ES2326796T3 - Procedimiento de diseño del resorte de araña de una barra de control de un conjunto de combustible nuclear. - Google Patents
Procedimiento de diseño del resorte de araña de una barra de control de un conjunto de combustible nuclear. Download PDFInfo
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Abstract
Procedimiento de diseño de un conjunto (1) de combustible nuclear destinado a ser colocado en un reactor nuclear, comprendiendo el conjunto varios tubos de guía (24) y una barra de control (4) que contiene varias varillas de control (10) a introducir en los tubos de guía (24) y un soporte (11) de las varillas de control (10), conteniendo el conjunto un muelle helicoidal (16) de amortiguación del impacto del soporte (11) contra el cabezal superior (7) del conjunto en caso de caída de la barra de control (4) durante una parada del reactor nuclear, caracterizado porque el procedimiento se aplica por ordenador y comprende las etapas de: a) determinación de la evolución en el tiempo de la velocidad de la barra de control (4) después del impacto del soporte (11) contra el cabezal superior (7), b) determinación, a partir de la evolución de la velocidad determinada en la etapa a), del esfuerzo longitudinal máximo (FMAX) de compresión del muelle (16), y c) determinación, a partir del esfuerzo máximo longitudinal de compresión (F MAX), de por lo menos un esfuerzo máximo de cizallamiento (TauMAX) en el muelle (16).
Description
Procedimiento de diseño del resorte de araña de
una barra de control de un conjunto de combustible nuclear.
La invención se refiere a un procedimiento de
diseño de un conjunto de combustible nuclear destinado a ser
situado en un reactor nuclear, comprendiendo dicho conjunto varios
tubos de guía, y una barra de control que comprende varias varillas
de control introducidas en los tubos de guía y un soporte de las
varillas de control, comprendiendo el conjunto un resorte
helicoidal de amortiguación del impacto del soporte contra el
cabezal superior del conjunto en caso de caída de la barra de
control después de una parada del reactor nuclear.
La patente US-5076995 describe
un conjunto de este tipo.
Se entiende que los conjuntos de combustible
nuclear deben ser fiables para permitir un funcionamiento seguro de
los reactores nucleares.
Así, se han establecido normas de diseño y de
construcción de tales conjuntos.
Estas normas imponen un marco general y unos
criterios mínimos que los constructores de los conjuntos de
combustible deben tener en consideración.
Respecto al resorte helicoidal de amortiguación,
las normas de diseño imponen verificar mediante ensayo que la
integridad del resorte no esté degradada después del impacto que se
produce en caso de parada del reactor.
Si este criterio impuesto por las normas de
diseño permite diseñar conjuntos de fiabilidad satisfactoria, sería
deseable acotar los márgenes de seguridad durante el diseño con el
fin de reducir la masa y el coste de los conjuntos fabricados.
Un objetivo de la invención es resolver este
problema dando a conocer un procedimiento que permita diseñar
conjuntos de combustibles nucleares fiables, acotando los márgenes
de diseño.
Con este fin, la invención tiene por objeto un
procedimiento de diseño de un conjunto de combustible nuclear
destinado a ser colocado en un reactor nuclear, comprendiendo dicho
conjunto varios tubos de guía y una barra de control que contiene
varias varillas de control para introducirse en los tubos de guía y
un soporte de dichas varillas de control, comprendiendo el conjunto
un muelle helicoidal de amortiguación del impacto del soporte
contra el cabezal superior del conjunto en el caso de la caída de la
barra de control durante una parada del reactor nuclear,
caracterizado porque el procedimiento se aplica por ordenador y
comprende las etapas de:
a) determinación de la evolución temporal de la
velocidad de la barra de control después del impacto contra el
cabezal superior,
b) determinación, a partir de la evolución de la
velocidad determinada en la etapa a), del esfuerzo longitudinal
máximo de compresión del muelle, y
c) determinación, a partir del máximo esfuerzo
longitudinal de compresión, de por lo menos un esfuerzo máximo de
cizallamiento en el muelle.
\vskip1.000000\baselineskip
Según modos particulares de realización, el
procedimiento puede contener una o varias de las siguientes
características, consideradas aisladamente o según todas las
combinaciones técnicamente posibles:
- el esfuerzo máximo de cizallamiento es el
esfuerzo de cizallamiento a lo largo de la fibra neutra del
muelle,
- el esfuerzo máximo de cizallamiento es el
esfuerzo de cizallamiento a lo largo de la fibra del muelle más
próxima de su eje central longitudinal,
- el procedimiento comprende además una etapa de
verificación, utilizando un esfuerzo máximo de cizallamiento
determinado en la etapa c), y un esfuerzo máximo admisible por el
muelle que no debe superarse.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención tiene además por objeto un sistema
de diseño de un conjunto de combustible nuclear, caracterizado
porque comprende un ordenador y los medios de almacenamiento en los
cuales se guarda por lo menos un programa que contiene las
instrucciones para la ejecución de las etapas del procedimiento de
diseño de un conjunto de combustible nuclear similar al que se ha
definido anteriormente.
La invención tiene además por objeto un programa
de ordenador que contiene las instrucciones para la ejecución de
las etapas de un procedimiento similar al definido
anteriormente.
\newpage
La invención tiene igualmente por objeto un
soporte utilizable en el ordenador y en el que está grabado un
programa similar al definido previamente.
La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción siguiente, dada a titulo de ejemplo, y en la que
se hace referencia a las figuras anexas en las cuales:
- la figura 1 es una vista esquemática en
perspectiva con despiece de un conjunto de combustible nuclear
diseñado mediante un procedimiento según la invención,
- la figura 2 es una vista esquemática lateral a
mayor escala y parcialmente en sección, que representa la
estructura de la araña del conjunto de la figura 1,
- la figura 3 es una vista parcial esquemática
en alzado lateral del conjunto de la figura 1 y representa
especialmente una pared de un tubo de guía/varilla de control,
- la figura 4 es un esquema de bloques que
representa el sistema de diseño del conjunto de la figura 1,
- la figura 5 es un organigrama que representa
las etapas sucesivas del procedimiento de diseño aplicado por el
sistema de la figura 4,
- la figura 6 representa una curva de evolución
de la velocidad de caída de una varilla de control antes de la
penetración en el tramo inferior del tubo de guía correspondiente,
estando calculada dicha evolución mediante el sistema de la figura
4, y
- la figura 7 representa una curva de evolución
de la velocidad de caída de la misma varilla de control en el tramo
inferior del tubo de guía correspondiente, estando calculada dicha
evolución mediante el sistema de la figura 4.
La figura 1 representa un conjunto (1) de
combustible nuclear que comprende principalmente una red (2) de
base cuadrada de varillas (3) de combustible nuclear y una barra de
control (4).
El conjunto (1) comprende las abrazaderas (5) de
sujeción de las varillas (3) que están distribuidas a lo largo de
las varillas (3). Se coloca un cabezal inferior (6) bajo los
extremos inferiores de las varillas (3) y un cabezal superior (7)
por encima de los extremos superiores de las varillas (3). El
cabezal superior (7) está provisto de resortes (8) de apoyo en la
placa superior del núcleo del reactor donde se cargará el conjunto
(1).
La barra de control (4) comprende varias
varillas de control (10), por ejemplo veinticuatro. Clásicamente,
las varillas de control (10) contienen un material absorbente de
neutrones.
Las varillas (3) y (10) se extienden
paralelamente a una dirección longitudinal (L) vertical.
Las varillas (10) se sujetan por sus extremos
superiores mediante un soporte (11) generalmente denominado
araña.
Como se representa más específicamente en la
figura 2, la araña (11) comprende un vástago central vertical (12)
y una serie de brazos o aletas (13) que se extienden radialmente
hacia el exterior desde el extremo inferior del vástago (12) hasta
sus extremos radiales exteriores (14).
Cada varilla de control (10) está unida por su
extremo superior a un brazo (13).
El vástago (12) de la araña (11) tiene un
orificio central ciego (15) que desemboca hacia abajo y en el cual
se aloja un muelle (16) helicoidal de amortiguación. El muelle (16)
se extiende verticalmente a lo largo del eje central (A). Un
tornillo (17) de tensado se extiende sensiblemente a lo largo de
toda la altura del orificio (15) y está roscado en la pared (18)
que limita la parte superior del orificio (15).
La parte inferior del tornillo (17) atraviesa el
asiento de un manguito de retención (20) donde se apoya el extremo
inferior del muelle (16). La cabeza (21) del tornillo (17) se apoya
hacia arriba contra el asiento del manguito de retención (20) para
sujetar el muelle (16) contra la pared (18) del vástago (12).
Como se representa en la figura 3 para una
varilla de control (10), cada varilla de control (10) se introduce
en su respectivo tubo de guía (24) dispuesto en la red (2) de
varillas (3) de combustible. Así, se forman veinticuatro parejas de
tubos de guía/varillas de combustible. Como cada una de estas
parejas tiene una estructura análoga, en lo que sigue solamente se
describirá una de ellas.
El tubo de guía (24) se extiende desde el
cabezal inferior (6) hasta el cabezal superior (7). El tubo de guía
(24) comprende un tramo inferior (26) de diámetro interior reducido
y un tramo superior (27). El tramo inferior (26) está unido al
cabezal inferior (6) por un tornillo de apoyo (28) introducido en un
orificio vertical (29) que lo atraviesa.
El tramo inferior (26) del tubo de guía (24)
contiene la varilla de control (10) con un huelgo radial de paso
(J).
El tramo superior (27) está fijado al cabezal
superior (7) y desemboca al exterior del conjunto (1).
Se dispone de orificios laterales en el tramo
superior (27) en la proximidad del tramo inferior (26).
Cuando el conjunto (1) es cargado en un reactor
nuclear, el líquido de refrigeración del reactor rellena el
interior del tubo de guía (24).
De forma clásica, la barra de control (4) se
desplaza verticalmente respecto al resto del conjunto (1) para
permitir ajustar la reactividad durante el funcionamiento normal del
reactor, y por consiguiente las variaciones de potencia desde
potencia nula hasta plena potencia en función de la penetración
vertical de las varillas de control (10) en la red (2) de las
varillas (3). Clásicamente, el desplazamiento vertical de la barra
de control (24) se garantiza mediante una barra de accionamiento
unida al extremo superior del vástago (12).
Cuando se para el reactor, la barra de
accionamiento y la barra (4) caen por gravedad.
Al principio de este movimiento de caída, las
varillas de control (10) están guiadas solamente por los tramos
superiores (27) de los tubos de guía (24) y no han alcanzado todavía
los tramos inferiores (26).
Al final de la caída, los extremos inferiores de
las varillas de control (10) penetran en los tramos inferiores
(26). Entonces el fluido de refrigeración contenido en los tramos
(26) es expulsado violentamente por una parte hacia arriba y por
otra hacia bajo a través de los orificios (29) de los tornillos con
valona (28).
Cada tramo inferior (26) se comporta entonces
como un amortiguador hidráulico frenando el movimiento de caída de
la varilla de control (10) correspondiente y por consiguiente el de
la barra (4).
Esta fase de frenado termina al final del
recorrido por impacto de la araña (11) en el cabezal superior (7)
del conjunto (1).
Este impacto se realiza mediante el manguito de
retención (20). En el curso del impacto, el muelle (16) se comprime
verticalmente para amortiguar el choque.
Según la invención, el conjunto (1) se ha
diseñado teniendo en cuenta los esfuerzos particulares provocados
en el conjunto por la caída de la barra de control (4) cuando se
produce una parada del reactor similar.
Así, para diseñar el conjunto (1), se ha
utilizado especialmente un sistema informático (32) como el
representado esquemáticamente en la figura 4.
Este sistema (32) comprende, por ejemplo, un
ordenador o unidad de tratamiento de la información (34) que
comprende uno o varios procesadores, medios (36) de almacenamiento,
medios (38) de entrada/salida y eventualmente medios (40) de
representación gráfica.
Las instrucciones ejecutables por el ordenador
(34) están almacenadas en forma de uno o varios programas en los
medios (36) de almacenamiento.
Estas instrucciones son, por ejemplo,
instrucciones en código de programación FORTRAN.
Estas instrucciones cuando son ejecutadas por el
ordenador (34), permiten la aplicación del procedimiento
representado por el organigrama de la figura 5.
En la primera etapa representada por el bloque
(42) de esta figura, el ordenador (34) calcula, a partir de los
datos (43), la evolución de la velocidad de caída de una varilla de
control (10) en el tramo superior (27) del tubo de guía (24)
correspondiente en caso de una parada del reactor.
Este cálculo puede realizarse suponiendo, por
ejemplo, que la varilla de control (10) está sometida en primer
lugar a unos esfuerzos constantes:
- fuerza de la gravedad: fg=Mg,
- empuje de Arquímedes: fa=-\rhogV,
- diferencia de presión en el núcleo: fc, y
- rozamientos mecánicos: fm,
donde M y V son, respectivamente,
la masa y el volumen de la barra (4) y de su vástago de
accionamiento.
\newpage
La varilla de control (10) está sometida
igualmente a unos esfuerzos función de su velocidad o de su
posición, por ejemplo los rozamientos hidráulicos que se pueden
suponer de la forma: fh=-c1(M+\rhoV)\nu^{2},
siendo \nu=velocidad de la barra (4) y por lo tanto de la varilla
(10) considerada.
Así, la ecuación de movimiento de la varilla en
el tramo superior (27) del tubo de guía (24) se escribe:
Obteniéndose así:
con c1 = rozamientos hidráulicos en
el tubo de guía,
y
C1 y c2 son por ejemplo datos experimentales
medidos durante ensayos de caída de la barra de control (4). Estos
datos serán, conjuntamente con otros datos necesarios para el
cálculo, tales como la masa y el volumen de la barra (4) y su
vástago de accionamiento, introducidos al ordenador, por ejemplo,
bajo la forma de un archivo (43) gracias a los medios (38) de
entrada/salida.
El ordenador (34) resuelve la ecuación de
movimiento de la varilla de control (10), por ejemplo, gracias al
método de NEWTON.
De esta forma, se conoce la evolución de la
velocidad de la varilla de control (10) en el tramo superior (27)
en función del tiempo. El perfil así determinado puede mostrarse
bajo la forma de una curva por los medios de representación gráfica
(40). Esta curva está dibujada en la figura 6.
Al final de la etapa representada por el bloque
(42), se conoce la velocidad de la varilla de control (10) a la
entrada del tramo inferior de amortiguación (26) del tubo de guía
(24).
A partir de los resultados de la etapa del
bloque (42), el ordenador (34) calcula la evolución de la velocidad
de la varilla de control (10) durante su caída en el tramo inferior
de amortiguación (26).
Esta etapa se esquematiza por el bloque
(44).
Esta etapa se puede realizar utilizando la
ecuación:
SCA = sección de la varilla (10), y
NCA = número de varillas (10) en la barra
(4).
\vskip1.000000\baselineskip
Por consiguiente se ha hecho la hipótesis que
f_{c} y f_{m} son despreciables.
La diferencia \DeltaP representa el incremento
de presión creado en el líquido de refrigeración contenido en el
tubo de guía (24), es decir entre la presión en el extremo inferior
de la varilla (10) y la presión reinante en el tramo superior (27)
del tubo de guía (24).
\newpage
\DeltaP puede determinarse mediante la
fórmula:
Con SM = sección del tramo inferior (26),
SACM = SM - SCA = sección del espacio anular
entre la varilla (10) y el tramo inferior (26),
SACTG = STG - SCA, donde STG es la sección del
tramo superior (27) del tubo de guía (24),
FECR = coeficiente de pérdida de carga por
rozamiento en el tramo inferior (26),
DM = diámetro medio del tubo de guía (24) en el
tramo superior (27),
z = altura de la varilla (10) insertada en el
tramo inferior (26) del tubo de guía (24), y
Q = fracción de líquido que circula hacia arriba
fuera del tramo inferior (26).
\vskip1.000000\baselineskip
La resolución de las ecuaciones que rigen el
movimiento de la varilla (10) después de la penetración en el tramo
inferior (26) se realiza con el ordenador (24), por ejemplo
utilizando el método de RUNGE-KUTTA.
Así, al final de la etapa (44) se conoce la
evolución de la velocidad de la varilla de control (10) en el tramo
inferior (26) del tubo de guía (24) antes del impacto de la araña
(11) sobre el cabezal superior (7).
El perfil de la velocidad, determinado de esta
forma, puede representarse por los medios (40) como se muestra en
la figura 7. En la curva de esta figura 7, el perfil de la velocidad
determinado durante la etapa (44) es el tramo situado a la
izquierda del punto (45).
El ordenador (34) realiza además, en la etapa
del bloque (46), el cálculo del aumento de presión máximo creado
\DeltaP_{MAX}.
Este cálculo puede efectuarse por ejemplo a
partir de la fórmula:
El ordenador (34) realiza en la etapa del bloque
(48) el cálculo del esfuerzo circunferencial y normal máximo
\sigma_{\theta MAX} al cual está sometido el tramo inferior (26)
del tubo de guía (24) a causa del aumento de presión
\DeltaP_{MAX}.
Este esfuerzo se puede calcular mediante la
fórmula:
donde DPM = diámetro interior del
tramo inferior (26),
y
EMP = espesor mínimo de la pared del tramo
inferior (26).
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema (32) puede proporcionar, gracias a
los medios (38) de entrada/salida, un primer resultado en forma de
un archivo (49) que contiene el valor determinado de
\sigma_{\theta MAX}, y eventualmente el aumento de presión
\DeltaP_{MAX} calculado.
A continuación, el sistema (32) realiza el
cálculo de la evolución de la velocidad de la varilla de control
(10) después de la entrada en contacto de la araña (11) y el cabezal
superior (7).
Esta etapa de cálculo está representada por el
bloque (50) de la figura 5.
Este cálculo se puede efectuar, por ejemplo,
utilizando la siguiente ecuación cuando el manguito (20), y por
tanto la araña (11), entra en contacto con el cabezal superior
(7).
con PRCH = precarga del muelle (16)
= PRCMP x K, donde PRCMP es la precompresión del muelle (16) y K la
rigidez del muelle
(16),
LAI = longitud recorrida por la varilla de
control en el tramo inferior (26) antes del impacto, y
c3 = coeficiente de amortiguación hidráulico
para representar la amortiguación en el tramo inferior (26).
\vskip1.000000\baselineskip
En el caso de un rebote, es decir cuando la
araña (11) no llega a contactar con el cabezal superior (7), la
ecuación de movimiento de la varilla de control (10) se escribe:
Estas dos ecuaciones se integran en el ordenador
(34), por ejemplo utilizando el método de
RUNGE-KUTTA.
La etapa (50) permite pues conocer la cinemática
de la barra de control (4) durante la amortiguación mecánica del
choque por el muelle (16). El perfil de la velocidad determinada de
esta forma puede ser representado, por ejemplo, por los medios
(40). Este perfil corresponde al tramo situado a la derecha del
punto (45) en la curva de la figura 7.
A partir de los resultados de esta etapa, el
sistema (32) realiza en la etapa (52) el cálculo de la fuerza
vertical máxima de compresión F_{MAX} a la que se somete el muelle
(16) durante la amortiguación mecánica.
Este cálculo puede realizarse, por ejemplo, a
partir de la fórmula:
Después, el sistema (32) realiza en la etapa del
bloque (54) el cálculo del esfuerzo máximo de cizallamiento
aproximado \tau_{MAX} en el muelle (16):
con DFN = DER-DFR,
y
DER = diámetro exterior del muelle (16),
DFR = diámetro del hilo del muelle (16).
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, el sistema (32) puede
eventualmente realizar a partir del esfuerzo máximo \tau_{MAX},
el cálculo de los esfuerzos máximos corregidos.
Estos esfuerzos pueden calcularse multiplicando
\tau_{MAX} por diferentes factores.
\newpage
Así se puede determinar:
El esfuerzo máximo \tau_{MAX1} corresponde
al esfuerzo de cizallamiento a lo largo de la fibra neutra (FN)
(figura 2) del muelle (16). El esfuerzo \tau_{MAX2} corresponde
al esfuerzo a lo largo de la fibra (F2) (figura 2) del muelle (16)
la más próxima al eje central vertical (A) del muelle (16) (ver
figura 2).
Al final de esta etapa representada por el
bloque (56), el sistema (32) proporciona los diferentes esfuerzos
de cizallamiento máximos calculadas, por ejemplo bajo la forma de
datos almacenados en un archivo (57) emitido por los medios (38) de
entrada/salida.
A partir de los datos contenidos en los archivos
(49) y (57), que han sido igualmente almacenados en los medios (36)
de almacenamiento, el ordenador (34) verificará que los esfuerzos
máximos calculados son adecuados para los materiales que
constituyen respectivamente el tubo de guía (24) y el muelle
helicoidal (16).
Esta etapa se ha representado en la figura 5 por
el bloque (58). En el transcurso de esta etapa, el sistema (32)
comprueba por ejemplo que los esfuerzos de cizallamiento máximos
calculados durante las etapas (54) y (56) son inferiores a los
valores máximos admisibles por el material que forma el muelle (16).
Esta verificación se realiza comparando los valores de
\tau_{MAX}, \tau_{MAX1} y \tau_{MAX2} con un valor
máximo admisible para el material del muelle (16).
Por lo que se refiere al esfuerzo máximo
circunferencial \sigma_{\theta MAX}, se puede realizar la
verificación a partir de una fórmula del tipo:
donde \sigma_{admisible} se
refiere al material que forma los tramos inferiores (26) de los
tubos de guía
(24).
\vskip1.000000\baselineskip
La función f puede ser una función que tenga en
cuenta otros esfuerzos a los que pueden estar sometidos los tubos
de guía (24). Este esfuerzo puede ser el esfuerzo vertical de
compresión \sigma_{A} al que están sometidos los tubos de guía
(24) cuando los resortes (8) del cabezal superior (7) se apoyan en
la placa superior del núcleo para contrarrestar el empuje
hidrostático en funcionamiento.
Así, la función f puede ser, por ejemplo, de la
forma f(\sigma_{\theta MAX}, \sigma_{A}) =
\sigma_{\theta MAX} + \sigma_{A}.
Se observa que esta última etapa, representada
por el bloque (58), puede realizarse por un programa de cálculo
distinto que asegure de forma general la validación de los
diferentes parámetros de diseño del conjunto (1) a partir de los
resultados proporcionados por los diversos programas de cálculo cada
uno dedicado a tener en cuenta las condiciones particulares de
funcionamiento y entre los cuales figuran uno o varios programas
para realizar la aplicación de las etapas (42), (44), (46), (48),
(50), (52), (54) y (56).
De forma general, el archivo (43) que contiene
los datos (43) utilizados por el procedimiento en los diferentes
cálculos puede comprender los datos de la tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
De igual forma el archivo (49) que contiene los
resultados proporcionados por la etapa (48) puede contener los
datos de la tabla 2 siguiente.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
El archivo (57) que comprende los resultados de
la etapa (56) puede a su vez contener los datos de la tabla 3
siguiente.
Se ha podido verificar experimentalmente que los
aumentos de presión máximos y los esfuerzos máximos obtenidos
gracias a las etapas (42), (44), (46) y (48) son fiables. De esta
forma, la primera parte correspondiente del procedimiento permite
diseñar tubos de guía (24) fiables. Además, esta primera parte
calcula solamente un esfuerzo que puede considerarse necesario para
las condiciones a tener en cuenta. Por consiguiente, esta primera
parte del procedimiento permite limitar los márgenes de seguridad
durante el diseño y así proyectar los conjuntos relativamente
ligeros y económicos.
La segunda parte del procedimiento, que
corresponde a las etapas (50), (52), (54) y (56), permite calcular
también de forma fiable los esfuerzos máximos, como se ha confirmado
experimentalmente.
Así, la segunda parte del procedimiento permite
lograr mediante cálculo un diseño fiable de los muelles (16) de la
araña lo que se revela ventajoso respecto al único método de ensayo
impuesto hasta la fecha por la reglamentación. En efecto, resulta
que la segunda parte del procedimiento no calcula más que esfuerzos,
y especialmente aquellos sobre la fibra (F2) del muelle (16) la más
próxima al eje central (A) del muelle, que se muestran adecuados
para la comprobación de las condiciones a considerar. Así, la
segunda parte del procedimiento permite reducir los márgenes del
diseño.
De forma más general por una parte las etapas
(42), (44), (46) y (48), y por otra las etapas (50), (52), (54) y
(56), pueden realizarse mediante programas de cálculo distintos.
A fin de aumentar la fiabilidad de cálculo, se
puede, al aplicar la primera parte del procedimiento, utilizar como
huelgo de paso (J) el valor nominal del huelgo, o este valor nominal
corregido por la tolerancia de fabricación, o un valor resultante
de estudios estadísticos de la dispersión de valores de huelgos de
paso (J) obtenidos de conjuntos construidos.
En una variante, se podrá utilizar un valor de
huelgo (J) mayor en las etapas (42) y (44) y un valor de huelgo (J)
más reducido en las etapas (46) y (48). Esto permite calcular un
valor de esfuerzo \sigma_{\theta MAX} elevado, puesto que se
alcanzará una velocidad elevada durante la caída de la varilla (10)
y el volumen disponible de líquido de amortiguación en el tramo
inferior (26) es escaso. Sin embargo, este valor elevado del
esfuerzo no es irreal y no conduce a márgenes de diseño
injustificados, como se comenta en el siguiente ejemplo.
Según una variante particular, el valor superior
puede ser un valor máximo del huelgo (J) verificado con una cierta
probabilidad, por ejemplo 95%, en conjuntos construidos, y el valor
inferior un valor mínimo obtenido con la misma probabilidad. Esta
variante permite aproximarse a una situación donde una sola pareja
tubo de guía/varilla de control presenta un huelgo (J) mínimo,
donde se alcanzará el esfuerzo máximo \sigma_{\theta MAX}, y
donde las otras parejas tubo de guía/varilla de combustible
presentan un huelgo de paso máximo (J), lo que constituye el caso
más desfavorable.
La primera parte del procedimiento podrá
igualmente, en ciertas variantes, tomar en consideración distintas
formas del tramo inferior (26) de amortiguación de las descritas
hasta ahora. Así, los tramos inferiores de amortiguación podrán
presentar varias partes sucesivas de diámetros decrecientes
eventualmente separadas por partes de diámetros crecientes,
generalmente denominados burbujas. En ciertas variantes, la primera
parte del procedimiento se aplicará con tornillos con valona (28)
no agujereados con los orificios (29).
La segunda parte, referida al diseño del muelle
(16), se puede aplicar todavía de forma más general sin necesidad
de calcular el aumento de presión \DeltaP y el esfuerzo
\sigma_{\theta MAX}.
Claims (7)
1. Procedimiento de diseño de un conjunto (1) de
combustible nuclear destinado a ser colocado en un reactor nuclear,
comprendiendo el conjunto varios tubos de guía (24) y una barra de
control (4) que contiene varias varillas de control (10) a
introducir en los tubos de guía (24) y un soporte (11) de las
varillas de control (10), conteniendo el conjunto un muelle
helicoidal (16) de amortiguación del impacto del soporte (11) contra
el cabezal superior (7) del conjunto en caso de caída de la barra
de control (4) durante una parada del reactor nuclear,
caracterizado porque el procedimiento se aplica por ordenador
y comprende las etapas de:
a) determinación de la evolución en el tiempo de
la velocidad de la barra de control (4) después del impacto del
soporte (11) contra el cabezal superior (7),
b) determinación, a partir de la evolución de la
velocidad determinada en la etapa a), del esfuerzo longitudinal
máximo (F_{MAX}) de compresión del muelle (16), y
c) determinación, a partir del esfuerzo máximo
longitudinal de compresión (F_{MAX}), de por lo menos un esfuerzo
máximo de cizallamiento (\tau_{MAX}) en el muelle (16).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el esfuerzo máximo de cizallamiento
(\tau_{MAX}) es el esfuerzo de cizallamiento a lo largo de la
fibra neutra (FN) del muelle (16).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque el esfuerzo máximo de cizallamiento es
el esfuerzo de cizallamiento a lo largo de la fibra (F2) del muelle
(16) la más próxima a su eje central longitudinal (A).
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
además una etapa de verificación, utilizando un esfuerzo máximo de
cizallamiento determinado en la etapa c), y un esfuerzo máximo
admisible por el muelle (16) que no debe superarse.
5. Sistema de diseño de un conjunto de
combustible nuclear, caracterizado porque comprende un
ordenador (34) y los medios (36) de almacenamiento en los cuales se
almacena por lo menos un programa que contiene instrucciones para
la ejecución de las etapas de un procedimiento de diseño de un
conjunto de combustible nuclear según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
6. Programa de ordenador que contiene
instrucciones para la ejecución de las etapas de un procedimiento
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
7. Soporte utilizable en ordenador y en el que
está grabado un programa según la reivindicación 6.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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| FR0202657A FR2836753B1 (fr) | 2002-03-01 | 2002-03-01 | Procede de conception du ressort d'araignee d'une grappe de controle d'un assemblage de combustible nucleaire, systeme, programme d'ordinateur et produit correspondants |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Family Applications (1)
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