Brevet FR2784221A1 — publié le 20000407

L'invention concerne un assemblage de combustible pour un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau comportant un moyen de guidage d'un conduit d'instrumentation. Les réacteurs nucléaires à eau sous pression comportent un coeur formé d'assemblages de forme prismatique disposés verticalement et repo- sant sur une plaque de support à l'intérieur de la cuve du réacteur nucléaire. Les assemblages de combustible comportent une ossature de main- tien d'un faisceau de crayons combustibles parallèles entre eux, disposés dans une direction axiale de l'assemblage de combustible. L'ossature com- porte une pluralité de plaques-entretoises transversales de maintien des crayons et une pluralité de tubes-guides de direction axiale se substituant à certains crayons de l'assemblage de combustible et deux embouts d'extrémité fixés aux extrémités des tubes-guides. L'un des embouts, ou embout inférieur, par l'intermédiaire duquel l'assemblage de combustible repose sur la plaque de support de coeur comporte une plaque adaptatrice transversale par rapport aux tubes-guides de l'assemblage et des pieds fixés sur la plaque adaptatrice destinés à venir reposer, dans la position de ser- vice de l'assemblage de combustible, sur la plaque de support du coeur. Pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire, il est nécessaire de réaliser périodiquement des mesures de flux à l'intérieur même du coeur. On utilise pour cela des détecteurs à fission de très petites dimensions qui sont déplacés par commande à distance à l'aide de câbles téléflex, à l'intérieur de conduits d'instrumentation constitués par des tubes fermés à l'une de leurs extrémités, appelés doigts de gant. Les doigts de gant sont introduits dans certains assemblages du coeur disposés suivant une répartition pré- déterminée, à l'intérieur des tubes-guides d'instrumentation de ces assem- blages de combustible. Par déplacement des détecteurs de flux à l'intérieur des doigts de gant introduits dans les assemblages de combustible, on peut effectuer des mesures de flux suivant toute la hauteur du coeur. Les doigts de gant doivent pouvoir être extraits des assemblages du coeur, par exemple pour faciliter les opérations de rechargement du coeur; pour cela, on exerce une traction sur l'extrémité des doigts de gant depuis un local d'instrumen- tation disposé latéralement par rapport au puits de cuve du réacteur. Les doigts de gant traversent le fond inférieur bombé de la cuve et parviennent à la base du coeur, pour pénétrer dans les tubes-guides d'instrumentation des assemblages de combustible, chacun par l'intermé- diaire d'un passage de traversée rectiligne ménagé par un ensemble de gui- dage comportant en particulier une manchette de traversée du fond de cuve, une colonne verticale fixée sur la face inférieure de la plaque de support de coeur et une ouverture rectiligne traversant la plaque de support de coeur, dans l'alignement du tube-guide d'instrumentation de l'assemblage de com- bustible correspondant. La partie terminale du passage de traversée du conduit d'instrumen- tation est généralement constituée par une douille fixée sur la face supé- rieure de la plaque de support de coeur, dans le prolongement de l'ouverture traversant cette plaque. On ménage cependant un espace libre entre l'extrémité de la douille et l'entrée du tube-guide d'instrumentation de I'assemblage de combustible pour faciliter la mise en place de l'assemblage, lors du rechargement du réacteur et pour permettre les déplacements ac- compagnant la dilatation différentielle de l'assemblage de combustible par rapport aux équipements internes inférieurs du réacteur. Il est également possible de concevoir la douille de guidage du con- duit d'instrumentation sous une forme télescopique, la douille comportant une partie mobile dans la direction axiale rappelée par ressort, destinée à absorber les déplacements et dilatations tout en assurant un guidage conti- nu du conduit d'instrumentation entre le trou de passage traversant la pla- que supérieure de coeur et le tube de guidage d'instrumentation de I'assemblage de combustible. Néanmoins, les douilles de guidage de conduits d'instrumentation fixées sur la plaque supérieure de coeur, au niveau de certaines positions d'assemblages de combustible, qu'elles soient réalisées sous forme rigide ou sous forme télescopique, doivent être adaptées aux dimensions de I'embout inférieur des assemblages de combustible. En effet, la distance entre la partie d'entrée du tube-guide d'instrumentation sur la surface infé- rieure de la plaque adaptatrice et la surface supérieure de la plaque de sup- port de coeur est variable avec la hauteur des pieds de l'embout inférieur de l'assemblage de combustible. En particulier, pour augmenter la puissance thermique des réacteurs nucléaires, on a proposé de rallonger la colonne fissile des assemblages de combustible constituée par les crayons de combustible. Afin de ne pas mo- difier la hauteur de la cuve du réacteur renfermant le coeur, on a été amené à modifier la structure de la plaque de support de coeur pour réaliser cette plaque sous la forme d'une plaque épaisse dont l'encombrement en hauteur est inférieur à l'encombrement des plaques supérieures de coeur utilisées précédemment qui comportaient deux plaques élémentaires entretoisées. Du fait de l'échauffement plus important de la plaque épaisse par rapport aux plaques entretoisées des solutions précédentes, on a dû accroître la distance entre la colonne fissile et la plaque pour réduire le flux de radiations reçu par cette plaque et garantir sa tenue à l'irradiation. On a donc proposé de rallonger les pieds des embouts inférieurs des assemblages de combus- tible d'une longueur proche de 7 cm. De manière générale, il peut être nécessaire d'effectuer le charge- ment d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau avec des assemblages de combustible présentant des embouts inférieurs ayant des hauteurs de pieds différentes. Dans ce cas, on doit équiper la plaque de support de coeur de douilles de caractéristiques différentes, suivant la position de ces douilles et le plan de chargement du coeur en assemblages de combustible ayant des embouts inférieurs différents. Il en résulte une grande complexité des opérations d'entretien et de rechargement du coeur des réacteurs nucléaires, en particulier du fait de la difficulté de remplacer des douilles de guidage dans une partie fortement irradiée du réacteur nucléaire. Le but de l'invention est donc de proposer un assemblage de com- bustible pour un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau comportant une os- sature de maintien d'un faisceau de crayons combustibles parallèles entre eux, disposés dans une direction axiale, comprenant une pluralité de pla- ques entretoises transversales de maintien des crayons, une pluralité de tubes-guides de direction axiale se substituant à certains crayons de l'assemblage de combustible, dont un tube de guidage d'un conduit d'instrumentation à la partie centrale de l'assemblage de combustible et deux embouts d'extrémité fixés aux extrémités des tubes-guides, I'un des embouts ou embout inférieur comportant une plaque adaptatrice transver- sale par rapport aux tubes-guides de l'assemblage et des pieds solidaires de la plaque adaptatrice destinés à venir reposer dans la position de service de l'assemblage de combustible, sur une plaque de support de coeur du réac- teur nucléaire traversée par une ouverture de passage du conduit d'instrumentation, cet assemblage de combustible permettant d'assurer un très bon guidage du conduit d'instrumentation jusqu'à l'entrée du tube-guide d'instrumentation, quelles que soient les caractéristiques dimensionnelles de l'embout inférieur de l'assemblage de combustible. Dans ce but, un manchon de guidage tubulaire est fixé dans une ou- verture traversant la plaque adaptatrice de l'embout inférieur, à sa partie centrale, dans le prolongement du tube-guide d'instrumentation, de manière à se trouver en saillie par rapport à une face inférieure de la plaque adapta- trice destinée à venir en vis-à-vis de la plaque de support de coeur. Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un assemblage de combustible suivant l'invention comportant un manchon de guidage d'ins- trumentation. La figure 1 est une vue en perspective d'un assemblage de combusti- ble reposant sur la plaque de support de coeur d'un réacteur nucléaire re- froidi par de l'eau sous pression et du contour d'un assemblage voisin dans le coeur présentant des caractéristiques différentes. La figure 2A est une vue en coupe axiale de l'embout inférieur d'un assemblage de combustible suivant l'invention comportant un manchon de guidage. La figure 2B est une vue en coupe d'une variante de réalisation du manchon de guidage. Sur la figure 1, on a représenté un assemblage de combustible dési- gné par le repère 1 qui repose par l'intermédiaire de son embout inférieur 2 sur une plaque de support de coeur 3 d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression. L'assemblage de combustible 1 comporte un faisceau de crayons de combustible 4 dans lequel les crayons 4 sont tous parallèles entre eux et disposés suivant la direction axiale 5 de l'assemblage de com- bustible. Les crayons de combustible 4 sont maintenus par une ossature comportant des grilles-entretoises 6 réparties, dans la direction axiale 5, sui- vant la longueur de l'assemblage de combustible assurant le maintien des crayons de combustible 4 suivant un réseau régulier généralement à mailles carrées visible dans la partie supérieure de la figure 1. L'assemblage de combustible 1 présente une forme prismatique droite à section carrée, et les grilles-entretoises sont de forme carrée. Des tubes-guides 7 sont substitués à certains crayons 4, dans le faisceau de crayons; les tubes-guides 7 pré- sentent une longueur supérieure à la longueur des crayons 4 et comportent des parties en saillie dans la direction axiale à chacune des extrémités du faisceau. Les embouts d'extrémité de l'assemblage de combustible tels que I'embout inférieur 2 sont fixés aux extrémités des parties en saillie des tu- bes-guides 7. L'embout inférieur 2 comporte une plaque adaptatrice plane 2a de direction transversale par rapport à l'axe 5 de l'assemblage de combustible et quatre pieds 2b solidaire de la plaque adaptatrice 2a, suivant chacun des angles de la plaque adaptatrice de forme carrée. L'un des tubes-guides 7, disposé à la partie centrale du faisceau et engagé dans une ouverture traversant la plaque adaptatrice 2a à sa partie centrale, est destiné à recevoir un conduit d'instrumentation traversant la plaque de support de coeur 3 par une ouverture de passage 8 située dans I'alignement axial du tube-guide d'instrumentation. Sur la figure 1, on a représenté le contour d'un assemblage de com- bustible 1' placé de manière adjacente à l'assemblage de combustible 1 dans le coeur du réacteur nucléaire qui comporte un embout inférieur 2' par l'intermédiaire duquel l'assemblage 1' repose sur la plaque de support de coeur 3 dont les pieds 2'b sont sensiblement plus courts que les pieds de l'embout 2 de l'assemblage de combustible 1. De ce fait, dans le plan d'appui latéral des embouts 2 et 2', en position de chargement dans le coeur, il existe une ouverture 9 délimitée par la face supérieure de la plaque adap- tatrice de l'embout 2', la face inférieure de la plaque adaptatrice de l'embout 2 et les pieds 2b de l'embout 2 de plus grande hauteur que les pieds 2'b de l'embout 2'. L'eau de refroidissement du réacteur qui circule dans la direction axiale à l'intérieur des assemblages de combustible peut passer dans l'ouverture 9, de sorte qu'il se produit des courants transversaux pouvant mettre en vibration les crayons des assemblages de combustible. On prévoit donc dans la partie inférieure de l'assemblage de combus- tible 1' ayant des pieds de plus faible hauteur, une ceinture ou des plaquet- tes de fermeture des côtés latéraux du faisceau de crayons combustibles. Cette ceinture ou ces plaquettes de fermeture assurent la fermeture des ou- vertures telles que 9, dans le cas o l'assemblage de combustible 1' serait juxtaposé à un ou plusieurs assemblages de combustible tels que 1 com- portant un embout inférieur 2 ayant des pieds 2b de plus grande hauteur que les pieds de l'assemblage 1'. On peut donc résoudre ainsi le problème de la distribution des débits hydrauliques dans les assemblages de combustible ayant des hauteurs de pieds différentes. Comme il est visible sur la figure 1, la distance entre la surface supé- rieure de la plaque de support de coeur 3 sur laquelle débouche l'ouverture 8 de passage d'un conduit d'instrumentation et la face inférieure de la plaque adaptatrice 2a dans laquelle est engagé le tubeguide d'instrumentation de l'assemblage de combustible 1 dépend de la hauteur des pieds 2b de l'assemblage de combustible. Dans le cas o l'on utilise des douilles de gui- dage de conduits d'instrumentation fixées sur la face supérieure de la pla- que de support de coeur 3, il est nécessaire d'utiliser des douilles d'une hauteur supérieure dans le cas d'un assemblage de combustible tel que l'assemblage 1 que dans le cas d'un assemblage de combustible tel que 1' ayant des pieds courts 2'b. Il en résulte une difficulté quant à l'entretien et au chargement du réacteur nucléaire. Sur la figure 2A, on a représenté l'embout inférieur 2 d'un assem- blage de combustible suivant l'invention constitué par une plaque adapta- trice 2a solidaire de pieds 2b destinés à venir reposer sur la surface supé- rieure de la plaque adaptatrice 3. L'assemblage de combustible dont l'embout inférieur 2 est représenté sur la figure 2A est un assemblage de combustible destiné à recevoir un doigt de gant dans un tube-guide d'instrumentation 7 fixé dans une ouverture 11 traversant la plaque adapta- trice 2a de l'embout 2 dans sa partie centrale. Dans sa position de charge- ment, représentée sur la figure 2A, I'assemblage de combustible est disposé au-dessus d'une ouverture 8 de passage de doigts de gant à travers la pla- que de coeur 3 dont l'axe est aligné avec l'axe 5 de l'assemblage de com- bustible suivant lequel sont disposés l'ouverture 11 et le tube-guide d'instrumentation 7. Suivant l'invention, un manchon de guidage 12 est fixé dans l'ouverture 11, dans une disposition coaxiale au tube-guide d'instrumentation 7 et à l'ouverture 8 de passage d'un doigt de gant à travers la plaque de support de coeur 3. Le manchon 12 comporte une partie tubulaire cylindrique 12a ayant un filetage sur sa surface externe permettant de visser le man- chon de guidage 12 dans une partie taraudée de l'ouverture 11 de la plaque adaptatrice 2a. Le tube-guide 12 comporte également une partie d'extrémité 12b évasée ayant une forme tronconique pour faciliter l'engagement d'un doigt de gant dans le manchon de guidage 12. La longueur du tube de guidage 12 est choisi de manière que la dis- tance entre l'extrémité du cône d'engagement 12b du manchon 12 et la surface supérieure de la plaque de support 3 sur laquelle débouche l'ouverture 8 soit la plus faible possible, compte tenu des impératifs concer- nant le chargement et le fonctionnement de l'assemblage de combustible dans le coeur du réacteur nucléaire. Le manchon 12 présente une partie en saillie sous la face inférieure de la plaque adaptatrice 2a, située en vis-à-vis de la surface supérieure de la plaque de support de coeur 3 dont la longueur est légèrement inférieure à la hauteur des pieds 2b de l'embout 2. La lon- gueur de cette partie en saillie peut être réglée de manière très précise lors du vissage de la partie filetée du manchon 12 dans l'ouverture 11. Après mise en place et réglage du manchon 12 dans la plaque adaptatrice 2a, on rend le manchon indévissable et imperdable par un point ou un joint de sou- dure 13. Comme il est visible sur la figure 2B, on peut également utiliser un manchon de guidage 12 dont la partie tubulaire filetée est prolongée par une manchette déformable 12c qui peut être expansée à l'intérieur d'au moins un embrèvement 14 usiné dans l'ouverture 11, de la plaque adaptatrice 2a. On peut réaliser ainsi le blocage en rotation du manchon 12 pour le rendre in- dévissable et imperdable. L'assemblage de combustible suivant l'invention permet donc de réa- liser un guidage efficace d'un doigt de gant jusqu'à son entrée à l'intérieur d'un tube-guide d'instrumentation de l'assemblage de combustible, par un manchon de guidage dont la longueur en saillie sous la plaque adaptatrice de l'embout inférieur de l'assemblage de combustible est toujours parfaite- ment adaptée aux caractéristiques de l'embout et en particulier à la hauteur des pieds de l'embout. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. C'est ainsi qu'on peut imaginer de fixer le manchon de guidage dans la plaque adaptatrice de l'embout de l'assemblage de combustible d'une manière différente de celle qui a été décrite. Le manchon de guidage peut présenter également une forme différente pour être adapté aux conditions d'introduction et de guidage du doigt de gant. L'invention peut s'appliquer à tout assemblage de combustible d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau légère comportant un tube-guide d'instrumentation. REVENDICATIONS 1.- Assemblage de combustible pour un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau comportant une ossature de maintien d'un faisceau de crayons de combustible parallèles entre eux disposés dans une direction axiale com- prenant une pluralité de plaques entretoises transversales (6) de maintien des crayons (4), une pluralité de tubes-guides (7) de direction axiale se substituant à certains crayons (4) de l'assemblage de combustible, dont un tube central de guidage d'un conduit d'instrumentation et deux embouts d'extrémité (2) fixés aux extrémités des tubes-guides (7), I'un des embouts (2) ou embout inférieur comportant une plaque adaptatrice (2a) transversale par rapport au tube- guide (7) de l'assemblage (1) et des pieds (2b) destinés à venir reposer, dans la position de service de l'assemblage de combustible (1) sur une plaque de support de coeur (3) du réacteur nucléaire traversée par une ouverture (8) de passage du conduit d'instrumentation, caractérisé par le fait qu'un manchon de guidage tubulaire (12) est fixé dans une ou- verture (11) traversant la plaque adaptatrice (2a) de l'embout inférieur (2) à sa partie centrale, dans le prolongement axial du tube-guide d'instrumentation (7), de manière à se trouver en saillie par rapport à une face inférieure de la plaque adaptatrice (2a) destinée à venir en vis-a-vis de la plaque de support de coeur (3). 2.- Assemblage de combustible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le manchon de guidage (12) présente un fût tubulaire cylindri- que (12a) et une partie d'extrémité tronconique (12b) d'engagement du con- duit d'instrumentation. - 3.- Assemblage de combustible suivant l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisé par le fait que le manchon de guidage (12) com- porte une partie filetée d'engagement et de fixation dans une partie taraudée de ['ouverture (11) traversant la plaque adaptatrice (2a). 4.- Assemblage de combustible suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le manchon de guidage (12) est rendu indévissable et imper- dable par un joint ou un point de soudure (13). 5.- Assemblage de combustible suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que le manchon de guidage (12) comporte, dans le prolongement axial de sa partie filetée vissée dans l'ouverture (11), une manchette défor- mable (12c) pour rendre le manchon de guidage (12) indévissable et imper- dable par déformation de la manchette déformable (12c) dans au moins un embrèvement (14) usiné dans l'ouverture (11) de la plaque adaptatrice (2a).