Brevet FR2531562A1 — publié le 19840210

GRILLE D'ESPACEMENT POUR ELEMENTS COMBUSTIBLES NUCLEAIRES. L'invention concerne, d'une manière générale, des grilles pour assemblages combustibles de réacteurs nuclé- aires et, plus particulièrement, un système de grilles perfectionné qui utilise deux matériaux métalliques; un matériau ayant une faible section efficace de capture des neutrons, combiné à un matériau choisi pour ses propriétés de relaxation des contraintes dues aux radiations. On utilise des grilles d'espacement pour éléments combustibles nucléaires afin de maintenir avec précision l'espacement des barreaux de combustible dans un noyau de réacteur nucléaire et assurer le support latéral de ceux- ci Les dessins classiques de grilles ou sommiers pour as- semblages combustibles de réacteurs nucléaires comprennent une multiplicité de colliers ou de brides entrelacés créant une configuration en forme de casier à oeufs, conçue pour constituer des cellules qui reçoivent les barres de combus- tible (cellules standard) et les bagues de guidage des barres de commande (cellules à bagues) Chaque cellule standard sert de support à une barre de combustible dans une position axiale donnée, au moyen de ressorts et de saillies (appelées ondulations) formées dans le métal Une bride périphérique (de même largeur que les brides entre- lacées) entoure les brides entrelacées afin de communiquer de la résistance et de la rigidité & l'assemblage combustible. Afin de minimiser le déplacement latéral des barres de combustible et d'améliorer les caractéristiques combustibles d'un assemblage, un certain nombre de grilles, sont espacées sur la longueur dudit assemblage combustible Ces grilles sont maintenues en place par -n élargissement ou tout autre système de fixation des bagues de guidage des barres de commande sur la grille. Les grilles d'espacement bimétal existantes utilisent des brides en matériau de faible sectionefficace de capture des neutrons afin de servir de structure de support et emploient des ressorts montés sur celles-ci, en un matériau possédant de bonnes propriétés de relaxation des contraintes de radiation pour venir en contact avec les barres de com- bustible Un "matériau possédant de bonnes propriétés de relaxation des contraintes de radiation " est un matériau qui présente un faible rapport de contrainte sous radiation, ce qui veut dire qu'il ne subit pas de baisse de résilience importante lorsqu'il est exposé à une irradiation intense et prolongée L'ensemble de grilles bimétal existantes est relativement compliqué et laborieux. Les brides de grilles monométalliques existantes do- tées de ressorts incorporés sont réalisées dans un matériau ayant une faible section efficace de capture des neutrons. Ces ressorts sont sujets à relaxation des contraintes sous l'irradiation. Le principal objet de cette invention est de réaliser une grille d'espacement des barres combustibles pour assem- blage combustible de réacteur nucléaire restant élastique, même après une exposition prolongée aux radiations, tout en restant néanmoins facile à assembler. Ayant cet objet en vue, l'invention consiste en un sommier ou grille supportant les barres de combustible d'un assemblage combustible de réacteur nucléaire comportant un réseau de brides de grille entrelacées ayant une confi- guration en casier à oeufs, définissant à l'intérieur des cellules standard destinées à enclore séparément chacune des barres de combustible; l'une de ces brides au-moins étant munie de parties élastiques incorporées faisant saillie 253156 ? à l'intérieur des cellules standard, les parties élastiques établissant un contact par compression avec la barre de combustible associée étant caractérisée par le fait qu'un ressort d'appui est disposé transversalement et derrière chacune d'une pluralité de parties élastiques, les ressorts d'appui venant à fleur desdites partiesélastiques afin de contraindre ces dernières à venir en engagement avec les barres de combustible. Les brides de grille (y compris les parties élas- tiques correspondantes intégrées) sont réalisées dans un matériau ayant une faible section efficace de capture des neutrons et les ressorts d'appui sont réalisés dans un matériau possédant de bonnes propriétés de relaxation des contraintes de radiation. Plusieurs bénéfices et avantages découlent de l'invention La caractéristique des ressorts d'appui de la grille permet la modification des brides de grilles monométalliques existantes afin d'obtenir les avantages d'une conception de grille bimêtal La caractéristique du ressort d'appui facilite également la fabrication et l'assemblage des nouvelles grilles bimétal pour communiquer de bonnes qualités neutroniques (pour la partie structure de la grille) combinées à de bonnes propriétés de résistance aux radiations (pour la zone élastique de la grille). L'invention apparaîtra plus clairement dans la description suivante d'une forme de réalisation préférée représentée, à titre dl-exemple uniquement, sur la planche de dessins joints o:- la figure 1 est unevue isométrique partiellement découpée d'une zone de grille illustrant la présente invention, la figure l A est une vue partielle agrandie d'une partie de la figure 1 représentant une bande de ressorts d'appui co-extensibles correspondant a la bride de grille associée, comportant des parties élastiques, la figure 2 est -une vue de face en élévation d'une partie de bride de grille illustrée sur la figure 1, la figure 3 est uoevue en coupe de la partie de bride de grille illustrée sur la figure 2 prise dans l'axe des flèches III-III et, la figure 4 est une vue en coupe de la partie de bride de grille illustrée sur la figure 2, prise dans l'axe des flèches IV-IV. Sur les dessins, les mêmes caractères de référence lo désignent des pièces identiques ou correspondantes sur les différentes vues La figure 1 montre une vue en perspective d'une zone de sommier ou de grille d'assemblage combustible de réacteur nucléaire simple 10 comportant des brides entre- lacées 12, 14 (entourées d'une bride périphérique 16) de manière à constituer un réseau en configuration de casier à oeufs Les brides entrelacées définissent un faisceau de cellules standard multiples 18 dans lesquelles les barres de combustible 20 sont prévues pour s'y loger (deux barres seulement ont été représentées pour plus de clarté sur la figure 1) Chaque cellule standard entoure une barre de combustible Chaque barre de combustible-20 est maintenue en place par des parties élastiques 22, incorporées à deux brides adjacentes faisant partie d'une cellule standard et une paire de baguesde guidage uniformément espacées 24 sur les deux autres brides adjacentes qui complètent l'entourage d'une cellule standard et réalisent ainsi un support en 6 points de chaque barre de combustible. D'autres systèmes de support de barres de combustible dans les cellules standard sont possibles et devraient comporter, au minimum, une partie élastique incorporée au moins, faisant saillie dans la cellule standard associée afin d'établir un contact par compression avec la barre de combustible associée. Les figures l A et 2 à 4 illustrent d'une façon plus détaillée la conception d'une bride de grille 12 utilisée pour maintenir les barres de combustible en position Les parties élastiques incorporées 22 sont créées par défor- mation du métal au centre de la bride 146 Le procédé de déformation comprend également la forpa ton de renflements 24 au dessus et au dessous des parties élastiques On uti- lise des fentes 26 pour réaliser un engagement par interver- rouillage avec les sangles adjacentes. La grille 10 comprend également des ressorts d'appui 28 Un ressort d'appui 28 est disposé transversalement et derrière chacune des deux parties élastiques 22 au moinso Le ressort d'appui 28 ne vient pas en contact avec les barres de combustible 20. Les ressorts d'appui 28 exercent, de préférence, une poussée contre les parties élastiques 22 qui leur sont as- sociges Il est désirable que les parties élastiques 22 soient constituées par des lames de ressorts et disposées de manière que les parties élastiques 22 d'une sangle soient généralement colinéaires, parallèlement et transversalement. Il est préférable qu'il y ait un ressort d'appui derrière chaque partie élastique et que les ressorts d'appui adja- cents d'une brfde soient co-extensibles. On peut voir sur la figure 2 que le ressort d'appui 28, a de préférence, une forme cintrée dont l'arc 30 comporte une semelle 32 et que les brides 12 sont munies, de préfé- rence, d'encoches 34 situées généralement à mi-chemin entre chacune des deux parties élastiques adjacentes quelconques 22 Les encoches 34 engagent par verrouillage le ressort d'appui 28 par les semelles 32, étant donné que ledit ressort d'appui 28 exerce également une poussée contre la partie élastique 22 de la bride 14. Comme on peut le voir sur la figure 1, la grille 10 assure également l'espacement des bagues de guidage des barres de commande 36 Les brides 12 et 14, dans leur confi- guration en casier à oeufs, définissent également des cellules de chaussettes 38 entourant les bagues de guidage des barres de commande 36 Chaque cellule de bague de guidage entoure une bague de guidage de barre de commande Comme on peut le voir sur la figure 2, dans le cas d'une cellule de bague, les ressorts d'appui avoisinants 28, associés R une bride 12 comportent également des parties plates 40 généralement coextensibles Ces parties plates 40 sont mutuellement co-extensibles ce qui fait qu'oni réalise une bande de res- sorts d'appui planaire simple 42 sur la bride associée, constituée par une partie élastique cintrée (pour une cel- l O lule standard)et une partie plate (pour une cellule de bague de guidage) Lors de l'assemblage de cette grille, la bande élastique d'appui 42 est repoussée derrière les parties élastiques 22 de la bande 12 jusqu'à ce que les semelles 32 viennent se verrouiller dans les encoches 34. Les brides de grille 12 et 14 peuvent alors être interver- rouillées de manière a constituer le sommier et être soudées. Les brides 12, 14, y compris leurs parties élastiques incorporées 22 sont réalisées dans un matériau ayant une section efficace de capture de neutrons inférieure à celle des ressorts d'appui 28 En outre, les ressorts d'appui 28 doivent être réalisés dans un matériau possédant de meilleures propriétés de relaxation des contraintes de radiation que les brides 12 et 14 Un matériau préféré pour la confection des brides 12, 24 est du Zircaloy tandis que le matériau préféré pour la réalisation des ressorts d'appui est un alliage de fer au nickel-chrome. Pour résumer, on peut créer un sommier ou grille d'espacement pour barres de combustible nucléaire en utili- sant un ressort d'appui fabriqué dans un matériau choisi pour ses propriétés de relaxation des efforts de radiation, disposé à l'écart des barres de combustible, derrière la partie élastique intégrée des brides de grille, ces brides de grille (et les parties élastiques incorporées) étant fabriquées dans un matériau ayant une faible section effi- cace de capture de neutrons. REVENDICATIONS 1 Grille de support de barres de combustible ( 20) dans un assemblage combustible de réacteur nucléaire, comprenant un faisceau de brides de grille entrelacées ( 12, 14) en forme de casier à oeufs, définissant à l intérieur des cellules standard ( 18) pour le logement individuel de chacune des barres de combustible ( 20) g une au moins de ces brides ( 12,14)comportant des parties élastiques incor- porées ( 22)faisant saillie dans les cellules standard ( 18), lesdites parties élastiques ( 22) venant en contact par com- pression avec les barres de combustible ( 20) associées, caractérisée en ce qu'un ressort d'appui ( 28) est disposé transversalement et derrière chacune de plusieurs parties élastiques ( 22), lesdits ressorts d'appui ( 28) venant en butée contre ces parties élastiques ( 22) afin de les contraindre à venir en engagement avec les barres de combustible ( 20). 2 Grille conforme à la revendication 1, caractérisée en ce que les ressorts d'appui ( 28) ont des parties cintrées derrière chaque partie élastique ( 22), avec des semelles ( 32) entre les parties cintrées adjacentes et que les brides ( 12,14) ont des encoches ( 34), sensiblement à mi-chemin entre deux parties adjacentes élastiques ( 22), engageant lesdites semelles ( 32) de façon verrouillable. 3 Grille conforme à la revendication 1 ou 2, o la configuration en casier à oeufs définit également à l'inté- rieur des cellues qui enferment séparément les bagues de guidage ( 36) des barres de commande, caractérisée en ce que les brides ( 12,14) ne comportent pas de parties élastiques dans les cellules desdites bagues et que les ressorts d'ap- pui ( 28) comportent des parties de forme générale plate ( 40) coextensibles avec les sections de brides respectives dans lesdites cellules. 2531562 1 4 Grille conforme à l'une quelconque des revendi- cations 1, 2, 3, caractérisée en ce que les brides ( 12,14) sont constituées par un premier matériau ayant une section efficace de capture des neutrons inférieure à celle des ressorts d'appui ( 28) et que ceux-ci sont constitués dans un second matériau possédant de meilleures propriétés de relaxation des contraintes de radiation que celles du matériau des brides ( 12,14) et des parties élastiques ( 22). Grille conforme à la revendication 4, caractérisée en ce que le premier matériau est du Zircaloy et que le second est un alliage de fer au nickel-chrome.