Brevet FR2670317A1 — publié le 19920612

ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE DE REACTEUR NUCLEAIRE A GRILLES FLOTTANTES La présente invention a pour objet un assemblage combustible nucléaire ayant une structure support comprenant des embouts d'extrémité, des tubes de liaison des embouts et des grilles d'entretoisement délimitant des alvéoles de réception de crayons combustibles. Dans les structures des assemblages combustibles utilisés à l'heure actuelle, les embouts et les grilles sont fixés rigidement aux tubes guides. L'embout supérieur est muni de ressorts qui sont comprimés par une plaque supérieure de coeur lors du fonctionnement. Les ressorts absorbent la poussée exercée sur l'assemblage par le réfrigérant en circulation ascendante dans le coeur du réacteur. Une telle structure présente des inconvénients. Du fait que les tubes guides subissent, sous irradiation, un grandissement qui est plus important sur la face de l'assemblage orientée vers le centre du coeur, la structure risque de se déformer en arc. Cet arcure est gênante aussi bien lors du déchargement que du rechargement. Les ressorts sont encombrants et leur efficacité diminue au fur et à mesure de l'irradiation. On a déjà tenté de résoudre ces problèmes. Le document EP-A-O 214 895 décrit une structure support qui résoud pratiquement le problème posé par la poussée hydraulique du réfrigérant, mais qui n'empêche pas les assemblages de prendre une forme arquée. Le document FR-A-2 390 804 décrit un assemblage dont les grilles sont munies d'entretoises qui coulissent sur les tubes guides, de sorte qu'elles sont flottantes. Cela ne résoud pas le problème dû aux dilatations différentielles entre tubes guides. De plus la supression des liaisons entre grilles et tubes guides provoque dans un tel assemblage un assouplissement latéral qui est défavorable, en cas de chocs transversaux. La présente invention vise notamment à fournir un assemblage combustible dont la structure répond mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle écarte le risque d'arcure par grandissement différentiel des tubes guides. Dans ce but l'invention propose un assemblage du type ci-dessus défini dans lequel les tubes guides sont fixés à un embout (généralement l'embout supérieur) et sont raccordés individuellement à l'autre embout (embout inférieur) par une liaison élastique tendant à maintenir l'extrémité de chaque tube guide dans une position prédéterminée par rapport à cet embout et dans lequel des grilles intermédiaires d'entretoisement des crayons sont montées flottantes sur certains des tubes guides et munies d'entretoises limitant le débattement de chacune de ces grilles par rapport aux grilles qui les encadrent. La liaison élastique individuelle de chaque tube guide permet d'absorber le grandissement propre de ce tube guide. L'ensemble des liaisons élastiques individuelles maintient l'embout inférieur contre la plaque support de coeur lorsque la plaque supérieure de coeur porte sur l'embout supérieur. Les entretoises d'une grille donnée sont généralement placées de façon à coulisser sur des tubes guides différents des tubes guides sur lesquels coulissent les entretoises des deux grilles placées de part et d'autre. Chaque grille peut en particulier être munie d'entretoises constituées par des tronçons de tube, coulissant sur la moitié des tubes guides et de manchons de fixation sur les autres tubes guides. Les entretoises sont suffisamment courtes pour laisser aux grilles une possibilité de débattement limité. Grâce aux entretoises réparties, notamment lorsqu'elles sont disposées en quinconce, on concilie une tenue mécanique satisfaisante et une grande souplesse d'utilisation en service, écartant les phénomènes de déformation en arc par suite du grandissement différentiel des tubes guides sous irradiation. Les grilles intermédiaires flottantes seront en général prévues pour ne pas participer de façon sensible au supportage des crayons, c'est-à-dire à leur maintien vertical. Certaines d'entre elles au moins ont par contre une fonction de maintien transversal ou de centrage des crayons ; pour cela des bossettes sont prévues sur chaque face de chaque cellule de la grille. L'une ou l'autre des deux grilles terminales (ou les deux) peuvent être prévues pour participer au supportage des crayons et pour cela être munies de ressorts, découpés dans les plaquettes constituant la grille ou rapportés sur les plaquettes. La grille basse peut dans ce but être montée libre sur les tubes guides et être fixée, par l'intermédiaire d'entretoises tubulaires, à l'embout inférieur.La grille haute peut être flottante sur les tubes guides, son débattement étant limité par deux butées encadrant la grille, prévues sur chaque tube guide ou sur certains seulement d'entre eux. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels - la figure 1 est un schéma de principe en élévation et en coupe partielle, montrant la structure d'un assemblage (l'échelle n'étant pas respectée pour plus de clarté) ; - la figure 2 est une vue à grande échelle montrant schématiquement une disposition en quinconce des entretoises montées sur trois grilles d'assemblage superposées - les figures 3 et 4 sont des schémas à grande échelle montrant la liaison d'un tube guide avec l'embout supérieur et l'embout inférieur, respectivement après grandissement du tube guide et lors de la manutention de l'assemblage. L'assemblage combustible montré schématiquement en figure 1 comporte une structure support ayant un embout supérieur 10 et un embout inférieur 12 reliés par des tubes guides 14a et 14b et des grilles réparties à intervalles réguliers le long de la structure. Les tubes guides 14a et 14b (par exemple au nombre de vingt quatre au total) sont fixés de façon rigide à l'embout supérieur 10, par soudage ou plus fréquemment par des liaisons démontables d'un quelconque des types connus. Chaque grille est constituée de jeux de plaquettes entrecroisées définissant des cellules réparties suivant un réseau régulier destinées à recevoir des crayons de combustible dont un seul est indiqué en 16 sur la figure 1. Le réseau est en général carré et les cellules définies par deux jeux de plaquettes croisés. Dans le mode de réalisation de l'invention montré en figure 1, tous les tubes guides 14a et 14b sont fixés individuellement par des moyens de liaison élastique à l'embout inférieur 12. Dans une variante de réalisation, certains des tubes guides pourraient être libres dans l'embout inférieur. La liaison élastique montrée en figures 1, 3 et 4 comporte un ressort 18 comprimé entre deux rondelles 20 et 22 coulissant sur un prolongement 24 de diamètre réduit du tube guide. Le déplacement vers le haut de la rondelle 20 sur le tube guide est limité par un épaulement de ce tube guide. Le déplacement vers le bas de la rondelle 22 par rapport au tube guide est limité par son appui contre une tête plate 26 terminant le prolongement. Avant irradiation, lorsque tous les tubes guides sont de même longeur, les ressorts 18 tendent à maintenir l'embout inférieur 12 dans la position montrée en figure 1 où - les rondelles 20 appuient à la fois sur l'épaule- ment du tube guide et sur la plaque adaptatrice de l'embout 12 - la rondelle 22 est en appui contre une plaque de soutien 28 appartenant à l'embout inférieur 12, parallèle à la plaque adaptatrice. Dans cette situation, la partie terminale de chaque prolongement 24 traverse un trou prévu dans la plaque de soutien 28. Dans le mode de réalisation montré en figure 1, les crayons de combustible 16 sont en appui sur l'embout inférieur. Plus fréquemment les crayons 16 sont placés dans l'assemblage neuf de façon qu'un jeu subsiste à la fois audessus et au-dessous du crayon. Dans ce dernier cas, les crayons sont supportés axialement uniquement par la grille basse 30. Dans le premier, elle participe simplement au supportage. La grille 30 peut avoir une constitution classique, et être en alliage à base de zirconium munie de ressorts rapportés en un matériau présentant une bonne tenue à la relaxation sous irradiation ou être en un alliage dit "Inconel". Elle peut également être constituée en plaquettes d'acier à hautes caractéristiques mécaniques à ressorts découpés et bossettes embouties. La grille 30 montrée en figure 1 est montée libre sur les tubes guides 14a et 14b et elle est solidarisée de l'embout inférieur 12. Pour cela la grille basse 30 est munie d'entretoises tubulaires 32 coulissant chacune sur un tube guide et fixées, par exemple par soudage, sur la plaque adaptatrice de l'embout inférieur 12. Sur la figure 1, les crayons 16 sont en appui sur la face supérieure de la plaque adaptatrice et un jeu subsiste entre l'extrémité haute de ces crayons et l'embout supérieur 12. Mais le jeu peut aussi bien être réparti de part et d'autre des crayons lors du montage. Toujours dans le mode particulier de réalisation montré à titre d'exemple sur la figure 1, la grille haute 34 est montée coulissante sur les tubes guides 14a et 14b. Pour cela les plaquettes sont fixées à des manchons 36 entourant chacun un tube guide, de diamètre interne plus grand que le diamètre externe des tubes guides. La grille haute 34 autorise en conséquence les dilatations différentielles qui surviennent sous irradiation entre les crayons 16 d'une part, les tubes guides 14a, 14b d'autre part. Elle est munie de moyens élastiques de supportage et de centrage des crayons qui peuvent être classiques. Le débattement de la grille 34 sur les tubes guides est limité par des jeux de deux butées 38 prévues sur certains au moins des tubes guides, par exemple sur les tubes guides périphériques 14a. Les grilles entretoises intermédiaires sont de deux types dans le mode de réalisation illustré. Les grilles 40a sont fixées à des tubes guides 14b (les tubes guides les plus proches de l'axe de l'assemblage dans le cas des figures 1 et 2) et sont libres de se déplacer par rapport aux autres tubes guides 14a. Les grilles 40b sont fixées aux autres tubes guides 14a (les plus éloignés de l'axe) et libres par rapport aux tubes guides 14b. Le déplacement des grilles est limité par rapport aux grilles adjacentes. Le montage des grilles 40b peut par exemple être le suivant. Un manchon 42b est fixé dans chaque cellule de grille 40b traversée par un tube guide 14a et est fixé, par exemple par soudage, aux tubes guides 14b. Dans chaque cellule de grille 40b traversée par un tube guide 14b peut être fixée une entretoise 44b débordant de part et d'autre de la grille et coulissant sur le tube guide 14b. La longeur des entretoises 44b est proportionnée à la distance entre les deux grilles 40a qui encadrent la grille 40b considérée de façon qu'un jeu i = j + i2 de quelques millimètres subsiste et permette à la grille 40b de se déplacer légèrement par rapport aux grilles qui l'encadrent, par exemple à la suite d'un grandissement des tubes guides, sans affecter les deux grilles adjacentes. De façon similaire, des manchons 42a sont fixés aux grilles 40a et aux tubes guides 14b et des entretoises 44a sont fixées aux grilles 40a et montées coulissantes sur les tubes guides 14a. Leur débattement est limité par l'appui contre les manchons 42b des grilles adjacentes, sauf en ce qui concerne la grille intermédiaire 40a la plus haute dont le déplacement vers le haut est limité par l'appui de ses entretoises 44a contre les butées 38. I1 n'est pas indispensable qu'un manchon ou une entretoise soit prévu autour de chaque tube guide, dans chaque grille. Par ailleurs, une disposition en quinconce des entretoises autres que celles schématisées sur les figures 1 et 2 peut être adoptée. Dans tous les cas, on rend indépendantes les grilles intermédaires successives. Certaines peuvent être prévues pour maintenir latéralement les crayons ; elles peuvent aussi simplement limiter leur débattement comme décrit dans la demande FR nO 90 09447. La figure 3 montre schématiquement l'état des liaisons entre les tubes guides 14a et 14b et l'embout inférieur 12 lorsque l'assemblage est irradié dans le coeur d'un réacteur en fonctionnement, donc à haute température. La plaque supérieure de coeur 46 s'appuie alors contre l'embout supérieur 10 et presse l'embout inférieur 12 contre la plaque support de coeur 48. Du fait que la dilatation de l'enveloppe de coeur est inférieure à celle des tubes guides 14a et 14b sous irradiation, l'extrémité inférieure des tubes guides s'enfonce dans l'embout inférieur, en appui contre la plaque inférieure de coeur 48. Sous irradiation les tubes guides peuvent subir un grandissement différent sans générer des contraintes. L'appui direct des embouts 10 et 12 contre les plaques 46 et 48 constitue un élément favorable dans la réduction des risques de vibration. Bien que les grilles intermédiaires restent mutuellement indépendantes, elles réduisent suffisamment la souplesse de la structure du fait qu'elles sont fixées à des tubes guides et évitent les inconvénients d'une désolidarisation totale. Lors des manutentions de l'assemblage combustible, les liaisons entre tubes guides et embout inférieur viennent dans l'état montré en figure 4. L'assemblage est alors suspendu par l'embout supérieur 10. Le poids des crayons sur l'embout inférieur amène cet embout à descendre en comprimant les ressorts 18. La plaque de soutien 28 ne joue alors plus aucun rôle. REVENDICATIONS 1. Assemblage combustible nucléaire ayant une structure comprenant des embouts d'extrémité, des tubes de liaison des embouts et des grilles d'entretoisement délimitant des alvéoles de réception de crayons combustibles, caractérisé en ce que les tubes guides (14a,14b) sont fixés à un des embouts (10) et sont raccordés individuellement à l'autre embout (12) par une liaison élastique tendant à maintenir l'extrémité de chaque tube guide dans une position prédéterminée par rapport audit autre embout et en ce que des grilles intermédiaires d'entretoisement des crayons sont montées flottantes sur certains des tubes guides (14a,14b) et munies d'entretoises (44a,44b) limitant le débattement de chacune de ces grilles par rapport aux grilles qui les encadrent. 2. Assemblage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chaque grille intermédiaire (40a,40b) est fixée à des tubes guides autres que ceux sur lesquels elle est flottante. 3. Assemblage suivant la revendication 1 ou 2, ca ractérisé en ce que les entretoises (44a,44b) de chacune des grilles intermédiaires sont placées de façon à coulisser sur des tubes guides qui sont différents des tubes guides sur lesquels coulissent les entretoises des deux grilles placées de part et d'autre. 4. Assemblage suivant la revendication 3, caractérisé en ce que les entretoises de chaque grille intermédiaire sont constituées par des tronçons de tube coulissant sur la moitié des tubes guides. 5. Assemblage suivant une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les entretoises sont suffisamment courtes pour laisser aux grilles un débattement de quelques millimètres. 6. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque grille intermédiaire est munie de manchons de fixation à la moitié des tubes guides et d'entretoises tubulaires coulissant sur l'autre moitié des tubes guides, les entretoises des grilles intermédiaires successives étant en quinconce. 7. Assemblage selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les grilles intermédiaires sont prévues pour ne pas participer de façon sensible au supportage vertical des crayons. 8. Assemblage selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend également une grille basse (30) de supportage des crayons (16), montée libre sur les tubes guides (14a,14b) et fixée à l'embout inférieur par des entretoises tubulaires (32) entourant certains au moins des tubes guides. 9. Assemblage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les tubes guides (14a,14b) sont fixés à l'embout supérieur (10) et raccordés individuellement à l'embout inférieur (12). 10. Assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une grille (34) montée coulissante entre des butées (38) prévues sur certains au moins des tubes guides (14a,14b).