ES2511652T3 - Barra de control - Google Patents
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Abstract
Barra de control (4) para un reactor (1) nuclear de agua en ebullición, en la que el reactor (1) comprende una pluralidad de conjuntos de combustible (3), unas cajas (6) de canales alargadas que forman unas envueltas externas de cada conjunto de combustible (3) y que encierran unas barras de combustible (7), y una pluralidad de barras de control (4) que están configuradas para poder insertarse en unas posiciones de barra de control respectivas entre los conjuntos de combustible (3), en la que la barra de control (4) presenta un eje (8) central longitudinal y unas hojas (4a) de barra de control, presentando cada hoja (4a) de barra de control un primer y un segundo lado y siendo sustancialmente paralela al eje (8) central longitudinal, y en la que cada hoja (4a) de barra de control comprende un material (9) absorbente que se extiende a lo largo del eje (8) central longitudinal desde un primer extremo absorbente (11) hasta un segundo extremo absorbente (12), definiendo la distancia entre el primer extremo absorbente (11) y el segundo extremo absorbente (12) una longitud activa (L) de la hoja de barra de control (4), estando provistas las hojas (4a) de barra de control de unos medios (13) de separación sobre los primer y segundo lados de las hojas (4a) de barra de control, extendiéndose los medios (13) de separación una distancia de por lo menos un tercio de la longitud activa (L) de la hoja (4a) de barra de control, caracterizada por que los medios (13) de separación están configurados para garantizar una distancia mínima entre la hoja (4a) de barra de control y la caja (6) de canales con el fin de mitigar la corrosión por efecto sombra, y para permitir que la barra de control (4) se deslice fácilmente a lo largo de la caja (6) de canales, por que los medios de separación sobresalen 0,5-2 mm de los lados de las hojas (4a) de barra de control, por que los medios (13) de separación comprenden unos salientes distribuidos sobre los lados de las hojas (4a) de barra de control, y por que los salientes (15) presentan una forma curvada, facilitando la forma curvada el deslizamiento de la barra de control (4) a lo largo de la caja (6) de canales.
Description
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DESCRIPCIÓN
Barra de control.
Descripción de la invención y técnica anterior
La presente invención se refiere a una barra de control para un reactor nuclear de agua en ebullición según el preámbulo de la reivindicación 1, véase el documento US-4.929.412.
Los conjuntos de combustible y las barras de control descritos anteriormente se colocan en el núcleo del reactor nuclear de agua en ebullición, BWR. Las cajas de canales de los conjuntos de combustible en el BWR consisten habitualmente en un material resistente a la corrosión con una baja capacidad de absorción de neutrones, tal como una aleación a base de circonio.
El entorno en el núcleo de un BWR es exigente para los componentes colocados en su interior. Por ejemplo, el entorno es altamente oxidativo. Una de las consecuencias de este entorno exigente dentro del núcleo de un BWR es que la caja de canales de los conjuntos de combustible puede deformarse. Por ejemplo la caja de canales puede combarse o arquearse. El arqueo de la caja de canales es debido a la elongación de un lado de la caja de canales en relación al lado opuesto de la caja de canales. Es conocido que el arqueo de la caja de canales se origina por diferentes motivos, por ejemplo la relajación de tensión residual de fabricación inicial bajo irradiación, el crecimiento de la irradiación diferencial y la hidratación como consecuencia de la corrosión por efecto sombra.
El problema de la corrosión por efecto sombra sobre componentes que comprenden aleaciones a base de circonio en el núcleo de un BWR es conocido desde hace tiempo. La corrosión por efecto sombra es un incremento de la corrosión local y puede aparecer en un componente de aleación a base de circonio cuando el componente se encuentra en contacto directo con otro metal. Haciendo referencia a lo anterior, la corrosión por efecto sombra en el lado externo de una caja de canales puede producirse cuando se inserta una hoja de barra de control al lado de la caja de canales, es decir cuando la caja de canales que consiste en una aleación a base de circonio se encuentra en contacto directo con una hoja de barra de control que habitualmente presenta una superficie externa de acero inoxidable.
El grado de corrosión por efecto sombra depende de la distancia entre los dos componentes. El contacto directo aporta la mayor corrosión por efecto sombra y a una distancia de aproximadamente 5 mm desaparece de manera efectiva. La mayoría del efecto ya ha desaparecido a una distancia de 2 mm.
Generalmente se cree que la corrosión por efecto sombra de manera temprana en la vida de un conjunto de combustible, es decir la corrosión por efecto sombra en el conjunto de combustible debida a una barra de control insertada al lado del conjunto de combustible durante los primeros varios meses de funcionamiento, provoca el problema del incremento del arqueo de canal de las cajas de canales en un BWR. La corrosión por efecto sombra puede resultar en un aumento del crecimiento inducido por hidrógeno absorbido del lado externo de la caja de canales más cerca de la barra de control. El aumento del crecimiento inducido por hidrógeno absorbido puede llevar al arqueo de la caja de canales hacia la barra de control de manera tardía en la vida del conjunto de combustible. El arqueo de la caja de canales hacia la barra de control puede por ejemplo ralentizar o detener la inserción de la barra de control en una situación de emergencia, o puede llevar a la interferencia caja de canales-barra de control que por ejemplo puede provocar que se eleven los conjuntos de combustible debido a la fricción cuando se insertan las barras de control en el núcleo.
Las barras de control se someten a prueba periódicamente para controlar las interferencias y el funcionamiento apropiado. En caso de que se observe o se sospeche de cierta interferencia se acortan los intervalos entre pruebas. En caso de interferencia grave la barra de control se deja en la posición segura, es decir completamente insertada y desarmada. En cualquier caso, como resultado último de la corrosión por efecto sombra, se interrumpe el funcionamiento previsto.
Los estudios han mostrado que la corrosión por efecto sombra depende considerablemente de la distancia entre el componente de aleación a base de circonio y el componente que comprende otro metal. Por tanto, la aparición de la corrosión por efecto sombra es más significativa en el caso de una gran hoja de barra de control y una pequeña distancia entre la hoja de barra de control y la caja de canales.
La solicitud de patente europea EP 0 986 069 describe un dispositivo y un procedimiento para impedir la corrosión por efecto sombra. El dispositivo comprende unos medios dispuestos para aislar eléctricamente al menos una parte de un segundo componente con respecto a un primer componente con el fin de evitar la corrosión por efecto sombra en el primer componente.
A partir de la patente US nº 4.929.412 y el documento EP 0511873 A1 se conocen barras de control con medios de separación que facilitan la inserción de las hojas.
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Sumario de la invención
Un objetivo de la presente invención es mitigar la corrosión por efecto sombra en la caja de canales de un conjunto de combustible de un BWR nuclear, reduciendo de ese modo el riesgo de aumento del arqueo de la caja de canales por corrosión por efecto sombra.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una barra de control con la que se mitigue la corrosión por efecto sombra en la caja de canales.
Al menos uno de estos objetivos se consigue con una barra de control según las reivindicaciones adjuntas.
Con las características de las reivindicaciones dependientes se consiguen unas ventajas adicionales de la invención.
Según un primer aspecto de la invención se proporciona una barra de control para un reactor nuclear de agua en ebullición. El reactor comprende una pluralidad de conjuntos de combustible, cajas de canales alargadas que forman envueltas externas de cada conjunto de combustible y encierran barras de combustible, y una pluralidad de barras de control que están configuradas para poder insertarse en unas posiciones de barra de control respectivas entre los conjuntos de combustible. La barra de control presenta un eje central longitudinal y hojas de barra de control, presentando cada hoja de barra de control un primer y un segundo lado y siendo sustancialmente paralela al eje central longitudinal. Cada hoja de barra de control comprende un material absorbente que se extiende a lo largo del eje central longitudinal desde un primer extremo absorbente hasta un segundo extremo absorbente, definiendo la distancia entre el primer extremo absorbente y el segundo extremo absorbente una longitud activa de la hoja de barra de control. Las hojas de barra de control están provistas de unos medios de separación en los primer y segundo lados de las hojas de barra de control, extendiéndose los medios de separación una distancia de al menos un tercio de la longitud activa de la hoja de barra de control. Los medios de separación están configurados para garantizar una distancia mínima entre la hoja de barra de control y la caja de canales, y para permitir que la barra de control se deslice fácilmente a lo largo de la caja de canales.
La distancia mínima garantizada por los medios de separación mitiga la corrosión por efecto sombra en la caja de canales. Como los medios de separación sobresalen de las hojas de barra de control, los medios de separación pueden encontrarse próximos a las cajas de canales. Por tanto, la corrosión por efecto sombra puede incrementarse en las áreas de la caja de canales que se encuentran más próximas a los medios de separación. Estas áreas son sólo una pequeña parte de la caja de canales. Sin embargo, sigue siendo favorable minimizar la extensión de los medios de separación. Por tanto, diseñar la extensión de los medios de separación es un problema de optimización. Una gran extensión de los medios de separación a lo largo del eje central longitudinal garantiza una distancia mínima entre la barra de control y la caja de canales. Al mismo tiempo es deseable minimizar la extensión de los medios de separación con el fin de minimizar el área de los medios de separación cerca de la caja de canales y minimizar de ese modo la corrosión por efecto sombra.
Los medios de separación sobresalen 0,5-2 mm, preferentemente 0,5-1,5 mm, o más preferentemente 0,8-1,2 mm, de los lados de las hojas de barra de control. La prominencia de los medios de separación puede optimizarse de modo que se garantice una distancia mínima simultáneamente con la corrosión por efecto sombra.
Los medios de separación se distribuyen en los lados de las hojas de barra de control. Una distribución de este tipo de los medios de separación puede lograrse de muchos modos diferentes.
Ventajosamente, los salientes pueden presentar una forma lisa, vista en la dirección del eje central, facilitando la forma lisa el deslizamiento de la barra de control a lo largo de la caja de canales. De tal modo se minimiza el riesgo de que las barras de control permanezcan atascadas en el reactor.
Según una forma de realización adicional de la invención, está previsto al menos un saliente en la parte superior de la hoja de barra de control y está previsto al menos un saliente en la parte inferior de la hoja de barra de control. Esto garantiza una distancia mínima entre la hoja de barra de control y la caja de canales en la parte inferior así como la parte superior.
Según una forma de realización adicional de la invención, cada saliente comprende un reborde alargado. Preferentemente, pueden estar previstos 1-3 rebordes en cada lado de la hoja de barra de control. Con tales rebordes la barra de control puede disponerse para insertarse fácilmente en el reactor ya que cada uno de los rebordes sólo presenta un borde que puede permanecer atascado en objetos que sobresalen en el reactor.
Para minimizar adicionalmente el riesgo de que los rebordes permanezcan atascados durante la inserción de la barra de control en el reactor, los rebordes pueden proporcionarse a lo largo de líneas que se extienden en paralelo al eje central longitudinal y distribuidos a lo largo de la anchura de los primer y segundo lados, radialmente hacia fuera del eje central longitudinal.
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La corrosión por efecto sombra es más fuerte durante el funcionamiento de alta potencia del reactor. Esto corresponde a la situación en la que sólo se inserta una pequeña parte de las barras de control en el reactor. Por tanto, lo más importante es disponer de los medios de separación en la parte de las hojas de barra de control que se introducen primero en el reactor. La barra de control puede estar dispuesta para insertarse en la posición de barra
5 de control con el primer extremo absorbente primero y los rebordes pueden extenderse desde el primer extremo absorbente en los primer y segundo lados de las hojas de barra de control. Esto garantiza una distancia mínima entre las hojas de barra de control y la caja de canales cuando se hace funcionar el reactor a alta potencia.
Los rebordes pueden extenderse a lo largo de toda la longitud activa en los primer y segundo lados de las hojas de
10 barra de control con el fin de garantizar una distancia mínima entre la hoja de barra de control y la caja de canales por toda la longitud activa de la hoja de barra de control. Alternativamente, los rebordes o uno o más de los rebordes pueden extenderse a lo largo de una parte de toda la longitud activa.
Alternativamente a los rebordes cada saliente puede comprender un saliente similar a un punto. Con salientes 15 similares a un punto puede minimizarse el área de los medios de separación cerca de la caja de canales.
La barra de control puede comprender cuatro hojas de barra de control, estando dispuestas las hojas de barra de control para formar una barra de control que presenta una sección transversal cruciforme. Ésta es la forma convencional de una barra de control en un reactor BWR.
20 Los medios de separación pueden ser una parte homogénea de las hojas de barra de control. Esto puede conseguirse por ejemplo mediante el moldeo por presión de la hoja de barra de control. Alternativamente los medios de separación pueden soldarse a las hojas de barra de control.
25 La barra de control puede estar realizada principalmente en un primer material que es diferente del material absorbente. Ésta es la manera normal de diseñar una barra de control ya que los materiales absorbentes más adecuados presentan propiedades mecánicas que los hace inadecuados para las partes que soportan cargas de la barra de control.
30 El diseño de la barra de control según la invención impide de ese modo que las hojas de barra de control se aproximen demasiado a la caja de canales del conjunto de combustible. Además, el diseño de los salientes garantiza una inserción suave de la barra de control entre los conjuntos de combustible, impidiendo que se dañe la barra de control.
35 Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra esquemáticamente una central nuclear que comprende un reactor.
La figura 2 muestra esquemáticamente una parte de una barra de control según una forma de realización de la 40 invención.
La figura 3 muestra esquemáticamente una parte de una barra de control y un conjunto de combustible en una vista a lo largo del eje central longitudinal de la barra de control.
45 La figura 4 muestra esquemáticamente una parte de una barra de control según una forma de segunda realización de la invención.
Descripción de las formas de realización preferidas de la invención
50 En la siguiente descripción de formas de realización preferidas de la invención se indicarán características similares en diferentes figuras con el mismo número de referencia.
En primer lugar, haciendo referencia a la figura 1, se describirá una forma de realización de un reactor nuclear de agua en ebullición, BWR, que puede comprender la barra de control según la invención. La figura 1 muestra parte de 55 una central nuclear. La central nuclear comprende un reactor 1. El reactor 1 comprende un núcleo 2 que presenta una pluralidad de conjuntos de combustible 3. Cada conjunto de combustible 3 incluye una pluralidad de barras de combustible alargadas 7 encerradas en una caja 6 de canales, véase la figura 3. Cada barra de combustible 7 comprende combustible 7a nuclear y un envainado 7b que encierra el combustible 7a nuclear. Las barras de combustible 7 se mantienen en posiciones predeterminadas relativas entre sí con la ayuda de varias rejillas
60 separadoras, no mostradas. El hueco nominal entre conjuntos de combustible 3 adyacentes en el núcleo es de 12 a 20 mm.
El reactor 1 comprende además una pluralidad de barras de control 4 indicadas esquemáticamente en la figura 1. Cada barra de control 4 presenta un eje central longitudinal z, véase la figura 3. Las barras de control 4 están 65 ubicadas entre los conjuntos de combustible 3 y están conectadas a elementos de accionamiento 5.
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Cada barra de control 4 presenta cuatro hojas 4a de barra de control, véanse las figuras 2 y 3, dispuestas en una disposición cruciforme. Los elementos de accionamiento 5 pueden mover las barras de control 4 hacia arriba y hacia abajo en dirección vertical x hacia y desde una respectiva posición entre los conjuntos de combustible 3. El grosor nominal de la hoja 4a de barra de control es de 7-8 mm.
Un material 9 absorbente está dispuesto en cada una de las hojas 4a de barra de control. El material 9 absorbente se extiende desde un primer extremo absorbente 11 hasta un segundo extremo absorbente 12, en el que el primer extremo absorbente 11 se encuentra más próximo al extremo superior de la barra de control 4 y el primer extremo absorbente se inserta por tanto primero en las posiciones de barra de control entre los conjuntos de combustible 3. La distancia entre el primer extremo absorbente 11 y el segundo extremo absorbente 12 define una longitud activa L de la hoja de barra de control. Preferentemente, la extensión del material absorbente en las diferentes hojas 4a de barra de control se corresponden entre sí de modo que el primer extremo absorbente 11 y el segundo extremo absorbente 12 son comunes a todas las hojas 4a de barra de control en una barra de control 4. El material absorbente puede seleccionarse de entre el grupo que comprende carburo de boro y aleaciones con hafnio como material principal de aleación. Estos materiales presentan todos propiedades favorables de absorción de neutrones. Ha de observarse que la invención puede aplicarse también a las denominadas barras de control grises, es decir, barras de control sin o con una cantidad reducida de material absorbente.
Las hojas 4a de barra de control están provistas de unos medios 13 de separación que en la forma de realización mostrada presentan la forma de salientes. Los salientes sobresalen 0,5-2 mm, preferentemente 0,5-1,5 mm o más preferentemente 0,8-1,2 mm de los lados de cada hoja 4a de barra de control.
En la forma de realización mostrada en las figuras 2 y 3, los salientes están formados como rebordes 14 que están distribuidos radialmente de manera uniforme. Todos los rebordes 14 se extienden esencialmente paralelos al eje central longitudinal desde el primer extremo absorbente 11 a lo largo de la mitad de la longitud activa de las hojas 4a de barra de control. En la figura 2 sólo se muestra la mitad superior de la barra de control. Por supuesto es posible que los rebordes 14 se extiendan a lo largo de toda la longitud activa de las hojas 4a de barra de control. Los rebordes 14 presentan una forma lisa para facilitar el deslizamiento de la barra de control a lo largo de la caja. Podrían estar dispuestos unos salientes en la caja de canales en los que los rebordes 14 en las barras de control pueden permanecer atascados en caso de no estar formados de manera lisa.
Los rebordes 14 pueden formar una sola pieza con las barras de control 4, en cuyo caso pueden moldearse por presión en las barras de control 4.
La figura 4 muestra una parte de una barra de control 4 según una forma de realización alternativa de la presente invención. En la forma de realización mostrada en la figura 4 los salientes están en forma de salientes a modo de punto 15, y rebordes 14 con una extensión longitudinal relativamente corta. Los salientes similares a un punto 15 pueden presentar la forma, por ejemplo, de conos lisos. También los salientes similares a un punto 15 pueden formar una sola pieza con las barras de control 4, en cuyo caso pueden moldearse por presión en las barras de control 4.
La presente invención no se limita a las formas de realización mostradas sino que puede variarse y modificarse dentro del alcance de las reivindicaciones siguientes.
Claims (9)
- E1171374203-10-2014REIVINDICACIONES1. Barra de control (4) para un reactor (1) nuclear de agua en ebullición, en la que el reactor (1) comprende una pluralidad de conjuntos de combustible (3), unas cajas (6) de canales alargadas que forman unas envueltas externas 5 de cada conjunto de combustible (3) y que encierran unas barras de combustible (7), y una pluralidad de barras de control (4) que están configuradas para poder insertarse en unas posiciones de barra de control respectivas entre los conjuntos de combustible (3), en la que la barra de control (4) presenta un eje (8) central longitudinal y unas hojas (4a) de barra de control, presentando cada hoja (4a) de barra de control un primer y un segundo lado y siendo sustancialmente paralela al eje (8) central longitudinal, y en la que cada hoja (4a) de barra de control comprende un 10 material (9) absorbente que se extiende a lo largo del eje (8) central longitudinal desde un primer extremo absorbente (11) hasta un segundo extremo absorbente (12), definiendo la distancia entre el primer extremo absorbente (11) y el segundo extremo absorbente (12) una longitud activa (L) de la hoja de barra de control (4), estando provistas las hojas (4a) de barra de control de unos medios (13) de separación sobre los primer y segundo lados de las hojas (4a) de barra de control, extendiéndose los medios (13) de separación una distancia de por lo15 menos un tercio de la longitud activa (L) de la hoja (4a) de barra de control,caracterizada por que los medios (13) de separación están configurados para garantizar una distancia mínima entre la hoja (4a) de barra de control y la caja (6) de canales con el fin de mitigar la corrosión por efecto sombra, y para permitir que la barra de control (4) se deslice fácilmente a lo largo de la caja (6) de canales,20 por que los medios de separación sobresalen 0,5-2 mm de los lados de las hojas (4a) de barra de control,por que los medios (13) de separación comprenden unos salientes distribuidos sobre los lados de las hojas (4a) de barra de control, y25 por que los salientes (15) presentan una forma curvada, facilitando la forma curvada el deslizamiento de la barra de control (4) a lo largo de la caja (6) de canales.
- 2. Barra de control (4) según la reivindicación 1, en la que por lo menos un saliente (14, 15) está previsto sobre la30 parte superior de la hoja (4a) de barra de control y por lo menos un saliente (14, 15) está previsto sobre la parte inferior de la hoja (4a) de barra de control.
- 3. Barra de control (4) según la reivindicación 1 o 2, en la que cada saliente comprende un reborde alargado (14).35 4. Barra de control (4) según la reivindicación 3, en la que los rebordes (14) están previstos a lo largo de las líneas que se extienden en paralelo al eje (8) central longitudinal y distribuidos a lo largo de la anchura de los primer y segundo lados, radialmente hacia fuera del eje (8) central longitudinal.
- 5. Barra de control (4) según la reivindicación 4, en la que la barra de control (4) está dispuesta para insertarse en la40 posición de barra de control con el primer extremo absorbente (11) primero y en la que los rebordes (14) se extienden desde el primer extremo absorbente (11) sobre los primer y segundo lados de las hojas (4a) de barra de control.
- 6. Barra de control (4) según la reivindicación 5, en la que los rebordes (14) se extienden a lo largo de toda la 45 longitud activa (L) sobre los primer y segundo lados de las hojas (4a) de barra de control.
- 7. Barra de control (4) según la reivindicación 1 o 2, en la que cada saliente (14, 15) comprende un saliente similar a un punto (15).50 8. Barra de control (4) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la barra de control (4) comprende cuatro hojas (4a) de barra de control, estando dispuestas las hojas (4a) de barra de control para formar una barra de control (4) que presenta una sección transversal cruciforme.
- 9. Barra de control (4) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios (13) de separación 55 son una parte homogénea de las hojas (4a) de barra de control.
- 10. Barra de control (4) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la barra de control (4) está realizada principalmente en un primer material que es diferente del material (9) absorbente.60 11. Barra de control (4) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de separación sobresalen 0,8-1,2 mm de los lados de las hojas (4a) de barra de control.
- 12. Barra de control (4) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que los medios de separación semoldean por presión en, o se sueldan sobre, las hojas (4a) de barra de control. 656
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