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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.