Brevet FR2646005A1 — publié le 19901019

i L'invention concerne un embout inférieur d'un assemblage combustible comportant un filtre de retenue de particules contenues dans le fluide de re- froidissement 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 '1 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 (lumière d'environ mm de large par 15 à 50 mm de longueur). Des débris qui peuvent être présents da-ns 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 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 bas dans l'assembla- ge. Ces débris soumis aux sollicitations hydrauliques axiales et transversales qui sont importantes dans cette zone peuvent user le gainage du crayon combusti- ble. Il risque d'en résulter une perte d'étanchéité de ce gainage ainsi qu'une augmentation du taux d'activi- té du circuit 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 disposes 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 fil métallique 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 refroidisse- ment 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 opérations 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 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 filtre de retenue de particules contenues dans le fluide de re- froidissement du réacteur nucléaire constitué par un élément de forme plate présentant au moins une zone constituant pne grille de filtration, une filtration efficace du fluide étant effectuée au niveau de l'em- bout, grâce à l'élément de forme plate, sans intro- duire de perte de charge excessive sur la circulation du fluide de refroidissement, sans augmenter l'encom- brement 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, l'élément de forme plate est fixé à la partie inférieure du pied support de l'as- semblage pour venir reposer en service sur la plaque inférieure de coeur du réacteur nucléaire, la zone constituant la grille de filtration étant placée en vis-à-vis d'un passage d'eau de refroidissement à travers la plaque inférieure de coeur. 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 verticale schématique d'un embout inférieur d'un assemblage com- bustible suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant 2-2 de la figure 3 d'un embout inférieur d'un assemblage combustible, suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation. La figure 3 est une vue de dessus suivant 3 de la figure 2. La figure 4 est une vue à grande échelle d'une partie périphérique de l'embout représenté sur les figures 2 et 3. La figure 5 est une vue en coupe verticale suivant 5-5 de la figure 6, d'un embout inférieur d'assemblages combustibles suivant l'invention et sui- vant un second mode de réalisation. La figure 6 est une vue en coupe suivant 6-6 de la figure 5. La figure 7 est une vue en coupe par un plan vertical, d'un embout inférieur d'assemblages combus- tibles suivant l'invention et suivant un troisième mode de réalisation. La figure 8 est une vue de dessus partielle suivant 8 de la figure 7. La figure 9 est une vue de dessus à grande échelle d'un moyen de fixation du filtre de retenue de l'embout représenté sur la figure 7. - La figure 10 est une vue latérale suivant 10 du moyen-de fixation représenté sur la figure 9. La figure 11 est une vue en coupe par un plan vertical d'un embout inférieur suivant l'inven- tion et suivant un quatrième mode de réalisation. La figure 12 est une vue de dessus suivant 12 de la figure 11. Sur la figure 1, on voit la plaque inférieu- re de coeur 1 d'un réacteur nucléaire à eau sous pres- sion qui est traversée par des trous de passage d'eau 2 à la verticale d'un assemblage combustible dont une partie de l'ossature est visible sur la figure 1. L'ossature comporte en particulier un embout inférieur 3, un ensemble de tubes-guides tels que 4 et des grilles-entretoises telles que 5. L'embout inférieur 3 comporte une plaque adaptatrice 6 dans laquelle sont fixées les extrémités des tubes-guides 4 et des pieds-supports 7 pouvant comporter une ouverture 8 assurant le positionnement de l'assemblage combustible sur des pions 9 de centra- ge de la plaque inférieure de coeur 1. Selon l'invention, un élément plat de fil- tration 10 est fixé sous les pieds 7 de l'embout infé- rieur 6. de manière à venir reposer sur la face supé- rieure de la plaque inférieure de coeur 1 lorsque l'assemblage combustible est en service. L'élément de filtration plat 10 peut être constitué par une plaque percée de trous de filtration soigneusement calibrés, dans des zones destinées à ve- nir en vis-à-vis des trous de passage 2 de la plaque inférieure de coeur 1. De cette manière, l'eau de refroidissement du réacteur parvenant à l'extrémité inférieure de l'assemblage combustible par les trous de passage 2 est filtrée par la plaque 10 qui retient les débris susceptibles d'être entrainés par le fluide de refroi- dissement du réacteur et dont la taille est supérieure à la dimension de la cellule de grille qui peut être par exemple de l'ordre de 2 à 4 mm. Sur la figure 1, on n'a pas.représenté les éléments de fixation de la plaque 10 sous les pieds 7 de l'embout, seule la position de cette plaque 10 par rapport à la plaque inférieure de coeur 1 et à l'em- bout inférieur 3 étant illustrée par la figure. Sur les figures 2. 3 et 4, on voit un pre- mier mode de réalisation des éléments de fixation d'une plaque de retenue de débris 11 sous les pieds 13 d'un embout inférieur 12 d'un assemblage combustible. Chacun des pieds 13 est usiné pour consti- tuer un embrévement 14 dont la hauteur correspond à l'épaisseur de la plaque 11. Les angles de la plaque 11 viennent s'enga- ger dans les embrévements 14 des pieds 13, de manière que l'assemblage puisse. reposer sur la plaque infé- rieure de coeur par l'intermédiaire de la surface in- férieure des pieds 13. Cette surface inférieure est soigneusement usinée de manière à assurer une parfaite verticalité de l'assemblage combustible. En outre, la plaque 11 est retenue contre les pieds 13 et peut ainsi résister à la poussée hydraulique due à la cir- culation du fluide de refroidissement. De plus, la plaque 11 comporte au niveau de deux de ses angles opposés, des bords relevés 16 re- pliés à leur partie supérieure pour constituer un épaulement venant en prise sur la partie supérieure du pied 13 correspondant. Les bords relevés 16 constituent des lames élastiques d'encliquetage assurant la fixation de la plaque 11 sur l'embout 12, lorsque cette plaque est engagée par le dessous dans le cadre de l'embout 12, de manière que les angles de la plaque comportant les rebords 16 soient engagés sur deux pieds 13 situés suivant une diagonale de l'embout. -De part et d'autre du bord relevé 16 d'en- cliquetage, deux bords relevés 17 disposés angulaire- ment suivant les faces du pied 13 assurent un posi- tionnement parfait de la plaque 11 à l'intérieur de l'embout 12. La plaque 11 comporte quatre zones 19 circu- laires dont la forme et les dimensions.correspondent à celles des trous de passage 20 de l'eau de refroidis- sement à travers la plaque inférieure de coeur 21. Oans les zones 19, la plaque 11 comporte des trous traversant dont la dimension permet d'assurer la filtration de débris ayant une certaine taille. Ces zones 19 constituent les parties actives de la plaque de retenue 11. Les lames élastiques d'encliquetage 16 sont engagées sur les pieds 13 ne comportant pas de trous de positionnement 22 (appelés trous S) qui sont placés suivant une diagonale de l'embout 12. Sur les figures 5 et 6, on voit un second mode de réalisation d'un embout inférieur d'assemblage combustible suivant l'invention comportant un filtre de retenue de débris à sa partie inférieure. L'embout inférieur 23 comporte une partie supérieure 24 sensiblement identique à un embout d'as- semblage combustible de structure classique comportant cependant des pieds 26 d'une hauteur plus faible et une partie inférieure 25 rapportée sur l'extrémité in- férieure des pieds 26 dont la partie centrale 27 cons- titue la plaque de filtration de l'embout inférieur 23. L'embout inférieur 23 repose sur la plaque inférieure de coeur 28 par l'intermédiaire de la par- tie 25 de l'embout. La partie centrale de cette partie constituant la plaque 27 comporte quatre zones ac- tives 30 situées en vis-à-vis des trous de passage d'eau 31 à travers la plaque inférieure de coeur 28. Ces parties actives 30 sont constituées par des zones circulaires dans lesquelles la plaque 27 est traversée par des trous de passage d'eau assurant l'arrêt de débris d'une certaine taille. La partie 25 de l'embout est assemblée à la partie 24 par encliquetage. Pour celài la partie 25 comporte, suivant deux de ses angles. des pions 34 destinés à venir s'engager dans un alésage 32 d'un pied correspondant 26 de la partie 24 de l'embout. Un jonc élastique 33 comportant un contour intérieur hexagonal engagé sur le pion 34 vient s'en- cliqueter dans une gorge de l'alésage 32, lorsque le pion 34 est introduit par poussée dans cet alésage. On assure ainsi un maintien suffisant de la partie 25 de l'embout 23 sur la partie 24 pour assurer le transport de l'assemblage muni du filtre de retenue 27. Généralement, deux pieds 26 disposés suivant une diagonale de l'embout 23 comportent un alésage 32 permettant l'engagement d'un pion 34. Suivant l'autre diagonale de l'embout 23, les pieds 26 comportent des trous 35 pour le passage de pions de positionnement 36 de l'assemblage combus- tible en saillie sur la face supérieure de la plaque inférieure de coeur 28. Sur les figures 7, 8, 9 et 10, on a repré- senté un troisième mode de réalisation d'un embout in- férieur 40 suivant l'invention. L'embout 40 comporte, comme l'embout 23 re- présenté sur les figures 5 et 6, une partie supérieure 41 dont la forme est identique à la forme d'un embout inférieur d'assemblage combustible avec toutefois des pieds 42 d'une hauteur inférieure ainsi qu'une partie inférieure 43 rapportée sur l'extrémité inférieure des pieds 42 dont la partie centrale 45 constitue une pla- que de filtration anti-débris ayant des parties acti- ves 46 dans lesquelles la plaque 45 est percée de trous de dimension déterminée, les parties 46 étant placées au- dessus des ouvertures 47 traversant la plaque inférieure de coeur 48. La partie inférieure 43 de l'embout 40 est fixée sur l'extrémité inférieure des pieds 42 de la partie supérieure 41 par des pions encliquetables 49. Les pions encliquetables 49 comportent un fût 50 dans lequel sont usinées, sur une certaine lon- gueur, deux rainures à 90' 51 et une tête 52 élargie de forme tronconique partagée en quatre parties 52a, 52b. 52c et 52d par le prolongement des rainures 51 en forme de croix. L'un des pions encliquetables 49 est fixé par son fût sur l'un des pieds 42 de la partie supé- rieure 41 de l'embout 40. L'autre pion encliquetable 49 est fixé sur la partie inférieure 43 de l'embout 40 comportant la plaque de filtration anti-débris 45. L'assemblage des parties 43 et 41 de l'em- bout est réalisé en engageant le pion 49 lié à la par- tie 43 dans un trou traversant un pied 42 de la partie supérieure -41 de l'embout et en engageant simultané- ment le pion 49 lié à la partie supérieure 41 de l'em- bout 40, dans une ouverture traversant la partie infé- rieure 41 de l'embout et comportant une partie infé- rieure à diamètre élargi. L'engagement des pions 49 dans les ouvertu- res correspondantes est facilité par la forme tronco- nique de la tête 52 dont les quatre parties sont sus- ceptibles de se rapprocher pour permettre le passage du pion dans le trou correspondant. Lorsque la tête 52 du pion 49 débouche au- dessus du pied de l'assemblage ou dans la partie élar- gie de l'alésage traversant la partie inférieure 43 de l'embout. les quatre parties de la tête 52 s'écartent radialement les unes des autres pour'assurer la fixa- tion des deux parties de l'embout l'une sur l'autre. 1 0 Sur les figures 11 et 12, on a représenté un embout 53 suivant un quatrième mode de réalisation de l'invention. L'embout 53 comporte des pieds 54 dont la partie inférieure est usinée pour recevoir une plaque de filtration anti-débris 55. La plaque 55 comporte quatre zones actives 56 percées de trous de dimension déterminee et situées au niveau des passages de tra- versée 57 de la plaque inférieure de coeur 58. Quatre lames élastiques 60 sont fixées sui- vant les bords de la plaque de fixation 55 de manière à être engagés entre les pieds 54 de l'embout 53 lors- que la plaque 55 est poussée à l'intérieur de l'em- bout, jusqu'à venir en place dans les embrèvements usinés dans les pieds 54. Les extrémités des lames élastiques 60 vien- nent alors se loger dans des cavités usinées sur la surface intérieure des pieds 54 pour réaliser le blo- cage en position de la plaque de fixation 55 sur l'em- bout 53. Les lames élastiques 60 sont fixées sur la plaque 55, par leur partie centrale, par soudage par transparence ou par résistance ou encore par rivetage. Dans tous les cas, la plaque constituant le filtre de retenue des particules contenues dans le fluide de refroidissement du réacteur-peut être fixée sous l'embout inférieur de l'assemblage combustible de manière rapide et avec un très bon positionnement. L'élément de forme plate constituant le fil- tre de retenue des débris n'augmente pas l'encombre- ment de l'assemblage et n'apporte pas de gêne pour des opérations de manutention ou de démontage de cet as- semblage, dans la mesure o il peut être facilement séparé de l'embout inférieur. -1 En outre, cet élément de forme plate intro- duit une faible perte de charge sur la circulation du fluide de refroidissement, puisque les trous des par- ties actives se trouvent directement à la sortie des passages de traversée 20 de la plaque inférieure de coeur 21. Dans le cas o l'embout inférieur est cons- titué en deux parties, la partie inférieure comportant la plaque de retenue des débris, la fixation n'est ré- alisée que suivant une diagonale de l'embout, grâce à des pions encliquetables. Cette partie de l'embout doit donc présenter une bonne rigidité pour éviter son décollement au niveau des pieds dans lesquels ne sont pas engages de moyens de fixation, lors des opérations de manutention de l'assemblage combustible. Il est également possible d'ajouter sur la seconde diagonale des dispositifs de retenue, par exemple à lames élastiques encliquetables tels que ceux qui ont été décrits en regard des figures 2 et 3, La réalisation de l'embout avec une partie inférieure constituant la plaque de retenue des débris offre l'avantage d'assurer une continuité entre les pieds de l'embout, ce qui peut améliorer son comporte- ment lors de la manutention et lors de la dépose de l'assemblage combustible, la surface de support de l'assemblage étant alors augmentée, ce qui peut assu- rer une certaine stabilité dans le cas o l'on dépose de manière involontaire un pied de l'assemblage au ni- veau d'un trou de traversée de la plaque inférieure de coeur. L'invention ne *se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi qu'on peut envisager d'autres formes de réalisation des moyens de fixation de l'élé- ment de forme plate constituant le filtre de retenue des particules du fluide de refroidissement. De préférence, ces moyens doivent permettre un démontage facile et rapide de l'élément de filtra- tion, par exemple pour accéder à la plaque adaptatrice de l'embout. L invention s'applique dans le cas de tout assemblage combustible pour un réacteur nucléaire re- *froidi à l'eau. REVENDICATIONS 1.- Embout inférieur d'un assemblage combus- tible d'un réacteur nucléaire comportant une plaque adaptatrice, des pieds-supports (7, 13, 26, 42, 54) et un filtre de retenue de particules contenues dans le fluide de refroidissement du réacteur nucléaire cons- titué par un élément de forme plate (10, 11, 27, 45. ) présentant au moins une zone (19, 30, 46, 56) constituant une grille de filtration, caractérisé par le fait que l'élément de forme plate (10, 11, 27, 45, ) est fixé à la partie inférieure de pieds-supports (7. 13. 26, 42, 54) de l'assemblage pour venir reposer en service sur la plaque inférieure de coeur (1, 21, 28, 48, 58) du réacteur nucléaire, la zone constituant la grille de filtration (19, 30, 46, 56) étant placée en visà-vis d'un passage d'eau de refroidissement (2, 20. 31, 47, 57) à travers la plaque inférieure de coeur. 2.- Embout inférieur suivant la revendica- tion 1, caractérisé par le fait que l'élément de forme plate (11) est constitué par une plaque comportant au moins une zone (19) percée d'ouvertures constituant une grille de filtration et au moins deux bords rele- vés à 90 (16) disposés suivant une diagonale de la section -de l'embout comportant chacun un épaulement destiné à venir sur la surface supérieure d'un pied- support (13) lorsque la plaque (11) est introduite à l'intérieur de l'embout (12), entre ses pieds-supports (13). 3.- Embout suivant la revendication 2. ca- ractérisé par le fait qu'il comporte de plus, de part et d autre des bords relevés encliquetables (16), des bords relevés de maintien (17) destinés à venir en contact avec deux faces différentes d'un pied-support (13). 4.- Embout inférieur suivant l'une quelcon- que des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que chacun des pieds-supports (13) est usiné sur sa face inférieure pour constituer un embrèvement (14) dans lequel est introduit un bord de la plaque (11), les embrévements (14) ayant une hauteur au moins égale à l'épaisseur de la plaque (11). 5.- Embout suivant la revendication 1, ca- ractérisé par le fait qu'il comporte une partie supé- rieure (23) comportant des pieds (26) et une partie inférieure -(25) constituant la plaque de filtration (27) comportant des moyens d'assemblage (34, 49) assu- rant sa fixation à l'extrémité inférieure des pieds (26). 6.- Embout suivant la revendication 5, ca- ractérisé par le fait que les moyens de fixation (34) sont constitués par au moins deux pions solidaires de la partie inférieure (25) de l'embout engageables dans des ouvertures (32) des pieds (26) et par un jonc (33) disposé autour de chacun des pions (34) engageable dans une cavité débouchant dans l'alésage (32). 7.- Embout suivant la revendication 5, ca- ractérisé par le fait que les éléments de fixation (49) sont constitués par un pion encliquetable (49) solidaire de la partie inférieure (43) de l'embout (40), un pion encliquetable (49) solidaire d'un pied (42) de l'embout (40) et des ouvertures pour l'engage- ment des pions (49) dans la partie inférieure (43) de l'embout (40) et dans l'un des pieds (42) de la partie supérieure (41) de l'embout (40). 8.- Embout suivant la revendication 7, ca- ractérisé par le fait que les pions encliquetables comportent un fût cylindrique (50) et une tête tron- conique (52) séparée en plusieurs secteurs à déforma- tion radiale grace des fentes (51). 9.- Embout suivant la revendication 1, ca- ractérisé par le fait que l'élément de forme plate est constitué par une plaque de forme sensiblement carrée comportant des ouvertures dans au moins une zone de filtration et suivant les bords de laquelle sont fi- xées des lames élastiques engageables entre les pieds- supports (54) de l'embout (53).