METHOD AND TOOL FOR MANUFACTURING A FUEL ASSEMBLY FOR A LIGHT WATER NUCLEAR REACTOR

Abstract: 1. Process for the construction of a fuel assembly for a nuclear reactor of the light water type, comprising, in known manner, two end members (2, 3) bridged by hollow guide tubes (4) and to which are fixed spacer grids (5) in which, fissile fuel rods (6) are fixed, of the type in which the end members (2, 3) are preliminarily fixed to the guide tubes (4) which have previously been slid with light friction on the spacer grids (5), final rigid fixing is provided between the spacer grids (5) and the guide tubes (4), at least one of the end members is loosened to slide fuel rods (6) into the remaining empty positions on the spacer grid (5) and the final locking is provided on the end member or members, characterised in that the preliminary fixing of the end members (2, 3) is achieved without inducing any torsion on the guide tubes (4) located between the two end members (2, 3), and in that longitudinal traction is applied to at least one of the two ends of the guide tubes (4), and in that the final rigid fixing of the spacer grid (5) is provided while the guide tubes (4) are placed under tension and with no induced torsion.

Description: La présente invention concerne les assemblages combustibles de réacteur nuclÉaire du type d bau légère qui comprennent, des façon connue-,- un ensemble de forme générale parallélépipédique, comportant un grand nombre de crayons élémentaires renfermant le matériau combustible fissile gainé. Un tel assemblage se compose d'un squelette comportant lui-même deux pièces dsextrémité massives entretoisées par un faisceau de tubes guide creux dans lesquels sont logées les barres de contrôle et, fixées à intervalles réguliers sur les tubes guide précédents, une série de pièces d'espacement appelées grilles dans les différents canaux de section carrée desquelles sont enfilés à frottement doux les crayons combustibles. Ces assemblages, juxtaposés verticalement pour constituer le coeur actif d'un réacteur nucléaire, baignent dans l'eau sous--press.iQn -de refroidissement chargée d'évacuer-les calories et ont, couramment, une longueur comprise entre 4 et 5 mètres. Cette dernière dimension, le poids considérable de chacun des crayons ainsi que la légèreté des grilles d!espacement conduisent dans la pratique industrielle, à des difficultés de réalisation parfois considérables et dont l'une des plus importantes est la suivante. La liaison entre les tubes guide et les pièces d'extrémité est fréquemment réalisée par vissage d'éléments filetés et les pièces d'espacement intermédiaire ou grilles sont rigidement Ees aux tubes guide par soudage ou par un procédé de déformation mécanique (expansion) des tubes guide au dessus et endessous des grilles. Pour réaliser le squelette d'un tel assemblage combustible, on maintient généralement le# tubes fixés sur les pièces d'extrémité puisez on fixe ensuite rigidement les grilles d'espacement sur lesdits tubes ainsi fixés. Lors de llopération de fixation des tubes guide sur les pièces d'extrémité, il est nécessslre d'étirer ces tubes avec une certaine force prédéterminée de façon à s'assurer que ceux-ci sont bien au contact de la pièce d'extrémité et à permettre ainsi la compensation des différences de longueur statistiques qui peuvent exister à la fabrication entre les différents tubes. Cette mise en place des tubes et leur solidarisation avec les pièces d'extrémité est réalisée par une liaison vissée qui est une opération délicate et longue et qui se fait à l'aide d'outils permettant la mesure des couples appliqués. En effet, ces couples doivent être inférieurs à une valeur limite de façon à éviter d'éventuelles détériorations des filetages. Pour fabriquer un tel assemblage, on fixe ensuite rigidement les grilles d'espacement sur les tubes ainsi vissés puis il est nécessaire de démonter au moins l'une des plaques d'extrémité pour pouvoir mettre en place les crayons de combustible, ce qui nécessite ensuite le remontage de cette (ou de ces ) plaque(s) en prenant évidemment les mêmes précautions au moment du serrage- de chaque vis. quant à la valeur des couples appliqués. Malheureusement, le vissage et le serrage des éléments filetés-pour réaliser la fixation des pièces d-' extrérnité sur le faisceau des tubes guide a presque toujours pour effet de créer dans ces tubes un effet de vrillage du à l'introduction de couples de torsion. Comme c'est ensuite dans cet état des tubes que l'on fixe dessus rigidement les différentes grilles d'espacement, il en résulte que cet état de vrillage risque d'être ainsi figé et conserve par la suite, ce qui peut entraîner un défaut géométrique permanent de l'assemblage, nuisible à sa bonne tenue en pile ainsi qu'à sa solidité et à sa.durée de fonctionnement. La présente invention a précisément pour objet un procédé de fabrication d'un assemblage combustible de réacteur-nucléaïre 'du type Åa eau légère qui, a l'aide d'un outillage particulièrement simple à mettre en oeuvre, permet d'éviter l'inconvénient majeur décrit précédemment. Le procédé de fabrication d'un assemblage combustxble d'un réacteur nucléaire du type -d eau légère, objet de 1 invention, ledit assemblage comprenant de façon connue deux pièces d'extrémité entretoisées par des tubes guide creux destinés à récevoir les barres de contrôle et sur lesquels sont fixées des grilles d'espacement dans lesquelles sont logés les crayons de matière combustible fissile, du genre de ceux dans lesquels on solidarise par vissage les pièces d'extrémité sur les tubes guide préalablement enfilés à frottement doux dans les grilles d'espacement, on réalise la fixation rigide définitive des grilles d'espacement sur les tubes guide, on désolidarise au moins l'une des pièces d'extrémité pour enfiler les crayons de matière combustible dans les logements restés vides des grilles d'espacement et l'on réalise le vissage définitif de la (dés) pièces d'extrémitér se caractérise en ce que-la première solidarisation des pièces d'extrémité sur les tubes guide est rdalis4e par une-mise en tension sans torsion des tubes guide. On conçoit ainsi que, 1 première fixation, ou fixation provisoire des tubes une sur les pièces d'extrémité ayant lieu par tout moyen connu et notamment par vissage, sans induction d'une quelon- que torsion ou vrillage dans les tubes guide, permet ensuite de fixer les grilles d'espacement sur les dits tubes en solidarisant ainsi les différentes pièces du squelette constituant chaque assemblage dans un état libre de toute contrainte mécanique néfaste. Selon une caractéristique @@@@@ante de la présente invention, la fixation sans @@@@@@ des tu- bes guide sur les pièces extrémité est réalisée par un vissage léger sur les tubes guide préalablement disposés entre les deux pièces d'extrémité, puis une application d'une traction longitudinale à au moins l'une de leurs deux extrémités. Les différentes pièces constituant le squelette de l'assemblage étant rigoureusement positionnées sur un banc de montage calibré, la traction longitudinale exercée sur chacun des tubes guide permet d'abord de rattrapper les écarts statistiques de longueur que peuvent présenter ces différents tubes après leur fabrication et, surtout, d'assurer leur fixation par vissage sur les pièces d'extrémité sans induire de torsion dans les tubes guide et sans nécessiter d'opération longue et délicate. Dans ces conditionst la fixation finale des tubes guide aux pièces d'extrémité se fait alors que les dits tubes guide sont déjà rigidement fixés aux grilles# d1espacement et bien entendu après que les crayons combustibles aient été mis en-place. Les liaisons rigides ainsi réalisées lors de la fixation des grilles d'espacement sur les tubes guide maintiennent ces tubes fortement entre eux évitant ainsi tout risque de vrillage lors du serrage des vis de liaison définitives, Selon une variante de la présente invention, la fixation provisoire des tubes guide sur les pièces d'extrémité de l'assemblage ainsi que la mise sous tension longitudinale de ces mêmes tubes guide peut etre réalisée à l'aide d'une pince expansible pénétrant dans les extrémités des tubes guide pour assurer leur fixation provisoire. La présente invention a également pour objet un outillage pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication précédent qui se caractérise en ce qu'il comporte pour chaque extrémité d'un assemblage - une plaque métallique interne apte a s'appliquer sur le fond de la pièce d'extrémité - une plaque métallique externe pouvant se déplacer, sous l'effet d'un vérin, le long de colonnes de glissement fixées sur la plaque interne, en translation longitudinale par rapport à celle-ci - des tirants filetés traversant des orifices en correspondance dans la pièce d'extrémité et dans les deux plaques interne et externe, aptes à venir en prise avec le filetage interne des extrémités des tubes guide, et munis chacun d'une tête sur laquelle vient s'appuyer un ressort de compensation de l'action du vérin. Selon une variante de réalisation de l'outillage précédent, les tirants qui traversent les orifices en correspondance dans les pièces d'extrémité et dans les deux plaques interne et externe sont équipés à leur extrémité d'une pince expansible apte à venir saisir l'intérieur creux du tube guide correspondant. Dans ce mode de réal sation particulier, la fixation des tubes guide sur les pièces d'extrémité et leur mise sous tension long tudinale, est réalisée sans vissage, ce qui, per conséquent, exclut complètement tout risque de torsion des dits tubes guide avant la fiaio des grilles d'espacement. De toute façon la présente invention sera mieux comprise à la lecture qui suit de le description de deux exemples de mise en c#(:'#rr# description qui sera faite en se référant. jL'X çig oes 1 à 4 ci-jointes sur lesquelles - la fig. I montre le principe du positionnement sur un banc de montage calibre ctes différents éléments constituant le squelette d'un assemblage combustible fabrique selon le procédé objet de l'invention - la fig. 2 montre l'étape suivante de la réalisation de 1'assemblage - les figs. 3a et 3b représentent1 dans cet ordre et de gauche à droite, les deux extrémités d'un assemblage combustible en cours de montage équipées chacune d'un outillage objet de la présente invention ; - la fig. 4 montre une variante de réalisation de l'outillage des figs. 3a et 3b. - la fig. 5 illustre une autre variante de réalisation de l'outillage des fig. 3a et 3b. D'une façon générale, les diffé- rentes figures précédentes représentent l'assemblage en cours de fabrication, dans sa position couchée sur un banc de positionnement prêcalibré. Les vues sont dessinées en coupe partielle et élévation, avec arrachement d'un certain nombre de pièces pour permettre les vues de détail. Sur la fig. 1, on a représenté un banc de montage 1 se composant d'un cha#ssis supérieur la et d'un châssis inférieur lb. Entre ces deux chassis, est disposé le squelette d'un assemblage qui comporte les deux pièces d'extrémité 2 et 3 et un certain nombre de tubes guide creux 4. Sur les tubes guide 4 ont été préalablement enfilés à frottement doux des grilles d'espacement 5 représentées schématiquement en pointillées sur la figure ainsi que l'emplacement de l'un des crayons de combustible 6 maintenus en place par l'ensemble des grilles d'espacement 5. Sur le banc de positionnement 1, les pièces d'extrémité 2 et 3 ainsi que les différentes grilles d'espacement 5 sont positionnées de façon rigoureuse par des cales prédisposées 7. L'emplacement de ces cales 7 a été choisi de façon à positionner d'avance les pièces d'extrémité 2 et 3 et les grilles d'espacement 5 exactement dans la relation spatiale qui doit être celle qu'ils occuperont dans 1'assemblage combustible terminé. Conformément à l'invention, deux outils d'extrémité 8a et 8b sont adaptés dans les fonds des pièces d'extrémité 2 et 3 et comportent des moyens 9a et 9b de fixation des tubes guide 4 sur les pièces d'extrémité 2 et 3. Le plus souvent, ces moyens de fixation sont constitués d'éléments de vissage d'un genre en soi connu. Selon le procédé objet de l'invention, on exerce par un moyen, non représenté sur la fig.1, une traction longitudinale symbolisée par les flèches F sur chacun des outils 8a et 8b de façon à réaliser une tension des différents tubes guide 4 entre les deux extrémités de l'assemblage. On peut alors fixer les différentes grilles d'espacement 5 à leurs places respectives sur les tubes guide 4 par tout moyen connu, tel que, par exemple, soudage ou dudgeonnage provoquant une expansion au niveau de chaque grille 5. A ce moment, le squelette de l'assemblage représenté sur la fig. 1 est mécaniquement rigidifié et figé sans possibilité d'y induire des torsions parasites, notamment dans les tubes guide t lors du vissage définitif ultérieur de ceux-ci sur les pièces d'extrémité 2 et 3 correspc;zRantes Les étapes suivantes de la fabri- cation de l'assemblage se déduisent facilement de la fig. 2 où l'on voit, qu'après avoir désolidarisé l'une des pièces d'extrémité; 3 par exemp. le, des tubes guides 4,on vient enfiler à frottement doux, dans les logements des grilles d'espacement 5 les différents crayons de combustible 6 . Lorsque Ce travail est terminé, il suffit alors de iE#piacE- la pièce d'extrémité 3 à son emplacement p::évu et de serrer l'ensemble par vissage définitif des pièces 9a et 9b, sans risque de provoquer une GeEormazion des tubes 4 ni du squelette i'assem- place en général On décrira maintenant en se référant aux figures Ja et 3b le détail d'un des modes de réalisation possibles des outillages d'extrémité Sa et 8b de la fig 1. Les figs. 3a et 3b doivent se lire de gauche à droite et représentent respectivement deux extrémités du %mime assemblage en cours de fabrication. Bien entendu on retrouve sur les figs. 3a et 3b les mêmes éléments que ceux de la fig l ainsi que les différentes cales d'encastrement 7 des pièces d'extrémité 2 et 3 et des grilles d'espacement 5. Les éléments correspcndants des extrémités gauche et droite de l'assemblage portent le même nombre de référence, assortis de l'indice a pour l'extrémité de gauche sur la fig. 3a et de l'indice b pour l'extrémité de droite sur la fig. 3b. Selon 1 invention, l'outillage de fabrication du squelette de l'assemblage est essentiellement constitué de deux plaques métalliques mobiles 10a externe et lia interne pour l'extr#mité de la fig. 3 et 10b (externe) et llb (interne) pour l'extrémité de la fig. 3b. Ces deux plaques qui s'adaptent exactement sur le fond des pièces d'extrémité 2 et 3 sont positionnées l'une par rapport à l'autre et mobiles en translation longitudinale selon l'axe général de l'assemblage grâce à des colonnes de glissement 12a et 12b. Ces colonnes de glissement 12a et 12b sont respectivement vissées dans des alésages correspondants 13a et 13b des plaques internes lia et llb. Les plaques métalliques internes lia et llb comportent en face de chaque tube guide 4 des alésages 14a et 14b qui correspondent d'ailleurs à des alésages 15a et 15b en correspondance avec les précédents dans les plaques métalliques externes 10a et lOb. Des tirants 9a et 9b possèdent une tête filetée 16a et 16b susceptible de coopérer par vissage avec lesextrémités correspondante-s des tubas rigide 4. Le tirant 9b de la fig. 3h est réalisé sous la forme d'une tige creuse permettant le passage d'un outil d'expansion dont l'utilité apparaîtra ultérieurement. Sur chaque tirant 9a et 9b se trouve situé, entre la tête correspondante 27a et 27b et la plaque métallique externe 10a et 10b un ressort 17a, 17b permettant d'appliquer une force longitudinale sur lesdites plaques métalliques externes 10a et lOb. Un vérin 18a, 18b de mise en compression des ressortir précédents 17a, 17b est vissé dans un alésage 19a, 19b de la plaque externe 10a, 10b correspondante et immobilisé par rapport à celle-ci à l'aida d'un écrou de fixation 20a, 20b, Chacun des deu vérins 18a et 18b comporte un piston 21 lié à la plaque interne lia, llb. Le fonctionnement de la structure représentée sur les figs. 3a et 3b est le suivant. Lors de la première solidarisation des tunes guide 4 sur les pièces d'extrémité 2 et 3, on effectue un vissage léger à la main des éléments filetés 16a et 16b dans les extrémités creuses également filetées des différents tubes guide 4 Dans le cas particulier des figs. 3a et 3b donné à titre illustratif et non limitatif, la pièce d'extrémité 2 comporte, en face de chaque tube guide 4 une portée conique 22 q##i permet d'aligner au même niveau de translation longitudinale toutes les extrémités situées su la partie gauche de la fig. 3a des différents tubes guide 4 En d'autres termes, les rattrappages de différences de longueur pouvant exister d'un tube 4 à l'autre sont effectués par l'e.U#émité opposée de la figure 3b au n: : de la pièce d extrémité 3. Lorsque cette première étape est réalisee, ori met sous tension b l'aide des - ns 18a et 18b les ressorts 17a et 17b enprovoquant l'écartement en translation des plaques externe et inter- ne 10a et 11a d'une part et 10b et 11b de l'autre, ce qui conduit à la mise sous tension longitudinale des tubes guide 4 Une fois cette mise sous tension réalisée, on introduit par la partie creuse des tirants 9b un outil grâce auquel on réalise la fixation définitive des grilles 5 sur les tubes guide 4, soit à l'aide d'un dudgeonnage 23 pratique entre le tube guide 4 et un manchon 28 soudé à la grille, soit à l'aide de tout procédé de liaison métallurgique tel que soudure entre tube guide et grille, cette fixation aux emplacements voulus des différentes grilles d'assemblage 5 de façon rigide et définitive étant alors effectuée alors que les tubes guide 4 sont étirés et placés sans aucune torsion induite. Une fois cette opération effectuée, on peut détensionner les tubes guide 4 en supprimant l'effort fourni par les vérins 18a et 18b ; on désolidarise les tirants 9a et 9b en les dévissant simplement à la main, ce qui permet alors de démonter les pièces diext-é- mité 2 et 3 pour introduire à leur place définitive les différents crayons combustibles 6. Enfin, il suffit de replacer ces pièces d'extrémité 2 et 3 et de les serrer par vissage définitif comme cela est représenté en 25 sur la figure 3a, pour achever la fabrication de l'assemblage Sur la fig. 5, on a représenté une autre variante de réalisation de l'outillage objet de l'invention. Sur cette fig. 5, on retrouve tous les éléments de l'exemple des figure 3a et 3b munis des mêmes nombres de référence, mais cette fois, les ressorts 17a et 17b sont situés entre les plaques métalliques externes lova, 10b et internes lIa, llb. Le fonctIonnement de cette variante de realisation est par ailleurs similaire d celui de la précédente, les montages des ressorts et du vérin étant toutefois en opposition par rapport aux fonctions correspondantes des fig. 3a et 3b. L'outillage ainsi décrit assure une fixation entre pièces d'extrémité et tubes guide sans aucune torsion dans les tubes puisqu'elle est obtenue par un vissage léger des élements filetés, et les tubes guide sont maintenus sur chaque pièce d'extrémité avec une force très précise et identique pour chaque liaison Lors de la fabrication du squelette d'un assemblage, l'utilisation de cet outillage permet de n'effectuer la liaison vissée définitive entre les tubes guide et les pièces d'extrémité que lorsque ceux-ci sont rigidement maintenus par les grilles. Le recours au procédé objet de l'invention permet en outre un gain de temps considérable puisque, lors de la réalisation de la pre mière liaison provisoire entre les tubes et les pièces d'extrémité, la mise sous tension des tubes guide dont les différences statistiques de longueur sont compensées, se fait en une seule fois pour toutes les liaisons par l'action des ressorts 17 et du vérin 18 sans nécessiter le recours à des outils de serrage et de mesure des couples de serrage puisque les tubes guide 4 sont reliés aux tirants 9 par vissage léger. Sur la fig 4 où l'on retrouve les mêmes éléments portant les mêmes nombres de référence que sur les figs. 1 ou 3, on a simplement illustré une variante possible des moyens de solidarisation provisoire des tubes guide 4 aux plaques d'extrémité 2 et 3. Comme on le voit sur la partie gauche de cette fi#gure 4, le tirant 9a est terminé par une pince expansible 26 qui permet de saisir l'intérieur de l'extrémité du tube guide 4 sans qu'il y ait même besoin de recourir à un vissage léger. Cette liaison permet de réaliser la mise sous tension longitudinale du tube guide 4 comme dans l'exemple précédent et les autres étapes de fabrication de l'assemblage sont ensuite identiques.

Claims: REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un assemblage combustible de réacteur nucléaire du type d eau léger comprenant, de façon connue, deux pièces d'extrémité (2, 3) entretoisées par des tubes guide creux (4) et sur lesquels sont fixées des gilles d'cspaceet (r) surs lesquelles sont logés les crayons (6) de matière combustible fissile, du genre de ceux dans lesquels on solidarise par vissage les pièces d'ex trémité (2,3) sur les tubes guide (4) préalablement enfilés à frottement doux dans les grilles d'e-spacement (5), on réalise la fixation rigide définitive des grilles d'e-spacement (5) sur les tubes guide (4), on désolidarise au moins l'une des pièces d'extrémité pour enfiler les crayons de matière combustible (6) dans les logements restés vides des grilles d'espacement (5) et l'on réalise le vissage définitif de la (des)pidce (s) d'extrémité, caractérisé en ce que la première solidarisation des pièces d'extrémité sur les tubes guide est réalisée par une mise en tension sans torsion. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un vissage sans torsion est réalisé sur les tubes guide t41 préalablement disposés entre les deux pièces d'extrémité (2, 3), puis en ce qu'on applique une traction longitudinale à au moins l'une de leurs deux extrémités. 3. Outillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque extrémité d'un assemblage - une plaque métallique interne (lla,ilb) apte à s'appliquer sur le fond de la pièce d'extrémité (2 ,3) ; ; - une plaque métallique externe (l0a, 10b) pouvant se déplacer sous l'effet d'un vérin (18a, 18b), le long de colonnes de glissement (12a,12b) fixées sur la plaque interne (lla,llb), en translation longitudinale par rapport à celle-ci - des tirants filetés, (9a,9b), traversant des orifices (14a,14b,15a,15b) en correspondance dans la piece d'extrémité et dans les deux plaques interne et externe, aptes à venir en prise avec le filetage interne des extrémités des tubes guide (4), et munis chacun d'une tête (27a,27b) sur laquelle vient s'appuyer un ressort de compensation (17a,17b) de l'action du vérin. 4. Outillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, pour chaque extrémité d'un assemblage - une plaque métallique interne (lla,llb) apte à s'appliquer sur le fond de la pièce d'extrémité (2,3) ; - une plaque métallique externe (10a,10b) pouvant se déplacer, sous l'effet d'un vérin (18a,18b) le long de colonnes de glissement (12a,12b) fixées sur la plaque interne (11a,11b), en translation longitudinale par rapport a celle-ci,o - des tirants (9a,9b) traversant des orifices en correspondance dans la pince d'extrémité et dans les deux plaques interne et externe, équipés à leur extrémité d'une pince expansible (26) apte à venir saisir l'intérieur creux du tube guide (4) corresponsant etmunis chacun d'une tette sur laquelle viens 5r > ressort de compensation de l'action du vérin.

Inventors: BONNAMOUR, MICHEL, FILARY, GERARD, LE PARGNEUX, JACQUES, Filary, Gérard
Applicants: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ETABLISSEMENT DE CARACTERE SCIENTIFIQUE TECHNIQUE ET INDUSTRIEL, FRAMATOME
Application year: 1982
Main classification: G21C3
IPC codes: G21C21, G21C3, B25B27