Brevet FR2642216A1 — publié le 19900727

GRILLE D'ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE La présente invention concerne une grille d'as- semblage combustible destiné à supporter plusieurs cra- yons de combustible et, plus particulièrement, un per- fectionnement des éléments de ressort qui sont pressés contre les crayons de combustible en vue de les suppor- ter. Un assemblage combustible connu pour réacteur nucléaire est constitué de telle manière que plusieurs crayons de combustible allongés étanches contenant plu- sieurs pastilles de combustible cylindriques sont dispo- sés parallèlement et écartés d'un espacement prédétermi- né. Plusieurs grilles sont utilisées pour maintenir les crayons de combustible dans la relation positionnelle précitée. Comme le montrent les figures 5 à 7 des dessins ci-joints, la grille précitée comprend plusieurs cloi- sons allongées 1, chaque cloison étant constituée par une plaquette mince. Plusieurs fentes 2 équidiStantes pratiquées dans les plaquettes 1 et réparties longitudi- nalement le long de chacune des plaquettes 1. Elles sont emboitées l'une dans l'autre de sorte que les plaquettes 1 s'entrecroisent sous forme d'un réseau pour définir des cellules de grille 3, dont chacune comporte une pa- roi périphérique formée par- des tronçons -de paroi des quatre plaquettes respectives 1. Des paires de fossettes 5 et un élément de res- sort 6 destinés à supporter un crayon correspondant de plusieurs crayons de combustible 4 sont formées sur la paroi périphérique d'une cellule de grille correspon- dante 3 et mutuellement en opposition. Le crayon de com- bustible 4 est appuyé contre les fossettes 5 par les éléments de ressort 6 de sorte que le crayon de com- bustible 4 est supporté entre eux. Chaque élément de -2- ressort 6 est constitué de la manière suivante: une paire de portions de la paroi périphérique de la cellule de grille 3, situées respectivement sur les deux côtés latéraux d'une portion allongée de la plaquette 1 ser- vant d'élément de ressort 6, sont embouties pour former une paire de sections embouties 7 et 7. La portion al- longée de la plaquette 1 qui demeure au centre entre la paire de sections embouties 7 et 7, forme un renflement en gradins. La portion de renflement allongée de la pla- quette 1 comporte une section plane 6a qui est en con- tact de pression avec le crayon de combustible 4. L'élément de ressort 6 décrit ci-dessus a des caractéristiques d'élasticité, c'est-à-dire une courbe flexion-charge, du genre représenté à la figure 8. Pour l'élément de ressort 6, à l'intérieur d'une plage dési- gnée par A, c'est-à-dire à dire à l'intérieur d'une pla- ge o --même lorsque l'amplitude de flexion varie-- la force avec laquelle l'élément de ressort 6 applique le crayon de combustible 4 contre les fossettes 5 demeure constante. Par conséquent, dans la grille ayant de tels éléments de ressort 6, si une légère variation se pro- duit dans les positions des éléments de ressort respec- tifs 6 pendant l'assemblage de la grille, cette varia- tion est absorbée et le crayon de combustible 4 est sou- mis à une charge constante. Dans la grille construite comme ci-dessus, lors- que le crayon de combustible 4 est introduit dans la cellule de grille 3, une surface périphérique extérieure du crayon de combustible 4 glisse contre les éléments de ressort 6 et les fossettes 5. Par conséquent, on peut craindre des rayures axiales de la surface périphérique extérieure du crayon de combustible 4. Pour éviter abso- lument ces rayures, on prend les dispositions suivantes. Une force extérieure est appliquée aux éléments de res- sort 6 pour les fléchir à un point tel qu'il ne soient pas en contact avec le crayon de combustible. Le crayon -3- de combustible 4 est ensuite introduit dans la cellule de grille. La force extérieure est alors relâchée pour que les éléments de ressort 6 viennent en appui contre le crayon de combustible 4. Lorsque la force extérieure est appliquée sur l'élément de ressort 6 pour le fléchir suffisamment pour que l'amplitude de sa flexion atteigne une valeur égale à ou supérieure à une valeur prédéter- minée, l'élément de ressort 6 commence partiellement à atteindre le domaine plastique. Lorsque la force exté- rieure est relâchée, l'élément de ressort 6 revient com- me indiqué par la ligne en pointillée à la figure 8. Ainsi, la caractéristique élastique de l'élément de res- sort 6 varie. Compte tenu de ce qui précède, on a proposé une grille du genre montré aux figures 9 et 10 dans laquelle chacun des éléments de ressort 18 est constitué de telle manière que même si l'élément de ressort 18 est fléchi comme cela a été décrit ci-dessus, il reste dans le do- maine élastique de sorte que ses caractéristiques de ressort ne varient pas. La grille ci-dessus est constituée comme suit: chacune des plaquettes 11 comporte une paroi dont une paire de portions située aux deux côtés latéraux respec- tifs d'une portion allongée de la paroi périphérique, devant constituer des éléments de ressort 18, sont em- boutis pour former des sections découpées 19. La portion allongée de la paroi de la languette 11 qui subsiste au centre entre la paire de sections découpées 19 forme un renflement de section transversale triangulaire et une section convexe 18, qui doit rester en contact de pres- sion avec le crayon de combustible 4, est formé à son sommet. La portion de ressort 18 présente les caracté- ristiques de ressort montré à la figure 11; la charge augmente linéairement avec la flexion et de plus, l'élé- ment de ressort 18 fléchit à l'intérieur du domaine -4- élastique. Par conséquent, la grille comportant les élé- ments de ressort 18 construits comme indiqué ci-dessus présente l'avantage que, même si l'élément de ressort 18 est fléchi de façon qu'il ne soit plus en contact avec le crayon de combustible, les caractéristiques de res- sort de l'élément de ressort 18 ne varient pas. Mais dans l'élément de ressort 18, il n'y a pas de domaine dans lequel la charge demeure constante lors- que l'amplitude de flexion varie. A cause des variations pendant l'assemblage de la grille, les amplitudes de flexion des éléments de ressort respectifs 18 sont dif- férentes les unes des autres. Ainsi, il est difficile de serrer le crayon de combustible4 avec une charge cons- tante. En outre, lorsque l'élément de ressort 18 flé- chit, il tend à glisser axialement comme cela est montré à la figure 12. Pour cette raison, on se trouve égale- ment confronté à l'inconvénient qu'il est difficile de maintenir la hauteur de l'élément de ressort 18 par rap- port à la surface de paroi de la languette 11 dans des conditions telles que celles de l'assemblage de la gril- le. Un but de l'invention est par conséquent de fournir une grille d'assemblage combustible nucléaire ayant plusieurs moyens à ressort allongés peu suscepti- bles de déformation permanente et dans laquelle une va- riation des caractéristiques de ressort n'apparait pas pendant l'assemblage ou l'utilisation de façon à obte- nir une force de ressort stable. Pour atteindre le but précité, l'invention pro- pose une grille pour assemblage combustible nucléaire, destinée à supporter plusieurs crayons de combustible, comprenant: - plusieurs plaquettes allongées entrecroisées pour définir plusieurs cellules de grille comportant chacune une paroi périphérique, les parois périphériques des cellules de grille ayant plusieurs paires de décou- pes telles que les paires de découpes soient mutuelle- ment espacées; - plusieurs ressorts allongés consti- tués chacun dans la paroi périphérique de la cellule de grille, chaque ressort étant formé de telle manière qu'une portion de la paroi périphérique de la cellule de grille, entre la paire de découpes, forme un renflement et fasse saillie dans la cellule de grille, le ressort pouvant fléchit vers la paroi périphérique de la cellule de grille; - plusieurs paires de saillies, associées res- pectivement aux ressorts allongés, les saillies de cha- que paire étant formées sur la paroi périphérique de la cellule de grille aux deux extrémités longitudinales d'un ressort allongé correspondant de telle façon qu'une paire de portions de la paroi périphérique de la cellule de grille soit renflée, les portions d'une paire étant situés respectivement des deux côtés longitudinaux du ressort, les deux extrémités longitudinales du ressort étant reliées respectivement à la paire de saillies. Dans une grille de l'invention, une section de liaison entre chaque paire de saillies et un ressort allongé correspondant est formée comme suit: la section 25. de liaison est inclinée de sorte qu'elle se déplace en tournant vers la surface de paroi de la plaquette autour d'un bord extérieur de la saillie. De plus, le ressort fléchit de façon à se rapprocher de la surface de paroi de la languette. Grâce à la rigidité en flexion due au ressort et la rigidité denrotation due à la saillie, on obtient une plage des caractéristiques de ressort du ressort dans laquelle la charge demeure constante même si l'amplitude de flexion varie. En outre, le ressort à une configuration telle que la concentration de con- traintes locales est limitée par rapport à l'élément de -6 ressort classique montré à la figure 5. Ainsi, le res- sort fléchit sensiblement à l'intérieur d'une plage élastique. Par conséquent, si le ressort s'applique sur le crayon de combustible à l'intérieur d'une plage dans la- quelle la charge demeure constante même si la flexion varie, on obtient les avantages suivants: même si une légère variation se produit dans la position des res- sorts respectifs pendant l'assemblage de la grille avec pour résultat que la flexion du moyen de ressort varie légèrement, on pourra appliquer une charge constante sur le crayon de combustible pour enserrer celui-ci. De plus, au cas o un déplacement excessif en flexion serait appliqué sur le moyen de ressort, la dé- formation plastique du moyen de ressort sera limitée étant donné que la concentration de contraintes locales est réduite par rapport à l'élément de ressort classique montré à la figure 5. Par conséquent, on n'aura prati- quement aucune variation dans les caractéristiques de ressort. Grâce à l'agencement ci-dessus, lorsque le res- sort fléchit vers la surface de- paroi de la plaquette, deux paires de nervures prévues sur les deux côtés laté- raux respectif du ressort empêchent l'espacement entre les deux extrémités longitudinales du ressort d'augmen- ter avec coulissement longitudinal du ressort. Ainsi, on peut maintenir constante la hauteur du ressort à partir de la surface de la paroi de la languette lors de condi- tions telles qUe l'assemblage de la grille. Ceci permet d'empêcher la déformation du ressort pendant l'assembla- ge. On va maintenant décrire un mode d'exécution de l'invention à titre d'exemple nullement limitatif avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est une vue en élévation latérale partielle de l'une des plaquettes qui constituent une - 7- grille selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale schématique le long de la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, montrant un élément de ressort illustré aux figures 1 et 2 à l'état déformé; - la figure 4 est une représentation graphique des caractéristiques de ressort de l'élément montré à la figure 3; - la figure 5 est une vue en élévation latérale partielle d'une des plaquettes qui constituent une gril- le traditionnelle; - la figure 6 est une vue en coupe transversale prise selon la ligne VI-VI de la figure 5; - la figure 7 est une vue de dessus partielle de la grille formée par des plaquettes dont une est il- lustrée à la figure 5; - la figure 8 est une représentation graphique des caractéristiques de ressort des éléments montrés aux figures 5 à 7; - la figure 9 est une vue en élévation latérale partielle d'une des plaquettes qui constituent une autre grille traditionnelle; - la figure 10 est une vue en coupe transversa- le prise selon la ligne X-X de la figure 9; - la figure 11 est une représentation graphique des caractéristiques de ressort des éléments montrés aux figures 9 et 10; et - la figure 12 est une vue similaire à la figu- re 10, mais montrant des éléments de ressort des figures 9 et 10 à l'état déformé. On va maintenant décrire des modes de réalisa- tion de l'invention. Les figures 1 et 2 sont des vues de détail à grande échelle montrant l'une des plaquettes allongées - 8 - 101, ayant chacune la forme d'une bande mince, qui for- ment une grille d'assemblage combustible nucléaire sem- blable à la grille montrée à la figure 7. Les plaquettes 101 comportent des fentes ou rainures 102 et s'entre- croisent pour définir plusieurs cellules de grille 103. A cet égard, la constitution de la grille d'assemblage combustible nucléaire est similaire à celle décrite pré- cédemment en faisant référence à la figure 7, et la des- cription de la grille sera par conséquent omise pour éviter un double emploi. Sur les figures 1 et 2 de nouveau, la plaquette 101 comporte plusieurs éléments de ressort allongés 110, équidistants et répartis longitudinalement le long de la plaquette 101. Chacun des éléments de ressort 110 est constitué comme suit: une paire de portions de la pla- quette 101, situées chacune d'un côté respectif des deux côtés latéraux d'une portion allongée servant d'élément de ressort 110, sont découpés pour former une paire de découpes ou crevés 111 et 111. La portion allongée qui subsiste au centre entre les découpes 111 et 111 d'une paire, forme un renflement ayant pratiquement la forme d'un triangle en section, comme cela est montré à la figure 2. On constitue ainsi un élément de ressort 110. L'élément de ressort 110 dont la section est donc en forme de triangle, présente un sommet mis en forme pour présenter un tronçon convexe 110a pour exercer une force sur un crayon de combustible correspondant au crayon de combustible 4 représenté à la figure 7. Plusieurs paires de découpes 112 sont associées à des éléments de ressort 110 respectifs. Chaque paire de découpes 112 est rectiligne et s'étend perpendiculai- rement à la paire de découpes 111 correspondante. Les découpes 112 d'une paire sont formées à une distance prédéterminée des deux extrémités longitudinales respec- tives de l'élément de ressort 110. Les sections perfo- rées 112 ont une longueur supérieure à l'espacement -g - entre les découpes 111. Plusieurs paires de découpes 113 sont prévues dans la plaquette 101. Deux paires de découpes 113 sont associées à chaque paire de découpes 111. Les découpes 113 de chaque paire sont formées aux deux extrémités longitudinales respectives d'une découpe 111 de façon à s'écarter de cette dernière, en s'éloignant de l'élément de ressort 110. Plusieurs paires de saillies ou bossages 114 sont associées respectivement aux éléments de ressort 110. Les saillies 114 de chaque paire sont formées dans la paroi périphérique de la cellule de grille 103, res- pectivement aux deux extrémités longitudinales de l'élé- ment de ressort 110, de sorte qu'une paire de portions de la paroi périphérique de la cellule de grille 103 forme des renflements; les portion de cette paire sont situées respectivement aux deux extrémités longitudina- les de l'élément de ressort 110. Les deux extrémités longitudinales de l'élément de ressort 110 sont reliées aux saillies 114 respectives de la paire. En d'autres termes, chaque paire de saillies 114 est ménagée entre une paire de découpes 113 correspondante et une paire de découpes 112 correspondante. La paire de saillies 114 ont une section de forme trapézoidale. Plusieurs paires de nervures 115 sont associées aux cellules de grille 103 respectives de telle sorte que les nervures 115 de chaque paire sont formées des deux côtés latéraux d'un élément de ressort 110 corres- pondant. Les nervures 115 d'une paire font saillie res- pectivement dans les découpes 111 d'une paire correspon- dante. La paire de nervures 115 s'étend entre les deux extrémités longitudinales de l'élément de ressort 110. En d'autres termes, en emboutissant une paire de sec- tions perforées 113, on forme la paire de nervures 115 respectivement des deux côtés latéraux de l'élément de - 10 - ressort 110 de façon qu'elles s'étendent longitudinale- ment par rapport à celui-ci. Grâce à la-paire de nervu- res 115, lorsque l'élément de ressort 110 fléchit vers la surface de paroi de la plaquette 101, l'espacement L entre les deux extrémités longitudinales de l'élément de ressort 110 s'allonge et évite que l'élément de ressort ne glisse axialement ou longitudinalement. Lorsqu'un déplacement excessif est imposé au tronçon convexe 110a de l'élément de ressort 110, cons- truit comme cela a été décrit ci-dessus pour fléchir ce dernier en direction de la surface de paroi de la pla- quette 111, l'élément de ressort 110 vient dans la con- figuration indiquée par la ligne en tirets à la figure 3. Plus précisément, un bord interne de chaque paire de saillies 114 et 114, c'est-à-dire une portion de liaison entre la saillie 114 et l'élément de ressort 110, flé- chit et tourne vers la surface de paroi de la languette 101 autour du bord extérieur de la saillie 114. L'élé- ment de ressort 110 fléchit également vers la surface de paroi de la languette 101. Comme le montre la figure 4, les caractéristi- ques de ressort de l'élément 110, sont telles qu'il existe une plage B à l'intérieur de laquelle la charge demeure constante même si l'amplitude de flexion varie. De plus, même si un déplacement excessif est imposé à l'élément de ressort 110 pour le fléchir hors de contact avec le crayon de combustible, la flexion s'effectue sensiblement à l'intérieur du domaine élastique. Ainsi, l'élément de ressort 110 revient, lorsque le déplacement excessif est relâché, comme cela est montré par la ligne en tirets sur la figure 4 de sorte qu'il ne se produit pratiquement aucune modification ou variation dans les caractéristiques de ressort de l'élément 110. Par conséquent, si l'élément de ressort 110 est en contact de pression avec le crayon de combustible à - 11 - l'intérieur de la plage B dans laquelle la charge demeu- re constante même si l'amplitutde de flexion varie, on obtient l'avantage que, même en cas d'une légère va- riation des positions des éléments de ressort respectifs 110 pendant l'assemblage de la grille, la variation pourra être absorbée. Ainsi, on peut exercer une charge constante sur le crayon de combustible pour serrer ce- lui-ci en position. De plus, les nervures 115 de chaque paire sont formées sur les deux côtés latéraux respectifs d'un élé- ment de ressort 110 correspondant. Grâce à la paire de nervures 115, lorsque l'élément de ressort 110 fléchit vers la surface de paroi de la languette 101, l'espace- ment L entre les deux extrémités longitudinales de l'élément de ressort 110 s'allonge et empêche que l'élé- ment de ressort 110 ne glisse axialement ou longitudina- lement. Ainsi, la hauteur de l'élément de ressort 110 par rapport à la surface de paroi de la plaquette 101 peut être maintenue constante, sous cette condition, lors de l'assemblage de la grille. - 12 - REVENDICATIONS 1. Grille pour assemblage combustible nucléaire destinée à supporter plusieurs crayons de combustible, caractérisée en ce qu'elle comprend: plusieurs plaquettes allongées (101) entre- croisées pour définir plusieurs cellules de grille (103) comportant chacune une paroi périphérique, les parois périphériques des cellules de grille ayant plusieurs paires de découpes telles que les paires de découpes soient mutuellement espacées; - plusieurs ressorts allongés (110) constitués chacun dans la paroi périphérique de la cel- lule de grille, chaque ressort étant formé de telle ma- nière qu'une portion de la paroi périphérique de la cel- lul-e de grille, entre la paire de découpes, forme un renflement et fasse saillie dans la cellule de grille, le ressort pouvant fléchit vers la paroi périphérique de la cellule de grille; - - plusieurs paires de saillies (114), associées respectivement aux ressorts allongés, les saillies de chaque paire étant formées sur la paroi périphérique de la cellule de grille aux deux extrémités longitudinales d'un ressort allongé (110) correspondant de telle façon qu'une paire de portions de la paroi périphérique de la cellule de grille soit renflée, les portions d'une paire étant situés respectivement des deux côtés longitudinaux du ressort, les deux extrémités longitudinales du res- sort étant reliées respectivement à la paire de saillies (114). 2. Grille selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, de plus, plusieurs paires de nervures (115) associées à des cellules de grille res- pectives de telle sorte que les nervures de chaque paire soient des deux côtés latéraux d'un ressort allongé (110) correspondant, la paire de nervure (115) faisant - 13 - saillie respectivement dans une paire correspondante des différentes paires de découpes (111), et la paire de nervures (115) s'étendant entre les deux extrémités lon- gitudinales du ressort (110). 3. Grille selon la revendication 1, caractérisée en ce que la portion entre la paire de découpes (11) forme un renflement de section transversale pratiquement triangulaire. 4. Grille selon la revendication 1, 2 ou 3, ca- ractérisée en ce que chacun des ressorts allongés pré- sente un sommet qui comporte un tronçon de forme convexe (110a). 5. Grille selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend plusieurs secondes paires de dé- coupes (112) associées respectivement aux différents ressorts allongés (110), chacune des secondes paires de découpes (112) s'étendant perpendiculairement à une pai- re correspondante des premières paires de sections per- forées (111), chaque seconde paire de découpes (112) étant formée respectivement à une distance prédéterminée des deux extrémités longitudinales du ressort allongé correspondant. 6. Grille selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque seconde paire de découpes (112) est plus long que l'espacement entre la première paire cor- respondante. 7. Grille selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, de plus, des troisièmes paires de découpes, deux paires de ces troisièmes paires de dé- coupes (113> étant associées respectivement à une pre- mière paire correspondante de découpe, chacune des troi- sièmes paires de découpes (113) étant formées aux deux extrémités longitudinales de la première découpe respec- tive de façon à s'écarter de cette dernière en s'éloi- gnant du ressort allongé correspondant. - 14 - 8. Grille selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que lesdites plu- sieurs paires de saillies présentent une section trans- versale de forme trapézoldale. 9. Grille selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que chaque cellule de grille comporte deux ressorts allongés (110) et plu- sieurs paires de fossettes (5) formées sur la paroi pé- riphérique de la cellule respective, de telle sorte que les dépressions de chaque paire de fossettes seront dis- posées en regard d'un des ressorts allongés.