Brevet FR2569488A1 — publié le 19860228

La présente invention concerne as cages ae support de combustible nucléaire et elle s'applique en carticulier aux ensembles combustibles des réacteurs nucléaires refroi- dis par un gaz. Dans le présent mémoire, l'expression "cage de support de combustible nucléaire" désigne une enceinte tubulaire et les éléments associés de construction assurant le positionnement des éléments combustibles nucléaires (habituellement des aiguilles combustibles) et/ou d'un tube de guidage à l'intérieur de l'enceinte. La cage peut loger des éléments combustibles et un tube de guidage ou, dans une variante, un tube de guidage unicuement et dans ce cas la cage constitue un réflecteur plutôt qu'un sous- ensemble combustible. Dans un réacteur connu refroc: ar un gaz, les cages contenant le combustible sont e.. es les unes sur les autres afin qu'elles forment un chapelet combustible et des cages constituant des réflecteurs sont placées aux extrémités supérieure et inférieure du chapelet. Les tubes de guidage de toutes les cages sont alignés axia- lement les uns sur les autres si bien qu'un tirant commun peut passer à travers eux et peut être utilisé de manière qu'il encaisse le poids du chapelet pendant la manipulation. Ainsi, dans le présent mémoire, l'expression "cage de support de combustible nucléaire" doit être considérée comme se référant à une cage de support de combustible et une cage formant réflecteur. L'enceinte d'une cage de support de combustible nucléaire pour réacteur refroidi par un gaz par exemple peut comporter un arrangement de forme générale cylindrique à double manchon (chaque manchon étant composé de graphite), et des éléments de construction peuvent comporter des gril- les de support et d'entretoise, espacées axialement, réali- sées de manière qu'elles assurent le positionnement des éléments combustibles et/ou du tube de guidage tout en permettant la circulation du fluide de refroidissement dans le manchon interne de l'arrangement à deux manchons. Dans cet arrangement connu, la construction à deux manchons est utilisée afin qu'elle facilite le montage des grilles. Ainsi, le manchon interne peut être constitué d'un certain nombres-de tronçons de manchons, si bL. 7.: ceux-ci peuvent être montés afin qu'ils assurent soit Le positionnement des grilles entre les extrémités des tron- çons adjacents de manchons soit leur positionnement entre l'extrémité d'un tronçon interne de manchon et une saillie adjacente du manchon externe. La réalisation actuelle avec l'arrangement à deux manchons n'a pas été considérée comme donnant parfaitement satisfaction car le chapelet est soumis à des forces de choc et d'éclatement sous pression sous l'action des débits élevés de gaz sous pression et des gradients élevés existant pendant les mouvements de déchar- gement et de chargement de l'ensemble combustible par rapport au coeur du réacteur. La présente invention a pour objet la réalisation d'une cage très robuste de support de combustible nucléaire, dans laquelle l'arrangement à deux manchons est remplacé par un seul manchon épais. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, un procédé de fabrication d'une cage de support de combustible nucléaire comporte la réalisation d'une enceinte allongée formée d'un matériau modérateur, la formation d'au moins une gorge à la périphérie interne de l'enceinte et l'introduc- tion d'un dispositif de montage dans la gorge ou dans chaque gorge afin qu'une partie de construction soit montée dans l'enceinte et, lors du fonctionnement, permette le position- nement et/ou le support des éléments combustibles et/ou d'un tube de guidage, le-procédé étant caractérisé en ce que le dispositif de montage est sous forme d'une bague fendue qui peut se contracter radialement, la bague fendue étant radialement contractée jusqu'à une dimension permet- tant son introduction dans l'enceinte et étant alors déplacée à l'intérieur de l'enceinte jusqu'à ce qu'elle se trouve en face de la gorge, la bague pouvant alors se dilater radialement en se logeant dans la gorge. Dans un second mode de réalisation, l'invention concerne une cage de support de combustible nucléaire coma- portant une enceinte allongée composée d'un matériau rodé- rateur ayant au moins une gorge à sa surface interne, cette gorge étant destinée à loger un dispositif de montage d'an élément de construction qui, lors de l'utilisation, assure le positionnement et/ou le support des éléments combustibles et/ou d'un tube de guidage dans l'enceinte, caractérisé en ce que le dispositif de montage est sous forme d'une bague fendue qui peut se contracter radialement jusqu'à une dimension qui permet son passage le long de l'intérieur de l'enceinte, d'une extrémité jusqu'à la gorge. Ainsi, dans le mode de réalisation préféré destiné à être utilisé dans un réacteur refroidi par un gaz, l'en- ceinte comporte un manchon unique et les éléments de cons- truction sont constitués par des grilles d'entretoise et/ou de support, par exemple une grille de support et deux grilles d'entretoise positionnées par des dispositifs respectifs de montage logés dans une gorge respective. L'enceinte peut comporter une ou plusieurs rainures pour chaque bague fendue, afin que sa rotation soit empê- chée et que les grilles soient positionnées radialement et que les cellules des grilles successives soient alignées circonférentiellement. De préférence, la bague fendue ou chaque bague fendue comporte un ou plusieurs éIéments formant une cavité de logement du rebord de la grille associée, l'arrangement étant tel que l'élément formant un logement ou chaque élé- ment dépasse radialement dans le trou du manchon. Dans un mode de réalisation avantageux de l'inven- tion, la première partie de bague est sous forme d'une bague fendue ayant une section en U, à laquelle sont fixés un ou plusieurs organes ayant une section en L, destinés à délimiter les logements, et la seconde partie de bague a une section en L qui, assemblée dans la gorge respective, coopère avec la première partie pour le maintien du rebord de la grille afin que ce rebord soit, près de ses bords antérieur et postérieur, en contact entre la première partie de bague et l'organe ou les organes du tronçon d'une part et entre la première partie de bague et la seconde partie de bague d'autre part. - Le rebord de la grille peut être lié, par exemple par soudure par points, au tronçon ayant une section en L, et à la seconde partie de bague, en plusieurs positions angulairement décalées autour de sa périphérie. Lors de l'utilisation, le manchon est disposé de manière que son axe longitudinal soit vertical de façon générale, et la grille inférieure au moins et la bague fendue associée supportent le poids. Lorsque la bague fendue et la grille sont liées l'une à l'autre, par exemple par soudure par points, l'arrangement est de préférence tel que le poids des éléments combustibles est transmis essen- tiellement à l'enceinte par des trajets de transmission de force qui passent en dérivation par rapport aux liaisons. Ainsi, par exemple l'arrangement peut être tel que le rebord de la grille est en appui contre une partie de la bague fendue qui est supportée par le manchon, et lui transmet ainsi le poids. Le trou du manchon a avantageusement un gradin réalisé de manière que, au point de transition entre la paroi du trou et un premier côté d'un dispositif de montage au moins, le diamètre du trou soit sensiblement égal au diamètre interne de l'extrémité radiale extrême du disposi- tif de montage, si bien que la perte de charge du fluide de refroidissement à cette transition est réduite. Ainsi, les logements précités peuvent être exposés à l'intérieur du trou du côté opposé au dispositif de montage et, bien qu'une certaine perte de charge puisse exister à cet empla- cement, la saillie radiale de la structure formant les cavités est compensée sur le premier côté par le changement de diamètre du trou du manchon. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'une cage de support de combustible nucléaire à un seul.mancson selon l'invention, les aiguilles combustibles étant suppri- mées par raison de clarté; la figure 2 est une coupe agrandie représentant la construction de l'un des ensembles de montage des grilles de support et d'entretoise; les figures 3 à 6 sont des coupes analogues à la figure 2 représentant l'installation d'un ensemble de montage dans le manchon; et la figure 7 est une perspective de dessous avec des parties arrachées représentant une variante de disposi- tif de revêtement destiné au montage des grilles. On se réfère maintenant aux figures 1 à 6; la figure 1 représente une cage de support de combustible ayant un seul manchon 10 de graphite et trois grilles 12, 14 et 16, les grilles 12 et 14 étant des grilles d'entre- toise ou d'espacement destinées à maintenir les aiguilles combustibles sous forme parallèle les unes aux autres, et la grille 16 étant destinée à supporter le poids, les aiguilles étant fixées à cette grille. Lors de l'utilisation, le manchon 10 est disposé en direction générale verticale, la grille 16 qui supporte le poids étant en bas. La périphé- rie interne du manchon 10 a trois gorges périphériques 18, 20, 22 qui ont des configurations générales semblables. Le diamètre interne du manchon 10 est pratiquement uniforme sur toute sa longueur, sauf dans la région comprise entre les gorges 18 et 20 o son diamètre interne est réduit comme décrit dans la suite. Chaque grille 1.2, 14, 16 est maintenue en position le long du manchon par des ensembles de montage logés dans les gorges 18, 20 et 22. Les ensembles de montage et leur coopération avec les grilles sont pratiquement les mêmes et on les décrit donc en référence à l'ensemble de montage de la grille 12 (voir figures 2 à 6). Chaque ensemble de montage comporte une bague fendue 24 ayant une section en U et à une branche 26 de laquelle sont fixésun ou plusieurs organes 28 ayant une section en L (par exemple par soudure en des points 30 autour de la périphérie de la bague). L'organe en L peut avoir aussi la configuration d'une bague fendue (avec par exemple des créneaux dans la branche du tronçon en L qui est disposée axialement) ou, le cas échéant, plusieurs supports ayant une section en L peuvent être fixés à la bague 24, en des positions espacées autour de sa périphérie. Dans tous les cas, l'organe ou les organes en L sont destinés à former, avec la bague 24, une ou plu- sieurs cavités 32 (voir figure 3) destinées au logement du bord antérieur 34 du rebord 36 de la grille 12. L'ensemble de montage comporte une autre bague fendue 38 ayant une section en L, séparée de la bague 24 et de l'organe ou des organes 28 en L. La figure 2 représente l'ensemble de montage placé dans la gorge 18 (dont les parois latérales portent les références 18a et 18b). Le montage est maintenant décrit en référence aux figures 3 à 6. Initialement, la bague 24 et l'organe ou les organes en L 28 qui lui sont fixés sont contractés radialement afin qu'ils puissent être déplacés le long du trou du manchon. La contraction radiale peut être réalisée par décalage axial des extrémités libres de la bague 24 (et de l'organe 28 lorsqu'il est sous forme d'une bague) afin que l'ensemble prenne une configuration générale hélicoïdale, les extrémités libres se recouvrant en direction périphérique et réduisant ainsi le diamètre externe de la bague 24 jusqu'à ce qu'elle puisse coulisser librement dans le trou du manchon. La bague 24 (éventuel- lement avec les organes en L qui lui sont 'ixés) est alors déplacée le long du trou du manchon vers la gorge voulue (c'est-à-dire la gorge 20 ou 22 lorsque l'ensemble est disposé à partir de l'extrémité inférieure du manchon 10 ou la gorge 18 lorsqu'il est disposé à partir de l'extré- mité supérieure). En pratique, la bague 24 associée à la gorge 20 est montée avant celle qui est associée à la gorge 22. Lorsque la bague 24 commence à se trouver en face de la gorge (par exemple la gorge 18), elle est manipulée afin que le décalage axial de ses extrémités soit sú'pprime et qu'elle puisse se dilater élastiquement et radialement en pénétrant dans la -gorge. L'ensemble a une série de sail- lies 40 espacées périphériquement et destinées à coopérer avec une série d'espacements analogues de rainures 42 for- mées près de chaque gorge, afin que chaque ensemble de montage ne puisse pas tourner par rapport à la gorge res- pective. De préférence, trois rainures au moins sont utili- sées, chacune destinée à loger une saillie correspondante 40, par emmanchement à force, si bien que la coopération entre les saillies 40 et les rainures 42 permet un position- nement radial précis de la bague 24 et ainsi des grilles lorsque cellesci sont montées. La bague 24 a des dimensions telles que, lorsqu'elle a pu se dilater radialement dans sa gorge, les cavités 32 dépassent vers le trou du manchon. Ainsi, la grille associée telle que la grille 12 peut alors être déplacée le long du trou du manchon jusqu'à ce que le bord antérieur 34 de son rebord 36 soit au contact de la cavité ou des cavités 32. Il faut noter que le diamètre externe du rebord 36 est tel qu'il reste un faible espace dans les régions de plus grand diamètre du trou du manchon. Lorsque le bord 34 du rebord a été mis dans les cavités ou logements 32, la bague 38 peut être mise en place par contraction radiale de la même manière que décrite précédemment puis par expansion radiale dans l'espace 44 (voir figure 4) afin que le bord postérieur 46 soit main- tenu. A ce moment, l'arrangement comprenant l'ensemble de montage et le rebord 36 de la grille est tel que repré- senté sur la figure 5, sur laquelle on note que les dimen- sions axiales globales des éléments 24, 28, 38 sont telles que l'ensemble est engagé sans jeu dans la gorge respective. Enfin, le rebord 36 de la grille est soudé sur les éléments 28 et 38 en plusieurs points 48 espacés périphériquement, à l'aide de têtes 50, 52 de soudage par points. Chaque paire de soudures48 espacée axialement peut être formée simultanément par circulation du courant de soudage le long d'un trajet comprenant la tête 50, la bague 38, le rebord 36, l'organe 28 et la tête 52. En pratique, la grille centrale 14 d'entretoise est montée la première par l'extrémité inférieure du man- chon, et elle est suivie de la grille supérieure 12 d'en- tretoise puis de la grille inférieure de support 16, intro- duite par l'extrémité inférieure du manchon. Dans le cas de la grille 16, le rebord peut avoir une dimension réduite en direction axiale si bien que ses bords ne dépassent pas axialement comme dans le cas des grilles 12, 14. Dans ce cas, l'organe 28 en L peut avantageusement être-découpé dans les positions des joues de la grille afin que les créneaux résultants recouvrent le rebord de la grille. La bague 38 est découpée de manière analogue aux positions des joues de la grille. En outre, pendant le montage de la grille 16, après installation de celle-ci et avant soudure, la grille 16 est repoussée vers le bas, par exemple à l'aide du tube 54 de guidage (voir figure 1) afin que la grille 16 soit fermement logée contre la bague 38, et le soudage est réalisé lorsque la grille 16 est dans cette position. De cette manière, le poids des aiguilles combustibles suppor- tées par la grille 16 est transmis essentiellement, lors de l'utilisation, au manchon par butée entre le rebord de la grille et la bague 38 plutôt que par l'intermédiaire des points de soudure 48. L'une au moins des gorges 18, 20 et 22 peut aussi loger des éléments consommables formant des poisons destinés à absorber les neutrons au début de la combustion du combus- tible. De tels éléments peuvent être avantageusement fixes aux ensembles de montage, par exemple dans les canaux formés par les bagues 24. La figure 2 représente ainsi deux éléments qui peuvent être sous forme de câbles contenant de l'oxyde de gadolinium. Comme indiqué précédemment, le diamètre interne du trou du manchon est réduit entre les gorges 18 et 20. La réduction est telle que le trou du manchon, dans cette région, a pratiquement le même diamètre interne que les extrémités radialement internes de l'ensemble adjacent de montage. De cette manière, les pertes de charge du fluide de refroidissement lorsque celui-ci passe à la transition entre l'ensemble de montage de la gorge 18 et le trou adja- cent du manchon et à la transition entre le trou du manchon et l'ensemble logé dans la gorge 20, peuvent être réduites. Le sens de circulation du fluide de refroidissement est indiqué par la flèche 61 sur la figure 1. Dans une variante, l'un au moins des ensembles de montage peut être réalisé sans l'un ou l'autre des éléments 28, 38. Par exemple, les ensembles de montage des grilles 12, 14 peuvent ne pas comporter les bagues 38 et, dans ce cas, la bague 24 et l'organe 28 ont des dimensions axiales telles qu'ils sont emmanchés sans jeu dans la gorge respec- tive. Dans une autre variante représentée sur la figure 7, les logements délimités par l'ensemble de montage peu- vent être constitués par des paires d'ailettes 70 dépassant radialement et très rapprochées, disposées autour de la périphérie d'une bague fendue 72 ayant une section en U analogue à celle qui est utilisée dans le mode de réali- sation des figures 1 à 6. Dans ce cas, les rebords 76 des grilles de support et/ou d'entretoise (une grille de support est représenté) comportent des pattes axiales 74 destinées à se loger entre les ailettes 70 de chaque paire. La description qui précède s'applique aux cages de support de combustible. Dans le cas d'une cage formant réflecteur, les grilles peuvent avoir une construction plus simple, comprenant un rebord ayant un certain nombre de bras tournés vers l'intérieur (six par exemple) et rac- cordés par une bague de petit diamètre placée au centre afin que le tube de guidage soit positionné. Dans ce cas, les grilles sont montées de la même manière que décrite précédemment en référence aux grilles d'une cage de support de combustible. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une cage de support de combustible nucléaire, comprenant la réaiisaticn d'ur.e enceinte allongée formée d'un matériau modérateur, la for- mation d'au moins une gorge (18, 20, 22) à la périphérie interne de l'enceinte, et l'introduction d'un dispositif de montage dans la gorge ou dans chaque gorge afin qu'un élément de construction (12, 14, 16) soit monté dans l'en- ceinte, cet élément, en cours d'utilisation, assurant le positionnement, le support ou le positionnement et le support d'éléments combustibles, d'un tube de guidage ou de tels éléments combustibles et d'un tube de guidage,ledit procédé étant caractérisé en ce que le dispositif de montage com- porte une bague fendue (24) qui peut être contractée radia- lement, la bague fendue étant contractée radialement à une dimension permettant son introducticn dans l'enceinte et étant déplacée à l'intérieur de l'enceinte jusqu'à ce qu'elle se trouve en face de la gorge (18, 20, 22), la bague étant alors libérée afin qu'elle se dilate radiale- ment dans la gorge. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la contraction radiale est effectuée par déplace- ment des extrémités juxtaposées de la bague (24) en direc- tion axiale, l'une par rapport à l'autre, afin que la bague. prenne une configuration générale en hélice, les extrémités se recouvrant ainsi partiellement l'une l'autre. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bague fendue comporte deux parties, une première partie (24, 28) est initialement placée dans la gorge de la manière indiquée, une grille (12, 14, 16) est alors introduite dans l'enceinte jusqu'à ce qu'un rebord (36) de celle-ci soit au contact de la première partie de la bague fendue, la seconde partie (38) est ensuite placée dans la gorge, de la manière indiquée, et est fixée à la première partie (24, 28), si bien que le rebord de la grille est maintenu entre la première et la seconde partie. 4. Cage de support de combustible nucléaire, com- prenant une enceinte allongée composée d'un matériau-a modé- rateur ayant au moins une gorge (18, 20, 22) à sa surface interne pour le logement d'un dispositif de montage d'un élément de construction (12, 14, 16) qui, lors de l'utilisa- tion, assure le positionnement, le support ou le position- nement et le support des éléments combustibles, d'un tube de guidage (54) ou de ces éléments et d'un tel tube, à l'intérieur de l'enceinte, la cage étant caractérisée en ce que le dispositif de montage est sous forme d'une bague fendue (24, 28) qui peut être contractée radialement jusqu'à une dimension qui permet le passage de la bague le long de l'intérieur de l'enceinte à partir d'une première extré- mité, vers la gorge. 5. Cage selon la revendication 4, caractérisée en ce que la bague fendue comporte deux parties (24, 28) fixées l'une à l'autre et maintenant le rebord (36) d'une grille entre elles. 6. Cage selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce que la bague fendue cu les parties de bague fendue (24, 28)-comportent des éléments (32) délimi- tant des logements pour la grille, ces éléments dépassant dans le trou de l'enceinte. 7. Cage selon la revendication 6, caractérisée en ce que la première partie (24) de bague est sous forme d'une bague fendue ayant une section en U, à laquelle sont fixés un ou plusieurs organes (28) ayant une section en L afin que lesdits logements (32) soient formés, et la seconde partie de bague e une section en L (38) si bien que, lorsqu'elle est montée dans la gorge respective, elle coopère avec la première partie pour le-maintien d'une partie du rebord (36) de la grille, si bien que ce rebord est maintenu en contact, près de ses-bords antérieur et postérieur, entre la première partie de bague (24) et les organes ayant une section L (28) d'une part, et entre la première partie (24) de bague et la seconde partie de bague (38) d'autre part. 8. Cage selon la revendication 7, caractérisée en ce que le rebord (36) de la grille est lié à l'organe ayant une section en -L (28) et à la seconde partie de bague (38) en plusieurs positions décalées angulairement autour de sa périphérie. 9. Cage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la bague fendue (24, 28) et l'élément de construction (12, 14, 16) sont liés mutuellement, et l'arrangement est tel que le poids des éléments combustibles est transmis essentiellement à l'en- ceinte par l'intermédiaire de trajets de transmission de force qui passent en dérivation par rapport aux liaisons.