FR2482759A1 - Assemblage combustible comportant des chaussettes de guidage perfectionnees - Google Patents
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Abstract
ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE COMPORTANT DES CHAUSSETTES DE GUIDAGE PERFECTIONNEES. DANS L'ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE POUR REACTEUR NUCLEAIRE SELON LA PRESENTE INVENTION, DES EMPREINTES OU SAILLIES 44 DIRIGEES VERS L'INTERIEUR SONT FORMEES A L'EXTREMITE SUPERIEURE DES CHAUSSETTES 18 DE GUIDAGE, CES SAILLIES S'ETENDANT DE PREFERENCE DANS LE SENS LONGITUDINAL DE LA CHAUSSETTE 18. CES SURFACES DEFORMEES 44 A L'INTERIEUR DE LA CHAUSSETTE 18 DE GUIDAGE ASSURENT UN SUPPORT LATERAL REGLE DE LA BARRE DE COMMANDE DE MANIERE A REDUIRE AINSI L'USURE DE LA CHAUSSETTE PAR REDUCTION DU DEPLACEMENT RELATIF ENTRE LES CHAUSSETTES 18 ET LES BARRES 38 DE COMMANDE QUI S'Y TROUVENT.
Description
24827Z9-
Assemblage combustible comportant des chaussettes de
guidage perfectionnées.
La présente invention concerne les réacteurs nucléaires et elle a trait, plus particulièrement, à des chaussettes de guidage de barre de commande perfectionnées et conçues pour réduire à un minimum l'usure des barres de commande pendant le
fonctionnement du réacteur.
Les réacteurs nucléaires industriels de conception classique comprennent un coeur composé d'une multiplicité d'assemblages combustibles. Chaque assemblage combustible comprend un arrangement ou réseau de barres de combustible maintenues espacées les unes des autres par des grilles ayant une configuration à claire voie et espacées le long des barres de combustible. Les tubes ou chaussettes de guidage de barres
de commande intercalés parmi les barres de combustible, as-
surent un passage pour les barres de commande qui y coulis-
sent de manière à commander le processus de fission qui a lieu dans le réacteur. Ces chaussettes de guidage sont fixées à demeure aux grilles espacées longitudinalement formant l'ossature structurale de base de chaque assemblage combustible. Pour extraire la chaleur du coeur, on fait circuler vers le haut un réfrigérant ou fluide caloporteur en contact avec les barres de combustible qui engendrende la chaleur et à partir desquelles le fluide absorbe des calories avant d'être déchargé du réacteur. Du fait que les chaussettes de guidage de barres de commande sont ouvertes à la fois à leur extrémité inférieure et à leur extrémité supérieure, une partie du fluide caloporteur
circule également à travers ces chaussettes pendant le fonc-
tionnement du réacteur.
Comme le fluide caloporteur circule à grande vitesse et sous forte pression à travers les chaussettes de guidage, il fait vibrer les barres de commande qui se trouvent dans ces dernières et les déplace: donc latéralement et cycliquement en les faisant venir en contact avec les parois intérieures des chaussettes de guidage. On a constaté que cette action entraîne une usure qui se produit à l'endroit o l'extrémité de la barre de commande se trouve en regard de la surface
intérieure de la chaussette de guidage.
Un examen et une analyse approfondie de la manifes-
tation de l'usure montrent qu'une trace de géométrie trian-
gulaire existe dans la zone de l'usure. Cette géométrie suggère que la barre de commande a été soumise à un mouvement vibratoire latéral qui a provoqué l'usure à l'endroit o un contact ponctuel existe entre l'extrémité sphérique de la barre de commande et la paroi intérieure de la chaussette de guidage. Plus particulièrement, lorsque la barre de commande vibre, son extrémité pénètre de plus en plus profondément dans la paroi de la chaussette de guidage et, au fur et à mesure que la barre de commande avance et se déplace vers le haut lentement pendant le fonctionnement du réacteur, le point de contact entre la barre de commande et la chaussette de guidage se déplace également vers le haut. Il en résulte une variation dans la trace d'usure par le fait qu'elle diminue de dimension et de degré car le mouvement latéral de la barre de commande est plus faible au fur et à mesure que celle-ci est rappelée en fonction des variations de réactivité du réacteur. Néanmoins, une vérification des chaussettes de guidage exposées à l'usure comme décrit ci-dessus montre que les parois des chaussettes de guidage s'usent complètement dans certains assemblages combustibles, tandis que, dans d'autres, on
ne décèle qu'une usure circonférentielle partielle.
Différentes conceptions de chaussettes de guidage ont été proposées pour réduire l'usure entraînée par les vibrations
d'origine hydraulique des barres de commande dans les chausset-
tes de guidage. Par exemple, la demande de brevet US n' 102 046 décrit l'utilisation de manchons d'usure en acier inoxydable chromé à l'intérieur de l'extrémité supérieure de la chaussette de guidage à l'endroit o a lieu l'usure afin de contribuer à réduire à un minimum cette usure provoquée par la vibration des
barres de commande.
L'objet principal de la présente invention est de réaliser un agen-
ceient de support destiné aux barres de comnande et réduisant les vibrations
de ces barres de commande afin d'éliminer l'usure entraînée par ces vibra-
tions.
Copite tenu de cet objet, la présente invention réside dans un as-
semblage combustible destiné à un réacteur nucléaire et ccmprenant;un ar-
rangement ou réseau de barres de carmtstible maintenues espacées les unes
des autres par une série de grilles espacées le long des barres de combus-
tible; dezchaussettes de guidage de barres de caomande multiples intercalées
parmi les barres de combustible et s'étendant sur la longueur dudit as-
semblage, lesdites chaussettes de guidage étant fixées auxdites grilles de manière à former une ossature structurale de base pour l'assemblage, caractérisé par le fait que des saillies dirigées vers l'intérieur sont formées dans lesdites chaussettes de guidage sous la forme de déformations loecalesdans les parois des chaussettes de guidage, lesdites saillies logeant entre elles lesdites barres de commande de manière à réduire ainsi l'usure provoquée par le mouvement de vibration latérale entre la chaussette de guidage et la barre de commande Les déformations réduisent le jeu entre la surface extérieure des
barreede commande et les surfaces intérieures de barresde guidage et con-
tribuent à favoriser un contact entre les parois de barre de cnmmande et les déformations ou empreintes de manière qu'un contact soit obtenu entre
0 les parties dont les surfaces portent l'une contre l'autre.
On va décrire de façon plus détaillée la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un assemblage combustible montrant la relation entre l'invention et les autres parties de l'assemblage; la figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une chaussette de guidage de barre de commande montrant la conception et l'emplacement des déformations ou reliefs formés le long de cette chaussette; la figure 3 est une coupe par III-III de la figure 2 et montre le degré de contact ponctuel entre la surface extérieure d'une barre de commande et la surface exposée des reliefs; et la figure 4 est une variante de l'invention illustrée
sur les figures 1 à 4.
En se référant maintenant à la figure 1, on voit que l'on y a représenté une conception classique d'assemblage
combustible 10 comprenant un arrangement ou réseau quadran-
gulaire de barres12 de combustible, maintenues espacées les unes des autres par des grilles 14 à claire-voie et une grille de maintien 16 à la base dudit assemblage. L'assemblage peut comprendre un arrangement quadrangulaire de 14 x 14 barres de combustible du type représenté, par exemple, et s'étend
sur environ quatre mètres de longueur. L'assemblage comprend -
des chaussettes 18 de guidage de barre de commande qui sont intercalées parmi les barres de combustible et sont fixées de façon appropriée aux grilles par une dilatation mécanique de la matière ou par soudage d'une façon bien connue. L'extrémité supérieure de chaque chaussette de guidage est fixée à un prolongement 20, par exemple par vissage, et le prolongement lui-même se termine dans une ouverture 22 formée dans la plaque supérieure 24 du coeur. Une plaque 26 d'extrémité supérieure est fixée à demeure par un moyen de blocage 28 au prolongement d'une chaussette de guidage 30 disposée de façon centrale, ainsi qu'au prolongement 20 des chaussettes-18 de guidage. Une plaque de retenue 34 est montée de façon mobile sur un prolongement central 30, comme on peut le voir, ainsi que sur les prolongements 20, etpcette plaque est sollicitée de manière à venir en contact avec le côté de dessous de la plaque 24 du coeur par deux ressorts 36. Cet agencement absorbe les forces de soulèvement hydraulique qui agissent sur l'assemblage conjointement avec les forces qui résultent de la croissance thermique de l'assemblage pendant le fonctionnement du réacteur. Afin de commander le processus de fission dans chaque assemblage combustible, les barres de commande 38, entraînées, à l'aide d'un mécanisme d'entraînement commun (non représenté), sont disposées en vue d'une introduction et d'un retrait progressif dans les chaussettes de guidage d'une-manière cqui est également bien connue dans la technique. Au démarrage, les barres de commande sont introduites dans la mesure minimale, c'est-à-dire sur environ 30 cm dans l'extrémité supérieure des chaussettes de guidage. Pendant le fonctionnement du réacteur,
le caloporteurqui circule vers le haut à travers les assem-
blages combustibles, s'écoule également à travers les chaus-
settes de guidage qui sont ouvertes à leurs deux extrémités.
Bien qu'une barre de commande se trouve toujours à un certain niveau dans sa chaussette de guidage correspondante, les forces hydrauliques imposées à la barre de commande par le caloporteur lorsque celui-ci pénètre dans l'espace compris entre la barre de commande et la paroi intérieure de la chaussette de guidage et sort par l'extrémité supérieure, induit dans la barre de
commande des vibrations d'une amplitude suffisante pour en--
traîner une usure des parois des chaussettes de guidage.
Comme indiqué dans l'exposé qui précède, l'usure des chaussettes de guidage se produit à l'endroit o l'extrémité
d'une barre de commande se trouve en regard de la paroi inté-
rieure de la chaussette de guidage. Durant le fonctionnement du réacteur, les barres de commande sont soulevées jusqu'à
environ 30 cm par rapport à l'extrémité supérieure de l'as-
semblage et restent ainsi pendant le cycle complet, puis sont introduites à la fin du fonctionnement. Des vibrations d'origine hydraulique se manifestant pendant cette période entraînent une usure sur une longueur notable des parois intérieures des
chaussettes de guidage.
Les figures 2 à 4 montrent une chaussette de guidage perfectionnée conçue pour réduire l'usure de la chaussette de guidage pendant le fonctionnement du réacteur. Comme on peut le voir, la chaussette de guidage peut être un tube 18 en Zircaloy
ou en acier inoxydable qui est fixé à la grille 14 par l'in-
termédiaire d'un manchon 40 en acier inoxydable. On déforme vers l'extérieur, c'est-à-dire renfle, en 41 la paroi du manchon et de la chaussette de guidage à l'aide d'un outil spécial à la fois au-dessus et au-dessous des barrettes de chaque grille 14 de manière à assurer à l'assemblage combustible une structure d'ossature relativement rigide et empêcher tout
déplacement axial des grilles sur les chaussettes de guidage.
On fixe le prolongement 20 à l'extrémité supérieure de la chaussette de guidage sensiblement de la même manière en déformant la paroi de la chaussette de manière qu'elle épouse
la forme de gorge 42 usinée dans la paroi intérieure du pro-
longement. Pour éliminer ou réduire notablement l'usure entre chaque barre de commande 38 et la paroi intérieure de la chaussette de guidage, on effectue une série de déformations locales ou empreintes 44 dans la paroi de la chaussette de guidage. Ces déformations sont de préférence formées à des intervalles de 90 sur le pourtour de la chaussette de guidage et sont espacées le long de cette chaussette de guidage par des intervalles d'environ 15 cm. Les empreintes ou parties en creux formées dans la paroi de la chaussette de guidage ont chacune environ 3,4 cm de long et environ 0,8 cm de largeur et font saillie vers l'intérieur depuis la paroi de la chaussette de guidage sur environ 0,8 mm. Grace à cette réduction radiale d'espace, le jeu entre les tiges de commande et la paroi de la chaussette de guidage est passé de 2,29 mm à 0,69 mm. Cette réduction du jeu local dans le sens du diamètre sert à diminuer la force normale provoquée par le mouvement vibratoire latéral de la barre de commande sur la chaussette de guidage, ce qui réduit à un minimum le risque d'usure. Un avantage principal provenant de l'utilisation de déformation&. et particulièrement d'empreintes ayant la conception décrite ici, est
que ces déformations favorisent une usure de la barre de com-
mande, bien que minimale, contre lesdites déformations elles-
mêmes suivant un mode de contact linéaire et non pas ponctuel
comme c'étaitle cas jusqu'à présent dans les conceptions anté-
rieures. L'invention réduit donc à un minimum l'usure en réduisant la charge, c'est-à-dire l'amplitude des forces,
disponible- pour agir contre les déformations, et en encou-
rageant un contact linéaire entre les parties coopérantes.Si besoin est, ou si on lé désire, on peut former par un usinage à distance les empreintes ou creux supplémentaires dans la paroi des chaussettes-de guidage après leur irradiation dans
un réacteur.
Dans la variante de la figure 4, au lieu de former des empreintes directement dans la paroi de la chaussette de guidage, on peut introduire un tube ou chemise 47 en acier inoxydable ou en autre métal dans l'extrémité de la chaussette
de guidage et sur environ 12 à 14% dela longueur de celle-ci.
On déforme la chemise de manière qu'elle épouse la forme des gorges 42 des prolongements. Pour obtenir uncontact linéaire
avec la barre de commande, on déforme ou repousse vers l'in-
térieur la paroi de la chemise de la même manière que celle décrite à propos des figures 2 et 3. On peut plaquer de chrome les empreintes pour augmenter les propriétés de résistance à
l'usure si cette mesure semble souhaitable ou nécessaire.
Il est bien entendu que la description qui précède
n'a été donnée qu'à titre purement illustratif et non limitatif
et que des variantes ou des modifications peuvent y être ap-
portées dans le cadre de la présente invention.
Claims (4)
1. Assemblage combustible pour un réacteur nucléaire comprenant un arrangement ou réseau de barres (12)de combustible maintenues espacées les unes des autres par une série de grilles (14) espacées le long des barres de combustible, une multiplie
cité de chaussettes (18) de guidage de barres de commande in-
tercalées parmi les barres (12) de combustible et s'étendant le long dudit assemblage (10), lesdites chaussettes (18) de guidage
étant fixées auxdites grilles (14) de manière à former une os-
sature structurale de base destinée audit assemblage (10), carac-
térisé par le fait que des saillies (44) dirigéesvers l'inté-
rieur sont formées dans lesdites chaussettes (18) de guidage
sous la forme de déformation locale des parois (18) de chaus-
settes de guidage, lesdites saillies (44) logeant entre elles ladite barre de commande (38) de manière à réduire l'usure
causée par le mouvement de vibration latérale entre la chaus-
sette (18.) de guidage et la barre (38.) de commande.
2. Assemblage combustible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites saillies (44) sont espacées par des intervalles uniformes tout autour de la périphérie de
ladite chaussette (18) de guidage et le long de cette chaus-
sette de guidage.
3. Assemblage combustible suivant la-revendication 2, caractérisé par le fait que lesdites saillies (44) ont une forme allongée dans la direction axiale desdites chaussettes (18) de
guidage, la.longueur de chacune desdites saillies étant appro-
ximativement égale à quatre fois la largeur des saillies (44)
afin de favoriser un contact linéaire entre ladite barre de com-
mande et lesdites saillies (44) afin de réduire à un minimum
l'usure de ladite chaussette (18) de guidage.
4..Assemblage combustible suivant l'une quelconque des
revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que lesdites
saillies (44) sont formées sur une chemise (47)fixée à l'inté-
rieur de ladite chaussette (18) de guidage et s'étendant vers le bas jusque dans ladite chaussette (18) de guidage sur moins
d'environ 15% de la longueur de cette chaussette.
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