Brevet FR2646006A1 — publié le 19901019

L'invention concerne un embout inférieur d'un assemblage combustible comportant un dispositif de retenue de particules contenues dans le fluide de refroidissement du réacteur nucléaire, en particulier dans le cas de réacteurs nucléaires à eau sous pres- sion. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un coeur constitué par des assemblages prismatiques disposés côte à côte en position vertica- le. Les assemblages comportent une ossature fermée par des embouts dans laquelle sont disposés les crayons combustibles. L'un des embouts des assemblages, appelé em- bout inférieur, vient reposer sur la plaque inférieure de coeur 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 primaire du réacteur sont susceptibles d'être entrainés par l'eau sous pression en circulation et dans le cas o leur taille est faible (par exemple inférieure à 10 mm) ces débris peuvent passer au travers de la plaque adapta- trice 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 cel- lules de la première grille c'est-à-dire de la grille- entretoise maintenant les crayons suivant un réseau régulier disposée le plus bas dans l'assemblage. Ces débris soumis aux sollicitations hydrauliques axiales et transversales qui sont importantes dans cette zone peuvent user le gainage du crayon combustible. Il ris- que d'en résulter une perte d'étanchéité de ce gainage ainsi qu'une augmentation du taux d'activité du cir- cuit primaire du réacteur. On a donc proposé des dispositifs permettant de filtrer le fluide de refroidissement du réacteur, soit pendant les essais à chaud, soit encore pendant le fonctionnement du réacteur. Dans le premier cas, les éléments filtrants peuvent être 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 généra- lement disposés dans leur embout inférieur. Les élé- ments filtrants fixés dans les embouts inférieurs des assemblages combustibles sont généralement constitués par des structures en tôle ou en fils métalliques qui permettent d'arrêter les débris dont la taille est in- férieure à la plus grande dimension de la section de passage entre un crayon combustible et une cellule de grille. 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 encom- brants et gênants lors des opérations de chargement et de déchargement d'assemblages du coeur et lors du dé- montage et du remontage des liaisons des-tubes-guides et de l'embout inférieur. Le but de l'invention est donc de proposer un embout inférieur d'un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire comportant une plaque adaptatrice, des pieds-supports destinés à venir reposer sur la plaque inférieure de coeur du réacteur et un disposi- tif de retenue de particules contenues dans le fluide de refroidissement du réacteur, constitué par un élé- ment de forme plate ayant le rôle d'une grille de filtration, une filtration du fluide étant effectuée au niveau de l'embout, grâce à l'élément de forme pla- te, sans introduire de perte de charge excessive sur la circulation du fluide de refroidissement, sans aug- menter l'encombrement de l'assemblage combustible au niveau de son embout inférieur et tout en gardant une possibilité de démontage facile de cet embout. Dans ce but, le dispositif de retenue est constitué par une plaque de filtration percée de trous fixée contre la face inférieure de la plaque adapta- trice. On va maintenant décrire à titre d'exemples non limitatifs, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation d'un embout in- férieur d'un assemblage combustible suivant l'inven- tion. La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un embout inférieur d'un assemblage combustible sui- vant l'invention. La figure 2 est une vue de dessous suivant 2 de la figure 1. La figure 3 est une vue en-coupe verticale montrant le montage d'une plaque de filtration dans un embout suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation. La figure 4 est une vue de dessous montrant le montage d'une plaque de filtration suivant l'inven- tion et suivant un second mode de réalisation. Sur la figure 1, on voit un embout inférieur d'un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire désigné de manière générale par le repère 1. Cet embout comporte une plaque adaptatrice 2 traversée par des trous de passage d'eau et des pieds- supports 3 destinés à venir reposer sur la plaque in- férieure de coeur 4 du réacteur, lorsque l'assemblage combustible est en service. Comme il est visible sur la figure 2, l'em- bout inférieur 1 est fermé par un cadre 5 joignant les pieds 3. Selon l'invention, une plaque de filtration 6 percée de trous est fixée contre la plaque adapta- trice 2 de l'embout inférieur 1, substantiellement sur toute sa surface. On a représenté les trous traversant la pla- que de filtration 6 dans une zone 7 sur la figure 2 mais en réalité, ces trous traversent la plaque sur la quasi totalité de sa surface. L'embout inférieur 1 de l'assemblage consti- tue la partie inférieure de l'ossature de cet assem- blage sur laquelle viennent se fixer les tubes-guides qui sont reliés à leur autre extrémité à l'embout su- périeur de l'assemblage. Pour éviter d'avoir à démonter la plaque de filtration 6. il faut s'assurer que les zones de liai- son des tubes-guides avec l'embout inférieur restent accessibles. De plus, dans la partie centrale de la pla- que adaptatrice de l'embout inférieur dans certains types d'assemblages combustibles, on met en place un dispositif permettant de protéger le doigt de gant de l'instrumentation des sollicitations hydrauliques. On peut.donc prévoir des ouvertures dans la plaque de filtration dans toutes les zones o cela s'avère nécessaire. On prévoit, par exemple, une zone circulaire d'un diamètre d'environ 20 mm au centre de la plaque, dans le cas d'un assemblage comportant un dispositif de protection du doigt de gant de l'instru- mentation. Dans le cas o l'on réalise des ouvertures d'une certaine dimension dans la plaque de filtration accolée à la plaque adaptatrice, il est nécessaire de modifier la disposition et la dimension des passages d'eau dans la zone correspondante de la plaque adapta- trice. On peut remplacer les passages d'eau habituels par des trous de plus petits diamètres assurant la re- tenue des débris, à la place de la plaque de filtra- tion. Dahs tous les cas, les trous traversant la plaque de filtration ont des dimensions soigneusement déterminées en fonction de la taille maximale des dé- bris dont on accepte qu'ils traversent l'assemblage combustible avec le fluide de refroidissement. La partie active de la plaque de filtration comportant les trous de passage d'eau occupe la quasi totalité de la.surface de la plaque de filtration, à l'exception des zones de liaison entre les tubes- guides et l'embout et de la zone centrale des assem- blages qui possède un système de protection du doigt de gant d'instrumentation. La liaison entre la plaque de filtration et la plaque adaptatrice peut être réalisée de manière permanente ou de manière démontable. C'est ainsi qu'il est possible d'assurer cette- liaison par soudage (par points ou par cordonsi ou par-brasage. On pourra éventuellement utiliser les liaisons encliquetables permettant d'assurer la liai- son démontable entre le tube-guide et l'embout infé- rieur pour assurer la fixation de la plaque de filtra- tion. Lorsque le fluide de refroidissement par- vient sous l'embout inférieur de l'assemblage combus- tible en traversant la plaque inférieure de coeur 4 au niveau de passages de traversée, les particules dont la dimension est supérieure à une certaine limite sont retenues par la plaque de filtration sous l'embout in- férieur de l'assemblage. Ces débris ne sont donc pas susceptibles d'être introduits dans l'assemblage et de se coincer entre les crayons combustibles et les cel- lules de la première grille-entretoise. Les ouvertures traversant la plaque de fil- tration peuvent avoir une forme quelconque et être ré- alisées par des procédés de perçage ou de découpage de types variés. Les zones de la plaque séparant les découpes peuvent avoir une largeur réduite, puisque la plaque de filtration est collée à la plaque adaptatrice de l'embout et ne subit donc pas de contrainte mécanique importante sous l'effet du passage du fluide de re- froidissement à grande vitesse dans l'embout inférieur de l'assemblage. Les ouvertures de passage à travers la pla- que de filtration peuvent également être réalisées par emboutissage mais dans ce cas, les parties embouties doivent coincider parfaitement avec les passages d'eau de la plaque adaptatrice, puisqu'elles comportent des parties repoussées en dehors du plan de la plaque de filtration constituant des déflecteurs pour l'eau de refroidissement en circulation. Sur la figure 3, on a représenté un embout inférieur 10 d'un assemblage combustible dans lequel on introduit une plaque de filtration 11 en utilisant l'élasticité de cette plaque pour l'introduire entre les pieds 12 de '1 assemblage. La plaque est tout d'abord repliée de manière à passer entre les extré- mités intérieures des pieds 12 puis introduite dans la partie intérieure de l'embout 10 et enfin remise dans une disposition plane 11 ', endessous de la plaque adaptatrice 10. La fixation de la plaque de filtration 11 peut être réalisée par tout moyen tel que le souda- ge. le brasage ou l'encliquetage ou même par coince- ment élastique entre les pieds 12, en contact avec la face inférieure de la plaque adaptatrice de l'embout 10. Sur la figure 4, on voit un embout inférieur 13 d'un assemblage combustible comportant un cadre 14 entourant une plaque adaptatrice et des pieds-supports dans chacun des angles du cadre 14. Une plaque de filtration 16 en deux parties 16a, 16b raccordées suivant une médiane 17 de la pla- que adaptatrice est introduite dans l'embout et fixée contre la plaque adaptatrice. par exemple par soudage, par brasage ou par encliquetage. Dans la réalisation d'embouts inférieurs d'assemblages combustibles suivant l'invention, on peut utiliser. pour réaliser la plaque de filtration, tout matériau résistant au fluide de refroidissement du réacteur et aux contraintes mécaniques mises en jeu par le passage du fluide. De préférence, cette plaque adaptatrice pourra être réalisée en alliage à base de nickel à 2646006. durcissement structural ou en un acier martensitique. Dans tous les cas, la plaque de filtration se trouve collée en service contre la plaque adapta- trice et couvre pratiquement la totalité de la surface de cette plaque. L'embout inférieur suivant l'invention pré- sente l'avantage de permettre de réaliser une filtra- tion efficace du fluide de refroidissement du réac- teur, de manière que les particules transportées par ce fluide- dont la taille est supérieure à une certaine limite -soient retenues sous l'embout inférieur. Le dispositif de retenue des particules utilisé constitué par une plaque de filtration collée sous la plaque adaptatrice de l embout inférieur n 'augmente pas la perte de charge du fluide de refroidissement traver- sant l'embout inférieur dans des proportions importan- tes et la plaque de filtration est parfaitement main- tenue contre la plaque adaptatrice, si bien qu'elle est susceptible de résister aux efforts produits par le fluide de refroidissement en circulation sans être d'une épaisseur importante, même dans le cas o elle présente des parties pleines séparant les trous de filtration la traversant de faible épaisseur. L'encombrement général de l'embout inférieur n'est pas augmenté et cet embout peut rester démonta- ble, dans la.mesure o on prévoit, dans la plaque de filtration, des ouvertures d'accès à l'extrémité de fixation des tubes-guides sur la plaque adaptatrice. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi qu'on peut imaginer d'autres formes de réalisation et d'autres modes de fixation de la plaque de filtration sous la plaque adaptatrice que ceux qui ont été décrits. Enfin. l'invention s'applique à tout assem- blage combustible dun réacteur nucléaire refroidi à l'eau. REVENDICATIONS 1.- Embout inférieur d'un assemblage combus- tible d'un réacteur nucléaire comportant une plaque adaptatrice (2), des pieds-supports (3, 12, 15) et un dispositif de retenue de particules contenues dans'le fluide de refroidissement du réacteur, caractérisé par le fait que le dispositif de retenue (6, 11, 16) est constitué par une plaque de filtration percée de trous fixée contre la face inférieure de la plaque adapta- trice, sur une partie substantielle de sa surface. 2.- Embout suivant la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que la plaque de filtration (6, 11. 16) est fixée par soudage sur la plaque adaptatri- ce (2). 3.- Embout inférieur suivant la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que la plaque de fil- tration (6, 11, 16) est fixée par brasage sur la pla-- que adaptatrice (2). 4.- Embout inférieur suivant la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que la plaque de fil- tration (6, 11, 16) est fixée sur la plaque adaptatri- ce (2) par l'intermédiaire de moyens de fixation en- cliquetables de tubes-guides de l'assemblage, sur l'embout inférieur. 5.- Embout inférieur suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les trous de la plaque de filtration (6, 11, 16) sont réalisés par découpage de la plaque. 6.- Embout inférieur suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les trous de la plaque de filtration (6, 11, 16) sont réalisés par emboutissage. 7.- Embout inférieur suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 6. caractérisé par le fait que la plaque de filtration (6, 11, 16) comporte des ouvertures en vis-à-vis de zones de liaison de tubes- guides de l'assemblage avec la plaque adaptatrice (2) de l'embout inférieur (1). 8.- Embout inférieur suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que la plaque de filtration (6, 11, 16) est évidée dans une partie centrale venant en contact avec la partie centrale de la plaque adaptatrice (2) de l'em- bout inférieur (1) et que la plaque adaptatrice (2) comporte dans cette zone des perçages dont la dimen- sion est inférieure à la taille des particules dont on effectue la retenue, en remplacement de passages d eau de plus grande dimension traversant la plaque adapta- trice (2) dans ses autres parties. 9.- Embout inférieur suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 8. caractérisé par le fait que la plaque de filtration (8) est constituée par une plaque fine en matériau élastique susceptible d'être introduite à l'état déformé entre les pieds (12) de l'embout inférieur (10) puis mise à plat contre la face inférieure de la plaque adaptatrice. 10.- Embout inférieur suivant l'une quelco- nque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la plaque de filtration (16) comporte au moins deux parties (16a, -16b) qui sont introduites séparé- ment entre les' pieds (15) de l'embout inférieur et juxtaposées suivant un bord de raccordement (17). 11.- Embout inférieur suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la plaque de filtration (6, 11, 16) est réalisée en un alliage de nickel à durcissement structural. 12.- Embout inférieur suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que la plaque de filtration est réalisée en un acier martensitique.