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COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE
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Convention Internationale de 1883 tu 4.4 Itt ..1tA4. de Brevet d'Addition déposé un Franc t le U.8,1,e.
La. présente i mention êonotrat les élément# oo.bu.t1b18. pour résotours nucléaire$ et a pour Objet un élément combustible perfectionné ainsi qu'un pro.44' de réalisation de Ott 414monte ht brevet principal n'' 80a<BM 410rit tttt élém mont combustible constitué par un barreau tubulaire 0Iiia-' 4lqu. de matériau combustible revêtu d'un gftlmt *4tal liquer la barreau présentant un* section droite lt8it'. par un pourtour externe étoilé présentant des portiOAI de raooordoment de grand rayon *oyez de courbure entre les branches de l'étoile et un pourtour intene oilroul#4rj le ditunetre du pourtour intarmt ti les diotetteiene des brakebon étant choisit pour équilibrer l'epeeeew de ma-* t4rtau cowbuetible dans les portions du barr"., L' 1n"'Dtlon ...1....
la conception d'un etewent
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combustible dont 1& gain@ soit uuaie d'ailettes dim tyw toi que leur uainagt ooit to11..t que leurs porfoeoon thermiques ot a4rodynamlquo..oion satiafidsMites
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La présente invention propose dans ce but un
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élément combustible nucléaire comprenant un barreau cylin- driquo do tér1u combustible k 4ootio.-i étoilé. rOTaU. d'uno iisine ridtellique s do "rdfdr,4nou k or.vi t4 1:.1,-arn... qui présente sur chaque soctour tu rc.ooord:jo:1t ont::) eo'ux brtnches quecontiven un jeu c:. t t.Uot'QI tra.nIVOI' 1'.1.. :;
arf.l1. lose c't torr.1Q sa/.iiblocni cylindrique, obliquer par rapport h. un plan "Orpen4icul.-.iro h l'axe do Ilild2onte Le terme "trn8vol'.el" ont utilité e=o le pré- sent mé-.,oire pour désigner uno ailette telle que 1.. du cylindre le long duquel elle o4t disposée coupe l'ax. Ce l' 416r.1ont.
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Dans un mode de aise en oeuvre préfère, bottine
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à un d16ent dont chaque secteur 8t un pl-ji lengitudintl. de cytaetrit) passant par llcxoo chaque jou d'ailettes out douai i pour présenter un plan longitudinal de .tr10 oonfondu avec le plr.n de symétrie du 4&ttour oorroopondazte
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Lais on pourrait évidement réaliser suivant l'invention un
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61iment dont les branches présenteraient des parties tore!-
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sales non pas droites , mais présentant une forme en hélio.
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ayant pour axe celui de l"llaent.
L'invention t '8lomQnt pour objet un procédé de réalisation d'un dldmont combustible ouni d'ailettes du type ci-absous* Le procédé suivant l'invention conproad les évapes de rov4t#--ont d'un barreau à section crue if orne
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par une Saine métallique pour constituer une ébauche
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ci t.immob11:
f.éatton de l'ébauche Sur une machine-outil munie dluâs frais cylindrique dans une position telle que l'axe de rotation de la fraisa coupe l'axe de l'ébauche, et de de- placement de la fraise vers l'ébauche suivant son axe de *# tation pour exécuter en une seule pas.. un noue-oa4al entre
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deux ailettes successives de recul de la frais* de déplace-
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mvnt relatif de l'ebauoho et de la fraise parallèlement à l'axe de l'ébauche d'un intervalle correspondant à 1' inter-
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valle entre doux ailettes et de répétition des opérations
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d'usinage et de déplagoment suivant l'axe de l'ébaU8.
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1' inclinaison de l'axe de rotation de la fraise sur ' ,
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un plan perpendiculaire h l'axe de l'élément* inclinaison ni* ceanaîre au dQaement et dépendant de la saillie Maxim= des ailettes, me traduit par une pente des ailettes qui peut être utilisée pour favoriser la sortie du fluide caloportour hors des 9oua-'oannuxt
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les caractéristiques de l'invention apparaîtront
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mieux à la lecture de la description qui suit et se référé aux dessine qui l'accompagnent ot montrent# 4 titre d'exem- ples non limitatifs, un certain nombre d'éléments oombustibles constituant des modes .180 un oeuvre de l'invont10n.
Dans les doee1ne -la tisuro 1 montre un premier Piémont, en coupe sui- vant un plan perpendiculaire à son axe, la figure 2 est une vue partielle, en ooupe suivant
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la liane 11-11 de la figure 1,
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La figure 3 montra nohd=tiquement l'éooulotiont du fluide oaloporteur autour de l'élément des figurée 1 et Si la figure 4, similaire à la figure 1, montre un seoond élément suivant 1'invention..
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La figure 1 montre un élément combustible À consti- tué d'un barreau 1 de matériau fissile ou fertile, Percé d'un évidement 2 et revêtu tout entier d'une gaina 3 obturée aux deux extrémités de relouant. Le barreau est par exemple en
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uranium pur ou allie, tt la gaine en alliage mo.n4.iwa-z:
l.l'QO- nium k faible teneur en eirooniuat L'élément à est contré dans un canal (non représenté) paraous, ru par un fluide oaloporteur et de eootion droite convenable
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(circulaire par exemple) par quatre contrours 4, constitués par des lames continues ou non, disposées dans des plana pas- sent par l'axe commun de l'élément et du canal*
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Le barreau de matériau fi8sUo cet du type oruci:
toz4- me à quatre branches * Le terme "cruciforme" doit être inter- prêt' comme couvrant des formes présentant Moins.ou plus do quatre branches* Un choix convenable de la longueur des bran-
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ches du barreau permet, pour un nombre de branches et une oco- tion droite donnée, de donnur au périmètre do la section drai... te du barreau une valeur très supérieure a celle que présenta* rait un élément de môme section à section 4roita o1toulaire, môme évidé..
La. gaine de l'élément combustible suivant l'invention est muniu de quatre jeux d'ailettes transversales cylindriques occupant chacun l'un des secteurs concaves tels que 5 reliant les branches 6. Sur la figure 1, seules les ailettes des sec- tours supérieur et intérieur ont été représentées, le...0-, tours de droite et de gauche étant simplement figures par des lignes en tirets joignant les pieds et les sommets des ailet- . test
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Les ailettes sont exécute os par usinage au moyen d'un outil cylindrique rotatif,
tel qu'une fraise cloches Le tracé
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d'ailettee représente en Figurais et correspond à uno tt4im, le 7 (eohematisee en traits. mixtes} dont le profil longitg"o' nal est en biseau et dont l'axe coupe celui dé l'élément et
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est inolind par rapport à lui d'un angle compatible avec la dégagement de la fraisa Chaque ailette telle quo 8 présente ainsi une forma en auget incliné voro l'arrière, o # oet-Èi-dlro .que le sommet do l'ailotto est décalé lonsitvna1eont par .rapport au pied dans un sens tel quo dans la sono médiane. le sommât d'une ailotto cet décalé* long! tudinal 0 r..ont davantage '# que le pibd par rapport aux zones latérales.
Dans la modu de réalisation rapr6snt4 on figure 1, loa ailottos sont découpées sur une ébauaho de gaine préson-- tant une section droite dont la pourtour ext6r:Leur'(oOr2:'OSiIo pondant à la ligno on tirott reliant los sOmMets 'd'ailette.) est OY:J.;I.ndr1qufJ. La profondeur d'un sous-canal, ou la saillie d'une aïlcittet augmontu alors consibloment depuis les portions latérales du soctour jusque dans sa portion médiane où la saillie présenta sa valeur maximum.
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la larjour d'un sous-oanal, atout-à-dire l'intarvalle entre deux ailottuo successives, mesurée perpendioulairoment aux allottang est détertalnée pur l'épaisseur da la fraise elle est donc constante au niveau de 1 ' emplanture des ailettes et augmente vers le sommet si la fraise présente un profil en' long triangulaire* , Le. figures 1 et 3 montrent schématiquement la cirou- lation du fluide oaloportour dans les conduite 9 limitée par
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un cactour de l'élément combustible# deux oontroure 4 continue ou non et un secteur correspondant de la paroi du canal 10 (figure 3). Sur la figure 3,
les lignes joignant les sommets et les emplantures des ailettes ont seules été indiquées en
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tirets, pour plus do clarté.
Le fluide oaloportour parcourant le canal do l'avant vers l'arrière de la figura pénètre dans chaque sous-canal entre doux ailettes consécutives par les deux portions laté- raies * Les doux filets fluides ainsi constitués prennent un mouvement hélicoïdal dans le sous-canal dont le pas diminue- vers la zone centrale. Les deux filets se rencontrent dans le plan de symétrie où l'inclinaison dos allaites vers l'arriéra facilite leur échappement vers l'extérieur dans le mono radial jusqu'4 la paroi 10 du canal la long do laquelle ils rovion- nent vers les centreurs.
Il se forme ainsi deux écoulements individualisas sonsiblement hélicoïdaux do pas contraire schématisés par les flèches f et f', dans chaque conduit 9.
La profondeur accrue due sous-canaux dans la zone médiane peut géner la sortie des gaz. Aussi, peut-il être uti- le d'utiliser des ailettes soit rognées, soit découpées sur une ébauche de gaine dont la forme initiale n'est pas cylin- drique mais présente des pans coupes 11, comme le montre la fi- sure 4, ou même est concave* Ainsi, la saillie des silettes est-elle diminuée dans la sono centrale et 1' échappement du fluide est facilita. Sur la figure 4, les éléments corres@on- dant à ceux déjà représentes en fissure 1 à 3 portent le même numéro de référence affecté de l'indice a.
Le procédé de réalisation do l'élément des figurés , 1 à 3, notamment l'usinage des ailettes, va maintenant être décrit.
Le barreau 1 est tout d'abord usiné à sa forme défi- nitive. c'est-à-dire cylindrique à section droite cruciforme.
Puis une ébauche de gaine est appliqué sur lo barreau par un procédé classique quelconque et fermée n son doux extrémités
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,1<ébauche lorsque/doit présente? une paroi cxterae 0111'j,quo circulai* rot corne dans le cas. représenta une solution siapl* aonsj.s" réaliser Par filage une ébauche de jgains'présentant une . forma interne reproduisant celle du. "barreau 1 avoo, un léger ou la gaine est ensuite enfilée sur le barreau et appliquee contre ooluï-ci, par exemple par gainas* hydrostatique Pour ftseuror uno adhérenoci étroite entre la saina ot le barreau ot éviter la tlW1aO en Anctourp dot 1.10%'108 ou rninuroi pouvant 3"orQ m4na408 sur le barreau;
lors du gainaga, la Aa1n1 alim'* prima sur lun umproïnteo ainsi constituées Und fois eue opérations lé ba m a% rav3M ' tu do 1 ébauche do &4ine est iMmobilisé sur un plateau de a" ohine-outil et une fraise 7 (sohémat1ed$ en trait. mixte sur luo figures 1 et 2) est ddplaode vars le barreau dans la dires** tion de son axe du rotation 12 qui doit 8tro réglé pour couper l'axa du barreau sous un angle oonvqnablat Ainsi, on réalise en une soûle passe un Boum-canal oomplot entre doux ailottoo# .
ta fraise est ensuite roculdai l'élément est ddplaod suivant son axe 4'uno longueur correspondant à l'intervalle antre doux uiltto8 et une nouvelle opération diuolnago et ottoctudee On peut daalement edaliser le gainage en partant d'
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une ébauche do gaino constituée par un tube cylindrique dont
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Io diamètre extérieur correspond la saillie maximum don ni- lattos à partir de l'axe et dont le diamètre intérieur est trie
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légèrement supérieur au diamètre du cercle circonscrit au bnr-
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reau et appliquer cette gaina par déformation contre Ion DOo- tours concaves# Cette solution est surtout adaptée aux 41é- monte dont les sommets d'ailettes s'ordonnent suivant une lie
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gne ne s'éloignant pas trop d'uno courbe parallèle au pourtour de la section droite du barreau.
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L'usinage des ailettes peut être effectué sur une machine-outil classique munie d'un plateau mobile suivant une direction donnée et sur lequel l'élément combustible * usine* est fixé avec son axe parallèle à cette direction et d'un outil dont l'axe de rotation peut être règle pour croiser l'axe de l'élément* Après l'usinage de* ailottes, une rainure longitudi- . nale peut être découpée dans le plan médian du Moteur pour faciliter l'échappement du fluide.
On voit ainsi qu'en une seule passe d'usinage à la fraisa on peut réaliser une ailetto remplaçant deux ailottes sdjacentos en chevrons d'où une grande simplification de l'opération de taille des ailettes et une diminution sensible de sa durée totale*
Il doit être bien entendu que la portée du présent brevet n'est évidemment pas limitée aux modes de réalisation décrits et teprésentés mais en oeuvra toutes loo variantes restant dans le domaine des équivalences mécaniques.
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CENTRAL COMMISSION OF NUCLEAR ENERGY
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International Convention of 1883 you 4.4 Itt ..1tA4. of Patent of Addition filed a Franc t on U.8,1, e.
The. Present i mentions the element # oo.bu.t1b18. for nuclear resotours $ and has for object an improved fuel element as well as a pro.44 'realization of Ott 414monte ht main patent n' '80a <BM 410rit tttt fuel element consisting of a tubular bar 0Iiia-' 4lqu. of combustible material coated with a gftlmt * 4tal liquer the bar having a * cross section lt8it '. by a star-shaped outer rim presenting large radius raooordoment portiOAI * be of curvature between the branches of the star and an inner rim oilroll # 4rj the ditunetre of the intarmt rim ti the diotetteiene of the brakebon being chosen to balance the swordeew of my - * t4rtau cowbuetible in the portions of the barr "., L '1n"' Dtlon ... 1 ....
the design of an etewent
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fuel of which 1 & gain @ be uuaie of dim fins tyw you that their uainagt must to11..t that their thermal porfoeoon ot a4rodynamlquo..oion satiafidsMites
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The present invention provides for this purpose a
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nuclear fuel element comprising a cylindrical rod of starry k 4ootio.-i fuel ter1u. rOTaU. uno iisine ridtellique s do "rdfdr, 4nou k or.vi t4 1: .1, -arn ... which presents on each soctour you rc.ooord: jo: 1t have: :) eo'ux brtnches who contiven a game c :. t t.Uot'QI tra.nIVOI '1'.1 ..:;
arf.l1. lose c't torr.1Q sa / .iiblocni cylindrical, oblique in relation to h. a plane "Orpen4icul .-. iro h the axis of Ilild2onte The term" trn8vol'.el "have utility e = o the present me -., oire to denote a fin such as 1 .. of the cylinder along which it is placed and intersects the axis. This 416r.1ont.
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In an ease preferred, ankle boot
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to a d16ent of which each sector 8t a pl-ji lengitudintl. of cytaetrit) passing through llcxoo each play of fins out douai i to present a longitudinal plane of .tr10 oonfused with the plr.n of symmetry of the 4 & ttour oorroopondazte
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But one could obviously achieve according to the invention a
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It is like the branches of which present torus parts! -
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dirty not straight, but with a helio shape.
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having for axis that of llaent.
The invention t '8lomQnt for object a method of making a combustible dismantling or fins of the type described above * The method according to the invention conproad the evapes of rov4t # - have a bar with a green section if adorns
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by a metal sound to constitute a blank
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here t.immob11:
f.eatton of the blank On a machine tool provided with fresh cylindrical blades in a position such that the axis of rotation of the mill intersects the axis of the blank, and of movement of the milling cutter towards the blank following its axis of * # tation to execute in a single step .. a knot between
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two successive retraction fins * of displacement
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relative movement of the ebauoho and the milling cutter parallel to the axis of the blank by an interval corresponding to the inter-
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valle between soft fins and repetition of operations
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machining and displacement along the axis of the ébaU8.
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1 'tilting the axis of rotation of the cutter to',
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a plane perpendicular to the axis of the element * inclination ni * ceanaîre to the displacement and depending on the Maxim projection = of the fins, results in a slope of the fins which can be used to promote the exit of the heat transfer fluid out of the 9was. 'oannuxt
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the characteristics of the invention will appear
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better on reading the description which follows and with reference to the drawings which accompany it and show # 4 by way of nonlimiting examples, a certain number of combustible elements constituting modes .180 a work of the invont10n.
In the figures -la tisuro 1 shows a first Piedmont, in section following a plane perpendicular to its axis, FIG. 2 is a partial view, in section following
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the liana 11-11 in figure 1,
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Figure 3 shows nohd = tique the ooulotiont oaloporteur fluid around the element of Figure 1 and If Figure 4, similar to Figure 1, shows a second element according to the invention.
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FIG. 1 shows a fuel element A consisting of a bar 1 of fissile or fertile material, pierced with a recess 2 and entirely covered with a sheath 3 closed at both ends of the relouant. The bar is for example in
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pure or alloyed uranium, tt the sheath in alloy mo.n4.iwa-z:
l.l'QO- nium k low eirooniuat The element is countered in a channel (not shown) paraous, ru by a fluid oaloporteur and eootion right suitable
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(circular for example) by four contrours 4, formed by continuous or non-continuous blades, arranged in plana pass through the common axis of the element and of the channel *
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The bar of material fi8sUo this of the oruci type:
toz4- me with four branches * The term "cruciform" should be interpreted as covering forms having less. or more than four branches * A suitable choice of length of the branches
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ches of the bar allows, for a number of branches and a given straight position, to give the perimeter of the straight section of the bar a value much greater than that which an element of the same section with 4 righta section would present. o1toulaire, even hollow.
The cladding of the fuel element according to the invention is provided with four sets of cylindrical transverse fins each occupying one of the concave sectors such as 5 connecting the branches 6. In FIG. 1, only the fins of the sections. upper and interior have been represented, the ... 0-, right and left turns being simply figures by dashed lines joining the feet and the tops of the ailet-. test
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The fins are made by machining by means of a rotating cylindrical tool,
such as a strawberry bells The layout
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d'ailettee represents in Figurais and corresponds to uno tt4im, the 7 (eohematized in mixed lines} whose longitg "o 'nal profile is beveled and whose axis intersects that of the element and
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is inolind with respect to it at an angle compatible with the clearance of the mill. Each fin as it is 8 thus presents an inclined trough shape voro the rear, o # oet-Èi-dlro. offset lonsitvna1eont by .rapport to the foot in a direction such as in the middle sound system. the summation of an ailotto this shifted * long! tudinal 0 r ... have more '# than the pibd compared to the lateral zones.
In the embodiment shown in Figure 1, loa ailottos are cut out of a sheath outline preson- ing a straight section whose outer perimeter: Leur '(oOr2:' OSiIo laying with ligno on tirott connecting los sOmMets 'd' fin.) is OY: J.; I.ndr1qufJ. The depth of a subchannel, or the protrusion of an alcittet augmontu then consibloment from the lateral portions of the soctour to its median portion where the protrusion presented its maximum value.
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the width of a sub-channel, that is to say the interval between two successive ailottuo, measured perpendicularly to the allottang is detertalized for the thickness of the cutter it is therefore constant at the level of the root of the fins and increases towards the top if the cutter has a long triangular profile *, The. Figures 1 and 3 show schematically the circulation of the oaloportour fluid in the pipes 9 limited by
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a circle of the fuel element # two oontroure 4 continuous or not and a corresponding sector of the wall of the channel 10 (Figure 3). In figure 3,
the lines joining the tops and the roots of the fins have only been indicated in
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dashes, for clarity.
The oaloportour fluid flowing through the channel from the front to the rear of the figure enters each sub-channel between soft consecutive fins through the two side portions * The soft fluid streams thus formed take a helical movement in the sub-channel whose pitch decreases towards the central zone. The two threads meet in the plane of symmetry where the inclination of the breasts towards the rear facilitates their escape outwards in the radial mono as far as the wall 10 of the channel along which they turn towards the centralizers. .
In this way, two sonically helical individualized flows do not appear diagrammatically by the arrows f and f ', in each duct 9.
The increased depth due to subchannels in the middle zone can interfere with the outflow of gases. Also, can it be useful to use fins either trimmed or cut on a sheath blank whose initial shape is not cylindrical but has cut sides 11, as shown in Figure 4. , or even is concave * Thus, the protrusion of the silettes is reduced in the central sound system and the escape of the fluid is facilitated. In FIG. 4, the elements corres @ on- dant to those already represented in crack 1 to 3 bear the same reference number assigned the index a.
The method of making the element of figures, 1 to 3, in particular the machining of the fins, will now be described.
Bar 1 is first of all machined to its final shape. that is to say, cylindrical with a cruciform cross-section.
Then a blank sheath is applied to the bar by any conventional process and closed at its soft ends
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, 1 <draft when / must present? a wall cxterae 0111'j, quo circulai * rot horn in the case. represented a siapl * aonsj.s solution by spinning a blank of jgains' presenting an internal. forma reproducing that of the. "bar 1 avoo, a light where the sheath is then threaded onto the bar and applied against the bar, by example by gainas * hydrostatique For ftseuror uno adherenoci close between the saina ot the bar ot avoid the tlW1aO in Anctourp dot 1.10% '108 or rninuroi being able to 3 "orQ m4na408 on the bar;
during the gainaga, the Aa1n1 alim '* prima on lun umproïnteo thus constituted Once had operations le ba ma% rav3M' tu do 1 blank do & 4ine is immobilized on a plate of a "ohine-tool and a milling cutter 7 (sohémat1ed $ en mixed line in figures 1 and 2) is moved towards the bar in the dires ** tion of its axis of rotation 12 which must be adjusted to cut the axis of the bar at an oonvqnablat angle. an oomplot boom-channel between soft ailottoo #.
your strawberry is then roculdai the element is moved along its axis 4'uno length corresponding to the interval between soft uiltto8 and a new operation diuolnago and ottoctudee The sheathing can also be edalised starting from
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a blank do gaino constituted by a cylindrical tube of which
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Io outer diameter corresponds to the maximum protrusion don ni- lattos from the axis and whose inner diameter is sorted
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slightly greater than the diameter of the circle circumscribed at the bnr-
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reau and apply this gaina by deformation against Ion DOo- concave towers # This solution is especially suited to 41-rises whose fin tops are ordered along a lee
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gne not moving too far from a curve parallel to the perimeter of the cross section of the bar.
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The machining of the fins can be carried out on a conventional machine tool provided with a movable plate in a given direction and on which the fuel element * factory * is fixed with its axis parallel to this direction and a tool whose l The axis of rotation can be adjusted to cross the axis of the element * After the machining of * fins, a longitudi- groove. nale can be cut in the midplane of the Motor to facilitate the escape of fluid.
We thus see that in a single milling pass we can produce an ailetto replacing two sdjacentos fins in chevrons, hence a great simplification of the operation of cutting the fins and a significant reduction in its total duration *
It should of course be understood that the scope of the present patent is obviously not limited to the embodiments described and presented to you, but all of them will work within the scope of mechanical equivalences.