FR2668641A1 - Grille a bossettes pour assemblage combustible nucleaire. - Google Patents

Abstract

La grille, destinée à un assemblage combustible nucléaire, comprend au moins deux jeux de plaquettes (12) entrecroisées pour définir des cellules de passage de crayons de combustible (34) et éventuellement de tubes guides répartis aux nœuds d'un réseau régulier. Les plaquettes sont munies de bossettes en saillie dans certaines au moins des cellules, constituées par des rivets (30) faisant saillie d'un côté au moins de la plaquette.

Description

GRILLE A BOSSETTES POUR ASSEMBLAGE COMBUSTIBLE NUCLEAIRE
L'invention concerne les grilles destinées aux assemblages combustibles nucléaires ayant des crayons de combustible répartis aux noeuds d'un réseau régulier, géné- ralement carré et elle trouve une application particulièrement importante dans les assemblages combustibles pour réacteurs refroidis et modérés à l'eau légère.

Les assemblages combustibles actuels comprennent généralement un faisceau de crayons de combustible (ce terme désignant les crayons chargés en matériau fissile aussi bien que ceux chargés partiellement ou totalement en matériau fertile) et une structure de maintien du faisceau, comprenant des pièces d'extrémité supérieure et inférieure reliées par des tubes guides qui portent les grilles de maintien des crayons.

L'invention concerne plus particulièrement les grilles du type comprenant au moins deux jeux de plaquettes entrecroisées pour définir des cellules de passage des crayons de combustible et de tubes guides répartis aux noeuds du réseau régulier, les plaquettes étant munies de bossettes qui font saillie dans certaines au moins des cellules, d'un côté ou de deux côtés de la plaquette.

Certaines au moins des grilles d'un tel assemblage ont une fonction de supportage des crayons ; d'autres sont destinées simplement à maintenir les crayons aux noeuds du réseau régulier. Ces grilles peuvent être munies d'ailettes de brassage du réfrigérant du réacteur. Les assemblages combustibles récents comportent également des grilles qui ont uniquement une fonction thermohydraulique : ces grilles, généralement plus légères que les autres, sont munies d'ailettes de brassage du réfrigérant.

Les grilles sont munies de moyens destinés soit à supporter les crayons, soit à les centrer aux noeuds du réseau régulier, soit simplement à limiter leur débattement transversal pour éviter qu'ils ne viennent frapper les ailettes et n'aient une amplitude de vibration excessive. Les moyens de retenue ou de centrage des crayons comportent des bossettes faisant face à des ressorts, rapportés sur la grille lorsque les plaquettes qui la constituent sont en alliage à faible absorption neutronique, mais de caractéristiques mécaniques faibles, soient embouties dans ces plaquettes.

Les bossettes sont constituées par des languettes, souvent en forme de pont, découpées et repoussées par emboutissage du métal des plaquettes. Ce mode de fabrication des bossettes présente des inconvénients. L'emboutissage est difficile ; il diminue la résistance mécanique des plaquettes et forme des amorces de fissuration et de rupture la constitution de plaquettes ayant des bossettes en saillie sur les deux faces oblige à décaler longitudinalement ces plaquettes, donc à augmenter la hauteur de la grille dont la perte de charge est accrue.

La présente invention vise à fournir une grille à bossettes répondant mieux que celles antérieurement connues aux exigences de la pratique ; elle vise en particulier à simplifier la fabrication, à réduire l'affaiblissement des plaquettes et à autoriser une hauteur plus faible que dans le cas des plaquettes ayant des bossetttes selon l'art antérieur.

Dans ce but, l'invention propose notamment une grille du type ci-dessus défini dont les bossettes sont constituées par des rivets en alliage à faible absorption neutronique.

Lorsque, ce qui est le cas le plus fréquent pour les grilles n'ayant qu'une fonction de maintien et/ou une fonction thermohydraulique, les plaquettes sont en alliage à base de zirconium (tel que le zircaloy), les rivets peuvent eux-mêmes être en alliage à base de zirconium.

L'invention est applicable aussi bien aux grilles de supportage, ayant des ressorts d'appui des crayons sur les bossettes, qu'aux grilles de maintien et aux grilles ayant uniquement une fonction thermohydraulique. Dans ce dernier cas, la saillie des rivets sera généralement telle qu'ils laissent aux crayons un jeu radial, réduisant le risque de rayure des crayons lors de leur introduction dans la grille.

Sur une même grille, certains rivets peuvent etre en saillie des deux côtés de la plaquette alors que d'autres rivets sont à tête noyée. Les rivets peuvent éventuellement être usines après mise en place pour ajuster le jeu laissé aux crayons.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la -description qui suit de modes particuliers de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs et de la comparaison qui en est faite avec une grille selon l'art antérieur.

La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la figure 1 est une vue en perspective d'un fragment de grille de supportage ou de maintien d'un type connu ;
- la figure 2 est une vue de détail en coupe, montrant la constitution des bossettes embouties dans une grille du genre montré en figure 1
- la figure 3 est une vue en coupe d'une bossette constituée par un rivet faisant saillie des deux côtés de la plaquette, conformément à un premier mode de réalisation de l'invention ;
- la figure 4, similaire à la figure 3, montre une variante de réalisation ;
- les figures 5A et 5B montrent schématiquement, en coupe et en vue de face, une bossette constituée par un rivet suivant un autre mode encore de réalisation de l'invention ;;
- les figures 6A et 6B ainsi que 7A et 7B, similaires aux figures 5A et 5B, montrent deux autres variantes
- les figures 8 et 9 montrent deux constitutions possibles de bossettes faisant saillie sur une seule face d'une plaquette.

La figure 1 montre un fragment d'une grille pour assemblage combustible nucléaire couramment utilisé à l'heure actuelle. Cette grille est constituée de deux jeux de plaquettes 12 entrecroisées à mi-fer grace à des fentes d'emboîtement et reliée à des plaquettes externes constituant une ceinture 14. Des crevés 16 ménagés dans les plaquettes constituent des ergots de guidage, garantissant un assemblage régulier des plaquettes et permettant à ces dernières de définir des cellules de réception de crayons de combustible (non représentées) et de tubes guides 18 appartenant à la structure de l'assemblage. Les plaquettes externes constituant la ceinture 14 sont munies d'ailettes de guidage 20, les plaquettes internes 12 sont pourvues d'ailettes de brassage 22 destinées à homogénéiser la température du réfrigérant.

Les crayons de combustible sont maintenus, dans la grille 10, par des ressorts 24 qui pressent les crayons contre des bossettes qui leur font face. Les ressorts 24 représentés sont constitués par des lames en acier rapportées sur les plaquettes, généralement en alliage à base de zirconium. Les bossettes 26 sont constituées par découpage et refoulement du métal de la plaquette. Il est nécessaire de prévoir, à certains emplacements, des bossettes dirigées à l'opposé l'une de l'autre. Avec la constitution connue, les deux bossettes 26 doivent avoir la disposition relative montrée en figure 2. La grille doit alors avoir une hauteur minimum h qui est fixée par la largeur minimale des deux bossettes 26 et les bandes de rive nécessaires pour que la rigidité reste suffisante.

L'invention permet de donner à la grille, surtout lorsqu'il s'agit d'une grille ayant uniquement une fonction thermohydraulique, une hauteur h1 (figure 3) nettement inférieure à la hauteur h. Pour cela, deux bossettes opposées à la fois sont constituées à l'aide d'un rivet unique 30.

La mise en place d'un tel rivet s'effectue de façon très simple. Les plaquettes découpées et formées sont percées de trous 32 aux emplacements de réception des rivets. La tige de chacun des rivets est insérée dans le trou correspondant. L'opération de rivetage peut s'effectuer par l'un quelconque des procédés actuellement connus.

Dans le mode de réalisation montré en figure 3, le rivet 30 a une tête de forme circulaire et il est martelé de façon que la tête et la zone déformée prennent une forme de calotte sphérique.

A titre d'exemple, on peut indiquer qu'on a utilisé des rivets en alliage à base de zirconium dit zircaloy 4 et ayant un diamètre de tige d'environ 2 mm. La déformation du rivet a été effectuée par frappe à froid.

Avec une telle forme de rivet, l'appui d'un crayon 34 est sensiblement ponctuel. Le mode de réalisation montré sur la figure 4 autorise un appui suivant une ligne : lors de la fixation du rivet 30a, la tête et la tige sont déformées de façon à présenter une surface d'appui approximativement plane, la périphérie restant circulaire.

Dans la variante de réalisation montrée en figures 5A et 5B, la tête et la tige du rivet 30b sont martelées ou formées à la presse de façon à avoir une allure allongée dans le sens de l'écoulement du réfrigérant, indiqué par la flèche f, ce qui réduit la perte de charge subie par le réfrigérant en lui laissant une plus grande section de passage.

Les figures 6A et 6B décrivent une variante de réalisation où les bossettes sont constituées par un rivet 30c auquel on donne une forme allongée dans le sens de l'écoulement, en double goutte d'eau afin de réduire encore les pertes de charge.

Dans le cas des figures 7A et 7B, le rivet 30d est déformé en amande, toujours pour réduire les pertes de charges.

La saillie des rivets peut être prévue pour qu'il y ait appui des crayons 34 sur les deux faces du rivet. Elle peut également être réduite, de façon que les bossettes n'aient pour seule fonction que de réduire le débattement transversal des crayons, par exemple pour empêcher qu'ils ne viennent battre contre les ailettes 22 (figure 3).

L'invention permet également de constituer des bossettes qui ne présentent une saillie que d'un côté de la plaquette 12. Les figures 8 et 9 montrent deux modes de réalisation de ce genre.

Dans le cas représenté sur la figure 8, les bords du trou ménagé dans la plaquette sont emboutis pour leur donner une forme tronconique. Dans un état initial, le rivet 30e a une tête ayant une face terminale plate, prévue pour venir de niveau avec la surface de la plaquette 12, et un flanc tronconique. Le rivet est, après avoir été mis en place, déformé pour que sa tige, initialement cylindrique comme montré en traits mixtes, présente la saillie requise.

Le rivetage est effectué de façon que la tige prenne une forme cylindro-cônique tronquée venant épouser la tranche du trou 32 et à constituer une liaison indémontable.

Dans le cas de la figure 9, un embrèvement 36 est fraisé dans la plaquette 12. Le rivet utilisé 30f a initialement la même forme que celui de la figure 8. Dans ce cas, la tête reste légèrement en saillie par rapport à la plaquette.

Dans ce cas le rivetage est effectué de façon que la tige du rivet, initialement cylindrique comme montré en traits mixtes, prenne une forme de pion 38 de diamètre supérieur à celui de l'embrèvement et constitue une liaison indémontable.

Quelque soit le mode de réalisation adopté, on évite l'opération d'emboutissage qui créait des amorces de fissuration se traduisant par un taux de rebuts important.

La hauteur des grilles, de maintien et surtout thermohydraulique, peut être réduite ou, à hauteur égale, on augmente la résistance mécanique. Il reste toujours possible de calibrer les cellules par usinage d'une face ou de deux faces des rivets, afin d'ajuster un jeu entre crayons et bossettes.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Grille pour assemblage combustible nucléaire, comprenant au moins deux jeux de plaquettes (12) entrecroisées pour définir des cellules de passage de crayons de combustible (34) et éventuellement de tubes guides (18) répartis aux noeuds d'un réseau régulier, les plaquettes étant munies de bossettes en saillie dans certaines au moins des cellules, caractérisée en ce que les bossettes sont constituées par des rivets (30-30f) faisant saillie d'un côté au moins de la plaquette.

2. Grille selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaquettes et les rivets sont en alliage à base de zirconium.

3. Grille selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les rivets présentent sensiblement la même saillie sur les deux faces et sont symétriques.

4. Grille selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que les parties en saillie des rivets ont une forme de calotte sphérique ou une forme cylindrique.

5. Grille selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que certains au moins des rivets ont une tête affleurant sensiblement la surface de la plaquette correspondante.