Brevet FR2646004A1 — publié le 19901019

*1 L invention concerne une plaque de filtra- tion d'un embout inférieur d'un assemblage combustible pour un réacteur nucléaire. Les réacteurs nucléaires refroidis à l'eau et en particulier les réacteurs refroidis par de l'eau sous pression comportent un coeur constitué par des assemblages prismatiques juxtaposés et placés vertica- lement q0i reposent sur la plaque inférieure de coeur du réacteur nucléaire par un embout inférieur. L'eau de refroidissement du réacteur traverse l'embout infé- rieur et circule de bas en haut dans la direction ver- ticale à l'intérieur de l'assemblage. Cette eau de refroidissement est susceptible de contenir des particules qu'elle entraîne à l'inté- rieur de l'assemblage, à travers des ouvertures tra- versant la plaque adaptatrice de l'embout inférieur. Les particules viennent se loger dans des interstices compris entre les crayons combustibles et les parois des cellules de la première grille-entretoise de l'as- semblage, c'est-à-dire la grille-entretoise située le plus prés de l'embout inférieur de l'assemblage. Le fluide en circulation soumet les particu- les à des sollicitations axiales et transversales si bien qu'il peut en résulter une usure du gainage du crayon combustible. Il est donc souhaitable de retenir les particules contenues dans le fluide de refroidis- sement pour les empêcher de pénétrer dans l'assembla- ge. On a proposé des dispositifs de retenue sous la forme de structures en fils métalliques ou en tôle percée disposés dans l'embout inférieur de l'assembla- ge. On a également proposé d'utiliser, comme dispositif de retenue, une plaque de filtration asso- ciée à l'embout inférieur de l'assemblage. Ces dispositifs connus introduisent généra- lement une perte de charge importante sur la circula- tion du fluide de refroidissement dO réacteur dans la mesure o les sections de passage du fluide projetées dans un plan perpendiculaire à la section de l'écoule- ment peuvent être faibles. Le but de l'invention est donc de proposer une plaque de filtration d'un embout inférieur d'un assemblage combustible d'un réacteur nucléaire, pour la retenue de particules contenues dans le fluide de refroidissement du réacteur, l'embout inférieur repo- sant, dans la position de service de l'assemblage, sur la plaque inférieure de coeur du réacteur, cette pla- que de filtration introduisant une perte de charge faible sur la circulation du fluide de refroidissement du réacteur tout en assurant une filtration efficace. Dans ce but, la plaque de filtration compor- te au moins une zone active o la plaque est percée de trous de taille déterminée destinés à venir en vis-a- vis d'un trou de passage d'eau à travers la plaque in- férieure de coeur du réacteur. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, en se référant aux figures jointes en annexe, plusieurs modes de réalisation d'une plaque de filtration suivant l'invention. La figure I est une vue schématique en coupe par un plan vertical de la partie inférieure d'un as- semblage combustible comportant une plaque de filtra- tion suivant l'invention. La figure 2 est une vue en plan d'une partie de la zone active d'une plaque de filtration suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation. La figure 3 est une vue en plan d'une partie d'une zone active d'une plaque de filtration suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation. La figure 3A est une vue à grande échelle du détail A de la figure 3. La figure 4 est une vue en plan d'une partie de la zone active d'une plaque de filtration suivant l'invention et suivant un troisième mode de réalisa- tion. La figure 5 est une vue en coupe verticale d'une plaque de filtration suivant l'invention repo- sant sur la plaque inférieure de coeur d'un réacteur nucléaire. La figure 6 est une vue partielle suivant 6 de la figure 5. La figure 7 est une vue en coupe partielle d'une plaque de filtration suivant l'invention réali- sée sous la forme d'une grille. La figure 8 est une vue de dessus suivant 8 de la figure 7. La figure 8A est une vue en coupe transver- sale à grande échelle suivant AA de la figure 8 de deux barreaux de la grille représentée sur la figure 8. La figure 9 est une vue de dessus identique à la figure 8 montrant une variante de réalisation de la grille de filtration. Sur la figure 1, on -voit une partie de la plaque inférieure de coeur 1 d'un réacteur nucléaire comportant des trous de passage d'eau 2 au niveau de l'embout inférieur 3 d'un assemblage combustible. L'embout inférieur 3 constitue une partie de l'ossature de l'assemblage à laquelle sont reliés les tubes-guides 4 à leur partie inférieure. L'ossature comporte également un ensemble de grilles-entretoises reliées aux tubes-guides 4, seule la grille-entretoise inférieure 9 etant représentée sur la figure 1. L embout 3 comporte une plaque adaptatrice 6 et des pieds 7 destinés à venir reposer sur la surface supérieure de la plaque inférieure de coeur 1. L'embout inférieur et les grilles-entretoi- ses présentent une forme sensiblement carrée corres- pondant à la section transversale de l'assemblage com- bustible. Deux des pieds 7 de l'embout inférieur 3 comportent des ouvertures destinées à venir s'engager sur des pions de centrage et de positionnement 8 de l'assemblage combustible fixés sur la face supérieure de la plaque inférieure de coeur 1. Une plaque de filtration 10 est intercalée entre la surface inférieure des pieds ? et la surface supérieure de la plaque inférieure de coeur 1, de ma- nière à assurer la retenue de particules contenues dans le fluide de refroidissement du réacteur avant que ces particules puissent pénétrer dans l'assemblage combustible. Le fluide de refroidissement du réacteur traverse la plaque inférieure de coeur 1 au niveau des trous de passage 2 et pénétre ensuite dans l'assembla- ge combustible à travers les ouvertures de la plaque adaptatrice 6. Lorsqu'une plaque de filtration 10 est in- terposée sur la circulation du fluide de refroidisse- ment à un niveau inférieur à la plaque adaptatrice 6, cette plaque de filtration 10 est susceptible de retenir les particules en circulation, dans la mesure o cette plaque de filtration présente des trous dtune taille déterminée permettant d'arrêter les particules d'une taille supérieure à une certaine limite. Cette limite est généralement déterminée par la dimension des interstices subsistant entre les crayons combusti- bles de l'assemblage et les cellules de la première grille entretoise 9 et se situe dans un intervalle compris entre deux et quatre millimètres. Les zones actives de la plaque de filtration 10 dans lesquelles cette plaque de filtration est per- cée d'ouvertures de taille déterminée correspondent sensiblement aux zones de la plaque venant en vis-à- vis des trous de passage d'eau de la plaque inférieure de coeur. lorsque l'assemblage est en position de ser- vice, comme représenté sur la figure 1. Ces zones actives ont une forme généralement circulaire correspondant à la section des trous de passage d'eau dans la plaque inférieure de coeur. Sur la figure 2, on a représenté une partie d'une zone active d'une plaque de filtration suivant l'invention dont les ouvertures de passage d'eau et de retenue des particules ont une forme carrée. Les ouvertures 12 découpées dans la plaque de filtration ont un côté dont la dimension correspond à la dimension minimale des particules dont on veut assurer la retenue. Sur la figure 2, on a représenté approxima- tivement un-huitième d'une partie active d'une plaque de filtration suivant l'invention, le rayon de cette partie active correspondant au rayon d'un trou de pas- sage d'eau 2 dans l'a plaque inférieure de coeur. Sur la figure 3. on a représenté une varian- te de réalisation dans laquelle les découpes de forme carrée 13 traversant la plaque de filtration ont une dimension- sensiblement supérieure à la dimension des découpes 12 de la plaque de filtration représentée sur la figure 2. Ces découpes de forme carrée ont donc une dimension sensiblement supérieure à la dimension mini- male des particules dont on veut assurer la-retenue. Comme il est visible sur la figure 3A, on voit que chacune des cellules 13 de forme carrée dé- coupées dans la plaque de filtration comporte quatre bossages 15 dirigés vers l'intérieur de la cellule. Les bossages 15 délimitent à l'intérieur de la cellule 13 des trous de passage d'eau dont la dimension est inférieure à la dimension minimale des particules dont on veut assurer la retenue. Sur la figure 4, on voit un troisième mode de réalisation de la zone active d'une plaque de fil- tration suivant l'invention, cette zone active compor- tant des découpes en forme de triangles rectangles 14 juxtaposés pour constituer un réseau de passage d'eau et de retenue des particules dont la dimension est su- périeure à une certaine limite dépendant de la taille des ouvertures triangulaires 14. Sur les figures 5 et 6, on a représenté un quatrième mode de réalisation de la plaque de filtra- tion suivant l'invention. La plaque 20 comporte une zone active en vis-a-vis de chacun des trous de passage d'eau 22 de la plaque inférieure de coeur 21 dans laquelle la plaque de filtration 20 est emboutie pour constituer des ouvertures 23 dont la forme est visible sur la fi- gure 6..Chacune des ouvertures 23 est délimitée par quatre ailettes 24 repoussées en dehors du plan de la plaque 20. au moment de l'emboutissage. Le trou de passage central 23 délimité par les ailettes 24 permet de réaliser le passage d eau et la retenue de particules dont la taille est supérieure à une certaine limite. Dans le cas o la plaque de filtration est réalisée par emboutissage, la zone emboutie doit cor- ? respondre parfaitement à la section de passage d'eau 22 dans laquelle elle vient se loger. Sur les figures 7 et 8, on voit une plaque de filtration 25 dont la zone active 26 est réalisée sous la forme d'une grille comportant des lamelles pa- rallèles 27 dont l'écartement correspond à la taille minimale des particules dont on veut assurer la rete- nue au niveau de la plaque de filtration 25. Les lamelles 27 sont juxtaposées à l'inté- rieur d'ouvertures circulaires ménagées dans la plaque et dont la dimension correspond à la dimension des trous de passage d'eau 29 de la plaque inférieure de coeur 30. Ces lamelles 27 peuvent être soudées à leurs extrémités sur les bords de l'ouverture de la plaque de filtration. Pour limiter la perte de charge du fluide de refroidissement lors de la traversée de la plaque de filtration 25, les lamelles 27 ont une forme profilée, comme il est visible sur la figure 8A. Cette forme profilée adaptée à l'écoulement du fluide suivant la direction perpendiculaire à la plaque de filtration permet une réduction notable de la perte de charge. Les lamelles 27 des parties actives de la plaque de filtration 25 sont fixées uniquement à leurs extrémités et sont toutes placées parallèlement les unes aux autres. Ces lamelles sont susceptibles de vibrer sous l'effet des sollicitations hydrauliques du fluide de refroidissement traversant les zones actives de la plaque de filtration 25. Pour éviter ces vibrations, il est possible de placer des raidisseurs 31 dans des directions per- pendiculaires à celles des lamelles 27', comme il est visible sur la figure 9. Les raidisseurs 31 peuvent être soudés ou fixés d'une autre manière sur les la- melles 27' et sur les bords de l'ouverture traversant la plaque de filtration 25. Dans tous les cas, la plaque de filtration suivant l'invention réalise une retenue efficace des particules contenues dans le fluide de refroidissement du réacteur ayant une taille supérieure à une limite déterminee. Cette plaque de filtration introduit sur 'le circuit du fluide de refroidissement une perte de charge modérée, dans la mesure o les ouvertures de la plaque de filtration se trouvent dans le prolongement des ouvertures de traversée de la plaque inférieure de coeur. Dans le cas o ces ouvertures sont réalisées par emboutissage d'une plaque, les éléments déflec- teurs 24 de la plaque sont dirigés dans le sens de l'écoulement, ce qui permet de réduire la perte de charge. L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation qui ont été décrits. C est ainsi qu'on peut imaginer des perfora- tions ou des ouvertures découpées ou usinées d'une autre manière dans la plaque de filtration d'une forme différente de celles qui ont été décrites. La plaque de filtration peut être réalisée en tout matériau résistant au fluide de refroidisse- ment dans les conditions de service du réacteur et par exemple en alliage à base de nickel ou en acier mar- tensitique. La plaque de filtration suivant l'invention peut être non seulement disposée en contact avec la surface supérieure de la plaque inférieure de coeur comme il a été décrit mais encore disposée dans 1'em- bout inférieur de l'assemblage, dans une position in- termédiaire entre son extrémité inférieure et sa pla- que adaptatrice ou encore fixée en contact avec la face inférieure de la plaque adaptatrice. Dans tous les cas, les ouvertures de la pla- que de filtration devront se trouver en vis-à-vis des ouvertures de passage du fluide de refroidissement traversant la plaque inférieure de coeur, pour limiter les pertes de charge. L'invention s'applique à tout assemblage combustible d'un réacteur nucléaire refroidi à l'eau. REVENDICATIONS 1.- Plaque de filtration disposée dans la partie inférieure d'un assemblage combustible d.'un réacteur nucléaire pour la retenue de particules contenues dans le fluide de refroidissement du réac- teur, l'assemblage ayant un embout inférieur (3) re- posant, dans la position de service de l'assemblage, sur une plaque inférieure de coeur (1) du réacteur, caractérisée par le fait qu'elle comporte au moins une zone active dans laquelle elle est traversée par des ouvertures (12, 13, 14, 26) de taille déterminée des- tinées à venir en vis-à-vis d'un trou de passage d'eau (2, 22, 29) à travers la plaque inférieure de coeur (1. 21, 30) du réacteur. 2.- Plaque de filtration suivant la revendi- cation 1, caractérisée par le fait que les ouvertures de passage d'eau de la zone active sont constituées par des découpes (12) de forme carrée dont le côté a une dimension correspondant à la taille minimale des particules à retenir. 3.- Plaque de filtration suivant la revendi- cation 1, caractérisée par le fait que les ouvertures de passage d'eau de la zone active sont constituées par des découpes (13) de forme 'carrée dont le côté a une dimension supérieure à la taille des particules à retenir, à l'intérieur desquelles des bossages (15) s'étendent en direcfiog du centre du carré et ménagent entre eux des espaces de retenue dont la direction correspond à la taille des particules à retenir. 4.- Plaque de filtration suivant la revendi- cation 1, caractérisée par le fait que les ouvertures de passage d'eau de la zone active sont constituées par des découpes (14) de forme triangulaire dont la dimension maximale des côtés correspond à la taille des particules à retenir. 5.- Plaque de filtration suivant la revendi- cation 1. caractérisée par le fait que les ouvertures de passage d'eau de la zone active sont constituées par des parties embouties de la plaque (20), des pas- sages d'eau (23) étant délimités par des parties de la plaque (20) relevées pour constituer des déflecteurs, dans le sens de circulation de.l'eau de refroidisse- ment. 6.- Plaque de filtration suivant la revendi- cation 1, caractérisée par le fait que les ouvertures de passage d eau sont délimitées par des lamelles (27) parallèles entre elles disposées suivant une ouverture de la plaque de filtration (251 correspondant à un trou de passage d eau (29) de la plaque inférieure de coeur (30). 7.- Plaque de filtration suivant la revendi- cation 6. caractérisée par le fait que la section transversale des lamelles (27) est profilée dans le sens de circulation de l'eau de refroidissement du ré- acteur. 8.- Plaque de filtration suivant l'une quel- conque des revendications 6 et 7, caractérisée par le fait que des raidisseurs (31) sont fixés sur les la- melles (27), dans une direction perpendiculaire à celles-ci. 9.- Plaque de filtration suivant l'une quel- conque des revendications I à 8, caractérisée par le fait qu'elle est constituée en un alliage de nickel à durcissement structural. 10.- Plaque de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait qu'elle est réalisée en un acier martensiti- que.