Brevet FR2562708A1 — publié le 19851011

Embout supérieur pour assemblage de combustible nu- cléaire L'invention a pour objet un embout supérieur pour assemblage de combustible nucléaire de réacteur à eau sous pression, assemblage comprenant un embout infé- rieur solidarisé d'une pièce de structure appartenant à l'embout supérieur par des tubes guides de réception d'une grappe de crayons de commande. L'invention trouve une application particulière- ment importante, bien que non exclusive, dans les réac- teurs dits à variation ou à glissement de-spectre, dans lesquels on modifie, au fur et à mesure de l'épuisement du combustible, le spectre énergétique des neutrons dans le coeur. Cette modification s'effectue en changeant la proportion de modérateur dans le coeur, à l'aide de grappes de crayons dont le rôle est de se substituer, dans certains au moins des tubes guides d'un assemblage, à l'eau agissant comme modérateur (demande de brevet FR 82 18011). - Les assemblages de combustible du type ci-dessus défini comportent généralement des moyens destinés à amortir la chute des grappes de crayons de commande lors des arrêts du réacteur. Ces moyens utilisent souvent un effet de laminage de l'eau contenue dans les tubes guides, qui intervient lorsque les crayons de commande s'approchent de leur position basse. Cet effet de laminage peut notamment être obtenu par un rétreint de la partie basse des tubes guides. Ces moyens d'amortissement ont l'inconvénient de compliquer notablement la fabrication des tubes guides du fait de la précision requise pour ajuster l'amortis- sement. Pour compléter l'effet d'amortissement hydrau- lique par laminage, on a proposé également d'ajouter des moyens élastiques que vient comprimer la grappe en fin de déplacement (FR-A-2 106 373). Ces moyens élastiques sont intégrés au dispositif de commande de la grappe, ce qui oblige à leur donner un faible volume et, corrélati- vement, limite leur effet d'amortissement. En consé- quence, ils n'ont un effet véritablement significatif que lorsque la grappe est de poids modéré et comporte donc un faible nombre de crayons de commande. Les assemblages de combustible nucléaire desti- nés aux réacteurs à variation de spectre soulèvent un problème supplémentaire, du fait que chaque assemblage doit être prévu pour recevoir une grappe de crayons de commande de taux de modération, en plus de la grappe de crayons de commande absorbants ou à sa place. L'invention vise à fournir un embout supérieur répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exi- gences de la pratique, notamment en ce qu'il permet un amortissement satisfaisant lors de la chute des grappes de commande, grâce à des moyens élastiques dont la con- ception ne se heurte pas à des contraintes d'encombre- ment. Dans' ce but, l'invention propose notamment un embout supérieur pour assemblage qui comprend également une pièce d'appui de la grappe en fin de chute de celle-ci, des moyens de guidage de ladite pièce paral- lèlement à l'axe des tubes guides et des moyens élas- tiques intégrés à l'embout et disposés entre la pièce de structure et la plaque pour freiner la grappe en fin de chute. Dans le cas d'un embout destiné à un assemblage de réacteur à variation de spectre, assemblage prévu pour recevoir une grappe de crayons absorbants et/ou une grappe de crayons de modification du taux de modération par chasse de l'eau contenue dans des tubes guides, les moyens élastiques de l'embout peuvent comporter deux ressorts concentriques et deux éléments de butée coopé- rant chacun avec l'une des grappes, dont l'un est cons- titué par la plaque. Les ressorts peuvent être disposés de façon qu'un seul des deux soit comprimé par la chute d'une des grappes, tandis que les deux ressorts sont comprimés et assurent une fonction d'amortissement lors de la chute de l'autre grappe. Les deux ressorts peuvent alors être disposés coaxialement l'un à l'autre. L'embout peut être complété par des moyens élas- tiques supplémentaires destinés à être comprimés par une plaque supérieure de coeur et à compléter ainsi la fonc- tion d'anti-envol des ressorts coaxiaux, c'est-à-dire à s'opposer au soulèvement de l'assemblage par l'écoule- ment ascendant de l'eau servant de modérateur et de réfrigérant, lors du fonctionnement du réacteur. Dans un mode avantageux d'exécution de l'inven- tion, l'embout constitue un bloc indépendant du reste de l'assemblage qui comporte, en plus de l'embout inférieur et des tubes guides, une simple table supérieure ajou- rée, fixée de façon permanente aux tubes guides. Ainsi est-il possible de remplacer l'embout en cas d'avarie de ce dernier ou, au contraire, d'utiliser successivement l'embout sur plusieurs assemblages, l'embout étant faci- lement enlevé d'un assemblage complètement épuisé ou d'un assemblage défectueux. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers d'exécu- tion, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La des- cription se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels: - la Figure 1 montre un embout supérieur selon un premier mode d'exécution, en élévation et en coupe suivant le plan I-I de la Figure 2, - la Figure 2 représente une fraction de l'em- bout de la Figure 1, en vue de dessus, - la Figure 3, similaire à la Figure 1, montre une variante d'exécution de l'embout. L'embout supérieur 10 montré en Figures 1 et 2 est destiné à un assemblage combustible pour réacteur à eau légère. Cet assemblage peut avoir une constitution générale connue et, pour cette raison, ne sera pas dé- crit en détail. Seuls sont montrés sur la Figure 1, en plus de l'embout 10, quelques crayons de combustible 11 et des tubes guides 13 dont certains au moins assurent le maintien mécanique de l'assemblage combustible en reliant l'embout supérieur 10 et un embout inférieur non représenté. Des grilles (non représentées), réparties longitudinalement le long des tubes guides, assurent le maintien des crayons. Dans le mode d'exécution montré en Figure 1, les tubes guides 13 sont fixés à une pièce de structure 14 formant l'ossature de l'embout 10. La pièce de structure 14 comporte une plaque d'embase à laquelle les tubes 15. guides 13 sont fixés. Dans le cas illustré en Figure 1, les tubes guides 13 sont fixés par manchon et douille vissée 15. Ils pourraient être fixés par d'autres procé- dés, par exemple par soudage. La pièce de structure 14 comporte également des plaques verticales 18 qui, avec la plaque d'embase, définissent un espace intérieur for- mant caisson 19. La plaque d'embase est percée d'ouver- tures (non représentées) permettant la libre circulation de l'eau. Les tubes guides 13 sont prévus pour recevoir des crayons de commande (non représentés). L'embout montré sur la Figure 1 est destiné à un assemblage dont les tubes guides sont prévus pour permettre le passage de crayons de commande qui sont soit des crayons conte- nant un matériau absorbant les neutrons, soit des crayons de modification du taux de modération, permet- tant de modifier le volume de modérateur dans l'assem- blage combustible, afin de permettre un fonctionnement selon le mode dit "à variation de spectre". Les crayons de commande de chaque groupe sont réunis en grappe par une monture mobile, qu'on appelle couramment "araignée". Les deux-araignées 16 et 17 sont disposées coaxialement. Leurs parties basses sont représentées, dans la position o elles reposent sur l'embout, en traits mixtes. L'araignée 16 portera généralement la grappe de crayons absorbants et sera alors suspendue à un tube de manoeuvre entourant une tige de manoeuvre de l'araignée 17 qui porte les crayons de commande du taux de modéra- tion (crayons contenant un matériau fertile). La grappe absorbante coiffe ainsi la grappe fertile. Elle peut être déplacée à l'aide d'un mécanisme à cliquets désac- couplable permettant de la lâcher dans le coeur. La pièce de structure 14, qui peut être fabri- quée par moulage, contient l'ensemble des moyens d'amor- tissement et d'anti-envol dont est équipé l'embout 10. Les moyens d'amortissement comportent une pièce d'appui 20, pouvant coulisser par rapport à la pièce de structure 14 dans la direction de l'axe des tubes guides 13, munie de moyens de guidage par rapport à la pièce de structure et repoussée par les moyens élastiques d'amor- tissement intégrés à l'embout vers la position montrée en Figure 1. Cette pièce d'appui 20 est prévue pour recevoir le choc de l'araignée, ou de l'une des arai- gnées (araignée 16 dans le cas de la Figure 1) en cas de chute de la grappe de crayons correspondante, par exem- ple pour arrêter le réacteur. Les moyens de guidage comprennent un moyeu 30 fixé au centre de la plaque d'embase et faisant saillie vers le haut. L'orientation du moyeu 30 est fixée par engagement d'une clavette 22, fixée à la plaque d'em- base, dans une encoche du moyeu. La plaque d'embase porte également une virole circulaire 23, coaxiale au moyeu 30. Le moyeu et la virole peuvent être fixés par soudage. La virole 23 délimite une zone 24 de réception de la zone d'appui des moyens élastiques. Les moyens de guidage comportent également des pions 26, par exemple au nombre de quatre, fixés chacun à proximité d'un coin de la plaque d'embase, en saillie vers le haut. Un seul de ces pions 26 est représenté. I1 comporte une partie haute de diamètre réduit 27, séparée de la partie basse par un épaulement 25. Aux moyens de guidage qui viennent d'être décrits et qui sont portés par la pièce de structure 14 sont associés des moyens complémentaires fixés à la pièce d'appui 20. Cette dernière se présente sous forme d'un plateau dans lequel sont ménagées de larges ouver- tures de circulation d'eau ou d'une pièce annulaire comportant des ailes radiales en nombre égal à celui des pions 26. Dans la pièce 20 sont ménagés des trous 29 de réception de fourreaux 31 alignés avec les pions 26. L'alésage de chaque fourreau 31 a un diamètre correspon- dant à celui de la partie 27 de diamètre réduit du pion correspondant. Le diamètre externe du fourreau corres- pond à celui de la partie basse du pion 26. Chaque fourreau 31 est emprisonné sur le pion 26 correspondant. Pour cela, le fourreau présente une rainure 32 parallèle à l'axe dans laquelle s'engage une clavette 28 emmanchée dans le pion 27. Pour qu'il soit possible d'engager le fourreau 31 alors que la clavette 28 est en place, la rainure 32 se prolonge par une rainure débouchante en baïonnette 33 présentant une partie axiale et une partie circonférentielle, débouchant à la base de la rainure 32. Pour mettre en place le fourreau 31, il suffit donc de présenter la rainure 33 en face de la clavette 28, de l'enfoncer puis de faire tourner le fourreau 31, de 90 par exemple, de façon que la clavette se trouve au fond de la rainure 32. On peut alors fixer, par exemple par soudage, le fourreau 21 à la pièce d'appui 20. A la pièce d'appui 20 sont fixés, par exemple par soudage, une virole 34 identique à la virole 23 et - un moyeu creux 36 coopérant avec le moyeu 30. L'alésage du moyeu 36 présente un diamètre tel que les moyeux 36 et 30 puissent coulisser à frottement doux l'un sur l'autre. Dans la partie haute de l'alésage sont ménagées des rainures 38, au nombre de deux par exemple, s'éten- dant à peu près sur les deux tiers de la hauteur du moyeu, définissant des épaulements 39. Ces épaulements constituent des butées pour une clavette 40 en forme de U, déterminant la position de repos de la pièce d'appui 20. La fixation de la clavette 40 peut être effectuée par soudage alors que la pièce d'appui 20 est amenée à force dans sa position extrême basse, définie par l'appui des fourreaux 31 sur les épaulements 25. Les moyens élastiques d'amortissement comportent un premier ressort 43 emprisonné entre la pièce d'appui et la pièce de structure 14, dont les parties termi- nales sont entourées par les viroles 23 et 34. L'embout montré en Figure i étant destiné à un assemblage pouvant recevoir, d'une part, une grappe de crayons absorbants, d'autre part, une grappe de crayons de modification du spectre,l'embout comporte également une bague 41 montée coulissante sur le moyeu 36 et un ressort 42 coaxial au ressort 43, mais en appui sur la pièce de structure 14 et sur la bague 41. Le ressort 42 tend à maintenir la bague 41 en appui contre la pièce 20. Dans cette der- nière sont ménagées des échancrures de passage de la partie basse de l'araignée 17, permettant à cette der- nière de venir prendre appui sur la bague 41 (comme représenté en traits mixtes) et de la refouler vers le bas. Lorsque l'assemblage est en place dans un réac- teur et que la plaque supérieure de coeur 44 est en place, la poussée exercée par le réfrigérant en circula- tion ascendante est transmise par la pièce de structure 14 aux ressorts 42 et 43 qui prennent à leur tour appui sur la pièce 20. En cas de chute de la grappe portée par l'araignée 17 (grappe de crayons de modification du taux de modération en général), l'araignée 17 vient en butée contre la bague 41 et l'enfonce en surmontant la force élastique exercée par le ressort 42. Celui-ci amortit le choc en constituant butée élastique. En cas de chute de la grappe portée par l'arai- gnée 16, cette dernière vient frapper la pièce d'appui qui s'enfonce en comprimant les ressorts 42, par l'intermédiaire de la bague 41, et 43. Ces ressorts agissent conjointement comme butées élastiques de fin de course. De même, les deux ressorts interviennent en cas de chute simultanée des deux grappes, par exemple provo- quée pour arrêter le fonctionnement du réacteur. Dans la variante de réalisation de l'invention montrée en Figure 3 (o les organes correspondants à ceux de la Figure 1 sont désignés par le même numéro de référence), l'embout 10 constitue un bloc manipulable indépendamment du squelette de l'assemblage proprement dit. Dans l'assemblage proprement dit, l'extrémité supérieure des tubes guides 13 est fixée, par des or- ganes démontables tels que des manchons ou par soudage, à une simple. table supérieure 45 largement échancrée par des ouvertures (non représentées) de passage de l'eau. Ces ouvertures correspondent à celles qui sont prati- quées dans la plaque d'embase de la pièce de structure 14. La table 45 présente également une forme externe correspondant à celle de la pièce de structure 14. Elle lui est fixée par des moyens démontables non représen- tés, qui peuvent être constitués par des vis traversant la plaque d'embase de la pièce de structure 14 et engagées dans des trous taraudés de la table. Les vis peuvent être bloquées en rotation après montage, par exemple par déformation d'une coiffe mince qu'elles pré- sentent dans un chambrage de forme correspondante de la plaque d'embase. Pour éviter toute erreur d'orientation lors du montage, des _moyens de détrompage sont prévus sur la pièce de structure 14 et la table 45. Dans le mode de réalisation illustré en Figure 3, ils comportent au moins un pion 47 (clavette ou chemise fendue) destiné à s'engager dans un trou 46 de forme correspondante de la table 45. Dans un autre mode de réalisation, la table 45 est solidarisée de la pièce de structure 14 par les seuls pions 47 s'engageant dans les trous 46, judicieu- sement répartis sur le pourtour de la pièce 14 et de la table 45. Cette disposition permet, en cas de défaut ou de défaillance d'un élément de l'embout 10, de ne remplacer que ce dernier, ce qui n'implique que des opérations simples. Entre la pièce de structure 14 et la pièce d'appui 20 de l'embout de la Figure 3 sont comprimés, en plus des ressorts 42 et 43, des ressorts 48 disposés chacun autour d'un des pions 26. L'action des ressorts 48 s'ajoute à celle des ressorts 42 et 43 et permet d'augmenter la force exercée sur l'assemblage par la plaque supérieure de coeur 44, force s'opposant au soulèvement de l'assemblage par l'action de l'eau qui circule dans le coeur. L'embout qui vient d'être décrit sera prévu de façon à pouvoir être saisi par une pince de manutention, ce qui, souvent, conduira à le compléter par une gorge périphérique ou d'autres moyens facilitant la préhen- sion. L'invention ne se limite évidemment pas aux modes particuliers de réalisation qui ont été représen- tés et décrits à titre d'exemples et il doit être enten- du que la portée du présent brevet s'étend à toute variante restant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Embout supérieur pour assemblage de combus- tible nucléaire de réacteur à eau sous pression, assemblage comprenant également un embout inférieur solidarisé d'une pièce de structure (14) appartenant à l'embout supérieur par des tubes guides.(13) de récep- tion d'une grappe de crayons de commande, caractérisé en ce que l'embout comprend également une pièce (20) d'ap- pui de la grappe (16) en fin de chute de celle-ci, des moyens (30, 36, 26, 31) de guidage de ladite pièce d'ap- pui (20) parallèlement à l'axe des tubes guides et des moyens élastiques (43) intégrés à l'embout et disposés entre la pièce de structure (14) et la pièce d'appui (20) pour freiner la grappe en fin de chute. 2. Embout selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques (43) comportent un ressort disposé autour de moyens de guidage coulissants (30, 36) placés dans l'axe de l'assemblage. 3. Embout selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de guidage comportent également des éléments coulissants l'un sur l'autre (26, 31) placés à proximité de certains au moins des coins de l'assembla- ge. 4. Embout selon la revendication 3, caractérisé en ce que certains au moins des moyens coulissants sont entourés chacun par un ressort (48) comprimé entre la pièce de structure (14) et la pièce d'appui (20). 5. Embout selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que les moyens de guidage comportent des éléments de butée (39, 40) coo- pérant pour limiter l'écartement de la pièce de struc- ture (14) et de la pièce d'appui (20) sous l'action des moyens élastiques. 6. Embout selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que la pièce de 2562708- structure (14) comporte une plaque d'embase destinée à être reliée au tube guide (13) et des plaques verticales (18) qui définissent avec la plaque d'embase un espace intérieur formant caisson (19) de protection des moyens de guidage et des moyens élastiques. 7. Embout supérieur selon l'une quelconque des revendications précédentes, destiné à un assemblage de réacteur à variation de spectre, assemblage prévu pour recevoir une grappe de crayons absorbants et une grappe de crayons de modification du taux de modération par chasse de l'eau contenue dans certains au moins des tubes guides, caractérisé en ce que les moyens élas- tiques de l'embout comportent deux ressorts concentri- ques (42, 43) et deux éléments de butée (41, 20) dont l'un est constitué par la pièce d'appui (20), coopérant chacun avec l'une des grappes (17, 16). 8. Embout selon la revendication 7, caractérisé en ce que les ressorts sont disposés de façon qu'un seul des deux (42) soit comprimé par la chute d'une des grappes (17) tandis que les deux ressorts (42, 43) sont comprimés et assurent une fonction de freinage lors de la chute de l'autre grappe (16). 9. Embout selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce qu'il constitue un bloc indépendant du reste de l'assemblage qui comporte, en plus de l'embout inférieur et des tubes guides, une table supérieure ajourée (45), fixée de façon permanente aux tubes guides (13) et fixée de façon amovible à la pièce de structure (14) de l'embout.