Brevet FR2609832A1 — publié le 19880722

GRILLE D'ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE DE REACTEUR A EAU LEGERE DESCRIPTION La présente invention concerne une grille d'assemblage combustible pour le maintien en place de crayons combustibles de réacteurs à eau légère. Dans des exemples connus, les grilles assurant le maintien latéral et axial des crayons combustibles sont généralement constituées par des plaquettes entrecroisées suivant un réseau défini. Cet entrecroisement de plaquettes soudées à leurs intersections délimite des cellules à l'intérieur desquelles passe un combustible ou un tube guide. Les plaquettes comportent des ressorts et des bossettes qui assurent Le maintien latéral et axial des crayons combustibles. Le brevet européen EP 0033 263 présente une grille de ce type. La présente invention décrit des cellules formées de tronçons de cylindre de section polygonale, préalablement échancrés ou évidés sur une partie de leur hauteur, et que l'on imbrique de façon à ce que leurs sections se recouvrent partiellement: le maintien des crayons dans les cellules est ainsi assuré par les portions des tronçons de cylindre voisins pénétrant dans la cellule considérée. L'assemblage des différents tronçons, notamment par soudage, permet d'obtenir des assemblages très rigides. Avantageusement, les portions pénétrantes sont saillantes et terminées en méplats servant d'appui aux crayons. La forme générale des sections des tronçons de cylindre, à l'exception des méplats, est carrée dans un réseau carré ou triangulaire dans un réseau hexagonal. La grille selon l'invention présente de nombreux avantages par rapport à celle du brevet européen. Elle est réalisée préférentiellement en un matériau tel que le zircaloy intéressant pour ses propriétés de faible capture neutronique en dépit de ses caractéristiques mécaniques médiocres. Sa rigidité est assurée pour l'essentiel par la faible longueur des côtés des figures géométriques résultant de l'imbrication des cellules; on peut donc choisir une épaisseur de métal faible pour la fabri- cation des cellules, ce qui contribue à diminuer la résistance hydraulique de la grille. Un autre avantage de l'invention est de présenter un assemblage de cellules élémentaires simples ne comportant que peu de variantes,contrairement à celui du brevet européen o les plaquettes présentent de nombreuses variantes. La fabrication de la grille selon l'invention s'en trouve simplifiée et son coût réduit. On va maintenant décrire plus concrètement l'invention à l'aide des dessins annexés dont l'énumération suit et qui sont donnés à titre illustratif et nullement limitatif: - la figure 1 représente en perspective un agencement possible des crayons de combustible nucléaire à l'aide de grilles, - la figure 2 représente un tronçon de cylindre utilisable pour une réalisation de grille conforme à l'invention, - la figure 3 représente une vue de face d'une grille construite à l'aide des tronçons de cylindre de la figure 2, - les figures 4, 5 et 6 représentent trois tronçons de cylindre utilisables en combinaison pour une autre réalisation de grille conforme à l'invention, - la figure 7 représente une vue de face d'une grille construite à l'aide des éléments des figures 4 à 6, - la figure 8 représente en perspective un élément de bordure que l'on peut utiliser pour les grilles selon l'invention, - la figure 9 représente un détail de conception que l'on peut appliquer aux tronçons de cylindre d'après l'invention, et - la figure 10 représente une variante comportant deux grilles superposées, espacées et enserrées par une bordure. La figure 1 représente schématiquement comment on B 9248.3 JCI agence des grilles 101, ici au nombre de trois, de façon à maintenir en place un faisceau de crayons I de combustible nucléaire, dont seuls quelques-uns sont représentés ici. Les crayons 1 ont une de leurs extrémités fixée à la pièce d'extrémité 103 ou 104. Des tubes guides 102 relient entre elles les pièces d'extrémité 103 et 104. A présent, on s'intéresse plus particulièrement aux grilles selon L'invention. Dans un premier mode de réalisation préféré, eLLes peuvent être construites par assemblage de tronçons de cylindre à section à peu près carrée et portant la référence 11 sur la figure 2. Préférentiellement, sur la moitié de leur hauteur, ces tronçons de cylindre 11 portent des échancrures 12 localisées en leurs angles. L'assemblage des tronçons 11 se fait en les imbriquant de telle façon que Leurs échancrures soient alternativement en partie haute (tronçons 11) ou en partie basse (tronçons 13); puis on introduit un angle 15 du tronçon 13 dans une échancrure 12 du tronçon 11 adjacent. L'assemblage définitif se fait par soudage aux intersections 18. Les angles 15 présentent des méplats 16 qui servent d'appui aux crayons 1, comme on le voit sur la grille 22 dessinée sur la figure 3. D'après cette figure, on constate que les tronçons 11 et 13 sont disposés suivant deux quinconces superposés et décalés. Les crayons 1 sont en appui sur les méplats 16. On a considéré jusqu'ici que les tronçons 11 ou 13 étaient semblables. Si l'assemblage comporte des tubes guides 102, les cellules au voisinage de ces derniers auront une configuration adaptée (figure 3). La rigidité de cette grille est augmentée en ajoutant des nervures 20 sur une diagonale du carré formé par les quatre côtés adjacents 21. Les tronçons de cylindre 11 et 13 peuvent être produits par tout moyen adapté, en particulier par formage de tronçons de section primitivement cylindrique suivi du découpage des échancrures 12, le soudage de panneaux élémentaires ou encore le filage direct. Comme les pièces mécaniques représentées figures 4, 5 et 6 présentent des caractères semblables dans une large mesure, leur description va être faite simultanément. Dans cette réalisation particulière de L'invention, les tronçons 31, 41 et 51 destinés à former une grille ont une section à peu près trianguLaire avec des angles cassés en méplats 36, 46 et 56 respectivement. La hauteur des angles 35, 45, 55 est diminuée par des échancrures partant des deux extrémités des tronçons 31, 41 et 51: il existe des échancrures supérieures 32, 42 et 52 et des échancrures inférieures 33, 43 et 53 qui se font face respectivement sur les tronçons 31, 41 et 51. Dans la figure 4, Les échancrures supérieures 32 sont profondes et les échancrures inférieures 33 superficielles, alors que la situation est inverse pour les échancrures 52 et 53 de la figure 6 et que les échancrures 42 et 43 de la figure 5 ont une profondeur à peu près égale. Il en résulte que, sur ces figures, les angles 35 sont en bas des tronçons 31, les angles 45 sont au milieu des tronçons 41 et les angles 55 sont au sommet des tronçons 51. Les tronçons 31, 41 et 51 sont encore munis respectivement d'évidements rectangulaires 37, 47 et 57 disposés également à des hauteurs différentes. Les évidements 37 des tronçons 31 sont placés à la même hauteur que les angles 45 des tronçons 41; les évidements 47 des tronçons 41 sont places à la même hauteur que les angles 55 des tronçons 51; les évidements 57 des tronçons 51 sont places à la même hauteur que les angles des tronçons 31. De plus, la taille des évidements est suffisamment importante pour que les angles des autres tronçons places à leur hauteur puissent y pénétrer partiellement. La grille est réalisée par soudage des intersections 38, 48, 58 des différents tronçons. Une telle grille 60 est représentée figure 7. De façon analogue à la grille 22 de la figure 3, les différents tronçons 31, 41 et 51 forment des réseaux réguliers et imbriqués. Chaque tronçon d'une espèce, à condition qu'il ne soit pas placé au bord de la grille 60, est entouré de trois tronçons de chacune des deux autres espèces placés alternativement avec un décalage angulaire de 60 . Comme sur la figure 3, les méplats 36, 46 et 56 servent d'appui aux crayons 1; de même, il est possible de prévoir des tronçons comportant des formes légèrement différentes pour pouvoir s'adapter à des tubes guides 102 de diamètre différent de ceux des crayons 1. Sur leur périphérie les grilles 22 et 60 présentent une bordure 65 entourant les cellules et qui possède des échancrures inférieures 68 et supérieures 71, ainsi que des bossettes supérieures 66 présentant des méplats 67 et des bossettes inférieures 69 présentant des méplats 70. Les échancrures inférieures 68 alternent avec les bossettes inférieures 69; de même, les échancrures supérieures 71 alternent avec les bossettes supérieures 66. Au-dessus des échancrures inférieures 68 et en ces endroits seulement se trouvent les bossettes supérieures 66. Au-dessus des bossettes inférieures 69 et en ces endroits seulement se trouvent les échancrures supérieures 71. Le contact entre la bordure 65 et les tronçons 11 s'établit à l'emplacement des échancrures inférieures 68 et des bossettes supérieures 66; le contact entre les tronçons 13 et la bordure 65 s'établit à l'endroit des échancrures supérieures 71 et des bossettes inférieures 69. On assemble la bordure 65 et les tronçons 11 et 13 par soudage de telle manière que les bossettes 66 et 69 pénètrent dans les tronçons 11 et 13 respectivement et peuvent ainsi servir d'appuis aux crayons 1 situés dans ces tronçons 11 et 13 adjacents à la bordure 65. Avec cette conception aucun tronçon ne reste inoccupé. Il est encore possible, comme on le représente sur la figure 8, de déformer Les angles 15 qui s'adaptent dans les échancrures 68 et 71 de façon à ce qu'après assemblage ils soient en prolongement de la bordure 65. Les grilles selon l'invention n'assurent pas la fonction de maintien axial des crayons combustibles. Celle-ci peut être assurée au niveau de la pièce _5 d'extrémité inférieure ou supérieure de l'assemblageau moyen d'un système de fixation connu par exemple celui décrit dans le brevet français FR-A-2 577 343. Il est possible d'assurer non seulement un appui pour les crayons 1 mais encore un véritable serrage. Pour cela, il faut augmenter l'élasticité des angles 15, 35, 45 ou 55 en contact avec les crayons 1 tout en les dimensionnant de telle manière que la distance entre ces angles dans la grille 22 ou 60 soit légèrement inférieure au diamètre des crayons 1. On obtient donc un assemblage à jeu légèrement négatif. Un bon moyen d'augmenter alors la souplesse des angles consiste à y ménager des entailles longitudinales 73 qui affaiblissent sa résistance (figure 9). D'autre part, afin de diminuer les pertes de charge hydraulique par frottement, il est possible de diminuer la hauteur des cellules tout en conservant une longueur de guidage suffisante des éléments combustibles. Pour cela on assemble, au moyen d'une bordure 76 périphérique de largeur suffisante, préférentiellement deux grilles de cellules de hauteur réduite chacune G et G (figure 10). L'ensemble dont la hauteur 1 2 résultera de la hauteur de la bordure périphérique constituera la grille 77. L'existence des deux grilles espacées perturbera la régularité de l'écoulement du réfrigérant lors de son passage au niveàu des grilles: la fonction "mélangeuse" est ainsi obtenue. Les cellules peuvent être de section carrée ou triangulaire. La bordure 76 est pourvue, comme la précédente bordure 65, d'échancrures et d'évidements par lesquels on positionne les grilles G et Get qui portent Les mêmes numéros de référence. I 2' Si ce brassage est insuffisant, il est possible de profiler en ailettes l'extrémité des tronçons de cylindre en dehors des échancrures afin de perturber davantage l'écoulement. Le nombre des ailettes est à optimiser suivant les caractéristiques du réseau de crayons, la distribution de puissance et les conditions thermohydrauliQues environnantes afin d'éviter l'apparition de film de vapeur. 260 J832 REVENDICATIONS 1. Grille (22, 60) d'assemblage combustible, caractérisée en ce qu'elle est constituée de tronçons de cylindre (11, 13, 31, 41, 51) échancrés et/ou évidés sur une partie de Leur hauteur et assemblés de façon à ce que leurs sections se chevauchent partiellement, les tronçons de cylindre étant pénétrés en leurs échancrures (12, 32, 33, 42, 43, 52, 53) ou en leurs évidements (37, 47, 57) par des portions saillantes (15, , 45, 55) de tronçons voisins. 2. Grille suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les tronçons de cylindre (11, 13, 31, 41, 51) sont à section polygonale et en ce que les portions saillantes pénètrent dans les échancrures ou les évidements des tronçons de cylindre voisins et présentent des méplats (16, 36, 46, 56) sur lesquels s'appuient les crayons. 3. Grille suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le polygone est un carré ou un triangle. 4. Grille (22) suivant la revendication 3, dans laquelle le polygone est un carré, caractérisée en ce que les tronçons de cylindre (11 et 13) sont imbriqués de façon à ce que leurs échancrures (12) soient alternativement en partie haute (tronçons 11) ou en partie basse (tronçons 13), puis assemblés. 5. Grille (60) suivant la revendication 3, dans laquelle le polygone est un triangle, caractérisée en ce que les tronçons de cylindre (31, 41, 51) sont imbriqués de façon à ce que les portions saillantes (35, 45, 55) pénètrent respectivement dans les évidements (57, 37, 47), puis assemblés. 6. Grille suivant L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une bordure (65) enserrant les tronçons (11, 13, 31, 41, 51) et pourvue d'échancrures et/ou d'évidements et de portions saillantes utilisées comme appuisdes crayons (1) contenus dans les tronçons de cylindre périphériques. 7. Grilles (G, G) suivant l'une quelconque des 1 2 revendications 1 à 6, caractérisées en ce qu'elles sont superposées, espacées et enserrées par une bordure (76) pourvue d'échancrures et d'évidements. 8. Grille suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que des extrémités des tronçons de cylindre, en dehors des échancrures, sont profilées en ailettes (19, 39, 49, 59) afin de perturber L'écoulement d'un fluide passant par la grille. 9. Grille suivant L'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les tronçons de cylindre comprennent des entailles longitudinales (73) sur les parties saillantes des tronçons (15, 35, 45, 55) pénétrant dans les échancrures ou les évidements.