Brevet FR2693825A1 — publié le 19940121

ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE ET ENSEMBLE GRAPPE ASSEMBLAGE EN COMPORTANT APPLICATION L'invention concerne les assemblages combustibles nucléaires pour réacteur refroidi et modéré par de l'eau légère, du type comprenant un squelette de support ayant deux embouts reliés par des tubes guides et ayant des grilles réparties le long de l'assemblage, chaque grille ayant des jeux de plaquettes entrecroisées délimitant des cellules traversées les unes par les tubes guides et les autres par des crayons de combustible, les plaquettes étant munies de moyens de serrage des crayons qui maintiennent ces crayons aux noeuds d'un réseau triangulaire régulier et étant fixées à certains au moins des tubes guides. On connaît déjà de tels assemblages combustibles. Souvent une grille d'extrémité au moins est constituée en un matériau conservant ses propriétés mécaniques sous irradiation et contribue à retenir verticalement les crayons tandis que les grilles intermédiaires sont en alliage à base de zirconium (dont l'absorption neutronique est beaucoup plus faible que celle des grilles d'extrémité) et sont munies de moyens, tels que des bossettes et des ressorts découpés dans les plaquettes, exerçant sur les crayons une force de maintien transversal et de supportage qui est susceptible de diminuer au cours de l'irradiation. L'invention vise notamment à fournir un assemblage du type ci-dessus défini dont l'embout supérieur est constitué de façon à lui donner une constitution robuste et à transmettre l'effort de compression exercé par la plaque supérieure de coeur et 5Vopposant à l'envol de l'assemblage dans de bonnes conditions, et cela en autorisant les dilatations différentielles. Dans ce but l'invention propose notamment un assemblage du type ci-dessus défini caractérisé en ce que l'embout supérieur comprend une partie basse ayant une cloche de transition d'une section hexagonale basse à un tronçon cylindrique et une partie haute ayant un manchon cylindrique dans lequel est fixé une plaque d'appui de plusieurs ressorts régulièrement répartis angulairement à la périphérie de la plaque, comprimés entre ladite plaque d'appui et une plaque adaptatrice fixées à certains au moins des tubes guides, des moyens étant prévus pour limiter le déplacement vers le bas de la plaque adaptatrice dans la partie basse. Les ressorts sont avantageusement placés chacun autour d'un tronçon tubulaire constituant un guide pour un crayon appartenant à une grappe de commande ou de variation de spectre. L'espace disponible dans l'embout est ainsi utilisé au mieux pour placer des ressorts, qui peuvent être pratiquement jointifs, et on évite les dissymétries de poussée. La partie basse comporte avantageusement une plaque hexagonale de butée percée d'ouvertures dans lesquelles les tubes guides peuvent coulisser à frottement doux en cas de dilatation différentielle. Pour faciliter le démontage éventuel des tronçons tubulaires de guidage, ces tronçons peuvent n'être pas solidarisés directement de la plaque d'appui. Ils peuvent notamment être fixés de façon permanente sur une contreplaque amovible fixée elle-même à la plaque d'appui par des moyens démontables, tels que des vis, ce qui permet d'enlever globalement la totalité des tronçons de guidage. L'invention vise également à fournir un assemblage permettant de recevoir une grappe de crayons de commande, de variation de spectre, ou de poison consommable, voire même une grappe de bouchons, ayant une araignée dont les bras portent les crayons qui sont destinés à s'insérer et dans les tronçons tubulaires de guidage et dans les tubes guides et d'autoriser une constitution de grappe assurant un bon amortissement du choc lorsque la grappe est lachée dans le coeur. Pour cela la plaque d'appui peut être percée en son centre d'un large trou circulaire destiné au passage du pommeau de l'araignée de grappe. Cela permet de constituer un ensemble assemblage-grappe dont la grappe a un pommeau central prolongé vers le bas par un fourreau contenant un ressort d'amortissement repoussant une bague d'appui vers une position prédéterminée, en saillie par rapport au fourreau. L'amortissement intervient alors par compression du ressort lorsque la bague d'appui vient frapper la plaque adaptatrice en fin de chute de grappe. 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 d'un assemblage, un seul tube guide étant représenté - la figure 2 est une vue de détail à grande échelle, montrant la partie haute de l'assemblage, en coupe suivant un plan passant par l'axe ; - la figure 3, similaire à la figure 2, montre la partie haute de l'assemblage contenant l'araignée de grappe - la figure 4 est une vue de dessus de l'assemblage ;; - la figure 5 est une vue de détail montrant une constitution possible de l'araignée d'une grappe utilisable avec l'assemblage des figures 1 à 4 - la figure 6 est une vue de détail, en coupe suivant un plan passant par l'axe de l'araignée, montrant un mode de fixation possible de crayons sur l'araignée. L'assemblage combustible 10 montré schématiquement en figure 1 comprend un squelette ayant un embout supérieur 12 et un embout inférieur 14 reliés par des tubes guides 16 et ayant des grilles 20 régulièrement réparties le long des tubes guides. Les grilles définissent des cellules réparties aux noeuds d'un réseau régulier dont certaines sont traversées par des tubes guides 16 ou un tube central d'instrumentation (non représenté) et les autres par des crayons de combustible 24. Ces crayons peuvent reposer sur l'embout inférieur 14. Ils sont retenus axialement et maintenus aux noeuds du réseau par les grilles, qui sont elles-mêmes fixées à certains au moins des tubes guides. On ne décrira pas ici les grilles, car elles peuvent avoir diverses constitutions connues, aussi bien que celles décrites dans la demande de brevet FR 91 08595 du 9 juillet 1991. Lors du fonctionnement du réacteur, l'embout inférieur 14 est posé sur la plaque support de coeur 26, percée de passages d'entrée du réfrigérant dans les assemblages. L'embout supérieur 12 reçoit la poussée de la plaque supérieure de coeur 28, percée d'ouvertures 30 de sortie du réfrigérant entre les embouts. On décrira tout d'abord, en faisant référence aux figures 2 à 4, une constitution possible de l'embout supérieur. L'embout 12 peut être regardé comme comprenant une partie basse et une partie haute. La partie basse comprend, dans le mode de réalisation illustré, une cloche 34 de transition d'une section hexagonale basse à un tronçon cylindrique et une plaque hexagonale de butée 35 fixée, par exemple par soudage, à la cloche 34. Cette plaque de butée est percée d'ouvertures dans lesquelles les tubes guides 16 peuvent coulisser à frottement doux. Des trous de passage du réfrigérant sont également prévus dans cette plaque qui est à une distance des crayons de combustible suffisante pour permettre l'allongement de ces derniers. Elle constitue une butée limitant la levée des crayons. De larges échancrures 38 dans chaque face de la cloche permettent la sortie du réfrigérant vers l'intervalle compris entre les embouts supérieurs de deux assemblages adjacents. La partie haute de l'embout comprend un manchon cylindrique 40 dans lequel est fixée une plaque d'appui 42, munie en son centre d'un large trou circulaire destiné à livrer passage au pommeau d'une grappe de crayons, comme on le verra plus loin. La plaque d'appui 42 peut notamment être appuyée contre un épaulement du manchon et retenue par des pions 43. Les tubes guides 16 sont fixés à une plaque adaptatrice 32 pouvant se déplacer longitudinalement vers le haut, par rapport au manchon, à partir de la position de butée dans laquelle elle est représentée en figure 2. Cette position de butée est par exemple définie par l'appui de la plaque adaptatrice 32 contre une virole 48 fixée, par soudage, au manchon et à la cloche. Les tubes guides 16 sont fixés sur la plaque adaptatrice 32 par des moyens démontables. Dans le cas illustré sur la figure 3, ces moyens comprennent une douille filetée 50 de diamètre intérieur suffisant pour autoriser le passage de crayons de grappe de commande ou de variation de spectre. Ces douilles se vissent dans des manchons taraudés 52 soudés sur les extrémités des tubes guides 16.Une fois vissées, les douilles 50 sont bloquées en rotation par déformation d'une jupe mince dont elles sont munies dans des empreintes usinées dans la plaque mobile 32. Tous les tubes guides 16 peuvent être fixés de la même façon sur l'embout inférieur. Un système de maintien élastique tend à écarter les plaques 42 et 32 l'une de l'autre. Ce système de maintien comporte des ressorts hélicoïdaux régulièrement répatis circonférentiellement, au nombre de douze dans le cas illustré. Ces douze ressorts sont placés dans l'axe de douze tubes guides 16 appartenant à une couronne extérieure de tubes guides. Chacun des ressorts (qui peut être remplacé par un couple de deux ressorts concentriques) est guidé par un tronçon tubulaire 54 solidaire de la plaque fixe. Chacun de ces tronçons constitue également un guide pour un crayon de grappe. Pour faciliter le démontage, les tronçons de guidage 54 représentés en figures 2 et 3 ne sont pas directement fixés à la plaque d'appui 42.Ils sont fixés de façon permanente, par exemple par sertissage, sur une contre-plaque 56 elle-même fixée, par des moyens démontables, tels que des vis 58, sur la plaque fixe 42. La plaque adaptatrice mobile 32 est guidée, dans ses déplacements éventuels, par des colonnes 44, au nombre de trois par exemple, fixées à la plaque 42 et coulissant dans la plaque mobile 32. La virole de butée 48 empêche la plaque mobile 32 de se désengager du manchon sous la poussée exercée par le système de maintien. Toutes les pièces constitutives de l'embout peuvent être en acier inoxydable, à l'exception des ressorts 46 qui seront généralement en alliage dit "Inconel". On voit que les efforts hydrauliques appliqués sur le système de maintien sont réduits du fait que la plaque hexagonale de butée 35 et la cloche perforée 34 sont fixées sur le manchon cylindrique 40, en appui contre la plaque supérieure de coeur et n'appartiennent pas à l'équipage mobile comprenant les tubes guides et la plaque adaptatrice mobile 32. La figure 4 montre que cette disposition permet d'obtenir un bon équilibrage des efforts exercés par les ressorts et de libérer la partie centrale de l'embout. I1 est notamment possible de prévoir des passages 60 de fils de thermo-couples, au nombre de trois dans le cas illustré sur la figure 4, les emplacements 62 nécessaires au passage des crayons de la rangée interne d'une grappe et enfin une ouverture centrale de passage du pommeau d'une grappe. L'araignée de la grappe peut alors comporter un pommeau contenant un amortisseur de choc. Les figures 3 et 5 montrent la partie basse d'une telle grappe. L'araignée 64, fixée à la tige de commande 66, comporte un pommeau central 68 muni de bras nervurés 70 présentant des renflements terminaux auxquels sont fixés les bouchons des crayons 72. Comme le montre la figure 6, chaque bouchon 74 peut être fixé à un bras 70 par vissage dans un trou borgne taraudé du bras. Une goupille soudée 76 peut être prévue pour éviter un démontage intempestif. Une ogive de guidage 78 peut être prévue au-dessus de chaque renflement pour faciliter l'insertion de l'araignée dans les guides de grappes. L'amortissement de choc lors de la chute d'une grappe est assuré par un système télescopique ayant un fourreau 80 fixé au pommeau le prolongeant vers le bas. Ce fourreau contient un ressort hélicoïdal 82 qui tend à repousser une bague 84 vers la position de butée où elle est montrée en figure 3 et où elle fait saillie hors du fourreau. Les composants de l'araignée et de l'amortisseur peuvent être en acier inoxydable, sauf le ressort 82 qui sera généralement en alliage dit "Inconel". REVENDICATIONS 1. Assemblage combustible nucléaire pour réacteur refroidi et modéré par de l'eau légère, comprenant un squelette de support ayant deux embouts (12,14) reliés par des tubes guides (16) ayant des grilles réparties le long de l'assemblage, chaque grille ayant des jeux de plaquettes entrecroisées délimitant des cellules traversées les unes par les tubes guides (16) et les autres par des crayons de combustible (24), les plaquettes étant munies de moyens de serrage des crayons qui maintiennent ces crayons aux noeuds d'un réseau triangulaire régulier et étant fixées à certains au moins des tubes guides (16), caractérisé en ce que l'embout supérieur (12) comprend une partie basse ayant une cloche (34) de transition d'une section hexagonale basse à un tronçon cylindrique et une partie haute ayant un manchon cylindrique (40) dans lequel est fixée une plaque (42) d'appui de plusieurs ressorts (46) régulièrement répartis angulairement à la périphérie de la plaque (42), comprimés entre ladite plaque d'appui (42) et une plaque adaptatrice (32) fixée à certains au moins des tubes guides (16), des moyens (48) étant prévus pour limiter le déplacement vers le bas de la plaque adaptatrice, dans la partie basse. 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les ressorts (46) sont placés chacun autour d'un tronçon tubulaire (54) constituant un guide pour un crayon (72) appartenant à une grappe de commande ou de variation de spectre. 3. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits tronçons tubulaires sont fixés à la plaque d'appui (42) et se terminent au-dessus de la plaque adaptatrice (32). 4. Assemblage selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la partie basse comporte une plaque hexagonale de butée (35) percée d'ouvertures dans lesquelles les tubes guides (16) peuvent coulisser à frottement doux. 5. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tronçons de guidage sont fixés de façon permanente sur une contre-plaque amovible (56) fixée à la plaque d'appui (42) par des moyens démontables (58). 6. Assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens limitant le déplacement de la plaque adaptatrice comprennent une virole (48) fixée à la jonction entre la cloche (34) et le manchon (40). 7. Assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus des colonnes de guidage (44) fixées à la plaque d'appui (42) et coulissant dans la plaque adaptatrice (32). 8. Ensemble assemblage-grappe de commande, comportant un assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes et une grappe de commande, ayant une araignée dont les bras portent des crayons dont certains sont destinés à s'insérer dans les tronçons tubulaires de guidage et dans les tubes guides, caractérisé en ce que la plaque d'appui (42) est percée en son centre d'un trou circulaire de passage du pommeau de l'araignée de grappe et en ce que le pommeau est prolongé vers le bas par un fourreau (80) contenant un ressort d'amortissement (42) repoussant la bague d'appui (84) vers une position déterminée, en saillie vers le bas par rapport au fourreau.