Brevet FR2525015A1 — publié le 19831014

Assemblage combustible de réacteur nucléaire à métal liquide muni de patins de support de charge La présente invention concerne les patins ou cales de support de charge et de positionnement des gaines d'assem- blage combustible de réacteurs nucléaires à refroidissement par métal liquide, et en particulier, des assemblages combus- tibles pour réacteurs nucléaires refroidis au sodium. Les assemblages combustibles des réacteurs nucléai- res peuvent être enfermés dans une gaine qui sert à diriger le flux de fluide caloporteur dans l'assemblage combustible Ces assemblages combustibles sont typiquement disposés dans un groupe appelé coeur du réacteur qui contient des centaines d'assemblages combustibles La disposition de ces assemblages peut faire que les gaines d'assemblages combustibles adjacen- tes viennent porter l'une contre l'autre ou sur la surface d'un sommier de support du coeur La gaine peut être munie d'un élément formant patin dejcharge, muni éventuellement d'une surface spécialement trempée afin d'établir le contact entre les gaines adjacentes ou entre ces gaines et un sommier. Ce patin de charge a pour but de supporter l'usure due au frot- tement et, éventuellement d'établir le jeu désiré entre les gaines Dans leurs versions actuelles, les patins de charge sont soit soudés aux gaines soit incorporés aux parois de celles-ci Les gaines sont ordinairement réalisées en acier inoxydable 316 Par suite du gonflement provoqué par les ra- diations, la durée de vie utile d'une telle gaine est cepen- dant limitée à trois cycles de combustible du réacteur envi- ron En vue de tenter d'augmenter la longévité de la gaine,on a envisagé de les réaliser en acier ferritique ce qui a eu pour conséquence de rendre extrêmement difficiles les phases de fabrication pour confectionner des patins de charge soudés ou incorporés. Le principal objet de la présente invention est par suite de fournir un patin de charge qui ne soit pas soudé ou incorporé à la gaine de l'élément combustible mais que l'on puisse cependant monter commodément sur celle-ci et l'associer à cette dernière. Ayant cet objectif en vue, la présente invention ré- side en un assemblage combustible nucléaire comprenant un élé- ment de gaine conçu pour être disposé à côté des autres élé- ments de cet assemblage dans le coeur d'un réacteur nucléaire, caractérisé en ce que cet élément de gaine comporte dans sa paroi au moins une cavité recevant une partie d'un patin de charge à surface trempée, ledit patin de charge étant mécani- quement fixé à cet élément de gaine dans la cavité en question. Le patin de charge possède, de préférence, une sur- face trempée offrant une bonne résistance à l'usure. L'invention apparaîtra plus aisément dans la des- cription suivante d'une forme de réalisation préférée de celle- ci, représentée uniquement-à titre d'exemple, sur les croquis joints ou: La Figure 1 est une vue schématique d'un assemblage combustible simple dont la gaine est munie de patins de charge, La Figure 2 est une vue assemblages combustibles munis de La Figure 3 est une vue patin de charge et d'une gaine en La Figure 4 est une vue patin de charge installé, La Figure 5 est une vue outil utilisé pour l'installation de charge, La Figure 6 est une vue l'outil de la Fig 5, La Figure 7 est une vue forme de réalisation d'un patin de forme de schématique en plan des patins de charge, schématique éclatée d'un coupe, schématique en coupe d'un schématique en plan d'un et l'enlèvement du patin schématique de profil de schématique en L charge, La Figure 8 est une vue schématique de réalisation d'un patin de charge, La Figure 9 est une vue d'un détail de plan d'une profil d'une la Fig 8, La Figure 10 est une vue schématique en plan d'une forme de réalisation d'une gaine, La Figure 11 est une vue schématique de profil d'une forme de réalisation d'une gaine, La Figure 12 est une vue d'un détail de la Fig ll et, La Figure 13 est une vue schématique détaillée de l'outil de la Fig 6. La fonction générale des patins de charge est illus- trée sur les Figs l et 2 Sur la Fig l, l'assemblage combusti- ble 1, comporte une gaine 2; cet exemple comprenant un assem- blage combustible hexagonal 1 et une gaine 2 Un ou plusieurs patins de charge 3 sont installés dans une partie de la gaine 2, généralement au dessus de la zone active de l'assemblage combustible 1 Chaque face de la gaine 2 comporte au moins un patin de charge 3 à moins que l'assemblage combustible ne soit disposé dans une position du coeur, en particulier sur le pé- rimètre, dans quel cas les faces externes peuvent ne pas por- ter sur les assemblages adjacents ce qui fait que les patins de charge 3 peuvent être superflus La Fig 2 montre la façon dont les patins de charge 3 portent les uns contre les au- tres On peut prévoir une surface chanfreinée 4 (voir Fig 3) pour faciliter le mouvement de l'assemblage combustible 1, de haut en bas, lors de l'installation et de l'enlèvement du réacteur La surface chanfreinée 4 supprime ou réduit au mini- mum le bord 5 sur lequel une obstruction peut se produire. Le patin de charge 3 comporte une petite rainure 6 usinée sur la périphérie d'un pied 7 ( voir Figs 3 et 4). Un ressort de retenue 8 enroulé hélicoïdalement est monté dans la rainure usinée 6 Plusieurs fentes ovales 9 et, de préférence quatre, sont usinés dans la partie plane du patin; ces fentes 9 venant juste à fleur de la périphérie du _ pied 7 La paroi de la gaine 10 comporte un orifice 12 presque débouchant; le diamètre de l'orifice 12 est légère- ment supérieur à celui du pied du patin de charge 7 Une rainure 11 est usinée dans la paroi de l'orifice 12 et vient dans l'alignement de la rainure 6 du pied 7 Des fentes ovales 13 sont également fraisées dans la paroi de gaine 10 afin de correspondre avec les fentes 9 fraisées dans le patin. Le patin de charge 3 est monté dans la paroi de la gaine 10 au moyen d'un outil spécial ( voir Figs 5, 6 et 13). Cet outil comporte des doigts 14 qui descendent par les fen- tes 9 du patin de charge 3 et se placent autour de la bague 8 en position desserrée Sous l'action d'une came, les doigts 14 sont alors déplacés vers le centre du patin 3, comprimant ainsi la bague 8 à un diamètre légèrement inférieur à celui du pied 7 Le patin de charge 3 est ensuite positionné dans l'orifice 12 de la paroi de la gaine 10 tandis que l'outil maintient la bague 8 en compression L'effet de came de l'ou- til est ensuite inversé pour laisser la bague 8 se détendre dans la rainure 11 de la paroi de la gaine 10 L'outil peut alors être enlevé La bague de retenue hélicoïdale 8 s'engage alors dans la rainure 11 de la paroi de gaine 10 et dans la rainure 6 du pied 7 du patin de charge, ce qui bloque ainsi les deux organes ensemble. Après installation, les forces qui sont appliquées entre les gaines 2 dans le réacteur sont distribuées sur la paroi de gaine 10 par la large surface du patin 3 La bague de retenue 8 empêche simplement le patin de charge 3 de tom- ber de la gaine 2 Il n'existe aucune force notable dans cette direction et la bague 8 peut supporter une force supé- rieure à 458 da N Il n'existe aucune force concevable suscep- tible de briser la bague 8 mais, même si toutefois ceci s'avé- rait possible, il faudrait trois ruptures au minimum avant que le patin de charge 3 ne puisse se dégager de la paroi de la gaine 10, ce qui constitue ainsi une redondance intrinsè- que. Une caractéristique de cette réalisation est qu'elle permet de vérifier l'assise de la bague 8 par les trous 9. En cas de difficulté, le patin de charge 3 peut être déposé à l'aide -de l'outil pour pouvoir ainsi corriger le dérangement. La présence de l'orifice 12 dans la paroi de la gaine 10 tend à affaiblir cette dernière, en particulier si les patins de charge 3 de chaque face de la gaine sont dispo- sés au même niveau Afin de minimiser cet effet d'affaiblisse- ment, les patins de charge des différentes faces de la gaine peuvent être disposés à des niveaux différents Ceci exige un plan de chargement particulièrement compliqué du coeur car les patins de charge des faces adjacentes doivent venir les uns contre les autres et il faut donc qu'ils soient au même niveau. Les fentes 13 de la paroi de gaine 10 ont été repré- sentées sur le dessin comme ne se prolongeant que partiellement dans la paroi de gaine 10 afin que le fluide caloporteur ne puisse pas s'écouler par ces trous Si le patin dbe charge est disposé au dessus de la zone active de l'assemblage combusti- ble il peut être utile de faire déboucher totalement les fen- tes 13 de la paroi de gaine 10 afin de permettre le passage du fluide caloporteur vers l'extérieur de la gaine par les fentes 13 et 9. Après installation, le patin de charge 3 représenté sur les dessins peut pivoter librement ce qui crée un déca- lage dans l'alignement des fentes 9 et 13 Cette rotation peut être empêchée par différentes méthodes, y compris un dispositif comprenant un axe et un orifice entre la paroi de gaine 10 et le patin de charge 3. Les figures 7 à 10 sont des croquis cotés de modè- les relatifs à une forme de réalisation préférée. La forme géométrique du patin de charge 3 peut ne pas être circulaire et peut évidemment prendre de nombreuses formes La géométrie du pied de patin 7 et du trou 12 peut également ne pas être circulaire bien qu'une forme circulaire convienne ici pour l'emploi de la bague 8 Le remplacement de la bague 8 par un autre moyen de fixation mécanique rend éga- lement d'autres formes géométriques possibles. REVENDICATIONS 1 Assemblage combustible nucléaire comprenant un élément de gaine ( 2) conçu pour être disposé en position adja- centre aux autres éléments de ces assemblages ( 1) dans le coeur d'un réacteur nucléaire, caractérisé en ce que cet élé- ment de gaine ( 2) comporte dans sa paroi ( 10) au moins une cavité ( 12) recevant une partie d'un patin de charge ( 3) dont la surface est trempée, ledit patin de charge ( 3) étant raccor- dé mécaniquement audit élément de gaine ( 2) à l'intérieur de la cavité ( 12). 2 Assemblage combustible selon la revendications 1, caractérisé en ce que ladite cavité et la partie du patin de charge ( 3) logée à l'intérieur sont cylindriques et comportent toutes deux des rainures annulaires ( 6, 11) alignées entre elles lorsque ledit patin de charge ( 3) est monté dans la paroi de la gaine ( 2) et en ce qu'une bague ( 8) est disposée dans les rainures alignées ( 6, 11) pour fixer ce patin de charge ( 3) contre la gaine ( 2). 3 Assemblage combustible selon la revendication 2, caractérisé en ce que la bague ( 8) est un ressort compressi- ble et que le patin de charge ( 3) comporte des trous ( 9) don- nant accès à cette bague ( 8) dans les rainures ( 6, 11) par un outil afin de comprimer ladite bague ( 8) lors de l'installation et de l'enlèvement de ce patin de charge ( 3). 4 Assemblage combustible selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit patin de charge ( 3) est revêtu d'une matière dure. Assemblage combustible selon la revendication 1, caractérisé en ce que le patin de charge ( 3) comporte une sur- face chanfreinée comformée de manière à dépasser légèrement de la gaine ( 2) afin qu'aucun bord ne soit exposé sur lequel d'autres gaines ( 2) pourraient venir porter lors du mouvement de l'assemblage combustible. 6 Assemblage combustible selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la gaine ( 2) comporte six côtés, caractérisé en ce que chaque côté possède au moins un patin de charge ( 3), lesdits patins ( 3) étant disposés à un niveau axial. 7.Assemblage combustible selon la revendication 6, caractérisé en ce que les patins de charge ( 3) sont dispo- sés à plusieurs niveaux axiaux. 8.Assemblage combustible conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un jeu au moins de patins de charge ( 3) est situé à un niveau supérieur à la zone active de l'assemblage combustible ( 1).