ES2216356T3 - Espaciador de un elemento combustible de una central nuclear. - Google Patents

Abstract

LA INVENCION SE REFIERE A UN DISTANCIADOR (1) QUE SE COMPONE DE BRAZOS (3) QUE SE CRUZAN DE UN ELEMENTO DE COMBUSTION, QUE REGISTRA UN ALARGAMIENTO LONGITUDINAL REDUCIDO A TRAVES DE CORROSION DURANTE LA DURACION DE OPERACION. EN SUS PUNTOS (7) DE CRUCE LOS BRAZOS (3) MUESTRAN ESPACIOS (9) DE UNION, CUYA ANCHURA CORRESPONDE COMO VALOR MAS ALTO A TRAVES DE UNA FRACCION DE SU LONGITUD COMPLETA ESENCIALMENTE AL ESPESOR DE PARED DEL BRAZO (3) QUE SE CRUZA, SIENDO SIN EMBARGO MAS AMPLIO EN LA ZONA RESTANTE. LAS CAPAS DE CORROSION DE LOS BRAZOS (3) QUE SE INCREMENTAN DESDE EL BORDE DEL ESPACIO DE UNION (9) AL BRAZO (3) QUE SE CRUZA NO PUEDEN HACER CONTACTO, POR ELLO NO FORMAN NINGUNA PRESION DE CUERPO SOLIDO, QUE PUEDA GUIAR A UN ALARGAMIENTO LONGITUDINAL.

Description

Espaciador de un elemento combustible de una central nuclear.

La invención se refiere a un espaciador de un elemento combustible de una central nuclear, en especial de un elemento combustible de un reactor de agua ligera.

En un elemento combustible se utilizan espaciadores para fijar las barras combustibles del elemento. Un espaciador forma una matriz o estructura de láminas (hojas) que se entrecruzan; la base cubierta por el espaciador equivale fundamentalmente a la sección transversal del elemento combustible. Cada lámina en un punto de cruzamiento con una lámina que la entrecruza presenta una hendidura de unión, en la que se aloja la lámina que la entrecruza. Las láminas alojadas dentro de las hendiduras de unión y posteriormente fijadas, p.ej. por soldadura, forman celdillas de base fundamentalmente rectangular o cuadrada. Las barras combustibles -en el caso de los elementos combustibles de agua a presión también los tubos guía; en los elementos combustibles de agua en ebullición también las barras de agua eventualmente existentes- de un elemento combustible sobresalen de estas celdillas formadas por el espaciador y están sujetas en él, es decir, su posición está fijada con respecto al eje central del elemento combustible.

Si la anchura de la hendidura de unión es igual al grosor de las láminas, entonces las láminas unidas entre sí solamente tendrán que asegurarse contra el desplazamiento durante el montaje mediante un punto de soldadura, porque las fuerzas ejercidas sobre una lámina se absorben ya desde la guía estrecha en las hendiduras de unión. En la patente US-5 245 644 A, para facilitar más el montaje, una parte de una lámina que atraviesa la hendidura de unión de una lámina que entrecruza lleva dos prominencias (elevaciones), entre las que se sujeta la lámina que entrecruza.

De todos modos, las hendiduras de unión estrechas solo son posibles en las láminas que no llevan perfil alguno sino que son planas. En caso de láminas perfiladas, las hendiduras de unión tienen que combinarse con ranuras anchas, cuya anchura resulta del requisito que los perfiles no deben impedir la unión entre las láminas (US-5 139 736 y US-5 188 797). En la mayoría de los casos, la geometría de los perfiles exige que las ranuras anchas de ambas láminas estén situadas en el mismo nivel, es decir, de este modo se forma en cada caso una ventana ancha en las láminas, que no está atravesada por una parte de la otra lámina, ya que la otra lámina también presenta una ventana en este lugar. Tales ventanas pueden servir incluso para otros fines, que conllevan ventajas en el caso de láminas planas (p.ej. deben crear según US-4 725 402 una posición exacta y fácilmente accesible para un lugar de soldadura lo más pequeño posible).

Tales ventanas de una lámina no son "hendiduras de unión" en la terminología de esta patente, ya que no están atravesadas por una parte de la lámina que entrecruza. Se han propuesto en el estado de la técnica por diversos motivos. Al contrario, las hendiduras de unión tienen en toda su longitud o por lo menos en buena parte de su longitud una anchura que equivale al grosor de pared de las partes de la otra lámina que atraviesan dicha hendidura. De este modo, estas zonas estrechas de la hendidura de unión contribuyen en gran manera a la rigidez mecánica del espaciador, sin que sean necesarios cordones de soldadura más amplios.

En las condiciones de funcionamiento del núcleo del reactor nuclear, los espaciadores de un elemento combustible pueden sufrir en determinadas circunstancias una dilatación longitudinal, que puede traducirse en un aumento de las medidas exteriores de los espaciadores y, por tanto, del elemento combustible.

El aumento de las medidas exteriores puede conducir en un caso extremo a que por ejemplo en el caso de un elemento combustible de un reactor de agua en ebullición, un haz de barras combustibles formado por el espaciador ya no pueda sacarse del cofre del elemento combustible.

En el caso de los elementos combustibles de reactores de agua a presión, la dilatación longitudinal de los espaciadores es extraordinariamente grande. Debido al aumento de las medidas exteriores pueden surgir complicaciones en los elementos combustibles contiguos durante los trabajos de mantenimiento y durante la carga y descarga del núcleo del reactor.

El cometido de la invención es proporcionar un espaciador que durante el período de funcionamiento experimente una dilatación longitudinal pequeña.

Este cometido se alcanza según la invención con un espaciador de un elemento combustible de una central nuclear formado por láminas dispuestas en forma de rejilla, cada lámina presenta en un punto de cruzamiento con una lámina que la entrecruza una hendidura de unión, en la que se aloja la lámina que la entrecruza. Esta hendidura de unión tiene como máximo en una fracción de su longitud total una anchura que equivale fundamentalmente al grosor de pared de la lámina que entrecruza. El resto de la hendidura de unión está atravesado también por partes de la lámina que entrecruza, pero tiene una mayor anchura de hendidura. Según una variante de la invención, en las zonas en las que la hendidura de unión es más estrecha, las láminas están unidas metalúrgicamente entre sí, a saber -a diferencia del estado de la técnica descrito en la introducción- en toda la longitud de las zonas más estrechas.

La invención parte del conocimiento que la dilatación longitudinal de un espaciador en condiciones normales de funcionamiento puede estar provocada por la corrosión de dicho espaciador. Sobre todo en el caso de hendiduras de unión de una lámina de espaciador fabricada con una aleación de circonio, p.ej. una chapa Zircaloy, es posible que se forme una capa de corrosión sobre la pared de la lámina en la zona de la hendidura de unión. Para lograr una gran exactitud de encaje del espaciador compuesto por las láminas, hasta el presente se han dimensionado las hendiduras de unión de tal manera que su anchura equivale fundamentalmente al grosor de pared de la lámina que entrecruza. En esta forma de ejecución del espaciador se corre el riesgo de que las capas de corrosión, que crecen desde los bordes de las hendiduras de unión y desde la superficie de la lámina empotrada, lleguen a encontrarse antes de finalizar el período de uso. En tal caso, las capas de corrosión ejercen una presión de cuerpo sólido sobre la lámina correspondiente, que puede traducirse en un alargamiento de dicha lámina.

Cada lámina presenta un gran número de hendiduras de unión y de zonas amenazadas de corrosión, por lo tanto el alargamiento longitudinal total resultante de las láminas puede ser tan grande que supere el cambio de dimensiones exteriores del espaciador en un grado crítico. Además, la dilatación longitudinal distinta de las diversas láminas puede conducir al alabeo de las láminas individuales y/o de partes del espaciador, lo cual influye negativamente en las características reológicas de dicho espaciador.

La invención parte de la idea de reducir la presión de cuerpo sólido que ejercen las capas de corrosión sobre una lámina.

Según la invención esto se lleva a cabo por un lado haciendo que las hendiduras de unión de ambas láminas, previstas en el punto de intersección con otra lámina, presenten una anchura equivalente al grosor de pared de la lámina que entrecruza solamente a lo largo de una fracción de su longitud total atravesada en cada caso por partes de un lámina. Con la unión metalúrgica queda también protegida de la corrosión la superficie de apoyo de ambas láminas, limitada a una fracción de la hendidura de unión, de modo que prácticamente no se produce ninguna dilatación lineal no deseada como consecuencia de la corrosión.

La longitud de las zonas, en las que la anchura de la hendidura de unión, fundamentalmente equivale al grosor de pared de la lámina que entrecruza, se elige de tal manera que la estructura (matriz) del espaciador presente una resistencia mecánica suficiente para las etapas posteriores de mecanizado -p.ej. la soldadura de las láminas a los puntos de intersección- y para soportar las cargas mecánicas que se producen en las condiciones de funcionamiento. De este modo se consigue la ventaja de que, después de la soldadura de las láminas, las hendiduras de unión no tienen que ensancharse mediante una operación más, p.ej. por mordentado, para reducir la presión de cuerpo sólido originada en la lámina por corrosión.

De modo ventajoso, cada lámina presenta por lo menos en un lado de cada hendidura de unión, en la zona de su sección transversal más estrecha, un vaciamiento (escotadura) contiguo a la hendidura de unión. Esto tiene la ventaja de que la deformación de la lámina, que ocurre por corrosión en la zona de la sección transversal más estrecha de dicha lámina, puede absorberse en el vaciamiento. De este modo puede seguir reduciéndose la presión de cuerpo sólido sobre las restantes partes de la lámina.

Si la lámina sin vaciamiento adicional presenta solamente una dilatación longitudinal mínima por causa de la corrosión, entonces en otra variante de la invención la anchura de la hendidura de unión se dimensiona, prácticamente en toda su longitud, mayor que el grosor de pared de la lámina que entrecruza. Para conseguir la estabilidad necesaria de la estructura de espaciador, formada con las láminas, la hendidura de unión presenta a lo largo de su eje principal de dilatación muy pocos puntos de apoyo (pero como mínimo tres), por ejemplo puntos o zonas de apoyo, en los que la hendidura de unión está en contacto con la lámina que entrecruza. Los puntos de apoyo de ambos lados de la hendidura de unión deberán estar dispuestos de manera que la lámina que entrecruza en un grado suficientemente pequeño se apoye en cada caso solamente en un lado. Esto tiene la ventaja de que en los pocos puntos de apoyo a lo largo del período de funcionamiento puede acumularse una presión de cuerpo sólido que en parte podría deformar la lámina que entrecruza en sentido perpendicular a la dilación principal y con ello solamente contribuirá solamente a una parte de la presión de cuerpo sólido que provoca la dilatación longitudinal de dicha lámina.

Otra disminución de la presión de cuerpo sólido, que provoca esta última la dilatación longitudinal, se logra con ventana situada con ventaja en el centro de la lámina. Cada lámina presenta con ventaja por lo menos una ventana dispuesta a lo largo del eje de cada hendidura de unión. Cada hendidura de unión desemboca con ventaja en cada caso por lo menos en una de las ventanas. De este modo se quitan los lugares amenazados por la corrosión de la lámina y además se facilita un caudal suficiente de agua de refrigeración para las zonas del espaciador situadas en el entorno del punto de intersección, de modo que en ellas se frena la corrosión.

Además se han previsto uniones sobre todo fijas entre las láminas, con las que se logra una estabilización del espaciador. Con una unión fija de este tipo de las láminas que se entrecruzan en un punto de unión, con preferencia mediante una unión metalúrgica -por ejemplo mediante un punto de soldadura en la zona de la intersección- se reprime el alargamiento de la lámina. Por otro lado, las uniones metalúrgicas se corroen a menudo con menor intensidad que el material sin tratar. Estas uniones metalúrgicas pueden llenar p.ej. aquellas zonas de la hendidura de unión que estarían más expuestas a la corrosión.

Han dado buenos resultados en especial -sobre todo en los reactores de agua a presión- los espaciadores de láminas que contienen por lo menos dos chapas de lámina contiguas, por lo menos en la zona de un punto de intersección con la lámina que entrecruza. El grosor conjunto de estas chapas de lámina en el punto de intersección equivale al grosor de pared de la lámina. En las zonas fuera de un punto de intersección, las chapas de lámina pueden estar recíprocamente deformadas y/o arqueadas, de modo que se formen entre ellas p.ej. canales de circulación. En los espaciadores de elementos combustibles de reactores de agua a presión existe, por tanto, una serie de otros lugares, aparte de las hendiduras de unión, en las que las láminas o las chapas de lámina se tocan. Existen en algunos casos zonas en las que las láminas, sobre todo las chapas de lámina, discurren planas y en posición paralela. Por los motivos ya explicados con motivo de las hendiduras de unión, estas zonas son también zonas preferidas para la corrosión y/o para la formación de focos de corrosión y pueden provocar una deformación de los espaciadores. Por lo tanto, en el caso de láminas que constan de varias chapas de lámina, es ventajoso unir metalúrgicamente entre sí las chapas de lámina adyacentes, sobre todo en la zona del punto de intersección de las láminas. Las chapas de lámina sobre todo adyacentes de por lo menos un lugar de unión se unirán con la lámina que entrecruza y se unirán con preferencia metalúrgicamente. Por lo menos en otro lugar de unión pueden unirse entre sí las chapas de lámina entre sí de forma plana, con preferencia en la zona en la que están situadas en sentido paralelo entre sí. Lo último se logra en particular mediante la soldadura en los lugares, en los que las planchas de lámina discurren planas y paralelas entre sí. Esto puede realizarse por ejemplo cuando las láminas se ensamblan entre sí para dar cuerpo a un espaciador de tipo rejilla. Las chapas de lámina se ensamblan de modo conveniente ya con anterioridad para formar láminas.

También en este caso se evitan los lugares amenazados de corrosión, cuando cada lámina prácticamente a lo largo de toda la longitud de la parte de cada hendidura de unión, cuya anchura equivale fundamentalmente al grosor de pared de la otra lámina, está unido firmemente con la otra lámina, y con preferencia está unido metalúrgicamente con ella. De este modo surgen lugares de soldadura largos, aplicados por soldadura con rayos láser con preferencia a lo largo de la o de las zonas estrechas de las hendiduras de unión. Si se compara con las soldaduras con haz electrónico, en las condiciones espaciales existentes en el espaciador la soldadura con rayos láser permite un trazado más largo del cordón de soldadura a lo largo de las hendiduras de unión. Las zonas amenazadas de corrosión son además aquellas en las que las láminas y/o las chapas de lámina están arqueadas. Esto afecta en particular a las zonas de radios de curvatura pequeños. La causa de ello está probablemente en que el caudal de agua de refrigeración es menor en tales zonas que en las zonas que no tienen radios de curvatura. También en estos lugares y/o zonas amenazados y por los motivos mencionados, las capas de corrosión pueden ejercer una presión de cuerpo sólido sobre la lámina correspondiente, que puede traducirse en un alargamiento de dicha lámina. La colocación de vaciamientos, ventanas u otras uniones fijas en los lugares amenazadas de corrosión reprime eficazmente la dilatación longitudinal de los espaciadores, porque se garantiza de nuevo un caudal suficiente de agua de refrigeración. Estas ventanas pueden realizarse también en especial mediante una canaleta o un surco. Esto afecta con preferencia a otras ventanas o vaciamientos de las láminas y/o chapas de lámina a lo largo de un eje de unión de cada hendidura de unión. Esto afecta en particular a otros lugares de unión, que unen entre sí las chapas de lámina en sentido plano entre sí, en particular las unen metalúrgicamente.

El cometido de la invención se lleva a cabo, pues, en un elemento combustible de una central nuclear mediante un espaciador de láminas dispuestas en forma de rejilla, cada lámina presenta una hendidura de unión en la zona de intersección con una lámina que la entrecruza, en dicha hendidura se aloja la lámina que entrecruza. Según la invención, cada hendidura de unión de cada lámina en la zona de intersección de dos láminas lleva en una zona la unión metalúrgica de ambas láminas y en otra zona, atravesada por una parte de la otra lámina, es tan ancha que las dos láminas no se tocan.

En particular, una parte de una lámina que atraviesa una hendidura de unión de otra lámina lleva dos elevaciones, entre las que se sujeta la otra lámina. Estas elevaciones fijan las láminas que se entrecruzan antes de que se unan firmemente entre sí, p.ej. por puntos o por cordones de soldadura.

Con los ejemplos de ejecución, representados en las figuras, se ilustran con más detalle las formas de ejecución ventajosas de la invención. Las figuras contienen una representación esquemática de lo siguiente.

La Fig 1 contiene un recorte de una estructura (matriz) de espaciador formada por láminas que se entrecruzan.

La Fig 2 muestra una pieza parcial de dos láminas que se entrecruzan con hendiduras de unión, de una estructura de espaciador.

La Fig 3 muestra una pieza parcial de dos láminas que se entrecruzan con fijaciones entre las láminas y las tiras exteriores de un espaciador según la invención.

La Fig 4 presenta un recorte de una lámina con hendidura de unión con puntos de apoyo situados enfrente.

La Fig 5 muestra un recorte de una lámina con hendidura de unión con extremo en forma de V.

La Fig 6 muestra un recorte de una lámina con hendidura de unión y vaciamientos dispuestos a ambos lados de la hendidura de unión.

La Fig 7 muestra un recorte de una lámina con hendidura de unión con cuatro puntos de apoyo no opuestos.

La Fig 8 muestra dos láminas de otro ejemplo de ejecución en el lugar del punto de intersección.

La Fig 9 muestra un recorte de una estructura de espaciador formada por láminas que se entrecruzan, con tiras exteriores, en este caso las láminas constan de dos chapas.

La Fig 10 presenta un recorte de una lámina formada por dos chapas con ventanas dispuestas a lo largo del eje de unión.

La Fig 11 muestra una celdilla de una estructura de espaciador de láminas que están formadas por dos chapas y que se entrecruzan.

La Fig 12 muestra un recorte de una lámina de la figura 10 con una unión metalúrgica de las láminas que se entrecruzan aplicada a lo largo de la hendidura de unión.

La Fig 13 muestra un recorte de una lámina con hendidura de unión, dicha hendidura lleva en una zona una unión metalúrgica y en otra zona es más gruesa que el grosor de pared de la lámina que entrecruza.

Los mismos elementos llevan en las figuras en cada caso los mismos signos de referencia.

En la figura 1 se representa un recorte de un espaciador 1 de un elemento combustible que no se muestra con detalle. El espaciador 1 se representa en forma de estructura (matriz) formada por varias láminas 3 que se entrecruzan. Estas láminas 3 que se entrecruzan forman celdillas 5 de base fundamentalmente cuadrada, a través de estas celdillas sobresalen las barras combustibles (no representadas) del elemento combustible. Las celdillas 5 de la estructura 1 del espaciador envuelven el perímetro exterior de las barras combustibles, de modo que estas quedan fijadas en su posición con respecto a un eje longitudinal del elemento combustible. Para ello, las láminas llevan por lo general pinzas (bucles), resortes u otros accesorios que actúan sobre las barras combustibles. Los accesorios citados, en especial los resortes 54 y las pinzas 56 se representan en la figura 13 a título de ejemplo para otras figuras, en las que se omiten. En la presente forma de ejecución, la estructura 1 de espaciador está formada por dos grupos de láminas paralelas entrecruzadas idénticas. Cada lámina de un grupo se cruza con cada lámina del segundo grupo exactamente en un punto de intersección 7 formando un ángulo recto. En el punto de intersección 7, cada lámina 3 presenta una hendidura de unión 9, en la que se aloja una parte de la pared de la correspondiente lámina que entrecruza. Por otro lado, en la zona del punto de intersección 7 se aplica una unión metalúrgica 60 a las láminas que se entrecruzan. Esta unión metalúrgica es por lo general una unión soldada. Sin embargo, son también imaginables otros tipos de unión, que fijan estrechamente entre sí las láminas que se entrecruzan. Las uniones fijas se aplican con preferencia en cada caso en la zona de los puntos de entrecruzamiento, en el borde superior de la estructura del espaciador en canto y también obviamente en el borde inferior de la estructura del espaciador en canto. Sin embargo, las uniones metalúrgicas no se limitan con ventaja al borde de la estructura del espaciador, sino que se continúan también con ventaja prácticamente a lo largo de toda la longitud de la correspondiente parte de cada hendidura de unión, cuya anchura equivale fundamentalmente al grosor de pared de la otra lámina.

En la figura 2 se representan dos láminas 11 y 13 que se entrecruzan con sus correspondientes hendiduras de unión 15 y 17 y su punto de intersección 7. Para una mejor comprensión se presentan las láminas 11 y 13 en el estado previo a su ensamblaje. La lámina superior 11 con un eje central 19 pertenece al primer grupo de láminas y la lámina inferior 13 con su eje central 21 pertenece el segundo grupo de láminas. Las láminas 11 y 13 se ensamblan a lo largo del eje de unión 23, que es perpendicular a los ejes centrales 19 y 21 de ambas. La hendidura de unión 15 de la lámina superior 11 discurre a lo largo del eje de unión 23 partiendo del eje central 13 y llegando hasta el borde inferior de dicha lámina 11, mientras que la hendidura de unión 17 de la lámina inferior 13 discurre de modo similar pero en sentido opuesto, desde el eje central 21 hasta el borde superior de dicha lámina 13. Si se ensamblan ambas láminas 11 y 13 a lo largo del eje de unión 23, entonces cada una de las hendiduras de unión 15 y 17 alojará en cada caso una parte de la pared de la lámina que entrecruzada. La altura total de la estructura de espaciador 1 que resulta equivale entonces a la anchura de las láminas individuales 11 y 13.

En la figura 3 se representa un recorte de un espaciador previsto para un elemento combustible de una central nuclear con dos primeras tiras exteriores paralelas entre sí 20A y 20B y dos segundas tiras exteriores paralelas entre sí 22A y 22B y perpendiculares a las primeras tiras exteriores 20A y 20B y con una primera lámina 13 en canto que es paralela a las tiras exteriores 20A y 20B y con una segunda lámina 11 en canto que entrecruza a la lámina 13 y que es paralela a las segundas tiras exteriores 22A y 22B. El primer cometido planteado por la invención se lleva a la práctica del modo siguiente:

a) cada extremo de cada lámina encaja en las tiras exteriores 20A y 20B ó 22A y 22B y queda fijado en ellas,

b) la primera lámina 13 tiene un borde superior 39, que discurre desde la banda exterior 22A hasta la banda exterior 22B, y presenta en cada caso una hendidura de unión 17 en el punto de intersección con la segunda lámina 11 y está dirigida hacia el borde inferior 40, dicha hendidura está atravesada por una parte de la segunda lámina 11 que la entrecruza,

c) en el borde inferior 40 correspondiente a la segunda lámina 11 se ha practicada una hendidura de unión 15 en cada caso en el punto de intersección con la primera lámina 13, dicha hendidura se dirige hacia el borde superior 39 y está atravesada por una parte de la primera lámina 13 que la entrecruza,

d) cada hendidura de unión 15 y 17 está cerrada en el borde de cada lámina mediante una unión metalúrgica 60 de la lámina (ver figuras 1 y 12) con la lámina que entrecruza, y

e) cada hendidura de unión 17 presenta una zona 30 atravesada por una parte de la lámina que entrecruza y que es tan ancha como para que las dos láminas no se toquen.

Cada extremo de cada lámina de la figura 3 encaja mediante una uña (tarabilla) 26 en la correspondiente ranura 24 practicada en la banda exterior y con preferencia se fija en ella por soldadura.

En la figura 4 se muestra una vista lateral de la lámina 13 después de su ensamblaje con la lámina 11. La hendidura de unión 17 alberga la pared de la lámina 11 a lo largo del eje de unión 23. La anchura de la hendidura de unión 17 equivale en la zona del extremo superior y del extremo inferior, 25 y 27, al grosor de pared de la lámina 11 que entrecruza, mientras que en la zona 29, comprendida entre los extremos 25 y 27, su anchura es mayor. A ambos lados del eje de unión existe por tanto una hendidura 31 que se ubica entre el borde de la hendidura de unión 17 y la pared de la lámina 11. La anchura de la hendidura 31 se elige de tal manera que las capas de corrosión, formadas en el borde de la hendidura de unión 17 y la pared de la lámina 11 que entrecruza y que reducen continuamente durante el funcionamiento el espacio ocupado por la hendidura 31, no puedan obstruir por completo la hendidura 31 a lo largo de todo el período de funcionamiento del espaciador. De este modo se impide que se pueda acumular una presión de cuerpo sólido no deseada sobre la lámina 13 fuera de las zonas extremas 25 y 27 de la hendidura de unión 17.

En la figura 5 se presenta una forma de ejecución modificada de la lámina 13 de una de las figuras de 2 a 4. La posición y la dilatación de la hendidura de unión 63 de la lámina 65 equivale a las formas de ejecución de las figuras de 2 a 4. Al igual que en la figura 4, la hendidura de unión 63 en la zona de su extremo superior 67 presenta una anchura que equivale al grosor de pared de la lámina 63 que entrecruza. En la zona del extremo inferior 69, la hendidura de unión adopta una forma de V. La pared de la lámina 71 que entrecruza tiene también una forma de V en esta zona y encaja como en un apoyo de corte en el extremo en forma de V de la hendidura de unión 69, con lo cual se fija este extremo de la pared de la lámina 17 que entrecruza. La presión de cuerpo sólido que puede surgir eventualmente en esta zona por corrosión es muy reducida debido a la pequeña superficie de apoyo.

En la figura 6 se muestra otra forma de ejecución de un lámina 33. La hendidura de unión 35 se extiende desde el eje central 37 a lo largo del eje de unión 23 hasta el borde superior 39 de dicha lámina 33. Al igual que en el ejemplo de ejecución de la figura 4, la hendidura de unión 35 presenta en su extremo superior e inferior 41 y 43 una anchura que equivale fundamentalmente al grosor de pared de una lámina 45 que entrecruza, mientras que la hendidura de unión 35 se dimensiona más ancha en la zona restante, de modo similar a la hendidura de unión 17 de la figura 3. Para reducir la dilatación longitudinal de la lámina 33, debida a la corrosión, en la zona del extremo inferior 41 de la hendidura de unión 35, se prevén en esta zona, a ambos lados de dicha hendidura de unión 35, dos escotaduras (vaciados) 47 y 49. Estas escotaduras 47 y 49 absorben la deformación de la lámina 33 provocada por una dilatación longitudinal. En la zona del extremo superior 43 de la hendidura de unión 35 se prevén a ambos lados dos entallas (muescas) 51 y 53 que de modo similar a las escotaduras 47 y 49 absorben una dilación longitudinal no desea en esta zona.

En la figura 7 se representa otra forma de ejecución de una lámina 55 de un espaciador. A diferencia de los ejemplos de ejecución anteriores, la hendidura de unión 57 que se extiende a lo largo del eje de unión 23 no presenta zona alguna en la que su anchura equivalga fundamentalmente al grosor de pared de la lámina 46 que la entrecruza. La hendidura de unión 59 se diseña de tal manera que su borde toque la pared de la lámina 46 que entrecruza en un punto de apoyo 61 que pertenece en cada caso solamente a uno de los lados del eje de unión 23. En cambio, el borde opuesto al punto de apoyo 61 de la hendidura de unión 57 no toca la pared de la lámina 46 que entrecruza. En total, a ambos lados del eje de unión existen en cada caso dos puntos de apoyo 61, que tocan de modo alternante en cada caso una cara de la pared de la lámina que entrecruza y de este modo la fijan en su posición dentro de la hendidura de unión 57.

El diseño de las hendiduras de unión de estos ejemplos de ejecución minimiza la superficie de contacto de las dos láminas que se entrecruzan en un punto de intersección de tal modo que se asegura una unión estable de las dos láminas encajadas una en la otra, además fuera de las zonas de contacto existe espacio suficiente para que la corrosión de las láminas en la hendidura de unión no se traduzca en deformaciones ni en crecimiento de dichas láminas. Se entiende por "hendidura de unión" se entiende en tal caso solamente las zonas de una hendidura de una lámina que están atravesadas por partes de la otra lámina. En los casos en los que la hendidura de unión desemboca en una ventana ancha en la lámina, pero esta ventana no está atravesada por partes macizas de la otra lámina, entonces la hendidura de unión termina ya en el punto de su desembocadura en la ventana.

Estas ventanas se prevén hasta el presente en estado de la técnica por otros motivos. Por ejemplo, las láminas de un espaciador que se entrecruzan según el documento DE-25 50 932 B poseen entre su borde superior y su borde inferior una franja central que está arqueada hacia las mallas de rejilla de un espaciador de tipo rejilla y lleva pinzas (bucles) sobras las que se apoyan las barras combustibles. Para que estas láminas arqueadas puedan meterse unas dentro de otras, las franjas centrales de ambas láminas lleva en cada caso una ventana en la zona de intersección, por ello en la zona de estas dos partes centrales no hay partes macizas de ambas láminas que se entrecrucen, sino que en ambas láminas se forma un orificio compartido. Desde el canto superior de una lámina, por lo tanto la hendidura de unión conduce en una de las láminas hasta esta ventana, mientras que la otra lámina presenta una hendidura de unión que va desde el canto inferior hasta esta ventana.

En las patentes US-3 933 583 y 4 124 444 se prevén ventanas similares que forman un orificio compartido que atraviesa ambas láminas en el lugar de intersección de las mismas.

Aparte de estas ventanas, que tienen una finalidad especial, las láminas que se entrecruzan presentan hendiduras de unión de una anchura unitaria, que es prácticamente igual al grosor de pared de las láminas y por tanto no evita que, como consecuencia de la corrosión que progresa en la hendidura de unión, las láminas se abran (expandan) y sufran un crecimiento longitudinal.

Las hendiduras de unión relacionadas con las ventanas, que está previstas para el uso de pinzas y resortes para el apoyo de las barras combustibles, son también conocidas por el documento EP-0 527 244 A. Una lámina lleva en uno de los lados de la hendidura de unión dos ventanas, en las que se sujetan los extremos perfilados de un resorte de apoyo que se emplea. Para poder utilizar estos extremos perfilados de resorte debe preverse un orificio mayor de la lámina en el lado opuesto de la hendidura de unión; los extremos del resorte se utilizan en primer lugar en la ventana mayor, después se deslizan a través de la hendidura de unión hacia las dos ventanas existentes en el lado contrario y se bloquean (enclavan), para ello se encastan las dos láminas una en la otra. Por lo tanto, en este estado de la técnica solamente una de las láminas lleva una hendidura de unión con ventanas, mientras que la hendidura de unión de la otra lámina presenta una anchura unitaria en este lugar de intersección. En la figura 8 se muestra que también en este caso es ventajosa una anchura variable de ambas hendiduras de unión.

En la figura 8 se representan las dos láminas 73 y 74 antes de que se encasten una dentro de la otra en el sentido de la flecha 75 y se unan metalúrgicamente entre sí. El borde superior y el borde inferior de ambas láminas llevan en cada caso entallas 76 que en el caso de unión metalúrgica pueden absorber el correspondiente material de soldadura. Se representan además las pinzas 77 de la lámina 73 que -junto con un resorte apoyado en la lámina opuesta (no representada)- sirven para fijar lateralmente una barra combustible.

Dicho resorte de apoyo (no representado) se fija por sus extremos perfilados en las ventanas 78 correspondientes situadas a un lado de la hendidura de unión 80 de la lámina 73. En el otro lado de la hendidura de 80 se encuentra una ventana mayor 79 para el montaje. Los extremos del resorte, fijados inicialmente en la ventana de montaje 79 se desplazan durante el montaje a lo largo de la hendidura 80 hasta la ventana 78 y se enclavan en ella, tan pronto las partes correspondientes de la lámina 74 se hayan introducido en la hendidura de unión 80. Estas partes de la lámina 74, que se han introducido en la hendidura de unión 80 y después del montaje atraviesa dicha hendidura de unión 80, se representan mediante el contorno discontinuo 81 dentro de la lámina 73. L es la longitud total de la hendidura de unión 80, definida por las medidas de las partes de la lámina 74 que entrecruzan la hendidura de unión 80. Es decir, en la lámina 73 la hendidura de unión posee solamente la longitud total L que está atravesada por partes de la otra lámina 74. La anchura de esta hendidura de unión 80 no es constante.

En cambio, la otra lámina 74 no posee ventana alguna, que sería necesaria para el uso de los resortes. A pesar de ello, la correspondiente hendidura de unión 82 de la otra lámina 74 se diseña también con una anchura que no es constante. La anchura de la hendidura de unión 82 equivale en pocos lugares al grosor de pared de la lámina 73, estando previstos ensanchamientos 84 de la hendidura de unión 82. Si en la hendidura de unión 82 se forman capas de corrosión, entonces estas solamente provocarán tensiones y deformaciones en los pocos lugares más estrechos de esta hendidura de unión que se compensan dentro de la lámina sin que se surjan deformaciones macroscópicas ni crecimiento longitudinal de la lámina 74. Se prevén igualmente ensanchamientos 85 en la hendidura de unión 80 de la lámina 73 aparte de las ventanas 78 y 79. En la figura 8 se representa además que las partes en cuestión de una lámina, introducidas en la hendidura de unión de la otra lámina, presentan protuberancias laterales 86 para guiar la otra lámina en el momento del ensamblaje de ambas láminas y fijarla lateralmente, hasta que se apliquen los puntos y cordones de soldadura u otras uniones metalúrgicas.

Por consiguiente, con la conformación de las hendiduras de unión puede evitarse ya una parte importante del crecimiento longitudinal de los espaciadores, sin que tenga que cambiarse el diseño ni la metalurgia del espaciador.

En la figura 9 se representa un recorte de una estructura de espaciador 2 con láminas entrecruzadas 14 y 16, que constan de dos chapas de lámina 10A y 10B. Estos espaciadores han dado buenos resultados en particular en reactores de agua a presión. Las chapas de lámina 10A y 10B son adyacentes por lo menos en la zona del punto de intersección 7 con la lámina que entrecruza. En las zonas restantes, las chapas de lámina 10A y 10B están deformadas y/o arqueadas una frente a la otra, de modo que entre ellas se forman canales de circulación 4. A través de las celdillas de la estructura de espaciador sobresale en cada caso una barra combustible 8 o un tubo guía 6. Con una fijación 28 similar, ya ilustrada en la figura 3, se sujetan las láminas 14 y 16 en las dos bandas exteriores correspondientes.

En la figura 10 se muestra una forma de ejecución de una lámina 14 de un espaciador de la figura 9. Al igual que en las formas de ejecución anteriores, esta lámina 14 presenta también una hendidura de unión 36 en el punto de intersección con la lámina 16 que entrecruza, en dicha hendidura se aloja la lámina que entrecruza. La lámina que entrecruza consta de dos chapas de lámina 10A y 10B, que en la zona de intersección son contiguas y cuyo grosor total en el punto de intersección equivale al grosor de pared de la lámina que entrecruza. La hendidura de unión 36 presenta solamente en una fracción de su longitud total, atravesada por partes de la otra lámina, una anchura que equivale fundamentalmente al grosor de pared de la lámina que entrecruza. En las demás partes, la hendidura tiene un ancho tal que las dos láminas 14 y 16 que se entrecruzan no se toquen.

A diferencia de las formas de ejecución de las figuras de 1 a 7, la hendidura de unión 36 presenta una desembocadura 52 que se continúa en una ventana 48. Esta ventana es fundamentalmente más ancha que la hendidura de unión 36 y se extiende más allá del centro de la lámina marcado por el eje central 21. Dicha ventana se halla con preferencia a ambas láminas 14 y 16 que se entrecruzan. Sin embargo, también es posible que dicha ventana se halle solamente en la lámina 14 de las dos láminas 14 y 16 que se entrecruzan. A través de la ventana 48 se quitan zonas de la lámina que están amenazadas de corrosión. En estas zonas se pueden practicar además varias ventanas de diferentes formas para ejecutar este cometido.

La lámina presenta con preferencia por lo menos una ventana 50 dispuesta a lo largo de un eje de unión 23 de cada una de las hendiduras de unión 36. Las ventanas 48 y 50 forman escotaduras en la lámina, vaciando aquellas zonas que están especialmente amenazadas por la corrosión y por ello provocan el alargamiento longitudinal de la lámina. La lámina 14 lleva además elevaciones 58, entre ellas se sujeta la lámina que entrecruza. Estas elevaciones están dispuestas en una parte de la lámina que atraviesa la hendidura de unión de la otra lámina. Gracias a estas elevaciones se sujetan de forma más estable las láminas que se entrecruzan, en el supuesto de que debido a la abertura de las ventanas 48 y 50 dichas láminas no estuvieran apoyadas de modo suficiente, en especial durante el montaje del espaciador y antes de la realizar la unión metalúrgica de las láminas.

En la figura 11 se representa una celdilla de un espaciador 2. Al igual que se ha mostrado en la figura 9, la lámina 14 del espaciador mencionado consta por lo menos de dos chapas de lámina 10A y 10B, adyacentes entre sí por lo menos en el punto de intersección 7. Para formar los canales de circulación 4 se deforman/arquean dichas chapas separándose la una de la otra en las zonas restantes. De modo similar a la forma de ejecución de un espaciador 1, cuyas láminas 3 y 5 constan de una sola chapa, también en este caso cada lámina 14 está unida metalúrgicamente por lo menos mediante un lugar de unión 60 con la lámina 16 que entrecruza. En esta forma de ejecución de espaciadores, utilizada sobre todo en los reactores de agua a presión, es ventajoso que tanto las láminas 14 y 16 que se entrecruzan como las chapas de lámina contiguas se unan metalúrgicamente entre sí en la zona del punto de intersección 7 mediante una unión metalúrgica 60.

Es ventajoso en particular que la unión metalúrgica se extienda a las zonas que son especialmente susceptibles de corrosión. Estas son las zonas de las hendiduras de unión que tienen fundamentalmente la anchura del grosor de pared de la lámina que entrecruza.

Por consiguiente, en la figura 12 se muestra un recorte de una lámina con una forma ventajosa de ejecución de uniones metalúrgicas - en esta caso las uniones soldadas 60 y 62- en especial para reprimir la corrosión en los lugares de las láminas y en las hendiduras de uniones del espaciador 2 que estén especialmente amenazados por la corrosión. En esta forma de ejecución están también unidas mediante unión metalúrgica en particular las chapas contiguas de la lámina vertical mediante el lugar de unión 60 del borde superior 39 y del borde inferior 40 de dicha lámina con la lámina que entrecruza. Se muestran además en la figura 12 fundamentalmente características que ya se han ilustrado en la figura 10. Mediante otra unión metalúrgica 62, con preferencia un punto de soldadura, en la zona en la que las chapas de lámina discurren contiguas una junto a la otra, dichas chapas se unen entre sí en sentido plano. El punto de soldadura 62 se aplica con ventaja en el lugar en el que la corrosión es especialmente intensa. Este punto es con frecuencia aquel en el que las chapas de lámina presentan radios de curvatura relativamente fuertes. Como alternativa a esta forma de ejecución es posible practicar un vaciado (escotadura) 50 según la figura 10 en el mismo lugar. En la figura 12 se presenta además que la unión soldada en la zona del punto de intersección 7 de las láminas que se entrecruzan no se limita solamente al borde superior 39 o al borde inferior 40 de las láminas que se entrecruzan. Para evitar la dilatación longitudinal, que surge en particular debido a la corrosión en la zona estrecha 32 de la hendidura de unión 36, la unión soldada 60 se extiende prácticamente a lo largo de toda la longitud de la parte correspondiente 32 de la hendidura de unión 36, cuya anchura equivale fundamentalmente al grosor de pared de la lámina que entrecruza. Las elevaciones 58, ilustradas ya en la figura 10, se colocan de tal manera que entre ellas se sujete la lámina correspondiente que entrecruza.

Para dar soporte elástico a las barras combustibles 8 alojadas en las celdillas de la estructura del espaciador se utilizan en esta forma de ejecución en cada caso los canales de circulación 66. Para el apoyo ventajoso de las barras combustibles alojadas en las celdillas de la estructura del espaciador a lo largo de dos líneas se utilizan en cada caso una escotadura 64 en la zona de uno de los canales de circulación 66, estando la barra combustible contigua en cada caso a los bordes de estas escotaduras 64.

En la figura 13 se muestra una forma especial de ejecución de una lámina 13, modificada posteriormente con respecto a las formas indicadas en las figuras de 4 a 8. En esta forma especial de ejecución, la hendidura de unión 18 lleva en la zona 32 una unión metalúrgica 60 de las láminas 13 y 11 que se entrecruzan, y en otra zona 30 la hendidura de unión 18 es tan ancha que las dos láminas 11 y 13 no se tocan. En especial, la hendidura de unión 18 es tan larga que las dos láminas 11 y 13 no se tocan. Para el apoyo elástico de las barras combustibles, que atraviesan las celdillas de la estructura del espaciador, la lámina 13 lleva en cada caso para cada celdilla por lo menos un resorte 54 que sobresale de la lámina y para el mismo fin la lámina 13 lleva por lo menos un par de pinzas (bucles) 56 rígidos y sobresalientes.

De modo similar al de la forma de ejecución de un espaciador 2 ilustrada ya en la figura 12, en esta forma de ejecución de un espaciador 1 y 2, la unión soldada 60 se extiende en la zona del punto de intersección de las láminas 11 y 13 por lo menos a lo largo de una parte de la hendidura de unión que equivale fundamentalmente al grosor de pared de la lámina 11 que entrecruza. Además, en esta forma de ejecución la lámina 11 que entrecruza se sujeta entre dos elevaciones 58 existentes en la otra lámina 13.

Claims (7)

1. Espaciador (1, 2) de un elemento combustible de una central nuclear, formado por láminas (3) dispuestas en forma de rejilla, cada lámina (3) presenta en un punto de intersección (7) con otra lámina que entrecruza una hendidura de unión (9), en la que se aloja la lámina que entrecruza, y en el punto de intersección de las dos láminas, la hendidura de unión (9) de cada lámina presenta por lo menos una zona más estrecha (25, 27), en la que la anchura de la hendidura de unión (9) equivalen fundamentalmente al grosor de pared de la lámina que entrecruza y las dos láminas están unidas metalúrgicamente entre sí, y presenta otra zona que está atravesada por partes de la lámina que entrecruza y que tiene una anchura de hendidura mayor, caracterizado porque las dos láminas están unidades metalúrgicamente entre sí en toda la longitud de las zonas más estrecha.

2. Espaciador según la reivindicación 1, caracterizado porque la hendidura de unión fuera de la unión metalúrgica es tan ancha que las dos láminas no se tocan.

3. Espaciador de un elemento combustible de una central nuclear, formado por láminas dispuestas en forma de rejilla, en el que cada lámina (55) en un punto de intersección (23) con otra lámina que entrecruza (46) presenta un hendidura de unión (57), en la que se aloja la lámina que entrecruza, caracterizado porque en un punto de intersección de las dos láminas cada hendidura de unión (57) presenta una anchura que por lo menos en dos de las zonas atravesadas por partes de la lámina que entrecruza es diferente y en toda la longitud (L) mayor que el grosor de pared de la lámina (46) que entrecruza, en él están previstos por lo menos tres zonas más estrechas que en cada caso forman un punto de apoyo (61), en ellas la lámina correspondiente (55) se apoya en cada caso solamente en una cara de la lámina (57) que entrecruza.

4. Espaciador según la reivindicación 3, caracterizado porque las dos láminas (46, 55) están unidas metalúrgicamente entre sí por lo menos en un punto de apoyo.

5. Espaciador según una de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque cada lámina (33) por ambos lados de cada hendidura de unión (35) en la zona de la sección transversal más estrecha de la misma presenta una escotadura (47, 49, 51, 53) contigua a dicha hendidura de unión (35).

6. Espaciador según una de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque cada lámina (14) presenta una ventana (48) dispuesta a lo largo del eje de una hendidura de unión (36), en él cada hendidura de unión desemboca con preferencia por lo menos en una de las ventanas.

7. Espaciador según una de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque cada lámina (14) lleva por lo menos dos elevaciones (58) en una parte que atraviesa la hendidura de unión (36) de la otra lámina y entre dichas elevaciones se sujeta la otra lámina (16).