî r, a ol-,ies L, herne et- apItpeà ' iu creux du tuberguid t ddo e;zî;J'cc de zrîali Jsation_ partclier, la t N $ 30 twoogu'ur les pièces d ',Extrémit Lé ct leur S 3 v 5 tenio lng tudinaie, e;t rêli;e>atrs:ss 9 ce qui -1 a cesqent, xclu co pâtiz I: out risque de torsion des dits tubes guide avant la fixation des grilles d'espacement, De toute façcon la présente invention sera mieux comprise à la lecture qui suit de la description de deux exemples de mise en oewvre,, description qui sera faite en se référant aux figures 1 à 4 ci-jointes sur lesquelles la fig J montre le principe du positionnement sur un banc de montage calibré des 3 _ 5 différents éléments constituant le squelette d'un Assemblage combustible fabriqué selon le prqcédé objet de l'invention; la fig 2 montre l'étape suivante de la réalisation de l'assemblage; les figs 3 a et 3 b représentent, dans cet ordre et de gauche a droite, les deux extrémités d'un assemblage combustible en cours de montage équipées chacune d'un outillage objet de la présente invention; la fig 4 montre une variante de réalisation de l'outillage des figs 3 a et 3 b. la fig 5 illustre une autre variante de réalisation de l'outillage des fig 3 a et 3 b. D'une façon générale, les diffé- rentes figures précédentes représentent l'assemblage en cours de fabrication, dans sa position couchée sur un banc de positionnement précalibrd Les vues sont dessinées en coupe partielle et élévation, avec arrachement d'un certain nombre de pièces pour permettre les vues de détail. Sur la fig 1, on a représenté un banc de montage I se composant d'un chassis supérieur la et d'un chassis inférieur lb Entre ces deux châssis, est disposé le squelette d'un assemblage qui comporte les deux pièces d'extrémité 2 et 3 et un certain nombre de tubes guide creux 4. Sur les tubes guide 4 ont été préalablement enfilés à frottement doux des grilles d'espacement 5 re- présentées schématiquement en pointillées sur la figure ainsi que l'emplacement de l'un des crayons de combustible 6 maintenus en place par l'ensemble des grilles d'espacement 5 Sur le banc de position- nement 1, les pièces d'extrémité 2 et 3 ainsi que les différentes grilles d'espacement 5 sont positionnées de façon rigoureuse par des cales prédisposées 7 L'emplacement de ces cales 7 a été choisi de façon à positionner d'avance les pièces d'extrémité 2 et 3 et les grilles d'espacement 5 exactement dans la relation spatiale qui doit être celle qu'ils occuperont dans l'assemblage combustible terminé Conformément à l'invention, deux outils d'extrémité 8 a et 8 b sont adaptés dans les fonds des pièces d'extrémité 2 et 3 et comportent des moyens 9 a et 9 b de fixation des tubes guide 4 sur les pièces d'extrémité 2 et 3, Le plus souvent, ces moyens de fixation sont constitu 6 S d'éléments de o 10 vissage d'lm genre en sol connu. Selon le pr*c dé objet de l'invention-, on exerce par un moyent non represente sur la f Zigol une traction longitudinale s-arolisée les flèches F sur chacun des outils 3 a et 85 de fagon à réaliser une tenrion des dif 2 f 5 rents t bes guide 4 entre les deux extrérmiît:s d 2 e l'asse Rllageo On peut alors fixer les dif rente grilles d'espacsment 5 à leurs places resp G Ltves sur les tubes guide d par tout moyen connu, tel ue, par exemple D ue OU dudgeonnage provoquant une expansion alu niveau de chaque grille 5 A ce moment, le squelette de l'assemblage représentê sur la fig 1 est mécaniquemet rigidifié et figé sans possibilité d'y induire des torsions parasites, notamment dans les tubes guide 4, lors du vissage définitif ultérieur de ceux-ci sur les pièces d'extrémité 2 et 3 correspondantes. Les étapes suivantes de la fabri- cation de l'assemblage se déduisent facilement de la fig 2 o l'on voit, qu'après avoir désolidarisé l'une des pièces d'extré,mit, 3 par exemple, des tubes guides 4 on vient enfiler à frottement doux dans les logements des grilles d'espacement 5 les différents crayons de combustible 6 Lorsque ce travail est terminé, il suffit alors de replacer la pièce d'extrémité 3 à son emplacement prévu et 8 Z 518302 de serrer l'ensemble par vissage définitif des pièces 9 a et 9 b, sans risque de provoquer une déformation des tubes 4 ni du squelette d'assem- blage en général. On décrira maintenant en se référant aux figures 3 a et 3 b le détail d'un des modes de réalisation possibles des outillages d'extrémité 8 a et 8 b de la fig 1 Les figs 3 a et 3 b doivent se lire de gauche à droite et représentent respectivement * 10 deux extrémités du -rmeme assemblage en cours de fabrication. Bien entendu on retrouve sur les figs 3 a et 3 b les mêmes éléments que ceux de la fig 1 ainsi que les différentes cales d'encastrement 7 des pièces d'extrémité 2 et 3 et des grilles d'espacement 5 Les éléments correspondants des extrémités gauche et droite de l'assemblage portent le même nombre de référence, assortis de l'indice a pour l'extrémité de gauche sur la fig 3 a et de l'indice b pour l'extrémité de droite sur la fig 3 b. Selon l'invention, l'outillage de fabrication du squelette de l'assemblage est essen- tiellement constitué de deux plaques métalliques mobiles 10 a externe et lla interne tour-l'extrémité de la fig 3 et 10 b (externe) et lib (interne) pour l'extrémité de la fig 3 b Ces deux plaques qui s'adaptent exactement sur le fond des pièces d'extrémité 2 et 3 sont positionnées l'une par rapport à l'autre et mobiles en translation longi- tudinale selon l'axe général de l'assemblage grâce à des colonnes de glissement 12 a et 12 b Ces colonnes de glissement 12 a et 12 b sont respectivement vissées dans des alésages correspondants 13 a et 13 b des plaques internes lla et 1 lbs 9 2518302 Les plaques métalliques internes lia et llb comportent en face de chaque tube guide 4 des al ésages 14 a et 14 b qui correspondent 'd'ailleurs à des alésages 15 a et 15 b en correspondance avec les précédents dans les plagner, metai:ques externes 1 Oa et l Ob Des tirants 9 a et 53 b possêdent une tète fi.letée 16 a et l 6 b susceptible de coopârer par vîssage avec les extréneites cocnedes t Wres g uide Gd Le tirant 9 b de la f 'jg 3 b eit réal isé soius la Zorîze d'une tîge creuset -L-,ni) asagc d'Un Outil d 'expanrs ton dont Iw >tr Sur chaque tirant la Pt, kruvctw site-3, erec la t%è"te crenw 27 I t 7 et la Plaque l 1 q-ie,,Y Xt(erfl 1 Oa >t19 rt i I 17 b e tant dIqe u 5 dites paidqer V:j)'ilb U Jn véril& ' b al r r L ees pr.c 3 entla, t 7 k,r Yeans un l qek V 19 b O ( 3 e la a i,3 J Obrr o etu Wfixticn ',:iaeu les deux ru 18 a e:t L Bb cpxorsui ïi 21 à lacu Le rtenxk de la s tture _ersnéur l es f 3 a et -ib est la suîîPaent. Lors de la Première S iscidens tbs:d sur In ics d'eixtreÂ L 2 et 3, on effectu-ve un vissage Iéger à la -ia in de ëlaéxrae-tts leleésia et 16 b dans les extéités creuses ga Iernent filetàes des ditff& ents tubes guide 4 D Eans le cas patoi-uller' des figs 3 a et 3 b donné là t itre i 1 ist 2 et o limitatif, la pie d'e cémt 2 omrten lacez de chaque tube guide 4 une portée conique 22 qui permet d'aligner au même niveau de translation longitudinale toutes les extréiiiitès situées sur la 2518302 partie gauche de la fig 3 a'des différents tubes guide 4. En d'autres termes, les rattrappages de différences de longueur pouvant exister d'un tube 4 à l'autre sont effectués par l'extrémité opposée de la figure 3 b au niveau de la pièce d'extrémité 3 Lorsque-cette première étape est réalisée, on met sous tension à l'aide des vérins 18 a et 18 b les ressorts 17 a et 17 b en provoquant l'écartement en translation des plaques externe et inter- ne 10 a et 11 a d'une part et 10 b et 11 bde l'autre, ce qui conduit à la mise sous tension longitudinale des tubes guide 4 Une fois cette mise sous tension réalisée, on introduit par la partie creuse des tirants 9 b un outil grace auquel on réalise la fixation définitive des grilles 5 sur les tubes guide 4, soit à l'aide d'un dudgeonnage 23 pratiqué entre le tube guide 4 et un man- Àchon 28 soudé à la grille, soit à l'aide de tout procédé de liaison métallurgiqule tel que soudure entre tube guide et grille, cette fixation aux emplacements voulus des différentes grilles d'assemblage 5 de façon rigide et définitive étant alors effectuée puisque les tubes guide 4 sont étirés et placés sans aucune torsion induite. Une fois cette opération effectuée, on. peut détensionner les tubes guide 4 en supprimant l'ef- fort fourni par les vérins 18 a et 18 b; on désolidarise les tirants 9 a et 9 b en les dévissant simplement à la main, ce qui permet alors de démonter les pièces d'extré- mité 2 et 3 pour introduire à leur place définitive les différents crayons combustibles 6. Enfin, il suffit de replacer ces pièces d'extrémité 2 et 3 et de les serrer par vissage défini- tif comme cela est représenté en 25 sur la figure 3 a, pour achever la fabrication de l'assemblage. Sur la fig 5, on a représenté une autre variante de réalisation de l'outillage objet de l'inven- tion Sur cette fig 5, on retrouve tous les éléments de l'exemple des figure 3 a et 3 b munis des mêmes nombres de référence, mais cette fois, les ressorts 17 a et 17 b 11 2518302 sont situés entre les plaques métalliques externes 1 oa, lob et internes lia, 11 b Le fonctionnement de cette variante de réalisation est par ailleurs similaire à celui de la précédente, les montages des ressorts et du vérin étant toutefois en opposition par rapport aux fonctions correspondantes des fig 3 a et 3 b. L'outillage ainsi décrit assure une fixation entre pièces d'extrémité et tubes guide sans aucune torsion dans les tubes puisqu'elle est obtenue par un vissage léger des élements filetés, et les tubes guide sont maintenus suar chaque pièce d'extrémité avec une force très précise et identique pour chaque liaison Lors d M la fabrication du squelette d'un assemblage, l utillsation de cet outillage permet de n'effectuer la liaison vissge définitive entre les tubes guide et les pièces d'extrémité que lorsque ceux-ci sonet r:igideent maintenus par les grilles. Le recours au procédé objet de il'invention permet on outre lc gain de temps consi- dérable puisque, lors ae la r-alisatoin de la pre- miere liaison provisoire entre les tubes et les pièces d'extrémité, la mise sous tension des tubes guide dont les differences statistiques de longueur sont compensées, se fait en une seule fois pour toutes les liaisons par l'action des ressorts 17 et du vérin 18 sans nécessiter le recours a des outils de serrage et de mesure des couples de serrage puisque les tubes guide sont reliés aux tirants par vissage léger. Sur la fig 4 o l'on retrouve les mêmes éléments portant les mêmes nombres de référence que sur les figs 1 ou 3, on a simplement illustré une variante possible des moyens de solidarisation provisoire des tubes guide 4 aux plaques d'extrémité 2 et 3 Comme on le voit sur la partie gauche de cette 12 2518302 figure 4, le tirant 9 a est terminé par une pince expan- sible 26 qui permet de saisir l'intérieur de l'extrémité du tube guide 4 sans qu'il y ait même besoin de recourir à un vissage léger Cette liaison permet de réaliser la mise sous tension longitudinale du tube guide 4 comme dans l'exemple précédent et les autres étapes de fabrication de l'assemblage sont ensuite identiques. 13 2518302 REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'un assem- blage combustible, de réact"-eu K nucléaire du type à eau légère comprenant, de façon connue, deux pièces d'extrémité ( 2, 3) entreto Disées par des tubes guîde creux ( 4) et sur le squels sont filxées des gilles' d'espacement ( 5) dans les nelles sont logés les crayons ( 6) de matière comnbustible úCoile, du jeare ae ceu "ans lesquels ori s-ol Idarise paa visage le 3 piècsâgm trémnité ( 2,3 > sur les tubes -qui-de ( 4 enfilds à frottement doux gns 1 r illo Ice an c:ac 4 ri; 4 en ce * t îin iss 2 ons t -Dsien L ast- :ealisê 'ur -esr;a&y abi eneït diS 9 orpsu erntxe 1 ûs deux p Jiêuo-ci î rml 2, 3), p en ce t' l'une de leurs deux etrémités. 3 Outillaie -peur la -milse ert oeuvre du procédd selon I uiic ecn de-s re-vendications i et 2 précédentes, ca cérs N ce qu'il comporter pour chaque extrémité d'un astr:lg unme plaque -néudtllique interne(la 1 b apte à s'appliquer sur le -fontid de 'La pièce, d'extrémité ( 2,3) 14 2518302 une plaque métallique externe (l Oa, lob) pouvant se déplacer sous l'effet d'un vérin ( 18 a, 18 b), le long de colonnes de glissement ( 12 a,12 b) fixées sur la plaque interne (lla,llb), en translation longitudinale par rapport à celle-ci; des tirants filetés, ( 9 a,9 b), traversant des orifices ( 14 a,14 b,15 a,15 b) en correspondance dans la pièce d'extrémité et dans les deux plaques interne et externe, aptes à venir en prise avec le filetage interne des extrémités des tubes guide ( 4), et munis chacun d'une tête ( 27 a,27 b) sur laquelle vient s'appuyer un ressort de compensa- tion ( 17 a,17 b) de l'action du vérin. 4 Outillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque extrémité d'un assemblage: une plaque metallique interne ( 11 a,llb) apte à s'appliquer eur le fond de la pièce d'extrémité ( 2,3); une plaque métallique externe ( 10 a,l Ob) pouvant se déplacer, sous l'effet d'un vérin ( 18 a,18 b) le long de colonnes de glissemant ( 12 a,12 b) fixées sur la plaque interne (llallb), en translation longitudinale par rapport à celle-ci; des tirants ( 9 a,9 b) traversant des orifices en correspondance dans la pièce d'extrémité et dans les deux plaques interne et externe, équipés à leur extrémité d'une pince expansible ( 26) apte à venir saisir l'intérieur creux du tube guide ( 4) corresponsant et munis chacun d'une tete sur laquelle vient s'appuyer un ressort de compensation de l'action du vérin.