ES2330968T3 - Elemento de combustion para un reactor nuclear de agua a presion. - Google Patents
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Abstract
Elemento de combustible (2) para un reactor nuclear de agua a presión, en el que múltiples barras de combustible (6) que se extienden en dirección longitudinal (4) son guiadas por una serie de separadores (8-I, 8-II) distanciados axialmente entre sí, en el que el elemento de combustible (2) comprende una zona inferior (I) y una zona superior (II) que se une a la primera, y en el que en cada caso está dispuesta una serie de separadores (8-I, 8-II) en la zona inferior (I) y en la zona superior (II), caracterizado por que los separadores (8-II) de la zona superior (II) tienen una menor resistencia al flujo en dirección transversal (16, 18) perpendicular a la dirección longitudinal (4) que los separadores (8-I) de la zona inferior.
Description
Elemento de combustión para un reactor nuclear
de agua a presión.
La invención se refiere a un elemento de
combustible para un reactor de agua a presión.
Se conoce, por múltiples resultados de
inspecciones, que los elementos de combustible de un reactor nuclear
de agua a presión se deforman en el transcurso de su utilización.
Son causas de ello, por ejemplo, la anisotropía de las dilataciones
térmicas o un crecimiento en longitud de los tubos envolventes de
las barras de combustible o de los tubos de guiado de las barras de
control, inducido por radiación radioactiva. Estas deformaciones
por curvatura pueden conducir, en casos desfavorables, a
dificultades de desplazamiento de los tubos de guiado de las barras
de control o a problemas en el cambio de los elementos de
combustible. A causa de curvatura sistemática en determinadas
posiciones del núcleo, se pueden presentar, además, en determinados
lugares del núcleo, que en muchos casos son lugares desconocidos,
juegos incrementados o disminuidos entre los elementos de
combustible individuales o entre dichos elementos de combustible que
se encuentran en el borde del núcleo y la envolvente del núcleo que
influyen en la relación combustible-moderador.
Una deformación de este tipo observada en la
práctica será presentada en el diagrama de la figura 7. En este
diagrama, la magnitud de la curvatura (d) en mm, con respecto a la
altura (h) del elemento combustible en metros, medida desde la
placa inferior de soporte, tal como se produce, por ejemplo, en un
elemento de combustible radiado 18X18. Se deduce de la figura que
se trata, en este caso, esencialmente de una deformación en forma
arqueada de (C) (modalidad básica), que hasta una magnitud
determinada se solapa con deformaciones de modalidad más elevada,
principalmente de la modalidad más alta superior en forma de
deformación de (S). Para reducir la magnitud de estas
deformaciones, se ha investigado en el estado de la técnica el
constituir los elementos de combustible mecánicamente más estables
y reducir los esfuerzos de retención.
De manera alternativa a lo indicado, se ha dado
a conocer en el documento WO 2005/059924 A2 influir sobre los
esfuerzos que actúan sobre los elementos de combustible, mediante la
utilización de refuerzos de borde dispuestos de diferentes formas
constructivamente, de manera determinada, para posibilitar, de esta
manera, a pesar de las deformaciones que se producen, una
disposición optimizada del núcleo.
La invención se propone el objetivo de dar a
conocer un elemento de combustible que en funcionamiento presenta
deformaciones más reducidas.
El objetivo indicado se consigue, de acuerdo con
la invención, con un elemento combustible que presenta las
características de la reivindicación 1.
La invención se basa en la comprobación de que
el agua de refrigeración que circula longitudinalmente, es decir,
en dirección axial de los elementos de combustión, a causa de las
sustanciales deformaciones en forma de (C) del elemento
combustible, que se han explicado en la introducción, genera
componentes transversales de corriente. Estas componentes de
corriente transversal que discurren perpendicularmente a la vertical
son, en la zona inferior del elemento de combustión, es decir, en
la zona en la que la dimensión de la deformación considerada en la
dirección del agua de refrigeración en circulación, es decir, en la
que aumenta la desviación con respecto a una línea vertical ideal,
dirigidas en dirección opuesta a las componentes de corriente
transversal que se establecen en base a la desviación decreciente,
ajustadas en la zona superior del máximo de la desviación.
En una realización especialmente simple y
ventajosa de la invención, en un separador, cuyo borde está
constituido mediante puentes de borde, las resistencias al flujo
transversal distintas del separador de la zona superior y de la
zona inferior son conducidas de manera tal, que los puentes de borde
del separador de la zona superior considerados en dirección
transversal recubren una superficie más reducida que los puentes de
borde del separador de la zona inferior. Esto conduce a una
resistencia al flujo transversal significativamente más reducida de
los separadores de la zona superior.
De modo adicional, en otra disposición favorable
de la invención, se prevé que en un separador que está constituido
de múltiples puentes internos que se cruzan, también los puentes
internos del soporte separador de la zona superior considerado en
dirección transversal, recubren una superficie más reducida que los
puentes internos del soporte separador de la zona inferior.
Mediante esta medida técnica, se aumenta adicionalmente la
"transparencia" del soporte separador de la zona superior con
respecto a la "transparencia" del soporte separador de la zona
inferior.
El menor recubrimiento superficial puede tener
como resultado, básicamente, que la altura del puente de borde o
bien del puente interno del soporte separador de la zona superior,
es más pequeña que la altura del puente de borde o bien del puente
interno del soporte separador de la zona inferior.
De forma alternativa o adicional a lo indicado,
los puentes de borde y en caso determinado también los puentes
internos del soporte separador de la zona superior presentan
aberturas que son mayores que las aberturas existentes en un caso
determinado en los puentes de borde y puentes internos del soporte
separador de la zona inferior. Básicamente, se puede pensar también
en una forma de realización en la que exclusivamente los puentes de
borde y en caso determinado también los puentes internos de la zona
superior, presenten aberturas.
Para una explicación adicional de la presente
invención, se hará referencia a los dibujos en los que:
La figura 1 muestra un elemento de combustible
curvado, según una representación de principio, esquemática,
Las figuras 2 y 3 muestran, de manera
correspondiente, un separador de las zona inferior o bien superior,
en una representación parcial esquemática en perspectiva,
La figura 4 muestra un separador de la zona
superior en una representación esquemática,
Las figuras 5 y 6 muestran, de manera
correspondiente, un separador de la zona inferior o bien de la zona
superior, de manera correspondiente, según una representación
simplificada, en perspectiva,
La figura 7 muestra un diagrama en el que se ha
representado la deformación por curvatura (d) con respecto a la
altura (h) del elemento de combustible.
De acuerdo con la figura 1, un elemento de
combustible (2) de un reactor nuclear de agua a presión, en el que
una serie de barras de combustible (6) quedan dispuestas
extendiéndose en dirección axial o longitudinal (4) en una serie de
separadores (8-I, 8-II) distanciados
axialmente entre sí, presenta una deformación en funcionamiento que
tiene una estructura de una curvatura en forma de C que comprende
una parte elástica y una parte que aumenta progresivamente con el
tiempo de utilización que tiene deformación plástica. Puesto que el
elemento de combustible (2) no está envuelto en una caja, el agua de
refrigeración (K) que circula a lo largo del elemento de
combustible (2), entre elementos de combustible adyacentes hacia
arriba entre separadores adyacentes (8-I,
8-II), circulan en dicho elemento de combustible (2)
y posibilitan un intercambio transversal horizontal de agua de
refrigeración, que en sí mismo es
deseable.
deseable.
Con la forma de una C (simétrica) de un elemento
de combustible curvado (2) se producen en base a su forma curvada
corrientes transversales sistemáticas (Q) que en la zona inferior
(I) son de sentido contrario a las corrientes transversales (Q) que
se generan en la parte superior (II). Mientras que las corrientes
transversales que se generan en la zona inferior (I) efectúan una
fuerza sobre el elemento de combustible (2) que tienen como efecto
que la magnitud de la curvatura en dicha zona inferior (I) se
reduce, las corrientes transversales dirigidas en sentido contrario
en la zona superior (II) producen un aumento de la curvatura, de
manera que en la práctica, la forma explicada inicialmente en base
a la figura 7, produce una superposición de la curvatura en forma
de arco en C con una curvatura en forma de S.
Estas corrientes transversales que se producen
en la parte superior (II) del elemento de combustible (2) conducen,
además, a un comportamiento inestable, puesto que su magnitud y, por
lo tanto, las fuerzas generadas por las mismas sobre el elemento de
combustible (2) aumentan de manera correspondiente al aumentar la
curvatura.
La presente invención parte de la base de que la
magnitud de las fuerzas que se generan en la zona superior (II) y,
por lo tanto, la tendencia a la inestabilidad y a provocar una
deformación plástica se pueden disminuir cuando se toman medidas
para que el separador (8-II), dispuesto en la zona
superior (II), oponga a las corrientes transversales (Q) una
resistencia al flujo más reducida que el separador
(8-I) de la zona inferior (I). En otras palabras:
en los soportes separadores inferiores (8-I), una
resistencia más elevada contra corrientes transversales es
ventajosa, puesto que las fuerzas generadas por estas corrientes
transversales reducen la curvatura, mientras que en la zona
superior (II) las fuerzas transversales ejercidas sobre el soporte
separador (8-II) deben ser lo más reducidas
posibles para minimizar, de manera sustancial, su influencia sobre
la magnitud de la curvatura.
En la figura 1 se ha mostrado una situación en
la que el límite entre la zona inferior (I) y la zona superior (II)
no discurre exactamente en la parte media del elemento de
combustible (2), de manera que en el ejemplo de realización con
nueve soportes separadores (8-I,
8-II), los cinco soportes separadores de la parte
más baja de la zona inferior (I) y los otros cuatro restantes
soportes separadores (8-II) de la zona superior
(II) se deben coordinar. El límite entre la zona inferior (I) y la
zona superior (II) es distinta de un elemento de combustible a
otro, de manera específica con la instalación, y debe encontrarse
aproximadamente en la zona en la que se encuentra el máximo de la
curvatura.
De acuerdo con la figura 2, un separador
(8-I) de la zona inferior (I) está constituido
mediante múltiples tabiques internos (10) que se cruzan. El borde
del soporte separador (8-I) está constituido por
elementos de tabique (12). Mediante los tabiques (10) y los
tabiques de borde (12) que se cruzan entre sí, se constituyen
celdas cuadradas (14) en forma de rejilla, a través de las que son
guiadas las barras de combustible (6). En la representación
simplificada de la figura, no se han mostrado los salientes o
botones y elementos elásticos de los tabiques internos y de los
tabiques de borde (10) y (12) para la disposición de los elementos
de combustibles, así como en caso necesario aletas conductoras o
amortiguadoras o canales de circulación dispuestos axialmente en
soportes separadores de doble pared, a efectos de mejor
visibilidad.
Se desprende de la figura que los tabiques de
borde (12) y los tabiques internos (10) del soporte separador
(8-I) de la zona inferior son cerrados, es decir, no
presentan ninguna abertura pasante y, de esta manera, según las
direcciones transversales (16, 18) cubren una importante superficie
y presentan una elevada resistencia al flujo, de manera que el agua
de refrigeración que circula verticalmente, en el caso de una
inclinación o disposición oblicua como consecuencia de la curvatura
del elemento de combustible, de un tabique de borde, con respecto
al agua de refrigeración circulante, genera una elevada fuerza
transversal que intenta compensar dicha curvatura.
Por el contrario, según la figura 3, se prevé en
un separador (8-II) de la zona superior, tanto en
los tabiques internos (10) como también en los tabiques de borde
(12), que por lo demás presenta la misma altura disponer aberturas
(20) que tienen como consecuencia una resistencia al flujo en
dirección transversal con respecto al soporte separador
(8-I) (figura 2) y que posibilitan la corriente
transversal del agua de refrigeración también en el soporte
separador (8-II), de manera que las fuerzas
transversales ejercidas por el agua de refrigeración sobre el
soporte separador (8-II)
se disminuyen de manera correspondiente.
se disminuyen de manera correspondiente.
De manera alternativa a la forma de realización
mostrada en la figura 3, se puede escoger también un grado de
recubrimiento más reducido de un separador (8-II) de
la zona superior, de acuerdo con la figura 4, de manera que se
disminuye la altura (h-II) de los tabiques internos
y tabiques de borde (10) y (12). Esta altura más reducida
(h-II) se ha mostrado en la figura en base al
separador mostrado en trazos (8-I) de la zona
inferior con una altura mayor (h-I).
En la forma de realización según las figuras 5 y
6, tanto los separadores (8-I) de la zona inferior,
como también los separadores (8-II) de la zona
superior contienen aberturas (20-I) o
(20-II) en los tabiques de borde (12), de manera
que en este caso, las superficies de las aberturas
(20-II) del soporte separador (8-II)
de la zona superior son mayores que las superficies de las
aberturas (20-I) del soporte separador
(8-I) de la zona inferior. De manera adicional a
las formas de realización mostradas en las figuras 5 y 6, los
tabiques interiores (10) pueden quedar dotados también de
aberturas, de manera que también, en este caso, las aberturas
previstas en los tabiques interiores del soporte separador de la
zona inferior son más pequeñas que las aberturas de los tabiques
interiores del soporte separador (8-II) de la zona
superior.
Claims (7)
1. Elemento de combustible (2) para un reactor
nuclear de agua a presión, en el que múltiples barras de combustible
(6) que se extienden en dirección longitudinal (4) son guiadas por
una serie de separadores (8-I, 8-II)
distanciados axialmente entre sí, en el que el elemento de
combustible (2) comprende una zona inferior (I) y una zona superior
(II) que se une a la primera, y en el que en cada caso está
dispuesta una serie de separadores (8-I,
8-II) en la zona inferior (I) y en la zona superior
(II), caracterizado por que los separadores
(8-II) de la zona superior (II) tienen una menor
resistencia al flujo en dirección transversal (16, 18) perpendicular
a la dirección longitudinal (4) que los separadores
(8-I) de la zona inferior.
2. Elemento de combustible, según la
reivindicación 1, en el que un borde lateral de los separadores
(8-I, 8-II) está formado por
tabiques de borde (12), de manera que los tabiques de borde (12) de
los separadores (8-II) de la zona superior (II),
observados en dirección transversal (16, 18), recubren un área más
reducida que los tabiques de borde (12) de los separadores
(8-I) de la zona inferior (I).
3. Elemento de combustible, según la
reivindicación 2, en el que los separadores (8-I,
8-II) están realizados mediante una serie de
tabiques internos que se cortan (10), de manera que los tabiques
internos (10) de los separadores (8-II) de la zona
superior (II), observados en dirección transversal (16, 18),
recubren un área más reducida que los tabiques internos (10) de los
separadores (8-I) de la zona
inferior (I).
inferior (I).
4. Elemento de combustible, según la
reivindicación 2 ó 3, en el que solamente los separadores
(8-II) de la zona superior (II) tienen tabiques de
borde (12) dotados de aberturas (20).
5. Elemento de combustible, según la
reivindicación 2 ó 3, en el que la totalidad de los separadores
(8-I, 8-II) tienen tabiques de
borde (12) que están dotados de aberturas (20), de manera que el
área total de las aberturas (20) en los tabiques de borde (12) de
los separadores (8-II) de la zona superior (II) es
mayor que el área total de las aberturas (20) en los tabiques de
borde (12) de los separadores (8-I) de la zona
inferior (I).
6. Elemento de combustible, según cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 5, en el que solamente los separadores
(8-II) de la zona superior (II) tienen tabiques
internos (10) que están dotados de aberturas (20).
7. Elemento de combustible, según cualquiera de
las reivindicaciones 2 a 5, en el que la totalidad de los
separadores (8-I, 8-II) tienen
tabiques internos (10) que están dotados de aberturas (20), de
manera que el área total de las aberturas (20) en los tabiques
internos (10) de los separadores (8-II) de la zona
superior (II) es mayor que el área total de las aberturas (20) en
los tabiques internos (10) de los separadores (8-I)
de la zona inferior (I).
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