ES2213443B1 - Bastidor para almacenar combustibles provenientes de reactores nucleares. - Google Patents

Abstract

Bastidor para almacenar combustibles provenientes de reactores nucleares, formado a partir de celdas individuales; soldadas según tablero de ajedrez en esquina, en el que cada una de las celdas individuales (1) están formadas por cuatro chapas (2) unidas por los bordes longitudinales formando un prisma cuadrangular hueco y abierto por sus bases, en el que dichas chapas presentan sus bordes longitudinales almenados, dotados de salientes (21), preferentemente de forma rectangular, de longitud variable, de anchura al menos igual al grosor de la chapa (2) mas un respaldo de la soldadura en ángulo.

Description

Bastidor para almacenar combustibles provenientes de reactores nucleares.

La invención, como su propio título indica se refiere a la construcción de bastidores construidos a partir de celdas individuales soldadas según tablero de ajedrez en esquina, en el que las celdas individuales están formadas por cuatro chapas almenadas soldadas en las esquinas.

Estos bastidores son utilizados en las centrales nucleares para el almacenamiento de combustible, tanto fresco como irradiado, dentro de una piscina llena con agua o con agua borada que actúa como medio refrigerante y de blindaje radiológico; los bastidores están dotados de venenos neutrónicos para prevenir efectos de criticidad. Los elementos combustibles son elementos prismáticos cuya altura es mucho mayor que las otras dimensiones.

En los países con programas nucleares en desarrollo y con centrales nucleares en construcción surgió la necesidad, en el área de combustible irradiado, de compactar los bastidores (racks) de las piscinas de almacenamiento, que para tal efecto disponen las centrales nucleares, utilizando bastidores de acero inoxidable, similares que los que tenían anteriormente, pero acercando los combustibles más, con lo cual se pudo incrementar la capacidad de almacenamiento. En esos momentos, a finales de los años 70 y principios de los 80, los bastidores eran con celdas de acero inoxidable, sin ningún material adicional que actuase como veneno neutrónico, pues la distancia o paso entre celdas era tan grande que el agua, borada o no, existente entre celdas ("water gap") era suficiente para mantener el conjunto de elementos combustibles subcríticos. Poseían una rejilla inferior para el soporte de los elementos combustible y se anclaban tanto al fondo como a los laterales de la piscina para formar un conjunto único solidario, con un comportamiento efectivo incluso frente a terremotos.

Con motivo de este acercamiento de los elementos combustibles almacenados, para incrementar la capacidad de las piscinas, fue necesario un material adicional para controlar la criticidad. Los materiales usados como venenos neutrónicos mas utilizados en el diseño de bastidores son, aparte de la propia agua borada, el acero borado y el Boral©.

Actualmente existen diversas soluciones para hacer la celda unitaria y unirlas para construir un bastidor. Consisten por ejemplo en hacer canales de dos medias "U" y luego soldarlas a lo largo de dos aristas libres para formar la celda. En otra solución constructiva las celdas se forman a partir de cuatro chapas rectangulares que se sueldan en el espesor en las cuatro aristas para formar el canal. Luego estos canales o celdas se van uniendo unos a otros mediante soldadura intermitente longitudinal en las esquinas para ir formando una matriz de celdas que conforman el bastidor.

Normalmente se utiliza la disposición con forma de tablero de ajedrez, con lo cual los canales forman las celdas y una celda adicional es creada por los cuatro canales que la rodean. Para hacer estas soldaduras longitudinales se suelen utilizar varillas o cartelas adicionales intermedias cuando se quiere conseguir una separación adicional entre celdas. Procedimientos costosos derivados del tipo y del volumen de soldadura requerido.

La solución propuesta por la presente invención consiste en una construcción basada en partir de cuatro chapas con los bordes longitudinales almenados. Las citadas almenas son salientes existentes en los bordes, preferentemente de forma rectangular. Estas almenas tienen longitud variable y su anchura es al menos el grosor de la chapa, mas una ancho adicional que sirve de respaldo de la soldadura en ángulo. La almenas existentes en una chapa coinciden con zonas desprovistas de ellas en la chapa anexa con la que forma una esquina; en cada chapa se pueden alternar almenas con una zona de igual longitud desprovista de saliente alguno; asimismo estas almenas pueden disponerse en toda la longitud de las chapas enfrentadas, o en zonas concretas de las mismas.

Las cuatro chapas son entonces unidas por soldaduras en ángulo muy sencillas para formar el canal o celda unitaria. La longitud de estas soldaduras intermitentes longitudinales dependerá de las cargas que deberá soportar esta estructura en cada caso, acciones exteriores como las sísmicas.

Finalmente, las celdas unitarias se unirán a otras celdas, en una disposición de tablero de ajedrez, mediante soldaduras en ángulo sin ninguna pieza intermedia para formar el conjunto del bastidor.

Con esta construcción se pueden conseguir varias disposiciones. En la más simple el hueco de la celda es igual al hueco dejado por las cuatro celdas soldadas en esquina. Esta disposición es la adecuada cuando se utiliza como material estructural el mismo que sirve de veneno neutrónico, esto es: acero borado. En esta disposición es necesario dejar un almenado negativo en las chapas individuales que sirve para permitir el alojamiento de las almenas de la chapa de la otra celda que se suelda en la esquina. La anchura de estos, alojamientos es tal que no invaliden el calculo neutrónico de criticidad y además que permitan la soldadura en ángulo entre chapas de las celdas individuales que se unen en la esquina, con lo cual se obtiene un método para unir celdas muy simple. El volumen (longitud) de las soldaduras en ángulo longitudinales que unen celdas en la esquina dependerá en cada caso de las solicitaciones exteriores.

Esta metodología de celdas formadas a partir de chapas almenadas soldadas en ángulo y luego unidas a otras celdas por soldadura en ángulo sin inserción de chapas o varillas intermedias, también se puede aplicar al caso de que queramos dejar un hueco intermedio entre celda ("water gaps"). La necesidad de dejar un hueco entre chapas es para aumentar la capacidad de moderación neutrónica. Cuando el ancho del "water gap" es pequeño, las almenas se extienden la longitud determinada por el "water gap" (el orden de magnitud del "water gap" es de 5 mm para centrales tipo "Boiler"), lo cual permite soldaduras en ángulo para unir celdas con las contiguas. Con una secuencia de montaje de celdas de izquierda a derecha y de arriba abajo, cada celda es soldada en ángulo en tres esquinas a las contiguas pues en la cuarta equina no hay acceso, excepto en los extremos. Este tipo de unión es suficiente desde un punto de vista estructural. Cuando la anchura del "water gap" es importante (mas 40 mm para centrales tipo "Pressurizer") la solución adoptada consiste en insertar las celdas almenadas, formadas por el procedimiento descrito, en unas rejillas de doble pared hechas por el sistema machihembrado. Estas rejillas de doble pared aseguran que la distancia mínima ("water gap") exigida. Normalmente las celdas irán soldadas a la rejilla, pero otros procedimientos de unión son posibles.

Finalmente, también se pueden construir disposiciones donde se quiera que el hueco de los canales sea menor que el hueco dejado por cuatro canales que soldadas por la esquina forma una celda. Esta construcción es necesaria cuando el material de veneno neutrónico es diferente del estructural. Entonces se forman las celdas individuales por el procedimiento normal de chapas almenadas soldadas en ángulo. Mas tarde (o antes) se le suelda un envoltorio donde va incluido el veneno neutrónico (normalmente Boral©). Finalmente se sueldan las celdas individuales mediante soldaduras longitudinales en las esquinas en la parte accesible según la fase de montaje; de tal forma que las celdas quedan soldadas en las cuatro esquinas. Las celdas se desplazan transversalmente la longitud adecuada así que el hueco que forman las cuatro celdas soldadas en esquina (descontando el material de veneno neutrónico) sea igual o algo mayor que el hueco de la celda individual.

Las soluciones descritas parten de celdas formadas por cuatro chapas soldadas en las esquinas pero los procedimientos son también validos para celdas formadas a partir de dos chapas curvadas almenadas en "L" y luego soldadas en las almenas.

Otra variación de realización consiste en hacer las celdas individuales mediante machihembrados en los contornos sin necesidad de soldadura. Cada celda ira unida a las demás con soldaduras según los mismos criterios que en las soluciones anteriores.

Se comprenderá mejor el objeto de la presente invención con la ayuda de la descripción siguientes, efectuada en base a los dibujos de los planos anexos, en los que:

Las figuras 1 y 2 muestran en sendas vistas en perspectiva dos celdas (1) realizadas con cuatro chapas (2) que tiene los bordes almenados.

La figura 3 muestra en sendas vistas en planta y perspectiva de un bastidor o rack en el que el hueco de una celda es igual que el hueco que dejan cuatro celdas soldadas en esquina.

La figura 4 muestra en sendas vistas en planta y perspectiva un rack en el que el que existe un hueco entre las celdas del mismo.

La figura 5 representa en una vista en perspectiva un rack en el que el hueco existente entre celdas queda ocupado por pletinas machihembradas.

La figura 6 muestra asimismo en sendas vistas en planta y perspectiva un bastidor en el que existen huecos diferentes.

La figura 7 representa otra variante de realización de una celda formado en este caso por chapas curvadas en "L". Siendo aplicable todo lo anterior para la unión de celdas para formar el bastidor.

La figura 8 representa otra variante de realización en la que las celdas acoplan por machihembrado.

El bastidor objeto de la presente invención se construye a partir de celdas individuales soldadas según tablero de ajedrez en esquina, en el que las celdas individuales (1) están formadas por cuatro chapas (2) con los bordes longitudinales almenados.

Tal y como se observa en las figuras, las citadas almenas son salientes (21) existentes en los bordes, preferentemente de forma rectangular, de longitud variable y anchura al menos igual al grosor de la chapa (2) mas un respaldo (del orden de 5 mm) de la soldadura en ángulo para formar las celdas.

La almenas existentes en una chapa (2) coinciden con zonas desprovistas de ellas en la chapa anexa con la que forma una esquina; en cada chapa se pueden alternar almenas (21) con una zona de igual longitud desprovista de saliente alguno; asimismo estas almenas pueden disponerse en toda la longitud de las chapas enfrentadas, tal y como se observa en la figura 1, o en zonas concretas de las mismas, como se puede ver en la figura 2.

Las cuatro chapas (2) son entonces unidas por soldadura en ángulo (3) para formar el canal o celda unitaria. Finalmente, las celdas unitarias (1) se unen a otras celdas, en una disposición de tablero de ajedrez, mediante soldaduras en ángulo para formar el conjunto del bastidor como se muestra en las figuras

\hbox{3, 4 y 5.}

Mediante este tipo de construcciones se pueden conseguir disposiciones en planta como la mostrada en la figura 3 donde el hueco de la celda (1') es igual al hueco (H) dejado por las cuatro celdas soldadas en esquina (3'). Esta disposición es la adecuada cuando se utiliza como material estructural el mismo que sirve de veneno neutrónico, esto es: acero borado sin necesidad de "water gap".

En esta disposición es necesario dejar un almenado negativo (22) en las chapas individuales que sirve para permitir el alojamiento de las almenas (21) de la chapa (2) de la otra celda (1') que se suelda en la esquina (ver figura 2). La anchura de estos alojamientos es tal que no invaliden el calculo neutrónico de criticidad y además que permitan la soldadura en ángulo entre chapas de las celdas individuales que se unen en la esquina.

Esta metodología de celdas formadas a partir de chapas almenadas soldadas en ángulo y luego unidas a otras celdas por soldadura en ángulo (3), como las representadas en la figura 1, también se puede aplicar al caso de que queramos dejar un hueco intermedio (E) entre celda ("water gaps"), tal y como se muestra en la figura 4. Las almenas se extienden la longitud determinada por el "water gap" realizándose soldaduras en ángulo (3') para unir cada celda (1) con las contiguas. Con una secuencia de montaje de celdas de izquierda a derecha y de arriba abajo, cada celda es soldada en ángulo en tres esquinas a las contiguas pues en la cuarta equina no hay acceso, excepto en los extremos.

Cuando la anchura del "water gap" es importante (mas 40 mm para centrales tipo "Pressurizer") la solución adoptada consiste en insertar las celdas almenadas, formadas por el procedimiento descrito, en unas rejillas de doble pared (5) hechas por el sistema machihembrado. Estas rejillas de doble pared aseguran la distancia mínima ("water gap") exigida. Normalmente las celdas irán soldadas a la rejilla, pero otros procedimientos de unión son posibles. Ver figura 5

También se pueden construir disposiciones donde el hueco de los canales (HC) sea menor que el hueco (H) dejado por cuatro canales que soldadas por la esquina forma una celda. Ver figura 6. Esta construcción es necesaria cuando el material (4) de veneno neutrónico es diferente del de la chapa. Entonces se forman las celdas individuales por el procedimiento normal de chapas almenadas soldadas en ángulo, tal y como se representa en la figura 1. Se suelda un envoltorio donde va incluido el veneno neutrónico (4), preferentemente Boral©. Finalmente se sueldan las celdas individuales (1) mediante soldaduras longitudinales en las esquinas en la parte accesible según la fase de montaje; de tal forma que las celdas quedan soldadas en las cuatro esquinas (3). Las celdas (1) se desplazan transversalmente la longitud adecuada así que el hueco que forman las cuatro celdas soldadas en esquina, descontando el material de veneno neutrónico, sea igual o algo mayor que el hueco de la celda individual.

Las soluciones hasta ahora descritas parten de celdas formadas por cuatro chapas (2) soldadas en las esquinas pero los procedimientos son también validos para celdas formadas a partir de dos chapas curvadas en "L" (5), almenadas en sus bordes y luego soldadas en las almenas de acuerdo con las realizaciones antes descriptas. Ver figura 7.

Otra variación también incluida en la presente invención prevé celdas individuales provistas en los bordes de salientes en forma de gancho (6) que se unen mediante machihembrados, tal y como se puede observar en la figura 8 sin necesidad de soldadura. Cada celda se une a las demás con soldaduras según los mismos criterios que en las realizaciones anteriores.

Claims (8)

1. Bastidor para almacenar combustibles provenientes de reactores nucleares, formado a partir de celdas individuales, soldadas según tablero de ajedrez en esquina, en el que cada una de las celdas individuales (1) están formadas por cuatro chapas (2) unidas por los bordes longitudinales formando un prisma cuadrangular hueco y abierto por sus bases, caracterizado porque dichas chapas presentan sus bordes longitudinales almenados, dotados de salientes (21), preferentemente de forma rectangular, de longitud variable, de anchura al menos igual al grosor de la chapa (2) mas un respaldo de la soldadura en ángulo.

2. Bastidor, según la reivindicación anterior, caracterizado porque cada una de las chapas individuales presenta un almenado negativo (22) en el que se permite el alojamiento de las almenas (21) de la chapa (2) de la otra celda (1') que se suelda en la esquina.

3. Bastidor, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hueco (HC) de cada celda (1') es igual al hueco (H) dejado por las cuatro celdas soldadas por sus esquina (tablero de ajedrez) con soldadura en ángulo (3'). Siendo esta disposición adecuada cuando se utiliza como material estructural el mismo que sirve de veneno neutrónico.

4. Bastidor, según la primera reivindicación, caracterizado porque cada celda (1) ya formada, se suelda con las contiguas por la parte de cada almena (21) que sobresale de la chapa (2) que solapa, conformando un espacio (E) entre celdas (1).

5. Bastidor, según la reivindicación anterior caracterizado porque, cuando la anchura del "water gap" es importante, la distancia mínima de separación entre celdas se consigue mediante la inserción entre las celdas almenadas (1) de unas rejillas de doble pared (5), hechas mediante dos chapas perpendicularmente unidas por machihembrado y preferentemente soldadas a las celdas.

6. Bastidor, según la primera reivindicación, caracterizado porque cada celda (1) ya formada presenta un hueco menor que el que dejan cuatro celdas soldadas por la esquina, soldándose un envoltorio donde va incluido el veneno neutrónico (4) interiormente.

7. Bastidor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas celdas (1) se forman a partir de dos chapas curvadas en "L" (5), almenadas en sus bordes y luego soldadas longitudinalmente en los bordes.

8. Bastidor, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas celdas (1) se forman con chapas (2) que están provistas en los bordes de salientes en forma de gancho (6), que se unen mediante machihembrados, uniéndose cada celda a las demás mediante soldadura.