Brevet FR2569487A1 — publié le 19860228

La présente invention concerne les cages de support de combustible nucléaire et elle s'applique en particulier aux manchons des ensembles combustibles destine; ré-- teurs nucléairesrefroidis par un gaz. Dans le présent mémoire, l'expression "cage Se 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 uniquement et dans ce cas la cage constitue un réflecteur plutôt qu'un sous- ensemble combustible. Dans un réacteur connu refroidi par un gaz, les cages contenant le combustible sont empilées 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'invention concerne une cage de support de combus- tible nucléaire comprenant un manchon composé d'un matériau modérateur et d'au moins une grille supportée par un dispo- sitif de montage placé dans au moins une gorge formée autour. de la surface périphérique interne du manchon, caractérisée en ce que le trou du manchon a un diamètre qui varie de manière que le diamètre du trou du manchon soit plus faible d'un côté de la gorge que de l'autre côté. Ainsi, le trou du manchon présente un gradin car, au point de transition entre la paroi du trou et un côté d'au moins un dispositif de montage, le diamètre du trou est pratiquement égal au diamètre interne de l'extrémité radiale la plus interne du dispositif de montage, la perte du charge du fluide de refroidissement, au niveau de cette transition, étant ainsi réduite. 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 manchon 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 12, 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 a_ leur coopération avec lesgrilles sont pratiquement les mêmes et on les décrit donc en référence à l'ensemble de montage de la grille 12 (voir ffgures 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 fixés un ou plusieurs organes 28 ayant une section en L (par exemple par soudure en des points 30 autour della 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 (éventuellement avec les organes en L qui lui sont fixés) 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 lors- qu'il est disposé à partir de l'extrémité supérieure).. 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 supprimé 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 respective. De préférence, trois rainures au moins sont utilisées, 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 positionnement radial précis de la bague 24 et ainsi des grilles lorsque celles-ci 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 représenté sur la figure 5, sur laquelle on note que les dimensions 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 ies éléentss 28 et 38 en plusieurs points 48 espacés périphériauement, à l'aide de têtes 50, 52 de soudage par points. Chaqua paire de soudures48 espacéesaxialement peut être formée simultanémenz 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 supportéespar 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 fixés 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 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 adjacent 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 chaq.e 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 raccordés 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. Cage de support de combustible nucléaire, ccm- prenant un manchon formé d'un matériau modérateur eu au moins une grille (12, 14, 16) supportée par un dispositif de montage (24, 28, 38) placé dans au moins une gorge 18, , 22) formée à la surface périphérique interne du manchon, caractérisée en ce que le trou du manchon a un diamètre variable, le diamètre du trou du manchon étant plus petit d'un côté de la gorge(18, 20) que de l'autre côté. 2. Cage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre réduit du trou est sensiblement égal au diamètre interne de l'extrémité radiale interne du dis- positif de montage (24, 28, 38) si bien que la perte de charge du fluide de refroidissement est notablement réduite à la transition entre le dispositif de montage et le tronçon de trou de diamètre réduit du manchon. 3. Cage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le tronçon de trou de diamètre réduit est disposé entre des gorges successives (18, 20, 22) for- mées dans le manchon si bien que la perte de charge du fluide de refroidissement est réduite à chaque transition entre le tronçon de trou de diamètre réduit et chacune des gorges successives.