Brevet FR2597650A1 — publié le 19871023

Procédé de chemisaqe de tube d'instrumentation d'assemblaqe combustible nucléaire et assemblaqe à tube chemisé La présente invention concerne les assemblages combustibles nucléaires du type comprenant deux embouts 5 reliés par des tirants le long desquels sont réparties des grilles de maintien de crayon de combustible et un tube d'instrumentation dont une extrémité est emmanchée dans un alèsage borgne ménagé dans un des dits embouts. On utilise notamment des assemblages du type ci-dessus dans les réacteurs à eau sous pression. Le tube d'instrumentation, placé dans l'axe de l'assemblage, est prévu pour recevoir un tube appelé "doigt de gant", flexible, déplaçable à travers le fond de la cuve du réacteur de façon à être inséré dans le coeur lors du 15 fonctionnement du réacteur et rétracté hors du coeur pendant les périodes de rechargement en combustible. Lorsque le "doigt de gant" est inséré dans le coeur, il permet d'amener, à l'aide d'un flexible commandé par un ensemble électromécanique situé hors de la cuve, une 20 sonde de mesure dans le coeur et d'extraire cette sonde. Dans un assemblage qu'on peut considérer comme représentatif, une des extrémités du tube d'instrumentation s'ouvre par un étranglement de passage du réfrigérant, destiné à limiter le débit qui s'écoule 25 entre le "doigt de gant" et le tube d'instrumentation. Diverses considérations conduisent à donner au tube d'instrumentation un diamètre interne nettement supérieur au diamètre externe du "doigt de gant" qui s'y engage. Le jeu qui en résulte, ainsi que les interrup30 tions du guidage entre les différents constituants internes du réacteur, provoquent l'apparition de vibrations du "doigt de gant", soumis à l'action du réfrigérant qui s'écoule dans le tube d'instrumentation, éventuellement aux courants transverses de réfrigérant, et enfin aux vibrations des parties internes qui portent les éléments de guidage. Dans les réacteurs de grande puissance maintenant en service, la vitesse élevée du réfrigérant 5 provoque des vibrations suffisamment intenses pour provoquer une usure mécanique des "doigts de gant" et des tubes d'instrumentation. Or, une rupture intervenant sur un tube d'instrumentation risque de faire apparaitre des jets transversaux du réfrigérant vers les crayons 10 adjacents. La présente invention vise notamment à fournir un procédé de chemisage d'un tube d'instrumentation d'assemblage du type ci-dessus défini, permettant de réduire les jeux et en conséquence l'amplitude des 15 vibrations, procédé pouvant être mis en oeuvre sans démontage d'un assemblage existant et sans augmenter de façon notable l'absorption de neutrons par la structure de l'assemblage. Dans ce but l'invention propose notamment un 29 procédé suivant lequel: a/ on perce l'embout d'un trou de diamètre correspondant à celui d'un tube de chemisage, se raccordant à l'alésage par un épaulement; b/ on introduit le tube de chemisage dans le 25 tube d'instrumentation par le dit trou; c/ on centre le tube de chemisage dans le tube d'instrumentation par des expansions locales du tube de chemisage situées chacune entre deux grilles; d/ on insère dans le tube de chemisage un 30 x capuchon -présentant une collerette d'appui sur l'embout, une jupe mince déformable et un fond percé d'un orifice cabibré de passage de réfrigérant; et e/ on immobilise définitivement le tube de - chemisage par expansion circulaire simultanée de la jupe 35 mince du capuchon et du tube de chemisage contre l'épaulement. L'adjonction du tube de chemisage réduit le jeu laissé au "doigt de gant"; la présence du capuchon permet encore de limiter le débit d'un réfrigérant autour du "doigt de gant" à une valeur appropriée; le risque 5 de fuite vers les crayons combustibles est écarté. Enfin, le montage reste tel que le tube d'instrumentation peut se dilater ou se contracter par rapport au squelette de l'assemblage, du fait qu'on ne lui impose aucune-liaison supplémentaire avec les embouts. Dans ce but, l'invention propose notamment un assemblage du type cidessus défini, caractérisé en ce qu''un tube de chemisage mince, de diamètre externe inférieur en diamètre interne du tube d'instrumentation, est contenu dans le tube d'instrumentation et dans les 15 deux embouts et est centré dans le tube d'instrumentation par des expansions locales ménagées dans les intervalles entre grilles et en ce qu'un capuchon inséré dans une extrémité du tube de chemisage comporte une collerette d'appui sur l'embout correspondant, une jupe mince 20 déformable et un fond percé d'un orifice calibré de passage de réfrigérant, le tube de chemisage et le capuchon étant solidarisés de façon permanente de l'embout correspondant par une expansion de leurs parois en contact contre un épaulement de l'alésage. Les expansions locales sont avantageusement ménagées en diagonale entre les crayons adjacents au tube d'instrumentation, à 45' de ces tubes dans le cas fréquent d'un assemblage o les crayons sont répartis suivant un réseau carré. Le tube de chemisage comporte 30 avantageusement une collerette terminale présentant une saillie faible, prévue pour venir en appui contre un chanfrein conique du trou dans l'embout. On peut alors solidariser le tube de chemisage de l'embout de façon suffisante pour éviter les déplacements relatifs, avant 35 fixation définitive à l'aide du capuchon, par expansion locale, de profondeur limitée, du tube de chemisage contre l'épaulement. La fixation définitive est réalisée à l'aide du capuchon, qui présente avantageusement une collerette d'appui radial destiné à venir en contact sur un redan de l'embout entourant l'alésage et dont l'ex5 pansion applique à force la collerette sur le redan. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui 10 l'accompagnent, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en élévation et en coupe partielle montrant les parties terminales d'un assemblage de type connu, possédant un tube d'instrumentation axial. - la figure 2 est une vue en coupe suivant l'axe du tube d'instrumentation, montrant les extrémités de ce dernier et les modifications apportées par l'invention. - la figure 3 est une vue de détail à grande échelle montrant des bossages de centrage ménagés par 20 expansions locales du tube de chemisage de la figure 2 pour centrer ce tube. - la figure 4, similaire à la figure 3, montre la fixation du tube de chemisage dans l'embout supérieur de l'assemblage. L'assemblage combustible dont une fraction est montrée en figure 1 comporte un faisceau de crayons combustibles 10 et un squelette de maintien de ces crayons. Le squelette comprend un embout supérieur 12 (dont seule une fraction est représentée), un embout 30 inférieur. 14, des tirants 16 de jonction des embouts 12 et 14, et un tube d'instrumentation central 18. Des grilles 20 fixées au tirant 16, et qu'on supposera régulièrement réparties le long du faisceau de crayons 10, maintiennent ces derniers suivant un réseau 35 régulier. Le tube d'instrumentation 18 doit être monté de ?75650 façon à pouvoir se dilater ou se contracter par rapport au squelette. Pour cela, le tube 18 est simplement engagé à sa partie inférieure dans un alésage de l'embout 14. Il est fixé à sa partie supérieure à l'embout 5 12 par un fourreau 22 relié par soudure à l'embout 12. Le tube d'instrumentation 18 peut être fixé au fourreau 22 par expansion interne (non représenté) déformant les parois l'une dans l'autre. L'extrémité haute du fourreau 22 est engagée 10 dans un alésage borgne 24 de la plaque adaptatrice de l'embout 12. Le fond de cet alésage est percé d'un trou formant étranglement sur le trajet de réfrigérant qui circule dans le tube 18. Le diamètre de ce trou est prévu pour limiter le débit à une valeur acceptable. Lors du fonctionnement du réacteur, le tube d'instrumentation 18 contient un "doigt de gant" 26, représenté en traits mixtes sur la figure 1, guidé à la traversée de la plaque inférieure de coeur 28 par un manchon 30. Ce "doigt de gant" présente un diamètre 20 notablement inférieur au diamètre intérieur du tube d'instrumentation 18. Le jeu ainsi créé, ainsi que l'absence de solidarisatlon entre le manchon 30 et le tube 18, sont de nature à provoquer des vibrations sous l'action du courant de réfrigérant qui parcourt le coeur 25 et le tube 18. Dans un assemblage qu'on peut considérer comme représentatif, le diamètre interne du tube d'instrumentation 18 est de 11,43mm, alors que le diamètre externe du "doigt de gant" est de 7,5 mm, ce qui offre une 30 latitude.importante de battement au "doigt de gant" et se traduit par un risque d'endommagement du tube d'instrumentation, constitué en alliage à base de zirconium pour réduire son absorption neutronique. On décrira maintenant, en faisant référence aux 35 figures 2 à 4, un procédé de chemisage du tube d'instrumentation permettant de réduire l'amplitude des vibrations du "doigt de gant" et d'écarter le risque de fuites provoquant des jets transversaux sur les crayons, sans pour autant augmenter notablement l'absorption neutronique. Le chemisage consiste à mettre en place un tube supplémentaire, de faible épaisseur, en matériau à faible absorption neutronique, centré dans le tube d'instrumentation. Le tube de chemisage peut présenter un diamètre externe inférieur au diamètre interne du ID tube d'instrumentation à condition de prévoir des moyens le maintenant centré dans ce dernier: on verra que ces moyens sont constitués par des déformations locales et réparties du tube de chemisage d'épaisseur constante, déformation constituant des expansions réalisables à 15 l'aide des mors écartables d'une pince. Les diverses opérations peuvent être effectuées en piscine, par exemple dans une installation du genre décrit dans la demande FR 83 16 145. On décrira maintenant les opérations successives 20 de chemisage. La première opération consiste à usiner la plaque adaptatrice de l'embout supérieur 12 pour supprimer le fond de l'alèsage 24 et passer de la forme montrée en tirets sur la figure 2 à la forme montrée en 25 trait plein. Cette opération peut être réalisée au moyen d'une fraise guidée par un masque mis temporairement en place sur l'embout supérieur. Le fraisage donne naissance à un trou de diamètre correspondant à celui du tube de chemisage, trou qui se raccorde à l'alésage par 30 un épaulement 26 et à la face terminale de la plaque adaptatrice de l'embout 12 par un chanfrein 28 et un redan 30. Dans le cas mentionné plus haut d'un tube d'instrumentation ayant un diamètre interne de 11,43 mm, on peut utiliser un tube de chemisage 32 en alliage à 35 base de zirconium ayant un diamètre interne de 9,48 mm et une épaisseur de 0,62 mm. Le tube de chemisage 32 est ensuite inséré à travers le trou ménagé dans la plaque adaptatrice de l'embout 12. Pour faciliter l'insertion du tube à l'aide d'une pince- commandée à distance, une ogive 34 (Fig.3) c: peut être temporairement placée & l'extrémité basse du tube. Une collerette 36, d'inclinaison correspondante à celle du chanfrein 28, est prévue sur le tube 32 pour prendre appui sur le chanfrein et fixer ainsi la position du tube 32. On déforme ensuite le tube 32 pour 10 lui donner une préexpansion de faible amplitude sous l'épaulement 26, de façon à maintenir ce tube 32 pendant les opérations qui précèdent sa fixation définitive. Cette expansion, réalisée par exemple à l'aide d'une pince à quatre mors expansible, est indiquée schémati15 quement en tirets sur la figure 4. A l'aide d'une autre pince, on réalise ensuite des expansions localisées de centrage du tube de chemisage 32 dans le tube d'instrumentation 18. Ces expansions 38 (fig. 3) sont prévues pour ne pas provoquer de déformation du tube d'instru20 mentation 18. Elles sont réalisées sensiblement au milieu de l'intervalle qui sépare deux grilles successives, les expansions entre deux grilles étant alignées suivant une direction à 45' d'un crayon adjacent aux tubes. A l'aide de la même pince, on peut réaliser une 25 expansion circulaire, ou deux jeux d'expansion localisés de centrage à 45'. Dans le cas illustré en figure 3, on a montré une expansion 38. Cette expansion peut présenter une saillie de 0,3 mm, dans le cas de tubes ayant les caractéristiques mentionnées plus haut. Une 30 fois les expansions effectuées, l'ogive 34 est éjectée à l'aide de la pince d'expansion et la pince est retirée. ^Enfin, on met en place un capuchon 40 de solidarisation permanente du tube de chemisage 32 et de l'embout 12. Ce capuchon joue également un rôle d'étran35 gleur limitant le débit dans le tube de chemisage. Le capuchon 40 comporte une jupe déformable terminée par une collerette radiale 42 d'appui sur le redan 30. L'extrémité de la jupe opposée à la collerette est fermée par un fond percé d'un orifice calibré 44 de passage de réfrigérant (Fig.2). Le capuchon 40 est inséré jusqu'à ce que sa collerette 42 soit en appui. Puis un outil d'expansion radial est inséré et actionné au niveau de l'expansion de fixation temporaire du tube de chemisage 32 pour assurer un blocage complet. L'expansion, qui pourra avoir une profondeur de 0,70 mm environ, verrouille le capuchon 40 sur le tube 32 et ce dernier contre l'épaulement 26. Le capuchon ne débordant pas de l'embout supérieur, il peut être constitué en matériau ayant des caractéristiques mécaniques élevées pour écarter tout risque de désolidarisation du tube 32 et de l'embout. Il peut notamment être en acier inoxydable. N 2597'55O REVENDICATIONS: 1. Procédé de chemisage d'un tube d'instrumentation d'assemblage combustible nucléaire comprenant deux embouts reliés par des tirants le long desquels 5 sont réparties des grilles de maintien de crayons de combustible, une des extrémités du tube d'instrumentation étant emmanchée dans un alésage borgne ménagé dans un des dits embouts et s'ouvrant par un étranglement de passage de réfrigérant, caractérisé en 10 ce que: a/ on perce l'embout (12) d'un trou de diamètre correspondant à celui d'un tube de chemisage, se raccordant à l'alèsage par un épaulement; b/ on introduit le tube de chemisage (32) dans 15 le tube d'instrumentation (18) par le dit trou; c/ on centre le tube de chemisage dans le tube d'instrumentation par des expansions locales (38) du tube de chemisage (32) situées chacune entre deux grilles (20); d/ on insère dans le tube de chemisage un capuchon (40) présentant une collerette (42) d'appui sur l'embout, une jupe mince déformable et un fond percé d'un orifice calibré (44) de passage de réfrigérant; et e/ on immobilise définitivement le tube de 25 chemisage par expansion circulaire simultanée de la jupe mince du capuchon et du tube de chemisage contre l'épaulement (26). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les expansions locales sont réalisées par 30 couples & intervalles égaux à la distance séparant trois grilles successives. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en cours de l'étape (b): (bl) on introduit le tube de chemisage (32) jus35 qu'à ce qu'une collerette terminale (36) du tube vienne en appui contre un chanfrein dans l'embout; et (b2) on maintient le tube de chemisage par expansion locale contre l'épaulement (26); 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé 5 en ce qu'au cours de l'étape (a) on ménage sur l'embout un redan (30) de réception de la collerette d'appui (42) du capuchon (40) sur la face terminale de l'embout opposée à l'alésage. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendica10 tions 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites expansions locales sont ménagées en diagonale entre les crayons adjacents au tube d'instrumentation. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on centre le 15 tube de chemisage dans l'autre embout (14) par expansion (39). 1 à 7. Assemblage combustible nucléaire comprenant deux embouts reliés par des tirants le long desquels sont réparties des grilles de maintien de crayons de 20 combustible, et un tube d'instrumentation dont une extrémité est emmanchée dans un alésage borgne ménagé dans un desdits embouts, caractérisé en ce qu'un tube de chemisage mince (32), de diamètre externe inférieur au diamètre interne du tube d'instrumentation (18), est 25 contenu dans le tube d'instrumentation et dans les deux embouts et est centré dans le tube d'instrumentation par des expansions locales (38) ménagées dans les intervalles entre grilles et en ce qu'un capuchon (40) inséré dans une extrémité du tube de chemisage (32) comporte 30 une collerette (42) d'appui sur l'embout correspondant (12), une jupe mince déformable et un fond percé d'un orifice calibré (44) de passage de réfrigérant, le tube de chemisage et le capuchon étant solidarisés de façon permanente de l'embout correspondant par une expansion 55 de leurs parois en contact contre un épaulement (26) de l'alésage. 8. Assemblage selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites expansions locales (39) ont une saillie telle qu'elles ne provoquent pas de déformation du tube d'instrumentation. 9. Assemblage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que les tubes (18, 32) sont en alliage à base de zirconium, et en ce que le capuchon (40) est en acier inoxydable ou en alliage à base de zirconium ainsi qu'un fourreau (22) interposé entre la partie 10 terminale du tube d'instrumentation et l'embout portant le capuchon.