ES2209173T3 - Parrilla para ensamblar combustible nuclear y para insertar el mismo. - Google Patents

Abstract

EN LA PLACA DE REJILLA ESTAN DISPUESTAS, A INTERVALOS PERIODICOS, MUESCAS DE MONTAJE CON PLACAS TRANSVERSALES Y, ENTRE AL MENOS ALGUNOS PARES DE MUESCAS, UN MUELLE (22, 30) PARA MANTENER EL LAPIZ QUE TIENE DOS BANDAS ELASTICAS (24), RECORTADAS EN LA PARED PLANA DE LA PLACA Y DE UNA SOLA PIEZA CON ELLAS. CADA BANDA SE EXTIENDE EN EL SENTIDO TRANSVERSAL A LA PLACA Y ESTA CONECTADA A LA PARTE DE LA PLACA QUE CONTIENE EL LAPIZ POR SUS DOS EXTREMOS. LAS BANDAS SOBRESALEN HACIA EL INTERIOR DE LA CELULA EN CUESTION EN ESTADO LIBRE Y ESTAN CONECTADAS EN SU CENTRO POR UNA GRAPA TRANSVERSAL (26) QUE SOBRESALE RESPECTO A AMBAS BANDAS.

Description

Parrilla para ensamblar combustible nuclear y para insertar el mismo.

La invención se refiere a los emparrillados de soporte de barras combustibles de un conjunto de combustible nuclear, y especialmente a los utilizados en los reactores de agua a presión para mantener las barras en los nudos de una red regular, generalmente cuadrada.

Se refiere principalmente a la constitución de placas que se ensamblan entre sí para constituir los emparrillados.

Los emparrillados de un conjunto delimitan celdas destinadas a recibir barras y otras celdas que son atravesadas por tubos guía, a menudo soldados al emparrillado. Tradicionalmente, en los emparrillados que sirven de soporte lateral y axial a las barras, se disponen unas cubetas rígidas de apoyo de las barras en dos de las cuatro caras de cada celda de recepción de barra y dos resortes de soporte cortados o salientes sobre las otras dos caras, presionan la barra contra las cubetas.

La invención se refiere en particular a las placas de emparrillado cuyos resortes son de una sola pieza con la parte plana de la placa. Estas placas están constituidas, al menos en la parte del conjunto sometido a un flujo neutrónico elevado, de aleaciones a base de zirconio, tales como el Zircaloy 4. Bajo radiación neutrónica, las características mecánicas de esas aleaciones se degradan. Ya se ha propuesto limitar las consecuencias de esta degradación por medio de constituciones particulares de resortes. El documento FR-A-2338549 describe una placa de emparrillado en la que cada resorte lleva una banda ondulada flexible que se extiende en el sentido del flujo del refrigerante, es decir en el sentido transversal a la placa, o dos bandas paralelas unidas en su parte media por una parte que hace saliente en el sentido del flujo y que se prolonga, entre las dos bandas, por dos patas. Esta parte en saliente constituye un obstáculo que perturba el flujo del refrigerante. El documento WO-A-94/25935 describe un resorte constituido por una banda elástica cuyas extremidades están unidas a la parte fija de la placa por dos puentes embutidos. Si las cinchas, a causa de su orientación, no interfieren notablemente el flujo de refrigerante, la flecha que conserva la lama cuando se apoya sobre una barra constituyen todavía un obstáculo para el flujo.

US-A-5139736 describe placas de emparrillados según los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 2.

EP-025395 describe una placa de emparrillado cuyos resortes están formados por dos bandas con una espiga que une las bandas y por dos lengüetas triangulares provistas de patines curvilíneos para hacer apoyo sobre una barra combustible. Se proveen unos vaciados amplios en la placa entre los resortes.

La presente invención se dirige principalmente a suministrar una placa que lleve unos resortes de soporte que tengan una constitución tal que aseguren un compromiso satisfactorio entre la resistencia mecánica, la conservación de una fuerza elástica de soporte satisfactoria y una transparencia elevada al flujo de refrigerante.

Con esta finalidad, la invención propone principalmente una placa de emparrillado de soporte de barras de combustible, en la cual se colocan, a intervalos regulares, muescas de ensamblaje con placas transversales y, al menos entre algunos de los pares de muescas, un resorte de soporte de barra que lleva dos bandas elásticas recortadas en la pared plana de la placa y de una sola pieza con ella, cada una de las cuales se extiende en el sentido del flujo axial de un emparrillado que contiene la placa y está unido a la placa por sus dos extremos, haciendo las bandas saliente hacia el interior de la celda afectada, al menos en el estado libre, y estando unidas en su parte media por una cincha transversal, en saliente en relación a las dos bandas.

Los resortes de una placa interior pueden tener todos la misma constitución o pueden tener constituciones diferentes, según por ejemplo que la pared en la que se disponga el soporte separe dos celdas ocupadas por barras o separe dos celdas de las cuales una está ocupada por un tubo guía.

En el primer caso, las dos bandas elásticas están ventajosamente articuladas en la proximidad de sus pies, es decir en las zonas próximas a su enlace con la parte plana de la placa y están por el contrario alejadas entre sí en sus partes centrales, unidas por la cincha. En particular, las partes cercanas al pie y las partes centrales pueden ser rectilíneas en el sentido del flujo; cada pie está entonces adaptado a la parte central correspondiente por una zona curva u oblicua. Tal conformación evita la presencia de aberturas importantes en la placa, susceptibles de perturbar el flujo permitiendo de forma importante intercambios incontrolados entre celdas.

En el segundo caso, la placa constituye una pared de celda que se adosa a un tubo guía; el resorte puede estar constituido por dos bandas paralelas entre sí y en el sentido del flujo, cuyas partes centrales están unidas por la cincha. La presencia de una abertura en la placa no presenta inconveniente en este lugar dado que está obturada por el tubo guía.

A una y otra parte de dicho resorte, en el sentido del flujo, existe una zona sensiblemente plana en la que la placa puede fijarse al tubo guía por soldadura.

Debe proveerse un apoyo para la barra colocado en sentido opuesto al de acción del resorte. Para ello el resorte, situado en una parte mediana de la placa, está generalmente encuadrado entre dos apoyos constituidos por puentes embutidos, transversales al flujo para no modificar sensiblemente la sección de paso del refrigerante. Los puentes de los resortes y las de los apoyos pueden tener la misma forma.

La forma inicial dada a las mandas del resorte por embutición es con ventaja tal que las bandas estén remetidas en el mismo plano que la parte plana de la placa cuando se introduce una barra que debe retener el resorte. El saliente de los puentes y de las cubetas en una celda son ventajosamente iguales cuando los resortes están en posición activa.

Las placas pueden ser provistas igualmente de aletas deflectoras destinadas a mejorar la mezcla del refrigerante, presentando una forma curva.

El emparrillado comprende igualmente placas exteriores constituyendo una cintura y que hacen tope con las placas interiores por uniones del tipo espiga-mortaja. Estas placas exteriores pueden presentar aletas de guía destinadas a limitar el riesgo de enganche entre emparrillados de conjuntos adyacentes en la carga o descarga de un conjunto combustible.

En un modo ventajoso de realización, las placas exteriores se conforman en la base de las aletas de guía y enlazan los aros terminales de las placas interiores planas, presentando formas curvas a este efecto.

Las placas exteriores pueden contribuir igualmente al soporte de las barras periféricas y estar provistas de resortes. Habida cuenta del número relativamente de celdas del emparrillado afectado y a fin de dar una gran robustez a esas placas, los resortes, obtenidos mediante corte y embutición, pueden disponerse en el sentido del flujo.

Las placas pueden principalmente estar constituidas en una de las aleaciones de zirconio denominada "Zircaloy 4", en el estado recristalizado.

Las características anteriores, utilizables ventajosamente en combinación pero pudiendo serlo separadamente, así como otras, serán más aparentes de la lectura de la descripción que sigue de los modos particulares de realización, dados a título de ejemplos no limitativos. La descripción se refiere a los dibujos que la acompañan, en los cuales:

- la figura 1 es una vista en perspectiva de una fracción de emparrillado y de un tubo guía, estando las placas interiores provistas de resortes según un modo particular de realización y en estado libre;

- la figura 2, similar a la figura 1, muestra los resortes en posición "activa", es decir en el estado en que son remetidos por el apoyo de una barra;

- la figura 3 es una vista en sección según un plano que pasa por el eje de una celda que contiene una barra, mostrando un resorte un resorte en posición activa y un resorte en estado libre;

- la figura 4 es una vista superior de la figura 3;

- la figura 5, similar a un fragmento de la figura 1, muestra una variante de realización, permitiendo aumentar la robustez de los emparrillados;

- la figura 6 es una vista frontal de un fragmento de una placa exterior perteneciente a la cintura del emparrillado, mostrando un resorte de soporte de barra con elasticidad reforzada y con menor susceptibilidad a las solicitaciones externas accidentales;

- las figuras 7 y 8 son vistas en sección de la figura 6, respectivamente según las líneas VII-VII y VIII-VIII;

- la figura 9 muestra un fragmento de placa que lleva resortes del tipo mostrado en la figura 1 y su unión con una placa de cintura;

- la figura 10 muestra, en perspectiva, un fragmento de emparrillado del tipo mostrado en la figura 9.

El emparrillado 10, un fragmento del cual se muestra en las figuras 1 y 2, está principalmente constituido por dos juegos de placas 12 y 14 entrecruzadas, embutidas y presentando por ello muescas. Estas placas se fijan entre sí, por ejemplo por soldadura en los puntos de cruce 16. Las placas 12 y 14 delimitan celdas destinadas a recibir barras de combustible 18, tales como las representadas en trazos mixtos en la figura 2. Algunas de las celdas reciben en cambio tubos guías 20 destinados a dejar paso a las barras absorbentes de haces de mando. Generalmente, al menos algunos de esos tubos guías se fijan a los emparrillados. Unen una boquilla superior y una boquilla inferior de ensamblaje, no representadas.

Algunos al menos de los emparrillados de un conjunto están destinados a mantener las barras en los nudos de una red regular y a soportarlos verticalmente. El emparrillado mostrado a título de ejemplo en las figuras 1 y 2 cumple esas dos funciones. Para ello, el emparrillado lleva, en dos direcciones ortogonales, medios de apoyo dispuestos en una cara de la celda y un resorte recortado en la cara en la cara opuesta de la celda y presionando la barra contra los medios de apoyo.

Dos de las caras de cada celda conteniendo una barra presentan un resorte cuya elasticidad tiende a ponerlo en saliente en la celda. Este resorte tiene una configuración diferente según que esté adosado a una celda destinada a recibir una barra combustible o a una celda que contiene un tubo guía 20.

Cada uno de los resortes 22 que separan dos celdas ocupadas por barras está constituido por dos bandas elásticas 24 recortadas en la pared plana de la placa y de una sola pieza con ella, unidas en su zona central por un puente transversal 26 en saliente respecto a las dos bandas. Cada banda se extiende en el sentido transversal a la dimensión grande de la placa, es decir en el sentido del flujo. Cada banda 24 está unida a la placa por sus dos extremidades. En reposo, está inclinada hacia el interior de la celda a partir de sus extremidades (figura 1). El puente representa un saliente suplementario respecto a las dos bandas a las que se une.

Cada uno de los resortes 22 está encuadrado, en el sentido del flujo, por medios de apoyo constituidos por dos cubetas 28. Las cubetas 28 y los puentes 26 pueden tener exactamente la misma forma.

La fabricación de los resortes y de los puentes puede efectuarse de forma clásica, por embutición y estirado.

Las bandas elásticas 24 son articuladas en la proximidad de su pie y alejadas una de otra en su parte central, para dejar el espacio necesario en el puente. Así la brecha entre las dos bandas, que hace comunicar dos celdas adyacentes ocupadas cada una por una barra, es de poca anchura; prácticamente no perturba el flujo.

Los resortes 30 adosados a una celda que contiene un tubo guía 20 llevan también dos bandas elásticas recortadas y unidas en su parte central por un puente 26. Además las dos bandas 32 del resorte 30 se extienden paralelamente entre sí y al sentido del flujo. La brecha así conformada no presenta inconvenientes, ya que está obturada por el tubo guía 20.

El emparrillado puede estar fijado a los tubos guías por puntos de soldadura bien en zonas 34 sensiblemente planas o ligeramente abombadas, situadas a uno y otro lado de los resortes 30, bien sobre lengüetas dispuestas en la parte superior y/o inferior de las placas a la derecha de la celda que contiene el tubo guía 20.

El saliente de los puentes 26 en relación a las bandas y la forma de las bandas en reposo se eligen ventajosamente de forma tal que las bandas sean remetidas sensiblemente en el mismo plano que la parte normal de la placa cuando las barras 18 están en su lugar, como se muestra en las figuras 2, 3 y 4.

En la figura 3, por ejemplo, el resorte 22 de la placa 12 de la derecha está en saliente, dado que ninguna barra lo empuja. Por el contrario, el resorte 22 de la placa de la izquierda está flexionado por una placa 18 en un punto tal que sus bandas están prácticamente en el mismo plano que la parte normal de la placa 12, de suerte que no obstaculizan el flujo.

Para aumentar la robustez de los emparrillados, las placas pueden estar soldadas entre sí no solamente en los puntos de cruce 16 en cada cara mayor del emparrillado, sino también en lugares suplementarios. La figura 5 muestra por ejemplo placas 12 que tienen dos ventanas suplementarias 36 sobre cada línea de cruce con otra placa. Se conforma así un acceso que permite soldar las placas en dos puntos suplementarios al menos. La soldadura se efectúa con la ayuda de un útil introducido en el emparrillado, por ejemplo un haz láser. Las ventanas 36 estarán generalmente situadas entre las cubetas al nivel del resorte, en el sentido del flujo.

El emparrillado puede llevar cuatro placas exteriores unidas entre sí para constituir una cintura. En la carga u descarga de un conjunto combustible, existe un riesgo de que una cintura de este conjunto se enganche a la cintura de un elemento vecino. Para reducir ese riesgo, se ha propuesto ya curvar los ángulos de la cintura hacia el interior. El riesgo de enganche es todavía reducido en el caso de la cintura, un fragmento de la cual se muestra en las figuras 9 y 10. Las placas exteriores, que constituyen la cintura, tienen una forma particular. Esas placas están curvadas hacia el interior en las partes 40 próximas a su arista aguas arriba y 42 próximas a su arista aguas abajo. Las extremidades de las placas normales 12 y 14 están recortadas consecuentemente. La parte aguas arriba de la extremidad de cada placa 12 ó 14 está redondeada o biselada y puede además presentar una pestaña 44 encajada en un orificio de la porción curvada de la placa de cintura.

La parte aguas debajo de la extremidad de cada placa 12 ó 14 lleva una excrecencia 46 dirigida en el sentido del flujo, con arista redondeada o biselada, sobre la que se apoya la cintura. Esta excrecencia puede tener también una pestaña 44. El saliente de la excrecencia puede ser sensiblemente igual al de las aletas de desviación de flujo 48 previstas de forma tradicional.

La cintura representada en las figuras 9 y 10 puede ser empleada con placas corrientes 12 y 14 cuyos resortes tienen una constitución diferente de la mostrada en las figuras 1 a 4; su conformación puede preferentemente ser clásica.

Los resortes de soporte de las barras periféricas situados en la cintura exterior son susceptibles de ser expuestos a solicitaciones accidentales con el riesgo de alterar su función de soporte. En un modo ventajoso de realización de la invención, el emparrillado lleva una cintura 38 en la que se disponen resortes reforzados. Para ello se limita el campo de acción de las lamas elásticas y se aumenta su protección disponiéndolas en retranqueo respecto a la cara externa del emparrillado.

El refuerzo puede ser asegurado principalmente por medios del tipo mostrado en las figuras 6 a 8. El resorte 52 está conformado por corte y curvado de una zona de la cintura que está deformada hacia el interior para constituir un arqueamiento 54. En la figura 6 se ve que este arqueamiento es de forma alargada en el sentido del flujo, y por tanto del resorte, con bordes paralelos unidos por formas semicirculares. El arqueamiento puede estar conformado por embutición o en prensa.

El resorte 52 es de forma clásica, con una parte central 56 saliente, aunque esta forma no es indispensable; su saliente en reposo puede ser diferente del de los resortes 22 y 30. Gracias a la presencia del saliente, el resorte está protegido de los riesgos de agresión exterior directa, lo que permite sacar total partido de esos recortes laterales para conferirle una rigidez y una elasticidad óptimas. Además, el saliente limita naturalmente la flecha máxima del resorte limitando el desplazamiento de una barra hacia el exterior del emparrillado a un valor tal que la barra se apoya sobre él.

Cuando es necesario reducir lo más posible las pérdidas de carga impuestas al refrigerante, la arista aguas arriba de las placas, de la cintura, de las cubetas y/o de los puentes puede ser perfilada, por ejemplo como se describe en la solicitud de patente FR 9708874 correspondiente a la solicitud publicada EP 0890958 A1 presentada el mismo día que la presente solicitud y que lleva por título "Placa de emparrillado para conjunto combustible nuclear y emparrillado provisto de tales placas".

Claims (13)

1. Placa de emparrillado de soporte de barras de combustible, en la que se disponen, a intervalos regulares, muescas de ensamblaje con placas transversales y, al menos entre algunos de los pares de muescas, un resorte (22, 30) de soporte de barra que lleva dos bandas elásticas (24) recortadas en la pared plana de la placa y de una sola pieza con ellas, cada una de las cuales se extiende principalmente en el sentido del flujo y está unida a la parte normal de la placa por sus dos extremidades, estando las bandas en saliente hacia el interior de la celda concernida en el estado libre y estando unidas en su zona central por un puente transversal (26), en saliente respecto a las dos bandas, caracterizada porque las dos bandas elásticas (24) de al menos algunos (22) de los resortes están articuladas en la proximidad de su pie y alejadas entre sí en sus partes centrales unidas por el puente (26).

2. Placa de emparrillado de soporte de barras de combustible, en la que se disponen, a intervalos regulares, muescas de ensamblaje con placas transversales y, al menos entre algunos de los pares de muescas, un resorte (22, 30) de soporte de barra que lleva dos bandas elásticas (24) recortadas en la pared plana de la placa y de una sola pieza con ellas, cada una de las cuales se extiende principalmente en el sentido del flujo y está unida a la parte normal de la placa por sus dos extremidades, estando las bandas en saliente hacia el interior de la celda concernida en el estado libre y estando unidas en su zona central por un puente transversal (26), en saliente respecto a las dos bandas, caracterizada porque la forma de las bandas y del puente de cada resorte (22, 30) es tal que las bandas son remetidas elásticamente en el mismo plano que la parte normal de la placa provista de resorte por la presencia de una barra.

3. Placa según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque los resortes tienen conformaciones diferentes según que la pared en la que está dispuesto el resorte separe dos celdas destinadas a ser ambas ocupadas por una barra o separe dos celdas de las cuales una esté destinada a ser ocupada por un tubo guía (20).

4. Placa según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque las dos bandas de solamente algunos de los resortes (30) son sensiblemente paralelas entre sí y al sentido del flujo.

5. Placa según la reivindicación 2, caracterizada porque los resortes (30) que tienen bandas elásticas están adosados a una celda atravesada por un tubo guía (20).

6. Placa según la reivindicación 4 ó 5, caracterizada porque cada uno de los resortes (30) que tienen bandas paralelas está encuadrado en el sentido transversal a la placa por zonas de soldadura sensiblemente planas o ligeramente abombadas o por lengüetas de soldadura dispuestas a la derecha de la celda que contiene el tubo guía.

7. Placa según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque cada resorte destinado a ser adosado a una celda que contiene una barra combustible está encuadrado en el sentido transversal a la dimensión mayor de la placa, por dos cubetas (28) en saliente en una dirección opuesta a la del resorte (22).

8. Placa según la reivindicación 7, caracterizada porque el puente (26) de un resorte (22) y las cubetas (28) que lo encuadran y que constituyen medios de tope tienen la misma forma.

9. Emparrillado de soporte de barras de combustible para conjunto combustible nuclear, constituidas por dos juegos entrecruzados de placas (12, 14) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la parte aguas arriba de cada extremidad de cada placa lleva recortes y refuerzos de forma curva que sirven de apoyo a una cintura (38) curvada hacia el interior, al menos aguas arriba del emparrillado.

10. Emparrillado según la reivindicación 9, caracterizado porque los recortes o refuerzos de forma curva llevan una pestaña 44 encajada en un orificio de la parte curvada de la cintura.

11. Emparrillado según la reivindicación 9, caracterizado porque la cintura lleva resortes reforzados, de una sola pieza con ella.

12. Emparrillado según la reivindicación 11, caracterizado porque cada resorte de cintura está recortado en una zona de la cintura que está deformada hacia el interior para constituir un arqueamiento, que protege los resortes contra las solicitaciones exteriores directas y contra un desplazamiento excesivo de la barra hacia el exterior.

13. Emparrillado según la reivindicación 11, 12 ó 13, caracterizado porque cada placa presenta ventanas (36) alineadas con las muescas y dos placas entrecruzadas están soldadas en al menos dos puntos situados en el borde de las ventanas y añadiéndose a las soldaduras en los puntos de cruce en las caras grandes del emparrillado.