Brevet FR2647944A1 — publié le 19901207

L'invention concerne un assemblage combusti- ble d'un réacteur nucléaire comportant un dispositif de retenue de particules contenues dans le fluide de refroidissement du réacteur. Les réacteurs nucléaires refroidis à l'eau et en particulier les réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau sous pression comportent un coeur consti- tué par des assemblages prismatiques disposés côte à côte et verticalement. Chacun des assemblages combus- tibles est constitué par un faisceau de crayons com- bustibles parallèles maintenus dans une ossature. L'ossature de l'assemblage combustible est constituée par une pluralité de grilles-entretoises transversales espacées, suivant la longueur de l'assem- blage et assurant le maintien des crayons suivant un réseau régulier dans les plans de section droite transversaux du faisceau. Les grillesentretoises sont reliées entre elles par des tubes-guides longitudinaux se substituant à des crayons combustibles, dans cer- taines cellules des grilles-entretoises, et fixés aux grilles. L'ossature de l'assemblage comporte égale- ment deux embouts d extrémité reliés à l'extrémité des tubes-guides dont la longueur est supérieure à la lon- gueur des crayons combustibles. L'un des embouts de l'assemblage, appelé em- bout inférieur, vient reposer sur la plaque inférieure de coeur du réacteur qui est percée de trous au niveau de chacun des assemblages pour permettre le passage de l'eau de refroidissement du réacteur à travers le coeur, dans la direction verticale et de bas en haut. Le fluide de refroidissement des crayons combustibles traverse la plaque adaptatrice de l'em- bout inférieur par des ouvertures appelées passages d eau qui sont soit de forme circulaire (d'un diamètre d environ 7 à 10 mm) ou oblongue (lumières d'environ mm de large par 15 à 50 mm de longueur). Des débris qui peuvent être présents dans le circuit primairedu réacteur sont susceptibles d'être entrainés par l'eau sous pression en circulation et dans le cas o leur tiaille est faible (par exemple inférieure à 10 mm), ces débris peuvent passer au travers de la plaque. adaptatrice de l'embout inférieur dont les passages d'eau ont une section importante. Ces débris peuvent venir se coincer entre les crayons combustibles et les cellules de la première grille c'est-à-dire de la grille-entretoise maintenant les crayons suivant un réseau régulier disposée le plus près de l'embout in- férieur. Ces débris soumis aux sollicitations hydrau- liques axiales et transversales qui sont importantes dans cette zone peuvent user le gainage du crayon com- bustible. Il risque d'en résulter une perte d'étanché- ité de ce gainage ainsi qu'une augmentation du taux d'activité du circuit primaire du réacteur. On a donc proposé des dispositifs permettant de filtrer le fluide de refroidissement du réacteur soit pendant les essais-a chaud soit encore pendant le fonctionnement du réacteur. Dans le premier cas, les éléments filtrants peuvent étre reliés à la plaque inférieure de coeur et disposés sur celle-ci dans la position des assemblages combustibles avant le chargement du coeur. Dans le second cas, les éléments filtrants sont associés aux assemblages combustibles et disposés dans leur partie inférieure. Ces éléments filtrants peuvent être constitués par des structures en tole ou en fils métalliques disposées dans l'embout inférieur de l'assemblage qui permettent d'arrêter les débris dont la taille est supérieure a la plus grande dimen- sion de la section de passage entre un crayon combus- tible et une cellule de grille. 5.De tels dispositifs peuvent être complexes et introduisent une perte de charge relativement im- portante dans la circulation du fluide de refroidis- sement à travers l'assemblage combustible. En outre, ces dispositifs placés dans l'em- bout inférieur de l'assemblage peuvent être relative- ment encombrants et gênants, lors des opérati6ns de chargement et de déchargement d'assemblages du coeur et lors du démontage et du remontage des liaisons des tubes-guides et de l'embout inférieur. Le but de l'invention est donc de proposer un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire re- froidi par de l'eau comportant une ossature de forme allongée constituée par une pluralité de grilles- entretoises transversales espacées suivant la longueur de l'assemblage, des tubes-guides longitudinaux fixes sur les grilles-entretoises et deux embouts d'extrémi- té transversaux, un faisceau de crayons combustibles parallèles et de direction longitudinale maintenus par les grilles-entretoises pour constituer un réseau ré- gulier dans des plans de section droite. parallèles aux grilles et perpendiculaires aux tubes-guides ainsi qu'un dispositif de retenue de particules contenues dans l'eau de refroidissement du réacteur disposé dans la partie intérieure de l'assemblage, c'est-à-dire dans sa partie voisine de l'embout d'extrémité venant reposer en service sur la plaque inférieure de coeur du réacteur appelé embout inférieur, une filtration efficace de l'eau de refroidissement du réacteur étant effectuée par le dispositif de retenue,-sans introdui- re de perte de charge excessive sur. la circulation du fluide de refroidissement, sans augmenter l'encombre- ment de l'assemblage combustible au niveau de son em- bout inférieur et tout en gardant une possibilité de démontage de cet embout. Dans ce but, le dispositif de retenue de particules est constitué par une pluralié de tubes disposés parallèlement aux crayons combustibles de 1 assemblage, dans chacun des interstices situés entre des crayons adjacents et sur toute la longueur d'une zone située entre la partie supérieure de l'embout inférieur de l'assemblage et la partie inférieure de la première grille-entretoise. c'est-à-dire de la grille-entretoise disposée le plus près de l'embout inférieur. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limi- tatif, en se référant aux figures jointes en annexe, un assemblage combustible suivant '1 invention et sui- vant plusieurs modes de réalisation différents, com- portant un dispositif de retenue de particules. La figure 1 est une vue en élévation et en coupe par un plan vertical de la.partie inférieure d un assemblage combustible suivant l'invention co- portant un dispositif de retenue de particules. La figure 2 est une vue partielle en plan de la première grille-entretoise de l'assemblage combus- tible représenté sur la figure 1. La figure 3 est une vue partielle en éléva- tion et en coupe de la partie inférieure d'un assem- blage combustible suivant l'invention'montrant le mode de fixation des tubes du dispositif de retenue sur la première grille-entretoise, suivant une première va- riante de réalisation. La figure 4 est une vue partielle en éléva- tion et en coupe de la partie inférieure d'un assem- blage combustible suivant l'invention montrant le mode de fixation des tubes du dispositif de retenue, sui- vant une seconde variante de réalisation. La figure 5 est une vue en élévation et en coupe partielle de la partie inférieure d'un assembla- ge combustible suivant l'invention et suivant un mode de réalisation différent du mode de réalisation repré- senté sur les figures 1 à 4. La figure 6 est une vue en plan suivant 6-6 de la figure 5. La figure 7 est une vue en coupe suivant 7-7 de la figure 6. Sur la figure 1, on voit la partie inférieu- re d un assemblage combustible suivant l'invention re- posant sur la plaque inférieure de-coeur 1 d'un réac- teur nucléaire par l'intermédiaire de son embout infé- rieur 2. La plaque inférieure de coeur 1 est traver- sée par des trous de passage d'eau 3 débouchant sous l'embout inférieur 2 de l'assemblage combustible. L'embout inférieur 2 comporte une plaque adaptatrice 5 et des pieds supports 6 dont la partie inférieure re- pose sur la plaque inférieure de coeur 1. Deux des pieds supports 6 disposés suivant une diagonale de l'embout de forme carrée comportent des trous de pas- sage 7 pour un pion de positionnement 8 solidaire de la face supérieure de la plaque inférieure de coeur 1. L ossature de '1 assemblage combustible com- porte un ensemble de grilles-entretoises telles que la grille 9 représentée sur 'la figure 1 reliées a des tubes-guides 10 de direction longitudinale. Les grilles-entretoises sont régulièrement espacées suivant la direction longitudinale de l'as- semblage correspondant à la direction longitudinale des tubes-guides 10. Sur la figure 1, on n'a représenté que la grille inférieure 9 ou première gjille-entretoise, c'est-à-dire la grille-entretoise située le plus près r- de l'embout inférieur 2 par l'intermédiaire duquel l'assemblage combustible repose sur la plaque infé- rieure de coeur. Comme il est visible sur la figure 2, les grilles-entretoises sont constituées par des plaquet- tes 12 assemblées à angle droit et délimitant des cel- lules 13 d'un réseau à mailles çarrées dans lequel sont disposés les crayons combustibles 14 qui sont maintenus à l'intérieur des cellules par des éléments en saillie par rapport aux plaquettes délimitant les cellules et constituant soit des bossettes soit des ressorts de maintien. Certaines cellules 13 du réseau de la grille reçoivent un tube-guide 10 au lieu d'un crayon comrbus- tible 14. Les tubes-guides 10 ont un diamètre supé- rieur au diamètre des crayons 14 et sont généralement fixés par soudage sur les plaquettes délimitant la cellule correspondante. Les tubes-guides 10 ont également une lon- gueur supérieure à celle des crayons 14 et sont fixés à leurs extrémités sur les embouts de l'assemblage combustible. En particulier, les extrémités inférieu- res des tubes-guides 10 sont fixées sur la plaque adaptatrice 5 de l'embout inférieur 2. Les extrémités des crayons combustibles 14 se trouvent à une certaine distance de la plaque adap- tatrice des embouts. Selon l'invention. des tubes 18 sont fixés dans chacun des interstices entre quatre crayons 14 de l'assemblage dans des positions adjacentes. Les tubes 18 s'étendent sur toute la lon- gueur de la zone comprise entre la face supérieure de la plaque adaptatrice 5 de l'embout inférieur et la face inférieure de la grille inférieure 9. Les tubes 18' qui sont placés dans un inter- stice situé entre trois crayons combustibles adjacents 14 et un tubeguide 10 ont un diamètre inférieur au diamètre des autres tubes 18 situés dans un interstice entre quatre crayons combustibles adjacents 14. Les tubes 18 sont centrés sur le croisillon de grilles 17 commun aux quatre cellules de grille 13 dans lesquelles sont placés les quatre crayons combus- tibles adjacents 14. Les tubes 18' sont légèrement décentrés par rapport au croisillon de grilles 17' correspondant, en direction du Crayon combustible 14 situé dans une po- sition opposée au tube-guide 10 suivant la direction des diagonales des cellules 13. Les tubes 18 et 18' fractionnent l'intersti- ce disposé entre quatre crayons combustibles ou éven- tuellement entre trois crayons combustibles et un tube-guide de l'assemblage de manière à interdire le passage de particules d'une certaine taille entre les crayons combustibles 14 et les parois des cellules 13. Les particules contenues dans l'eau de re- froidissement traversant la plaque inférieure de coeur et l'embout inférieur 2 au travers de la plaque adap- tatrice 5 sont donc retenues au niveau de la plaque adaptatrice et ne pénètrent pas dans l'assemblage com- bustible pour venir se coincer entre les crayons com- bustibles et les parois des cellules 13 de la première grille-entretoise. Sur la figure 3, on a représenté un.tube 18 du dispositif de retenue de particules intercalé entre la plaque adaptatrice 5 de l'embout d'un assemblage combustible et la première grille-entretoise 9. Le tube 18 est intercalé entre des crayons combustibles 14 adjacents et fixé par son extrémité supérieure sur de's plaquettes 12 délimitant des cellules 13 de la grille-entretoise 9. Pour celà, le tube 18 est fendu à sa partie supérieure et suivant quatre génératrices, les fentes étant ensuite engagées sur les plaquettes 12 de la grille 9 constituant un croisillon au niveau duquel est placé le tube 18. On réalise ensuite le soudage du tube 18 sur les plaquettes de la grilleentretoise 9. Le soudage peut être réalisé par faisceau d'électrons ou par faisceau laser. Les matériaux constituant la grille et les tubes du dispositif de retenue doivent être iden- tiques ou tout au moins soudables l'un sur l'autre. Les fentes d'encastrement des tubes 18 peuvent avoir une longueur d'environ 3 à 5 mm. Le soudage de ces tubes 18 à la partie infé- rieure de la grille-entretoise 9 n'est pas facile à réaliser et il peut être avantageux de prévoir, à la partie supérieure des. tubes 18, des fentes dont la longueur est sensiblement égale à la hauteur de la grilleentretoise 9. Dans ce cas, le tube 18, comme il est visible sur la figure 4, est encastré sur la grille-entretoise 9 jusqu'à sa partie supérieure. Le soudage des tubes 18 peut être effectué également par faisceau d'électrons ou par faisceau laser dans la partie supérieure des tubes 18, au niveau de la face supérieure de la grille-entretoise 9. Suivant le type d'assemblage combustible dans lequel est monté le dispositif de retenue et sui- vant le mode de fixation des tubes, les tubes 18 ou 18' auront une longueur de l'ordre de 50 à 80 mm. Lorsque ces tubes sont fixés uniquement sur la grille inférieure de l'assemblage, par une de leurs extrémités, ils sont susceptibles d'entrer en vibTa- tion, sous l'effet des sollicitations hydrauliques produites par le fluide de refroidissement en circula- tion dans l'assemblage. Il peut se produire une rupture par fatigue des liaisons soudées entre les tubes 18 et les croi- sillons de la grille 9. Sur les figures 5, 6 et 7, on a représenté un mode de réalisation de la partie inférieure d'un assemblage combustible comportant un dispositif de re- tenue constitué par des tubes qui permet d'éviter la mise en vibration des tubes sous l'effet des sollici- tations hydrauliques. L'assemblage combustible repose par l'inter- médiaire de son embout inférieur 20 sur la plaque in- férieure de coeur 2i qui est traversée par des trous de passage d eau 22 au niveau de l'assemblage combus- tible. Les tubes-guides 23 de l'assemblage combus- tible sont reliés, à leur extrémité inférieure, à la plaque adaptatrice de l'embout 20 et fixes aux diffé- rentes grilles-entretoises disposées suivant la lon- gueur de l'assemblage. Sur la figure 5. on a représen- té uniquement la grille-entretoise inférieure 24 et. les extrémitéF inférieures de crayons combustibles 25 maintenus par cette' grille-entretoise suivant un ré- seau régulier, comme il est visible sur la figure 6. Certaines cellules de la grille-entretoise reçoivent un tube-guide 23 à la place d'un crayon com- bustible 25. Comme il est visible sur la figure 5, la partie inférieure de l'assemblage combustible comporte de plus une plaque support 26 disposée parallèlement à la grille-entretoise 24 et i la plaque adaptatrice de l'embout 20 de l'assemblage située dans une position approximativement équidistante de la face supérieure de la plaque adaptatrice et de la face inférieure de la grille-entretoise. Cette plaque 26 est maintenue par des tubes- entretoises 27 fixés à l'une de leurs extrémités sur la plaque adaptatrice de l'embout 20 et, à l'eur autre extrémité, sur la partie inférieure de la grille- entretoise 24. La plaque support 26 est fixée par soudage sur les tubes-entretoises 27 au niveau d'ouvertures traversant la plaque 26. La plaque 26 comporte également un réseau d ouvertures permettant le passage de la partie in- férieure des tubes-guides 23 et des crayons combus- tibles 25. Enfin, la plaque 26 comporte des ouvertures centrées sur l'axe vertical des croisillons de la grille dans lesquelles sont engagés des tubes 28 cons- tituant le dispositif de retenue de particules de l'assemblage combustible. Les tubes 28 sont fixés par soudage au ni- veau de leur ouverture de traversée de la plaque sup- port 26. La longueur des tubes 28 est un peu infé- rieure à la longueur des tubes entretoises 27, l'ex- trémité inférieure de ces tubes 28 se, trouvant un peu au-dessus de la face supérieure de la plaque adapta- trice de l'embout 20 et l'extrémité supérieure des tubes 28 étant sensiblement dans le plan de la face inférieure de la grille-entretoise 24. 1 1 Comme il est visible sur la figure 6, chacun des tubes 28 fractionne un interstice situé entre qua- tre crayons combustibles 25 de l'assemblage ou entre trois crayons combustibles 25 et un tube-guide 23, de manière qu'il ne subsiste pas de passage libre de grande dimension entre les crayons. Les particules transportées par le fluide de refroidissement du réacteur ayant une t-aille supérieu- re à une certaine limite sont donc arrêtées au niveau de la plaque adaptatrice de l'embout 20. Ces particu- les ne sont donc pas susceptibles de venir se loger autour des crayons combustibles, dans la grille-entre- toise 24. D'autre part, les tubes 28 qui sont soudés pal' leur partie centrale sur la plaque support 26 sont beaucoup moins sujets aux vibrations que les tubes 18 représentés sur les figures 3 et 4 qui sont fixes par l'une de leurs extrémités sur la grille-entretoise. Comme il est visible sur la figure 7, les tubes 28 peuvent comporter un épaulerment 29 venant en appui sur la surface inférieure de la plaque support 26 suivant lequel on réalise le soudage entre le tube 28 et la plaque 26. On obtient ainsi une fixation plus résistante que dans le cas d'un tube 28 ne présentant pas d'épaulement et soudé sur la face inférieure de la plaque 26. En outre, dans ce mode de réalisation, il est possible de réaliser les tubes 28 en un matériau différent du matériau constituant la grilleentretoise inférieure 24. Il est simplement nécessaire que les tubes 28 et la plaque 26 soient constitués par un mneme matériau ou par des matériaux soudables entre eux. * La liaison entre les tubes 28 et la plaque 26 peut également être réalisée par brasage. Dans un premier temps. on peut effectuer l'assemblage et le soudage ou le brasage des tubes 28 sur la plaque 26. L'ensemble est ensuite placé dans la partie inférieure de l'assemblage, entre l'embout et la grilleentretoise inférieure. Afin d'éviter tout débatte*nent axial de l' nsemble constitué par la plaque support 26 et les tubes 28, on peut fixer celle-ci sur des tubes d'en- tretoisement 27 intercalés entre l'embout et la gril- le-entretoise inférieure dans les angles de l'assem- blage combustible. Pour réaliser les tubes du dispositif de retenue de particules et la plaque-support, on peut utiliser des matériaux ayant une bonne résistance dans l'ambiance du réacteur nucléaire, tels que des allia- ges a base de nickel à durcissement structural ou des aciers martensitiques. L invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. On peut imaginer d'autres modes de fixation des tubes du dispositif de retenue, soit sur la grille-entretoise inférieure, soit sur la plaque adap- tatrice de l'embout soit encore sur une ou plusieurs plaques intermédiaires ou sur d'autres moyens de sup- port. L invention s'applique à tout assemblage combustible d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau. REVENDICATIONS 1.- Assemblage combustible d'un réacteur nu- cléaire refroidi par de l'eau comportant une ossature de forme allongée constituée par une pluralité de grilles-entretoises (9. 24) transversales espacées suivant la longueur de l'assemblage, des tubes-guides longitudinaux (10, 23) fixés sur les grilles-entretoi- ses (9, 24) et deux embouts d'extrémité (2, 20) trans- versaux, un faisceau de crayons combustibles (14, 25) parallèles de direction longitudinale maintenus par les grilles-entretoises (9, 24) pour constituer un ré- seau régulier dans des plans de section droite paral- lèles aux grilles (9) et perpendiculaires aux tubes- guides (10, 23) ainsi qu'un dispositif de retenue (18, 28, 26) de particules contenues dans l'eau de refroi- dissement du réacteur disposé dans la partie inférieu- re de l'assemblage, c'est-à-dire dans sa partie voisi- ne de l'embout d'extrémité (2. 20), venant reposer en service sur la plaque inférieure de coeur (1, 21) du réacteur, appelé embout inférieur. caractérisé par le fait que le dispositif (18, 26. 28) de retenue des particules est constitué par une pluralité de tubes (18, 28)., disposés parallèlement aux crayons combusti- bles (14. 25) de l'assemblage, dans chacun des inter- stices situés entre des crayons (14, 25) adjacents et sur toute la longueur d'une zone située entre la par- tie supérieure de l'embout inférieur (2, 20) de l'as- semblage et la partie inférieure de la première grille-entretoise (9. 24), c'est-à-dire de la grille- entretoise disposée le plus près de l'embout inférieur (2. 20). 2.- Assemblage combustible suivant la revend dication 1, caractérisé par le fait que les tubes (16) du dispositif de retenue comportent dans une zone 2647944. d'extrémité quatre fentes destinées à venir s'encas- trer sur un croisillon de la grille-entretoise infé- rieure (9), au voisinage de sa face inférieure, les tubes (18) étant soudés sur la grille-entretoise (9), au voisinage de sa face inférieure. 3.- Assemblage combustible suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que chacun des tubes (18) du dispositif de retenue comporte quatre fentes suivant des génératrices, dans sa partie supé- rieure, dont la longueur est au moins égale à la di- mension de la grille-entretoise inférieure (9> dans la direction longitudinale, les zones d'extrémité des tubes (18) étant encastrées sur des croisillons de la grille (9) et soudées sur cette grille au voisinage de sa face supérieure. 4.- Assemblage combustible suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les tubes (18) sont soudés sur la grille- entretoise (9) par faisceau d'électrons. 5.- Assemblage combustible suivant l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que les tubes (18) 'sont soudés sur la grille- entretoise (9) par faisceau laser. 6.- Assemblage combustible suivant la reven- dication 1, caractérisé par le fait que le dispositif de retenue est constitué par une plaque support trans- versale (26) fixée dans une position intermédiaire entre la plaque adaptatrice de l'embout inférieur (20) et la surface inférieure de la grille-entretoise (24) sur laquelle sont fixes les tubes (28) du dispositif de retenue, par leur partie médiane. 7.- Assemblage combustible suivant la reven- dication 6, caractérisé par le fait que les tubes (28) sont fixes sur la plaque (26) par soudage par faisceau d' électrons. 8.- Assemblage combustible suivant la reven- dication 6, caractérisé par le fait que les tubes (28) sont fixes sur la plaque (26) par soudage par faisceau laser. 9.- Assemblage combustible suivant la reven- dication 6, caractérisé par le fait que les tubes sont fixes sur la plaque-support (26) par brasage. 10.- Assemblage combustible suivant l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé par le fait que des tubes (27) d'une longueur supérieure à la longueur des tubes (28) sont fixes sur des parties périphérique de la plaque support (26), pour consti- tuer des entretoises maintenant le dispositif de rete- nue entre l'embout inférieur (20) et la grille-entre- toise inférieure (24). 11.- Assemblage combustible suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10. caractérisé par le fait que le dispositif de retenue de particules est réalisé en un alliage de nickel à durcissement struc- tural. 12.- Assemblage combustible suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que le dispositif de retenue (18, 26, 28) est réalisé en un acier martensitique.