ES2336828T3 - Barra de control para un reactor de agua a presion. - Google Patents
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Abstract
Barra de control para un reactor nuclear de agua a presión, que comprende una barra absorbente (2) que está dispuesta en un tubo envolvente (3) y que está dotada, como mínimo en la parte inferior (9) de, como mínimo, un rebaje (10a-d) que cubre, como máximo, una parte de la superficie circunferencial de la barra absorbente, de manera tal que se dispone un espacio libre dentro del tubo de recubrimiento cilíndrico hueco (3) que rodea la barra absorbente (2).
Description
Barra de control para un reactor de agua a
presión.
La presente invención se refiere a una barra de
control para un reactor para agua a presión.
La barra de control para un reactor de agua a
presión consiste esencialmente en un tubo envolvente cilíndrico en
el que está dispuesta una barra absorbente también cilíndrica. El
tubo envolvente está cerrado herméticamente con respecto al
exterior y lleno de un gas, preferentemente un gas noble, cuya
presión de llenado a temperatura ambiente asciende, como máximo, a
1,5 bar. En el transcurso del funcionamiento, tiene lugar en zonas
con una densidad de flujo de neutrones más elevada, es decir, en
especial en una zona inferior de la barra de control, un aumento
del volumen de la barra de control producido por la absorción de
neutrones. Este aumento de volumen que se incrementa con el tiempo
de trabajo y que se designa también como hinchamiento puede conducir
en dicha zona a una fuerte dilatación del tubo envolvente y en
casos desfavorables puede producir averías en el mismo, de manera
que la barra de control deba ser cambiada antes del final de su
tiempo de utilización previsto, es decir, en un tiempo en el que
todavía tiene suficiente efecto de absorción de neutrones.
Por razones de fabricación, las barras de
control son fabricadas con un juego diametral de unos 100 \mum
entre la barra de absorción y el tubo envolvente (diseño de
referencia). Durante el funcionamiento de las barras de control, se
reduce el juego o intersticio existente por la deformación por
fluencia lenta del tubo envolvente, es decir, mediante la reducción
del diámetro del tubo envolvente producido por la irradiación de
neutrones y la sobrepresión y mediante el hinchamiento de la barra
absorbente.
Para reducir los problemas explicados al
principio, que se presentan con el marcado hinchamiento de la barra
absorbente en la parte inferior, y para reducir el cierre del
intersticio en aquella zona se conoce, en el estado de la técnica,
el reducir el diámetro de la barra de absorción en una sección o
parte inferior en una longitud que llega a unos 350 mm, de manera
que en aquella zona el juego anular aumenta adicionalmente, como
máximo, 130 \mum en el sentido diametral. De esta manera, se
dispone un espacio libre en el que la barra de absorción puede
dilatarse. Incluso con esta medida técnica no se podría conseguir,
no obstante, una reducción satisfactoria de la dilatación que se
produce en el tubo envolvente por el hinchamiento de la barra
absorbente.
La invención se propone como objetivo el dar a
conocer una barra de control para un reactor de agua a presión en la
que se reduce el exceso de dilatación del tubo envolvente provocado
por el hinchamiento de la barra absorbente.
El objetivo antes mencionado se consigue, según
la presente invención, con una barra de control que presenta las
características de la reivindicación 1. De acuerdo con estas
características, la barra de control contiene una barra absorbente
que está dispuesta en un tubo envolvente y que, como mínimo, en una
sección inferior, como máximo en una parte de su superficie
periférica, está dotada, como mínimo, de un rebaje, de manera tal
que dentro del tubo envolvente que rodea la barra de absorción se
forma un espacio libre.
La invención se basa en el reconocimiento de que
el juego incrementado, conocido en el estado de la técnica, y que
se extiende a toda la periferia y a una gran longitud en la zona
inferior, está relacionado con una transmisión de calor
sensiblemente empeorada desde la barra de absorción hacia el tubo
envolvente y desde éste hacia el agua de refrigeración, de manera
que la barra absorbente se calienta sensiblemente en mayor medida
en esta sección. Esto conduce a una mayor deformación de la barra de
absorción, que es producida por las fuerzas axiales que actúan
sobre la barra de absorción en el proceso de trabajo de la barra de
control a causa de la elevada aceleración. Este aumento de la
deformación por fluencia lenta se conoce como "slumping" y
conduce a una reducción más rápida del espacio libre que se ha
conseguido, de manera que éste no se encuentra a disposición, o
solo lo hace de manera parcial, para absorber el hinchamiento de la
barra de absorción generado por la absorción de neutrones.
Puesto que, según la invención, mediante un
rebaje se genera no solamente un espacio libre del tubo envolvente
cilíndrico hueco que rodea la barra de absorción, en el que el
absorbedor que se hincha puede introducirse por la deformación
plástica generada por su hinchamiento, sino que además se consigue
que la barra de absorción, en esta sección, como máximo en una
parte de su superficie circundante, esté dotada con rebajes, es
decir, en esta sección, en una parte de su superficie periférica no
presente intersticio incrementado con respecto al diseño de
referencia, se garantiza que a pesar de la disposición de un rebaje,
pueda tener lugar la suficiente transferencia de calor hacia el
exterior. De esta manera, se produce en esta zona solamente un
aumento de temperatura despreciable en el absorbedor, de manera que
la deformación por fluencia lenta que tiene lugar por este aumento
de la temperatura no juega prácticamente papel alguno y queda más
que compensada por el espacio libre creado por el rebaje. Además,
mediante la disposición de un rebaje, la superficie de la barra
absorbente aumenta y, por lo tanto, se mejora su eficacia.
Mediante estas medidas técnicas se reduce, por
lo tanto, el riesgo de tener que cambiar la barra de control antes
del final de su periodo de utilización calculado.
El rebaje puede quedar constituido mediante una
ranura que discurre de forma helicoidal por la periferia externa,
mediante una ranura anular, mediante una ranura longitudinal en la
periferia externa de la barra absorbente o mediante un orificio que
se extiende en dirección axial. Estas medidas constructivas pueden
ser adoptadas tanto individualmente como también en combinación
entre sí.
De manera alternativa o como ampliación, el
espacio libre aumentado puede ser producido también de forma que la
barra absorbente esté dotada, como mínimo, en su extremo inferior de
un chaflán, cuya longitud es superior a 1 mm y cuyo ángulo de
chaflán es menor de 30º, en especial un ángulo comprendido entre 2º
y 30º.
Cuando además la barra de control se ha llenado
con un gas noble, preferentemente helio He, cuya presión de llenado
medida a temperatura ambiente es superior a 1,5 bar (valor
absoluto), en especial superior a 10 bar (valor absoluto), se
reducirá adicionalmente el aumento de la temperatura en la zona de
rebaje por la mejora de la transmisión de calor en dicha zona.
Mediante una elevada presión de llenado, se reduce además la
deformación por fluencia lenta del tubo envolvente que se ha
explicado anteriormente, puesto que la presión de llenado actúa en
sentido contrario a la presión externa. En este caso, se ha
demostrado que, incluso para una elevación de la presión de llenado
a unos 50 bar, se puede esperar un aumento del tiempo útil de
trabajo de 2 a 4 ciclos de trabajo adicionales.
Para explicación adicional de la invención, se
recurrirá a los ejemplos de realización mostrados en los dibujos. En
éstos:
Las figuras 1a,b muestran una barra de absorción
según la presente invención en una vista lateral, una vista en
planta, respectivamente de una de sus superficies frontales,
La figura 2 muestra una sección longitudinal
parcial de una barra de control con una barra absorbente según las
figuras 1a,b,
Las figuras 3a,b y 4a,b muestran de manera
correspondiente en una vista lateral y en vista en planta de una
superficie frontal, respectivamente, realizaciones alternativas de
una barra absorbente según la invención.
Según la figura 1, una barra absorbente (2)
tiene una construcción esencialmente cilíndrica. En sus extremos
inferior y superior (4) ó (6) está conformada de forma cónica, es
decir, con un chaflán (7) u (8). La barra de absorción (2), que
puede ser constituida por una serie de barras parciales, será
introducida en un tubo envolvente (3), que se ha mostrado en la
figura con líneas de puntos y trazos, el cual envuelve la barra de
forma estanca a los gases. Por el término "extremo inferior" se
debe comprender el extremo de la barra absorbente (2) que en estado
de trabajo y funcionalmente será introducida junto con el tubo
envolvente (3) en el tubo de guiado para las barras de control de
un elemento de combustible.
En una sección inferior (9) que se une a la zona
cónica (7), la barra absorbente (2) está dotada de una serie de
rebajes en forma de ranuras circundantes anulares o estrías (10a).
En la zona de estos rebajes presenta, por lo tanto, la barra
absorbente (2), perpendicularmente a su eje longitudinal, una
superficie en sección transversal que es sensiblemente más reducida
que la superficie en sección transversal perpendicularmente a su
eje longitudinal del tubo envolvente cilíndrico (3) mostrado en la
figura en líneas de punto y guión. En una zona (13), situada entre
las ranuras (10a), o a continuación de las ranuras (10a), la barra
absorbente (2) tiene una construcción cilíndrica y presenta un
diámetro que se encuentra solamente por debajo del diámetro del
tubo envolvente (3) en una reducida magnitud, de manera que en esta
zona (13) existe solamente un intersticio pequeño (s), que en la
figura prácticamente no se puede observar, del orden aproximado de
100 \mum con respecto al tubo envolvente (3). En otras palabras:
solamente una zona parcial de la superficie periférica de la sección
inferior (9) de la barra absorbente (2) está dotada de rebajes. En
el ejemplo de realización, la profundidad (d) de las ranuras
asciende aproximadamente a 1 mm y su anchura (b) a unos 2 mm, de
manera que para siete ranuras, que se encuentran de manera
correspondiente con una separación de 1 cm aproximadamente, se tiene
un espacio libre con un volumen aproximado de unos 270 mm^{3}. En
este espacio libre se puede expansionar la varilla absorbente (2)
que se hincha, sin que ello conduzca a una dilatación del tubo
envolvente (3).
De la figura se deduce además que la superficie
con la que la varilla absorbente (2) se encuentra en contacto con el
tubo envolvente en la sección (9) en situación de montaje, se reduce
solamente en pequeña proporción, en el ejemplo de realización
solamente el 10-20% aproximadamente.
En vez de las ranuras de forma anular (10a) se
pueden prever también ranuras (10b) de forma helicoidal, tal como se
ha indicado en trazos en la figura.
La figura 2 muestra una sección de una barra de
control en cuyo tubo envolvente (3) está dispuesta la barra
absorbente (2), de acuerdo con las figuras 1a,b. Se observa
claramente que entre la barra absorbente (2) y la superficie
interna del tubo hueco (3) en las zonas (13) que se unen a las
ranuras (10a), existe solamente un pequeño intersticio, de manera
que en aquella zona tiene lugar una satisfactoria transferencia de
calor.
En la disposición según las figuras 3a y b, el
rebaje está constituido por una serie de ranuras longitudinales
(10c) que discurren en dirección axial, las cuales se extienden, en
el ejemplo de realización que se ha mostrado, a toda la longitud de
la barra absorbente (2), de manera que dicha barra absorbente (2) es
simétrica y se pueden intercambiar los extremos inferior y superior
(4, 6). En la práctica se ha demostrado que es suficiente que las
ranuras longitudinales (10c) que proceden del extremo inferior (4)
se extiendan a una longitud (1) de unos 100-300 mm,
puesto que solamente en esta zona es muy elevada la carga de
neutrones, lo cual conduce a un hinchamiento notable. Entre las
ranuras longitudinales (10c) se encuentran las zonas (13) en las que
entre la barra absorbente (2) y el tubo envolvente (3) existe
solamente un reducido intersticio.
En la forma de realización, según las figuras 4a
y b, las zonas cónicas o chaflanes (7, 8) se han modificado
mediante la reducción del ángulo de chaflán (\alpha) a valores
entre 2º y 30º, así como un aumento de la longitud (h) de los
chaflanes (7, 8), es decir, la altura de la zona cónica, a valores
superiores a 1 mm. De esta manera, se consigue un mayor espacio
libre en el que se puede expandir o hinchar el material absorbente.
Puesto que el ángulo del chaflán (\alpha) es más reducido y
simultáneamente la altura (h) de la zona cónica es más grande, el
espacio libre que se genera mediante dichos chaflanes (7, 8) para
igual superficie frontal (A) de la barra absorbente (2) resulta
incrementado. También en este caso es suficiente modificar
solamente uno de los chaflanes (7, 8). Si se modifica solamente un
chaflán, por ejemplo el chaflán (7), el extremo inferior (4) de la
barra absorbente (2) queda determinado. En otras palabras: la barra
absorbente puede, en este caso, ser dispuesta en una dirección en el
tubo envolvente de la barra de control.
En la figura, se ha dispuesto adicionalmente en
el extremo inferior, un rebaje en forma de un orificio axial
central (10d) que, de modo correspondiente, actúa como espacio libre
y puede ser realizado de forma adicional o alternativa con respecto
a las medidas técnicas que se han explicado. Dicho orificio (10d)
representa de manera típica un diámetro (D) de unos 3 mm y una
profundidad (T) de unos 50-100 mm. Cuando se dispone
un orificio (10d) de este tipo se debe tener en cuenta que la
superficie frontal (A) que es simultáneamente la superficie de
soporte de la barra de absorción (2) sobre una superficie interna
del tubo envolvente, no se reduce mediante la correspondiente
estructura del chaflán (7).
Las medidas técnicas mostradas en la figura 4a,b
pueden ser utilizadas también en combinación con las ranuras
circundantes (10a,b) mostradas en las figuras 1a,b o las ranuras
longitudinales (10d) mostradas en las figuras 3a,b. En lugar de las
ranuras, estrías u orificios axiales que se han mostrado, se pueden
prever también rebajes con otras formas geométricas, por ejemplo,
rebajes en forma de cubeta o de orificios. Es esencial solamente
que, mediante dichos rebajes, se genere un espacio libre adicional
en el que se puede introducir por hinchamiento la barra absorbente
y que dichos rebajes se extiendan, como máximo, a una parte de la
superficie periférica de la sección o parte inferior.
Claims (9)
1. Barra de control para un reactor nuclear de
agua a presión, que comprende una barra absorbente (2) que está
dispuesta en un tubo envolvente (3) y que está dotada, como mínimo
en la parte inferior (9) de, como mínimo, un rebaje
(10a-d) que cubre, como máximo, una parte de la
superficie circunferencial de la barra absorbente, de manera tal
que se dispone un espacio libre dentro del tubo de recubrimiento
cilíndrico hueco (3) que rodea la barra absorbente (2).
2. Barra de control, según la reivindicación 1,
en la que el, como mínimo, un rebaje es una ranura (10a,b) que se
extiende alrededor de la periferia externa de la barra absorbente
(2).
3. Barra de control, según la reivindicación 2,
en la que la ranura (10b) es helicoidal.
4. Barra de control, según la reivindicación 2,
en la que la ranura (10a) es anular.
5. Barra de control, según la reivindicación 1,
en la que el, como mínimo, un rebaje es una ranura longitudinal
(10c) que se extiende sobre la periferia externa en dirección axial
de la barra absorbente (2).
6. Barra de control, según la reivindicación 1,
en la que el, como mínimo, un rebaje es un orificio (10d) que se
extiende en dirección axial.
7. Barra de control para un reactor nuclear de
agua a presión, en particular, de acuerdo con una de las
reivindicaciones anteriores, que comprende una barra absorbente (2)
que tiene un chaflán (7, 8), como mínimo, en uno de sus extremos,
cuya longitud (h) es superior a 1 mm y el ángulo de chaflán
(\alpha) es menor de 30º.
8. Barra de control, según la reivindicación 7,
en la que el ángulo de chaflán (\alpha) está comprendido entre 2º
y 30º.
9. Barra de control, según una de las
reivindicaciones anteriores, que está llena de un gas noble, cuya
presión de llenado es superior a 1,5 bar medida a temperatura
ambiente.
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