ES2334343T3 - Metodo de fabricacion de una barra de agua para un conjunto de combustible de reactor nuclear con secciones de transicion con un diametro que aumenta/disminuye gradualamente. - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar un tubo de agua de refrigeración (10) para usar en un reactor nuclear, comprendiendo dicho método los pasos de: A. obtener una longitud del tubo cilíndrico (100) que tiene una primera sección final (30), una segunda sección final (40) y una sección central (20) que está entre la primera sección final y la segunda sección final; B. reducir el diámetro de la primera sección final (200, 300, 400) para formar una primera sección reducida (32) y una primera sección de transición (34) entre la primera sección reducida y la sección central; C. reducir el diámetro de la segunda sección final (500, 600, 700) para formar una segunda sección reducida (42) y una segunda sección de transición (44) entre la segunda sección reducida y la sección central; D. recortar la primera sección reducida y la segunda sección reducida (800) para proporcionar el tubo de agua de refrigeración con una longitud de acabado global; y E. crear una abertura (16) en las paredes de cada una de la primera sección reducida y la segunda sección reducida (900).
Description
Método de fabricación de una barra de agua para
un conjunto de combustible de reactor nuclear con secciones de
transición con un diámetro que aumenta/disminuye gradualmente.
La presente invención se refiere a un método de
fabricación de tubos de agua de refrigeración para usar en núcleos
de reactor nuclear y, más específicamente, a tubos de agua de
refrigeración formados a partir de una sola pieza de tubo.
En el presente estado de la técnica, los tubos
de agua de refrigeración se usan en los núcleos de reactor nuclear
para ayudar a retirar el calor y facilitar el flujo de neutrones.
Los tubos de agua de refrigeración conocidos se fabrican ensamblando
y soldando juntos numerosos componentes y piezas de acoplamiento de
diferente tamaño. Dicho tubo se describe y se muestra, por ejemplo,
en el documento US 5.553.108. Los tubos de agua de refrigeración
conocidos dejan algo que desear porque las soldaduras deben
prepararse e inspeccionarse cuidadosamente para evitar fallos cuando
los tubos están en funcionamiento. Adicionalmente, los pasos de
soldadura e inspección se añaden al coste de fabricación de los
tubos de agua de refrigeración.
El documento EP 0 859 369 describe un proceso
para producir un tubo de guía de un conjunto de combustible de
reactor nuclear que incluye laminar un blanco tubular en un
laminador de paso de peregrino. El proceso incluye los pasos de
laminar partes del blanco tubular sobre un mandril que tiene
múltiples secciones, teniendo cada sección un diámetro externo
diferente. El proceso proporciona un tubo de guía que tiene un
diámetro externo constante y diferentes espesores de pared a lo
largo de su longitud.
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona un método para fabricar un tubo de agua de refrigeración
de acuerdo con la reivindicación 1.
El sumario anterior, así como la siguiente
descripción detallada, se entenderán mejor cuando se lean junto con
las figuras de los dibujos, en las que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva
fragmentada que muestra un tubo de agua de refrigeración graduado;
y
La Figura 2 es un diagrama de bloques que
ilustra un método para fabricar el tubo de agua de refrigeración
graduado mostrado en la Figura 1.
Con referencia a las figuras de los dibujos, y a
la Figura 1 específicamente, se muestra un tubo de agua de
refrigeración designado de forma general con el número de referencia
10. El tubo 10 está formado por una sola pieza de tubo cilíndrico.
El tubo 10 se configura para instalarse en una posición generalmente
vertical en un haz de barras de combustible dentro de un reactor
nuclear. El tubo 10 se forma de cualquier material que sea
sustancialmente transparente a los neutrones presentes en un núcleo
de reactor nuclear operativo. Preferiblemente, el tubo 10 se forma
de una aleación resistente a corrosión que permita el paso de
neutrones tal como zircaloy. Una nueva característica del tubo 10 es
que no contiene ninguna soldadura, a diferencia de los tubos de agua
de refrigeración conocidos.
El tubo 10 tiene un extremo superior 12 y un
extremo inferior 14 que están adaptados para conectarse a los
componentes en el núcleo del reactor nuclear. Se forma una
pluralidad de aberturas 16 en el extremo superior 12 y en el extremo
inferior 14 para permitir que el agua de refrigeración fluya hacia
dentro y hacia fuera del tubo 10 a medida que el agua se calienta en
el reactor. Más específicamente, las aberturas 16 en el extremo
inferior 14 del tubo 10 se dimensionan y sitúan para permitir que el
agua de refrigeración calentada del reactor fluya hacia el tubo 10.
El tubo 10 funciona como una tubería elevadora y transporta el agua
calentada hacia arriba hacia el extremo superior 12 del tubo. El
agua en el tubo 10 no entra en contacto directo con las barras de
combustible y, por lo tanto, absorbe menos calor según sube. Como
resultado, una parte sustancial del agua de refrigeración que se
desplaza hacia arriba por el tubo permanece líquida y no se
vaporiza. Las aberturas en el extremo superior del tubo 10 se
dimensionan y sitúan para permitir la descarga del agua de
refrigeración desde el interior del tubo de vuelta al reactor. El
agua de refrigeración que se libera desde el extremo superior 12 del
tubo en la fase vapor sube al sistema de recogida de vapor del
reactor. El agua de refrigeración que se descarga desde el extremo
superior del tubo en la fase líquida rellena el agua de
refrigeración del líquido fuera del tubo de agua de refrigeración.
Como resultado, el tubo de agua de refrigeración permite que
permanezca más agua de refrigeración en la fase líquida hacia la
parte superior del haz de barras de combustible. Esto proporciona
una fase líquida más homogénea en el haz de barras de combustible
para facilitar el flujo de neutrones en el reactor.
La estructura del tubo de agua de refrigeración
10 se describirá ahora con más detalle. El tubo 10 está comprendido
por una sola pieza de tubo que tiene una serie de secciones con
diferentes diámetros. Por facilidad de referencia, las secciones se
separan visualmente unas de otras en la Figura 1 por líneas
discontinúas.
La disposición y configuración de las secciones
en el tubo 10 puede variar dependiendo de numerosos factores que
incluyen, aunque sin limitación, la instalación particular de un
reactor y las normas de seguridad aplicables. En la Figura 1, el
tubo 10 se muestra como un cilindro alargado que tiene una sección
central 20. Una primera sección final 30 se extiende desde la
sección central 20 en una primera dirección y es coaxial con la
sección central. Una segunda sección final 40 se extiende desde la
sección central 20 en una segunda dirección y es coaxial con la
sección central y la primera sección final 30.
La primera sección final 30 incluye una primera
sección reducida 32. La primera sección reducida 32 termina en el
extremo superior 12 del tubo 10. El diámetro de la primera sección
reducida 32 es significativamente menor que el diámetro de la
sección central 20. Preferiblemente, la proporción del área de la
sección transversal de la primera sección reducida al área de la
sección transversal de la sección central es de aproximadamente 0,35
a aproximada-
mente 0,38.
mente 0,38.
La primera sección final 30 incluye
adicionalmente una primera sección de transición 34 dispuesta entre
la primera sección reducida 32 y la sección central 20. En
particular, la primera sección de transición 34 tiene una parte de
cuello estrecha 36 adyacente a la primera sección reducida 32 y una
parte de cuello más ancha 38 adyacente a la sección central 20. El
diámetro de la pared lateral de la primera sección de transición 34
aumenta desde la parte de cuello estrecha 36 hasta la parte de
cuello más ancha 38. Preferiblemente, el diámetro de la pared
lateral aumenta linealmente de manera que la primera sección de
transición 34 tiene la forma general de un cono truncado, como se
muestra en la Figura 1. Más preferiblemente, el diámetro de la pared
lateral de la primera sección de transición 34 aumenta linealmente
de manera que se define un ángulo ahusado de aproximadamente 11º a
aproximadamente 13º entre la pared lateral y el eje longitudinal del
tubo 10.
La segunda sección final 40 incluye una segunda
sección reducida 42. La segunda sección reducida 42 termina en el
extremo inferior 14 del tubo 10. El diámetro de la segunda sección
reducida 42 es significativamente menor que el diámetro de la
sección central 20. Preferiblemente, la proporción del área de la
sección transversal de la segunda sección reducida 42 al área de la
sección transversal de la sección central es de aproximadamente 0,35
a aproximada-
mente 0,38.
mente 0,38.
La segunda sección final 40 incluye
adicionalmente una segunda sección de transición 44 que se dispone
entre la segunda sección reducida 42 y la sección central 20. Igual
que la primera sección de transición 34, la segunda sección de
transición 44 tiene una parte de cuello estrecha 46 adyacente a la
segunda sección reducida 42 y una parte de cuello más ancha 48
adyacente a la sección central 20. El diámetro de la pared lateral
de la segunda sección de transición 44 aumenta desde la parte de
cuello estrecha 46 hasta la parte de cuello más ancha 48.
Preferiblemente, el diámetro de la pared lateral aumenta linealmente
de manera que la segunda sección de transición 44 tiene la forma
general de un cono truncado, como se muestra en la Figura 1. Más
preferiblemente, el diámetro de la pared lateral de la segunda
sección de transición 44 aumenta linealmente de manera que se define
un ángulo ahusado de aproximadamente 11º a aproximadamente 13º entre
la pared lateral y el eje longitudinal del tubo 10.
La longitud de las secciones individuales en el
tubo 10 puede variar dependiendo de la configuración particular del
reactor y de otros factores relacionados con el diseño del reactor.
En la realización preferida, la primera sección final 30 y la
segunda sección final 40 están recortadas de manera que la distancia
axial desde la primera sección de transición al extremo recortado de
la primera sección final, y la distancia axial entre la segunda
sección de transición y el extremo recortado de la segunda sección
final, son de aproximadamente 35,5-40,6 cm
(14-16 pulgadas) de longitud. Además, el tubo 10
acabado preferiblemente tiene una longitud axial total de
aproximadamente 4,06 a 4,17 m (160 a 164 pulgadas).
Una característica única del tubo de agua de
refrigeración 10, es que no hay costuras o soldaduras entre las
diversas secciones individuales descritas anteriormente. La ausencia
de dichas costuras y soldaduras proporciona una mayor integridad de
la estructura del tubo y es el resultado de un nuevo proceso que se
describirá ahora con referencia a la Figura 2.
Con referencia ahora a la Figura 2, se
describirá un método para fabricar un tubo de agua de refrigeración
nuclear graduado de acuerdo con la presente invención. Los pasos
individuales del método se representan en forma de diagrama de
bloques, designados de forma general con los números de referencia
100-900. En el paso 100, se proporciona una longitud
del tubo cilíndrico que tiene un diámetro uniforme y se inspecciona
cualquier fallo o defecto que pueda afectar negativamente a su
integridad. El tubo puede formarse de cualquier material que permita
el paso de neutrones a través del mismo aunque, preferiblemente, el
tubo se forma de una aleación metálica resistente a corrosión que
sea sustancialmente transparente a neutrones, tal como zircaloy. El
tubo tiene un diámetro externo de preferiblemente aproximadamente
2,3-2,54 cm (0,9-1,0 pulgadas) y un
espesor de pared de preferiblemente aproximadamente
0,737-0,838 mm (0,029-0,033
pulgadas).
El método preferido para fabricar el tubo de
agua de refrigeración nuclear graduado se realiza mediante una serie
de reducciones en el área de la sección transversal del tubo
proporcionado en el paso 100. Las secciones del tubo experimentan
pasos de reducción progresivos, en lugar de una sola reducción
grande, para proporcionar una reducción gradual en el área de la
sección transversal del tubo, que minimiza el potencial de combado.
Los pasos de reducción se realizan preferiblemente a temperatura
ambiente.
Una primera reducción se realiza en la primera
sección final del tubo, en el paso 200. El primer paso de reducción
se realiza para reducir el diámetro externo de la primera sección
final hasta un diámetro intermedio que puede acomodarse en un
segundo paso de reducción. El presente método puede realizarse
usando diversos pasos y técnicas de reducción mecánica. En el método
preferido, el tubo se reduce en primer lugar recalcando el extremo
del tubo y después estirando el tubo a través de un troquel, como se
describe en los pasos 200-400 en la Figura 2.
En el paso 200 del método preferido, el extremo
final de la primera sección final del tubo se recalca a una forma o
"punta" que permite que el tubo se estire dentro del troquel de
estirado. Más específicamente, una parte de la primera sección final
se recalca para formar un diámetro externo que sea ligeramente menor
que el diámetro interno más pequeño del área de apoyo en el troquel
de estirado. Como tal, la punta forma una transición suave que
permite que el tubo se estire suavemente hacia el troquel sin
combarse o deformarse.
El recalcado proporciona una manera
relativamente rápida de reducir el diámetro externo del tubo hasta
una punta que puede estirarse suavemente en el troquel. Debería
observarse, sin embargo, que pueden usarse otros métodos adecuados
para formar la punta. En el método preferido, el primer extremo del
tubo puede recalcarse en una serie de pasos en una máquina de
recalcado para formar la punta. La longitud del tubo que se recalca
puede controlarse de cualquier manera. Por ejemplo, la máquina de
recalcado puede equiparse con un elemento de detención que se
instala en una posición especificada. Una vez instalado, el elemento
de detención permite la inserción de una longitud limitada del tubo
en la máquina de recalcado. El elemento de detención se engancha al
extremo del tubo insertado y evita la inserción adicional del tubo,
de manera que el tubo no puede recalcarse más allá de una longitud
predeterminada. En el método preferido, la primera sección final se
recalca para una longitud de aproximadamente
7,6-15,2 cm
(3-6 pulgadas) desde el extremo del tubo.
(3-6 pulgadas) desde el extremo del tubo.
Una vez completado el primer paso de reducción,
el primer extremo del tubo se procesa en un segundo paso de
reducción. Como se ha indicado anteriormente, el segundo paso de
reducción se completa preferiblemente estirando el primer extremo
del tubo a través de un troquel. Antes de estirar el primer extremo
a través del troquel, el extremo de la primera sección final del
tubo se prepara para la operación de estirado, como se indica en el
paso 300. Más específicamente, la primera sección final se lubrica
antes de insertarla en le troquel de estirado. El lubricante se
aplica para facilitar un paso más suave del tubo a través del
troquel de estirado. En el paso 300, la primera sección final del
tubo se recubre con uno o más recubrimientos y lubricantes que
tienen una viscosidad adecuada para estirar el
tubo.
tubo.
Una vez que se consigue el diámetro intermedio o
punta en la primera sección final, la primera sección final se
estira a través de un troquel, como se indica en el segundo paso de
reducción 400. El segundo paso de reducción 400 reduce
adicionalmente la primera sección final y forma la primera sección
reducida y la primera sección de transición en el tubo de agua de
refrigeración, como se ha analizado anteriormente. Puede usarse
cualquier troquel de estirado para formar una configuración
geométrica deseada en la primera sección final. Preferiblemente, el
troquel es un solo troquel ahusado. Además, el troquel
preferiblemente tiene un ángulo de aproximación adaptado para formar
una primera sección de transición con forma cónica que tiene un
ángulo ahusado de aproximadamente 11º-13º entre la pared del tubo y
un eje situado longitudinalmente a través del tubo.
La primera sección final se estira a través del
troquel en una distancia predeterminada medida desde el extremo
final de la primera sección final. Una vez que la primera sección
final se ha estirado a través de la distancia predeterminada, el
tubo se retira saca del troquel para inspeccionarlo. La distancia de
estirado se controla por cualquier medio adecuado, tal como un
controlador de estirado informatizado o un banco de estirado que
sujeta el tubo y tira del tubo a través del troquel en una distancia
preestablecida. El paso de estirado 400 puede realizarse como una
serie de pasos de estirado progresivos en la primera sección final
según sea necesario para conseguir la forma y acabado superficial
deseados para el tubo.
Como se ha indicado anteriormente, el tubo tiene
un diámetro externo preferiblemente de aproximadamente
2,3-2,54 cm (0,9-1,0 pulgadas) y un espesor de pared de preferiblemente aproximadamente 0,737-0,838 mm (0,029-0,033 pulgadas). En el método preferido donde se usa un tubo de zircaloy, y en muchos otros casos, los tubos que tienen las dimensiones anteriores no requieren soportes internos durante el proceso de estirado. Sin embargo, pueden usarse soportes internos en el presente método según sea necesario. Por ejemplo, pueden utilizarse soportes internos cuando existen diámetros de tubo más largos o espesores de pared de tubo más pequeños. Los soportes internos pueden comprender un mandril, un macho de embutición u otro soporte adecuado para una operación de estirado del
tubo.
2,3-2,54 cm (0,9-1,0 pulgadas) y un espesor de pared de preferiblemente aproximadamente 0,737-0,838 mm (0,029-0,033 pulgadas). En el método preferido donde se usa un tubo de zircaloy, y en muchos otros casos, los tubos que tienen las dimensiones anteriores no requieren soportes internos durante el proceso de estirado. Sin embargo, pueden usarse soportes internos en el presente método según sea necesario. Por ejemplo, pueden utilizarse soportes internos cuando existen diámetros de tubo más largos o espesores de pared de tubo más pequeños. Los soportes internos pueden comprender un mandril, un macho de embutición u otro soporte adecuado para una operación de estirado del
tubo.
Una vez que la primera sección final 30 se
estira a la forma y dimensión deseadas, la segunda sección final 40
se reduce de la misma manera. Como la primera sección final, la
segunda sección final preferiblemente se recalca o se le da forma de
punta en el paso 500. La longitud de recalcado en la segunda sección
final se controla de la misma manera que en la primera sección
final. El recalcado de la segunda sección final puede realizarse
también como una serie de reducciones para conseguir una punta que
se ajustará en el troquel de estirado.
Después de recalcarla en el paso 500, la segunda
sección 40 se prepara para el estirado. Como se ha analizado
anteriormente en relación con la reducción de la primera sección
final, la preparación de la segunda sección final preferiblemente
incluye lubricar la segunda sección final (paso 600).
Una vez que la segunda sección final se ha
preparado para el estirado, la segunda sección final se estira a
través del troquel de estirado en el paso 700 para reducir
adicionalmente su área de la sección transversal. En particular, el
tubo se estira a través del troquel hasta una distancia fija y
después se saca y se inspecciona. El estirado puede repetirse en la
segunda sección final hasta conseguir la forma y dimensión
deseadas.
Cuando la segunda sección final se estira a
través del troquel, el troquel produce una segunda sección de
transición 44 entre la segunda sección reducida y la sección central
20. Es deseable controlar la longitud de estirado de la segunda
sección final para conseguir una longitud deseada para la sección
central. Cuando la longitud de la sección central deba restringirse,
la longitud de estirado para la segunda sección final se controla de
forma diferente que para la primera sección final. En particular, la
longitud de estirado para la segunda sección final no se mide desde
el extremo final de la segunda sección final. La razón de esto es
que la primera sección final puede tener una longitud axial
diferente después del recalcado que la segunda sección final después
del recalcado. En muchos casos, esto se debe a variaciones en el
espesor de la pared en las dos secciones finales, que conduce a que
fluyan diferentes cantidades de metal durante la reducción. Para
controlar la longitud de la sección central, la longitud de estirado
para la segunda sección final se mide desde la localización de una
cota en la primera sección final. Por ejemplo, un controlador de
estirado se configura preferiblemente para tirar de la segunda
sección final a través del troquel hasta un punto que se localiza a
una distancia especificada desde un punto en la primera sección de
transición de la primera sección final.
Después de estirar la segunda sección final a la
forma y dimensión deseadas en el paso 700, la primera sección final
y la segunda sección final se recortan, en el paso 800. La primera
sección final y la segunda sección final se recortan preferiblemente
para retirar las secciones puntiagudas o recalcadas que tenían
diámetros que eran demasiado pequeños para poder conformarlos
mediante el troquel. La primera sección final y la segunda sección
final pueden recortarse también, según sea necesario, para conseguir
una longitud y configuración globales deseadas para el tubo de agua
de refrigeración. Por ejemplo, la primera sección reducida y la
segunda sección reducida pueden recortarse de manera que la primera
sección final y la segunda sección final tengan geometrías
idénticas. La longitud deseada de la primera y segunda secciones
finales puede seleccionarse basándose en un número de factores que
incluyen, aunque sin limitación, la instalación particular del
reactor y las normas de seguridad aplicables. En el método
preferido, la longitud de la primera sección final es de
aproximadamente 45,7 a 55,9 cm (18 a 22 pulgadas). Como con otras
dimensiones del tubo, la longitud acabada del tubo se selecciona
dependiendo de numerosos factores, incluyendo la instalación
particular del reactor y las normas de seguridad aplicables.
Preferiblemente, la longitud acabada del tubo es de aproximadamente
4,06 a 4,17 m (160 pulgadas a 164 pulgadas).
En el paso 900, se forman una o más aberturas en
las paredes de la primera sección final 30 y la segunda sección
final 40 para completar el tubo del agua de refrigeración. Las
aberturas se dimensionan y disponen para conseguir un patrón de
flujo y un volumen de flujo deseados hacia dentro y hacia fuera del
tubo cuando el tubo está en funcionamiento. Las aberturas se forman
por cualquier procedimiento adecuado. Por ejemplo, las aberturas
pueden formarse usando un troquel de perforación, un taladro u otra
técnica conocida.
Claims (8)
1. Un método para fabricar un tubo de agua de
refrigeración (10) para usar en un reactor nuclear, comprendiendo
dicho método los pasos de:
- A.
- obtener una longitud del tubo cilíndrico (100) que tiene una primera sección final (30), una segunda sección final (40) y una sección central (20) que está entre la primera sección final y la segunda sección final;
- B.
- reducir el diámetro de la primera sección final (200, 300, 400) para formar una primera sección reducida (32) y una primera sección de transición (34) entre la primera sección reducida y la sección central;
- C.
- reducir el diámetro de la segunda sección final (500, 600, 700) para formar una segunda sección reducida (42) y una segunda sección de transición (44) entre la segunda sección reducida y la sección central;
- D.
- recortar la primera sección reducida y la segunda sección reducida (800) para proporcionar el tubo de agua de refrigeración con una longitud de acabado global; y
- E.
- crear una abertura (16) en las paredes de cada una de la primera sección reducida y la segunda sección reducida (900).
2. El método de la reivindicación 1 en el que
cada uno del paso de reducir el diámetro de la primera sección final
(200, 300, 400) y el paso de reducir el diámetro de la segunda
sección final (500, 600, 700) comprende el paso de realizar una
primera reducción seguido de una segunda reducción de dicha primera
sección final y dicha segunda sección final, respectivamente.
3. El método de la reivindicación 2 en el que la
primera reducción comprende recalcar la primera sección final (200)
y la segunda sección final (500) para conseguir un diámetro externo
intermedio en dicha primera y segunda secciones finales.
4. El método de la reivindicación 3 en el que la
segunda reducción comprende estirar la primera sección final (400) y
la segunda sección final (700) a través de un troquel.
5. El método de la reivindicación 4 en el que el
troquel comprende un solo troquel ahusado.
6. El método de la reivindicación 4 en el que el
paso de estirado comprende el paso de insertar un soporte en el tubo
durante el paso de estirado.
7. El método de la reivindicación 6 en el que el
soporte es un mandril o un macho de embutición.
8. El método de la reivindicación 1 en el que el
paso (800) de recorte de la primera sección final y la segunda
sección final se realiza de manera que la primera sección final
tiene una geometría que es idéntica a la geometría de la segunda
sección final.
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