Brevet FR2542123A1 — publié le 19840907

Grille d'espacement pour un assemblage combus- tible de réacteur nucléaire. La présente invention concerne, d'une façon générale, les assemblages combustibles de réacteurs nucléaires et elle a trait, plus particulièrement,à une grille per- fectionnée pour l'espacement des barres de combustible et des tubesguides de barresde commande qui font partie d'un assemblage combustible. Les grilles d'espacement pour les assemblages combustibles de réacteursnucléaires sont utilisées pour maintenir avec précision l'espacement entre les barres de combustible dans le coeur d'un réacteur nucléaire, empêcher la vibration des barres, et assurer un support latéral à ces barres Les conceptions classiques de grilles pour les assemblages combustibles de réacteurs nucléaires comprennent une multiplicité de lames imbriquées, disposées suivant une configuration à claire-voie conçue pour former des cellules qui reçoivent des barres de combustible (cellules normales) et des tubes-guides de barres de commande (cellules pour tubes-guides) Des fentes sont utilisées pour effectuer un emboîtage avec les lames adjacentes Chaque cellule normale assure le support d'une barre de combustible à un emplacement axial donné grâce à l'utilisation de ressorts relativement élastiques et de saillies relativement rigides (appelées ondulations),formées dans le métal Une lame ou bande périphérique (ayant la même largeur que les lames imbriquées) entoure les lames imbriquées pour donner à l'assemblage combustible de la solidité et de la rigidité. Pour réduire à un minimum le déplacement latéral des barres de combustible et pour améliorer les caractéris- tiaues énergétiques d'un assemblage, plusieurs grilles sont espacées le long de l'assemblage combustible Ces grilles sont maintenues en place en étant fixées aux tubes-guides de barres de commande. Les grilles existantes en un seul métal comportent des ressorts qui font partie intégrante des lames de la i O grille et qui sont en un matériau à faible section droite de capture de neutrons Ces ressortsen présence de radiations, sont soumis à un relâchement des contraintes qui pourrait mener à des ruptures par usure et rosion des barres de combustible. Les grilles d'espacement bimétalliques existantes emploient, pour assurer un-support structural, des lames de grilles formées d'un matériau à faible section droite de capture de neutrons, et utilisent pour assurer un contact avec les barres de combustible des ressorts montés sur ces lames et formés d'un matériau présentant de bonnes propriétés de relâchement des contraintes en présence de radiations Un "matériau présentant de bonnes propriétés de relâchement des contraintes en présence de radiations" est un matériau que présente un faible relâchement des contraintes pendant une irradiation, ce qui signifie que le matériau n'est pas affecté par une perte importante d'élasticité lorsqu'il est exposé à une irradiation intense et prolongée. Les conceptions classiques de ressorts destinés à être fixés à une lame de grille n'assurent pas la fixation,à un emplacement sur la lame de grille o une barre de combustible dans une cellule normale se trouve sur un des côtés de la bande sans interférer avec un tube-guide de barres de commande d'une cellule de tube-guide qui se trouve directement derrière et sur l'autre côté de la lame de grille. C'est pourquoi, l'objet principal de la présente invention est de fournir des grilles d'assemblages combustible qui n'absorbent que des quantités relativement faibles de neutrons mais dont les parties élastiques en contact avec les barres de combustible sont en "un matériau présentant de bonnes propriétés de relâchement des contraintes en présence de radiations Compte tenu de cet objet, la présente invention réside dans une arille pour l'espacement de barres de combustible et de tubes-guides de barres de commande dans un assemblage combustible de réacteur nucléaire, cette grille comprenant une pluralité de lames de grille imbriquées disposées suivant une configuration à claire- voie formant dans cette grille des cellules normales destinées à contenir séparément chacune lesdites barres de combustible etdecellules pour tubesguides destinées à contenir séparément chacun desdits tubes-guides de barres de commande, ladite grille étant caractérisée par le fait qu'elle comporte des fixations élastiques consistant chacune en une longue bande dont les deux extrémités sont rabattues sur lesdites lames de manière à encercler lesdites lames dans le sens de leur largeur et s'étendant le long des surfaces opposées dé ces bandes, les deux extrémités précitées étant fixées l'une à l'autre pour retenir ladite fixation, chacune desdites fixations comportant une partie élastique adjacente à l'une des surfaces de la lame et une partie de retenue adjacente à l'autre surface de la bande - De préférence, la première fixation élastique est formée d'un matériau présentant de bonnes propriétés de relâchement des contraintes en présence de radiations et les lames de la grille sont formées d'un matériau présentant une faible section droite de capture de neutrons. On va maintenant décrire de façon plus détaillée à titre purement illustratif et non limitatif un mode de réalisation préféré de l'invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue isométrique, partiellement arrachéed'une région d'une grille; la figure 2 est une vue agrandie d'une partie de la figure 1 illustrant la présente invention; la figure 3 est une vue isométrique d'une fixation élastique d'un premier type et d'une partie de bande de grille illustrée sur la figure 1;, la figure 4 est une vue en plan de dessus de la fixation élastique-d'un premier type et de la zone environ- nante illustrée sur la figure 1, cette vue comprenant également une partie d'une barre de combustible associée; la figure 5 est une vue en élévation de face d'une fixation élastique d'un premier type et de la zone environ- nante illustrée sur la figure 1; la figure 6 est une vue en élévation latérale de la fixation élastique d'un premier type et de la zone environnante illustrée sur la figure 1; la figure 7 est une vue en élévation latérale d'une fixation élastique d'un second type illustrée sur la figure 1; et la figure 8 est une vue en élévation latérale d'une fixation élastique d'un troisième type illustrée sur la figure 1. On a représenté sur les figures 1 et 2 une zone d'une seule grille 10 d'assemblage combustible de réacteur nucléaire qui comprend des lames imbriquées 16 (entourées- par une lame ou bande périphérique 17) qui brment un agencement ayant une configuration x claire-voie Les lames imbriquées forment ainsi une matrice de cellules normales multiples 18 à travers lesquelles des barres 12 de combustible (dont deux seulement sont représentées sur la figure 1 pour ne pas surcharger le dessin et dont une seule est représentée sur la figure 2) sont adaptées pour s'étendre Chaque cellule normale entoure une barre de combustible La grille 10 assure également l'espacement des tubesguides 14 de barres de commande Les lames 16, dans leur configuration è claire-voie, forment également des cellules 20 pour tubes-guides qui contiennent les tubes-guides 14 de barres de commande Chaque cellule pour tubes-guides entoure un tube-guide de barres de commande. Chaque barre 12 de combustible est maintenue en place dans la grille 10 par des ressorts se trouvant sur deux lames adjacentes 16 faisant partie d'une cellule normale 18 et par une paire d'ondulations,rigides d'une façon générale, espacées dans le sens axial et se trouvant sur les deux autres lames adjacentes 16 qui complètent le périmètre d'une cellule normale 18 de manière à assurer de cette façon un support en six points pour chaque barre de combustible D'autres systèmes de supports de barres de combustible pour cellules normales sont possibles et doivent comporter, au minimum, au moins un ressort qui fait saillie dans sa cellule normale associée de manière à être en contact de compression avec sa barre de combustible associée Lorsqu'une cellule normale est adjacente à une cellule pour tubes-guides et que cette cellule normale exige un ressort sur son côté de la lame de grille commune à ces cellules, on utilise un premier type de fixation élastique ou première fixation élastique 22 (voir également sur les figures 3-6) Lorsque deux cellules normales adja- centes exigent un ressort sur chaque côté de leurslamesde grille communes, on a recours à un second type de fixation élastique ou seconde fixation élastique 24 (voir également sur la figure 7) Lorsque deux cellules normales adjacentes exigent un ressort sur un des côtés de leurs lames de grille communes et une paire d'ondulations sur l'autre côté, on utilise un troisième type de fixation élastique ou troisième fixation élastique 26 (voir également sur la figure 8). Dans le cas d'une cellule normale qui est adjacente a une cellule pour tube guide et qui exige une paire d'ondu- lations sur son côté de la lame de grille commune à ces cellules, ou dans le cas de deux cellules normales adjacentes qui exigent une paire d'ondulations sur chaque côté de leur lame de grille commune,on déforme la lame de grille (le procédé de déformation étant connu des techniciens en la matière) pour créer des ondulations qui font partie intégrante de la lame de grille elle-même. On utilise le même procédé pour créer des ondulations dans la lame ou bande périphérique 17. De préférence, les lames de grille 16, comprenant des ondulations qui en font partie intégrante, sont formées d'un matériau présentant une section droite-de capture de neutrons plus faible que pour les trois types de fixationsélastiques 22,24 et 26 En outre, les trois types de fixationsélastiques 22,24 et 26 seraient formés d'un matériau ayant des propriétés de relâchement des contraintes en présence des radiations meilleures que celles des lames 16 de grille Un matériau préféré pour les lames 16 de grille est le "Zircaloy" (marque déposée) tandis qu'un matériau préféré pour les fixations élastiques 22,24 et 26 est un alliage de nickel-chrome-fer. Chaque tube-guide 14 de barre de commande est fixé à la grille 10 par soudage par points Si les tubes- guides 14 de barres de commande ne peuvent pas être soudés de façon compatible avec les grilles 10, on emmanche à force les tubes-guides 14 dans un court manchon, non représenté sur les dessins, que l'on soude par points à la grille 10, comme il est bien connu dans la technique. Le premier type de fixation élastique 22 (repré- senté de façon plus détaillée sur les figures 3-6, comporte une longue bande 52 que l'on coude, de préférence en son milieu,à égale distance de ses deux extrémités 54 a et 54 b de manière à encercler dans le sens de sa largeur une première lame 16 a de -grille et dont on fixe l'une à l'autre les deux extrémités 54 a et 54 b De-préférence, on place le milieu de la bande 52 près d'un des deux bords longitudinaux 64 a de la première lame 16 a de grille et on soude l'une à l'autre les extrémités 54 a et 54 b de la bande 52 en les plaçant près de l'autre des deux bords longitudinaux 64 b de la première lame 16 a de grille Un tel système d'assujettissement permet de remplacer faci- lement sur la lame de grille les fixations élastiques endommagées Le soudage des extrémités de la fixation élastique (bande) assure un assujettissement plus solide qu' avec les autres types de fixation élastique classiques qui utilisent un moyen d'assujettissement sans soudage. De préférence, on assujettitla fixation élastique à la lame de grille avant d'assembler les lames de grille pour obtenir la configuration à claire-voie de cette grille. La bande 52 comporté une partie élastique 60 et une paire de parties 62 a et 62 b plates dans leur ensemble et espacées l'une de l'autre On place la partie élastique près d'une surface 56 de la première lame 16 a de grille de manière qu'elle soit en contact de compression avec l'une des barres 12 a de combustible On place les parties plates 62 a et 62 b près de l'autre surface 58 de la première lame 16 a de grille de manière qu'elles se trouvent à cheval sur l'un des tubés-guides 14 a de barres de commande (si le tube-guide comportait un manchon tel que celui mentionné précédemment, les parties plates chevaucheraient alors le manchon) De cette façon, la première fixation élastique 22 forme un ressort destiné à une barre de combustible sur un des côtés d'une lame de grille sans qu'il y ait d'interférences avec un tube- guide de barre de commande sur l'autre côté de la lame de grille. 2542123 ' Dans un mode de réalisation préféré de la première fixation élastique 22, la bande 52 comporte des premier et second segments de même étendue, le premier segment 70 s'étendant depuis l'une ( 54 a) des deux extrémités de la bande jusqu'au milieu de celle-ci et le second segment 72 s'étendant depuis ce milieu jusqu'à l'autre ( 54 b) des deux extrémités de la bande On place généralement le premier segment 70 à l'intérieur d'une cellule de tube- guide dans laquelle se trouve un premier tube-guide 14 a de barre de commande et on place généralement le second segment 72 à l'intérieur d'une cellule normale dans laquelle se trouve une première barre 12 a de combustible. Le premier segment 70 comporte-les parties plates 62 a et 62 b mentionnées précédemment que l'on place près de la première lame 16 a de grille, ces parties étant espacées l'une de l'autre,de part et d'autre du premier tube-guide 14 a de barre de commande et de part et d'autre de la ligne générale de contact du tube-guide avec la première lame 16 a de grille, et étant d'une façon générale parallèles cette ligne de contact et au moins aussi longuesque cette ligne Le second segment 72 comporte la partie élastique 60 mentionnée -en premier, laquelle est généralement parallèle à l'axe longitudinal de la première barre 12 a de combustible et est-en contact de compression avec cette barre de combustible par le fait qu'elle fait saillie d'une façon générale perpendiculairement à la première lame 16 a de grille depuis cette lame en direction de l'axe longitudinal de la barre de combustible. La bande 52 comporte également deux éléments d'assemblage 66 et 68, le premier segment 70 comportant le premier élément d'assemblage 66 et le segment 72 comportant le second élément d'assemblage 68 Le second élément d'assemblage 68 assemble sur une même étendue, les deux parties plates 62 a et 62 b du premier segment,près du bord longitudinal 64 a de la première lame 16 a de grille, à la partie élastique 60 du second segment On voit que le second élément d'assemblage 68 a grosso modo la forme d'un "Y" ou d'un "T", sa jambe étant fixée à la partie élastique 60 et ses bras étant rabattus sur le bord longitudinal 64 a de la première lame 16 a de grille de manière à assembler celle-ci avec les parties plates 62 a et 62 b Cette disposition évite toute interférence avec un premier tube-guide 14 a de barre de commande. Le premier élément d'assemblage 66 est assemblé sur une même étendue avec les deux parties plates 62 a et 62 b du premier segment, près de l'autre bord 64 b de la première lame 16 a de grille, et le premier élément d'assemblage 66 s'étend jusqu'à l'extrémité 54 a de la. bande 52 qui forme le premier type de fixation élastique ou première fixation élastique 22 On remarquera que la partie élastique 60 s'étend jusqu'à l'autre extrémité 54 b de la bande 52 Le premier élément d'assemblage 66 est disposé axialement le long de l'axe longitudinal dupremier tube-guide 14 a de barre de commande sur une distance allant d'une façon générale au-delà de l'autre bord longitudinal 64 b, et il est placé transversalement ou radialement à une distance de cet axe longitudinal qui est supérieure au diamètre extérieur du premier tubeguide 14 a de barre de commande On voit que le premier élément d'assemblage 66 a grosso modo la forme d'un "Y" ou d'un "T", sa jambe s'étendant jusqu'à l'extrémité 54 a de la bande 52 et ses bras étant rabattus à leurs extrémités de manière à être assemblés aux deux parties plates 62 a et 62 b près de l'autre bord longitudinal 64 b de la première lame 16 a de grille en évitant toute interférence avec le premier tube-guide 14 a de barre de commande. Avec ce mode de réalisation préféré du premier type de fixation élastique ou première fixation élastique 22, il est recommandé d'assujettir celleci à une première lame 16 a de grille comportant dans ses bords longitudinaux 25421-233 64 a et 64 b (comme on peut le voir sur la figure 3) des encoches aui contribuent à maintenir la fixation élastique (bande 52) en position sur la lame de grille Lorsque des encoches sont présentes et qu'il est dit qu'un élément d'assemblage (ou similaire) de fixation élastique est rabattu autour d'un bord longitudinal d'une lame de grille ou s'étend audelà de ce bord, cela signifie qu'il est rabattu autour de la zone du bord longitudinal o se trouve l'encoche ou qu'il s'étend au-delà de cette zone. Le second type de fixation élastique 24 (représenté de façon plus détaillée sur les figures 2 et 7) comporte un prolongement 28 avec lequel elle forme-une ceinture ou bande 28 qui est coudée de manière à encercler dans le sens de sa largeur une seconde lame 16 b (comportant deux faces 32 et 34) de grille et dont les deux parties d'ex- trémité 30 a et 30 b sont fixées l'une à l'autre, par exemple par soudage La ceinture 28 comporte une première partie formant ressort 36 et une seconde partie formant ressort 38 Le premier ressort 36 se trouve près d'une ( 32) des faces de la seconde lame 16 b de grille et le second ressort 38 se trouve près de l'autre face 34. Le troisième type de fixation élastique 26 (repré- senté de façon plus détaillée sur les figures 2 et 8) comporte un prolongement avec lequel elle forme une bande 40 qui est coudée de manière à encercler dans le sens de sa largeur une troisième lame 16 c de grille (comportant deux côtés 44 et 46) et dont les deux parties d'extrémité 42 a et 42 b sont fixées l'une à l'aute, par exemple par soudage La bande 40 comporte une troisième partie formant ressort 48 et une paire d'ondulations 50 a et 50 b Le troisième ressort 48 se trouve près d'un ( 44) des côtés de la troisième lame 16 c de grille, et la paire d'ondu- lations 50 a et 50 b se trouve près de l'autre côté 46. Dans le cas de ces fixations élastiques du second ( 24) ou troisième ( 26) type, il est recommandé de les fixer à des 2542 123 lames de grille comportant des encoches (non représentées) dans leurs bords longitudinaux pour favoriser leur maintien en position sur les lames de grille Dans une variante, les parties d'extrémité ou portions terminales peuvent être soudées à des ailettes (non représentées) de mélange de réfrigérant qui s'étendent à partir de la base des lames de grille. Une grille d'espacement complète-d'assemblage combustible de réacteur nucléaire comporte, de façon typique, une multiplicité de fixations élastiques des premier, second et troisième types, chaque lame de grille comportant une pluralité de fixations élastiques (comprenant l'utilisation de plus d'un seul type) pour satisfaire le besoin de chacrue barre de combustible dans une cellule normale pour un support ressort/ondulationset le besoin de chaque tube-guide de barre de commande dans une cellule de tubes-guides pour une absence d'interférences avec les fixations élastiques. Il est bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif et que des variantes ou des modifications peuvent y être apportées dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1 Une grille pour l'espacement de barres de combustible ( 12) et de tubesguides ( 14) de barres de commande dans un assemblage combustible pour réacteur nucléaire, comprenant une pluralité de lames ( 16,18) de grille imbriquées et disposées suivant une configuration à claire-voie formant des cellules normales ( 20) pour le logement séparé de chacune-desdites barres ( 12) de combus- tible et des cellules de tubes-guides pour le logement séparé de chacun desdits tubes-guides ( 14) de barres de commande, caractérisée en ce que des fixations élastiques ( 22,24,26) consistant chacune en une longue bande munie de deux extrémités ( 30 a, b; 42 a, b) sont rabattues sur lesdites lames ( 16,18) de manière à encercler dans le sens de leur largeur lesdites lames ( 16,18) et à s'étendre le long de leurs surfaces opposées, les deux extrémités précitées ( 30 ag b; 42 a, b) étant fixées l'une à l'autre pour retenir en place les fixations ( 22,24,26), chacune desdites fixations ( 22,24,26) comportant une partie formant -20 ressort ( 36,48) adjacente à une des surfaces des lames et une partie de-retenue ( 48,36) adjacente à l'autre desdites surfaces des lames. 2 Une grille suivant la revendication 1, carac- térisée en ce que les deux extrémités précitées ( 30 a-, b; 42 a, b) de ladite fixation ( 24,26)-sont soudées l'une à l'autre. 3 Une grille selon la revendication 1, carac- térisée en ce que ladite partie de retenue de ladite fixation ( 24) comporte également une partie formant ressort adjacente à la surface opposée de ladite lame. 4 Une grille selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une autre fixation élastique est prévue avec des parties de retenue-comportant chacune une paire d'ondulations ( 50, b) près de l'autre desdites surfaces des lames. 5 Une grille selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisée en ce que lesdites lames ( 16, 18) de grille sont constituées par un premier matériau présentant une section droite de capture de neutrons plus faible que celle desdites fixations élastiques ( 24, 26) etque lesdites premières fixations élastiques ( 24,26) consistent en un second matériau présentant des propriétés de relâchement des contraintes en présence de radiations meilleures que celles desdites lames ( 16,18) de grille. 6 Une grille selon la revendication 5, carac- térisée en ce que ledit premier matériau est du"Zircaloy" (marque déposée) et ledit second matériau est un alliage nickel-chrome-fer,