FR2589535A1 - Screw-fastening device for nuclear fuel assembly and method for repairing the assembly using such a device - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de fixation à vis pour assemblage combustible nucléaire et procédé de réparation d'assemblage utilisant un tel dispositif.Screw fixing device for nuclear fuel assembly and assembly repair method using such a device.
L'invention concerne les assemblages combustibles nucléaires destinés à etre placés verticalément entre deux plaques de coeur et ayant un squelette formé de deux embouts reliés l'un à l'autre par des tirants et dont l'un porte des ressorts destinés à prendre appui sur l'une des deux plaques pour assurer le maintien élastique de l'assemblage. Ces ressorts sont habituellement du type à lame et se composent d'un pied maintenu à plat entre l'embout et une bride de retenue et une partie dirigée obliquement en porte - à -faux. La bride est fixée par des vis qui. une fois serres à l'aide d'une clef dynamométrique. doivent être bloquées en rotation. Ce blocage est classiquement réalisé à l'aide d'une goupille traversant la tête de la vis et soudée à la bride aux deux extrémités. The invention relates to nuclear fuel assemblies intended to be placed vertically between two core plates and having a skeleton formed of two end pieces connected to one another by tie rods and one of which carries springs intended to bear on one of the two plates to ensure the elastic retention of the assembly. These springs are usually of the leaf type and consist of a foot held flat between the end piece and a retaining flange and a part directed obliquely cantilevered. The flange is fixed by screws which. once tightened using a torque wrench. must be locked in rotation. This blocking is conventionally carried out using a pin passing through the head of the screw and welded to the flange at the two ends.
Ce mode de blocage est loin d'être pleinement satisfaisant, car il rend difficile le remplacement de la vis. Or, les vis de retenue des ressorts sont soumises à des sollicitations importantes dans un milieu agressif (eaudéminéralisée bwisete dans le cas des réacteurs refroidis et modérés à l'eau légère) et des ruptures peuvent se produire notamment à la suite d'une corrosion sous contrainte. This blocking mode is far from being entirely satisfactory, because it makes it difficult to replace the screw. However, the spring retaining screws are subjected to significant stresses in an aggressive environment (eg demineralized bwisete in the case of reactors cooled and moderated with light water) and ruptures can occur in particular following corrosion under constraint.
Par ailleurs. onconnait des assemblages (EP-A-26 1a1) vissés dans lesquels le blocage en rotation d 'une vis est obtenu par expansion radiale d'une virole déformbable prolongeant la tête de la vis dans des évidements d'un logement prévu pour la tête dans l'assemblage. Cette solution a notamment été utilisée pour fixer les tirants tubulaires du squelette d'un assemblage à l'un des embouts. Mais la nécessite de constituer la virole en un matériau apte à la déformation sans rupture exclut à priori l'utilisation d'un tel mode de blocage dans le cas des vis de retenue des ressorts. qui sont soumis à des contraintes beau coup plus élevées et etexia,nt 1utilisation d'un matériau de haute; caractéristiques. Otherwise. we know of screwed assemblies (EP-A-26 1a1) in which the blocking in rotation of a screw is obtained by radial expansion of a deformable ferrule extending the head of the screw in recesses in a housing provided for the head in assembly. This solution was used in particular to fix the tubular tie rods of the skeleton of an assembly to one of the end pieces. However, the need to constitute the ferrule in a material capable of deformation without rupture precludes a priori the use of such a blocking mode in the case of the spring retaining screws. which are subjected to much higher stresses and etexia, nt 1the use of a high material; characteristics.
L'invention vise notamment à fournir un dispositif de fixation à vis pour assemblage combustible, notamment pour fixer lesbrideset les ressorts de maintien de l'assemblage sur l'un des embouts. comportant des moyens permettant de bloquer la vis en rotation, autorisant une mise en place et un enlèvement relativement simple de la vis et permettant d'utiliser, pour encaisser les efforts, un matériau de hautescaractéristiqus
Dans ce but, l'invention propose un dispositif dont les vis comportent un corps et une tête constituant une pièce massive en matériau résistant à la corrosion sous contrainte, tel notamment que l'alliageNde fer.chrome et nickel connu sous le nom de "inconel",et une virole en métal apte à la déformation, tel que l'acier inoxydable à basse teneur en carbone.The invention aims in particular to provide a screw fixing device for fuel assembly, in particular for fixing the flanges and the springs holding the assembly on one of the end pieces. comprising means making it possible to block the screw in rotation, authorizing a relatively simple installation and removal of the screw and making it possible to use, to absorb the forces, a material of high characteristics
To this end, the invention provides a device, the screws of which comprise a body and a head constituting a solid piece of material resistant to stress corrosion, such as in particular the chromium and nickel alloy Nde known as "inconel ", and a ferrule made of metal capable of deformation, such as low carbon stainless steel.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier d'exécution, donné à titre d'exemple non limitatif. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent. dans lesquels
- la Figure 1 est une vue en élévation montrant la partie haute d'un assemblage combustible auquel l'invention est applicable,
- la Figure 2 est une vue en coupe à grande échelle montrant un dispositif de fixation suivant l'invention utilisable dans l'assemblage de la figure 1,
- la Figure 3 est une vue de dessus montrant un masque utilisable dans la mise en oeuvre du dispositif,
- la Figure 4 est une vue en perspective montrant la partie haute d'un outil de mise en place du masque,
- la Figure 5 est une vue schématique en élévation montrant la partie basse d'une fraise utilisable dans la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. The invention will be better understood on reading the following description of a particular embodiment, given by way of non-limiting example. The description refers to the accompanying drawings. wherein
FIG. 1 is an elevation view showing the upper part of a fuel assembly to which the invention is applicable,
FIG. 2 is a large-scale sectional view showing a fixing device according to the invention usable in the assembly of FIG. 1,
FIG. 3 is a top view showing a mask which can be used in the implementation of the device,
FIG. 4 is a perspective view showing the upper part of a mask fitting tool,
- Figure 5 is a schematic elevational view showing the lower part of a cutter used in the implementation of the method according to the invention.
L'assemblage combustible 10 dont la partie supérieure est montrée en figure 1 comprend deux embouts 14 reliés par des tirants l5.L'embout supérieur 14 porte les ressorts 12 d'appui contre la plaque supérieure de coeur. Ces ressorts, au nombre de deux par exemple. comportent chacun plusieurs lames dont le pied est maintenu contre la face supérieure de l'embout par une bride 16. Dans deux angles opposés de l'embout sont ménagés des trous 18 de réception de pion; de centrage
Dans les deux autres angles sont placés des vis 20 de retenue de la bride 16 sur l'embout 14,
Les vis 20 doivent etre constituées en un matériau ayant des caractéristiques mécaniques élevées et une bonne tenue à la corrosion en eau déminéralisée à haute température.The fuel assembly 10, the upper part of which is shown in FIG. 1, comprises two end pieces 14 connected by tie rods 15. The upper end piece 14 carries the springs 12 bearing against the upper core plate. These springs, two in number for example. each comprise several blades, the foot of which is held against the upper face of the endpiece by a flange 16. In two opposite angles of the endpiece are holes 18 for receiving the pin; centering
In the other two angles are placed screws 20 for retaining the flange 16 on the end piece 14,
The screws 20 must be made of a material having high mechanical characteristics and good resistance to corrosion in demineralized water at high temperature.
On a essentiellement utilisé, pour cette raison, des alliages dits "Inconel", parmi lesquels 1' Inconel 718 présente des caractéristiques particulièrement favorables permettant de résister aux efforts appliqués, dus notamment aux ressorts de maintien. au couple de serrage et à la dilatation différentielle lors de la montée en température (la bride 16 étant généralement en acier inoxydable, dont le coefficient de dilatation est supérieur à celui de 1' Inconel ).For this reason, essentially so-called "Inconel" alloys have been used, among which the Inconel 718 has particularly favorable characteristics making it possible to withstand the forces applied, due in particular to the retaining springs. the tightening torque and differential expansion when the temperature rises (the flange 16 is generally made of stainless steel, the coefficient of expansion of which is greater than that of the Inconel).
La figure 2 montre une vis suivant l'invention, permettant de bloquer la vis en rotation avec une virole déformable. Cette vis 20 comprend un corps en Inconel 718 comportant une tige filetée 22 et une tête 24 d'une seule pièce avec elle. Cette tête présente une partie inférieure cylindrique munie d'un épaulement 26 et un six-pans 28 de réception d'une clef de serrage et de desserrage. Une virole 30 de blocage en rotation est constituée par une bague relativement mince en acier inoxydable à faible teneur de carbone, en appui sur l'épaulement 26 et brasée sur la partie cylindrique de la tête 24. La virole 30 fait saillie au-dessus de la partie cylindrique 34 d'une longueur suffisante pour qu'on puisse la déformer radialement dans des encoches 36 ménagées à la périphérie du logement prévu dans la bride 16 pour recevoir la tete 24. FIG. 2 shows a screw according to the invention, making it possible to block the screw in rotation with a deformable ferrule. This screw 20 comprises a body made of Inconel 718 comprising a threaded rod 22 and a head 24 made in one piece with it. This head has a cylindrical lower part provided with a shoulder 26 and a hexagon 28 for receiving a tightening and loosening key. A rotation blocking ferrule 30 is constituted by a relatively thin ring made of low carbon stainless steel, resting on the shoulder 26 and brazed on the cylindrical part of the head 24. The ferrule 30 protrudes above the cylindrical part 34 of a sufficient length so that it can be deformed radially in notches 36 formed at the periphery of the housing provided in the flange 16 to receive the head 24.
Afin de donner à l'ensemble les caractéristiques mécaniques et thermiques nécessaires, le corps est tout d'abord réalisé, puis la virole est fixée par brasage. L'ensemble est ensuite soumis à un traitement thermique de vieillissement donnant les caractéristiques mécaniques nécessaires à l'Inconel 718. Après traitement thermique de vieillissement, une reprise de la tête en usinage est possible. Du fait que la virole est en acier à basse teneur en carbone, on évite au cours de cette phase de fabrication la sensibilisation du matériau à la corrosion intergranulaire. Le brasage peut notamment s'effectuer dans un four sous vide ou atmosphère inerte ou réductrice à l'aide d'une composition de brasage au chrome.Le remplacement, sur des assemblages combustibles déjà irradiés, de vis bloquéesà l'aide de deux goupilles par des vis du genre montré en figure 2, peut s'effectuer à l'aide d'un outillage dont les particularités seront maintenant décrites. In order to give the assembly the necessary mechanical and thermal characteristics, the body is first produced, then the ferrule is fixed by brazing. The assembly is then subjected to an aging heat treatment giving the mechanical characteristics necessary for the Inconel 718. After heat aging treatment, resumption of the head in machining is possible. Due to the fact that the ferrule is made of steel with low carbon content, during this manufacturing phase the sensitization of the material to intergranular corrosion is avoided. Brazing can in particular be carried out in a vacuum furnace or in an inert or reducing atmosphere using a chromium brazing composition. The replacement, on already irradiated fuel assemblies, of screws locked using two pins by screws of the kind shown in Figure 2, can be performed using a tool whose features will now be described.
L'opération devant se faire sous eau, l'assemblage est tout d'abord amené en piscine à un poste de travail où il est retenu en position verticale, embout supérieur dirigé vers le haut. On place ensuite sur la bride un masque pouvant avoir la constitution montrée en figure 3. Ce masque 38 comporte une plaque 40 pouvant etre saisie à laide d'une perche 42 dont la partie supérieure est montrée en figure 4, munie de poignées 44 d'orientation. La plaque 40 est munie de deux pions de précentrage 46 destinés à s'engager dans les trous 18 d'un embout,
Dans l'axe de la perche est placée une tige de commande terminée par une manette d'orientation 48 à une extrémité et par une bride en V 50 à l'autre extrémité. Cette bride permet d'immobiliser le masque en passant sous le cadre de l'embout 14.The operation must be done underwater, the assembly is first brought into the pool at a workstation where it is retained in a vertical position, upper nozzle directed upwards. A mask can then be placed on the flange, which may have the constitution shown in FIG. 3. This mask 38 comprises a plate 40 which can be grasped using a pole 42, the upper part of which is shown in FIG. 4, provided with handles 44 of orientation. The plate 40 is provided with two pre-centering pins 46 intended to engage in the holes 18 of a nozzle,
In the axis of the pole is placed a control rod terminated by an orientation handle 48 at one end and by a V-shaped flange 50 at the other end. This flange makes it possible to immobilize the mask by passing under the frame of the endpiece 14.
Le masque 38 comporte également une partie mobile, constituée par une plaque 52 pouvant tourner autour d'un axe confondu avec celui de la perche 42. Un tube placé dans la perche est terminé par une tête 54 (Figure 4) et permet de placer la plaque soit dans la position où elle est montrée en figure 3, soit dans une position à 180". Dans la position où la plaque est montrée. elle présente deux canons 56 de guidage d'un outil d'usinage face au logement de deux vis 20. Lorsque la plaque a tourné de 180". elle présente au contraire deux canons 58 d'usinage de deux encoches en V de sertissage des viroles, pouvant avoir l'allure montrée en 60 sur la figure 3. The mask 38 also includes a movable part, constituted by a plate 52 which can rotate around an axis coincident with that of the pole 42. A tube placed in the pole is terminated by a head 54 (Figure 4) and allows the plate either in the position where it is shown in FIG. 3, or in a position at 180 ". In the position where the plate is shown. it has two barrels 56 for guiding a machining tool facing the housing of two screws 20. When the plate has rotated 180 ". on the contrary, it has two cannons 58 for machining two V-shaped notches for crimping the ferrules, which may have the appearance shown at 60 in FIG. 3.
Enfin le masque peut être complété par une tubulure 62 d'aspiration des copeaux d'usinage.Finally, the mask can be completed by a tube 62 for suction of the machining chips.
A titre d'exemple, on peut indiquer que des vis destinées à fixer la bride d'un assemblage de combustible dans lequel les crayons de combustible sont répartis aux noeuds d'un réseau carré de 1 7 x 1 7 positions comportent une virole de li,85 mm de diamètre externe et de 0.40 mm d'épaisseur en acier inoxydable à basse teneur de carbone. By way of example, it may be indicated that screws intended to fix the flange of a fuel assembly in which the fuel rods are distributed at the nodes of a square network of 1 7 × 1 7 positions have a ferrule of li , 85 mm in external diameter and 0.40 mm thick in low carbon stainless steel.
Le remplacement de vis de brides bloquées en rotation par des goupilles peut s'effectuer de la façon suivante. The replacement of flange screws locked in rotation with pins can be carried out as follows.
La goupille est tout d'abord fraisée à l'aide d'un outil dont la constitution peut être similaire à celle de l'outil de fraisage décrit dans le document FR-A-2 83 16 145 . La fraise proprement dite 62 est une fraiseà trépaner fixée à extrémité d'une broche rotative montée dans un tube 64. Ce tube est muni de balonnettes 66 de fixation dans le masque. The pin is first of all milled using a tool whose constitution can be similar to that of the milling tool described in document FR-A-2 83 16 145. The actual milling cutter 62 is a trepanning bit fixed at the end of a rotary spindle mounted in a tube 64. This tube is provided with small bars 66 for fixing in the mask.
Le masque 38 est tout d'abord mis en place sur l'em- bout de l'assemblage à traiter. La plaque 52 est orientée de façon que les canons d'intervention 56 soient alignés avec l'axe das vis de bride 20. A l'aide de l'outil de fraisage les deux goupilles en place sont coupées. The mask 38 is first of all placed on the end of the assembly to be treated. The plate 52 is oriented so that the intervention barrels 56 are aligned with the axis of the flange screw 20. With the milling tool the two pins in place are cut.
On remplace alors l'outil de fraisage par un tournevis dont la constitution peut être similaire à celle décrite dans la demande de brevet FR-A-2 83 16 145 déjà mentionnée. Une première vis dégoupillée est retirée puis l'outil de fraisage. muni d'une fraise de nature différente, est utilisé pour pratiquer les deux rainures 60 correspondant à la vis enlevée. Des outils de lamage, puis de nettoyage du filetage, peuvent etre ensuite employés pour mettre l'emplacement de réception d'une nouvelle vis en état. La nouvelle vis est introduite à l'aide du tournevis de vissage. La vis est bloquée en place avec un couple déterminé. Puis les mêmes opérations que ci-dessus sont effectuées sur la deuxième vis de la bride. The milling tool is then replaced by a screwdriver, the constitution of which can be similar to that described in patent application FR-A-2 83 16 145 already mentioned. A first unscrewed screw is removed, then the milling tool. provided with a cutter of a different nature, is used to make the two grooves 60 corresponding to the removed screw. Tools for counterboring, then for cleaning the thread, can then be used to put the location for receiving a new screw in condition. The new screw is introduced using the screwdriver. The screw is locked in place with a determined torque. Then the same operations as above are carried out on the second flange screw.
Un outil d'expansion des viroles est alors mis en place pour expanser la tête des deux vis de bride. Cet outil peut avoir la constitution déjà décrite dans le document FR-A-2 368 785 ou EP-A-26 141. Un outil d'ébavurage à couteaux règlables en positionnement est utilisé pour enlever les bavures d'usinage restant à l'extérieure de la bride. A ferrule expansion tool is then put in place to expand the head of the two flange screws. This tool can have the constitution already described in document FR-A-2 368 785 or EP-A-26 141. A deburring tool with knives adjustable in positioning is used to remove the machining burrs remaining outside of the flange.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62123599U (en) | 1987-08-05 |
| BE905694A (en) | 1987-05-04 |
| FR2589535B3 (en) | 1988-03-04 |
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