FR2833399A1 - Assemblage de combustible pour un reacteur nucleaire refroidi par de l'eau legere - Google Patents
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Abstract
L'assemblage de combustible comporte, dans une position décalée dans la direction longitudinale (5), par rapport à une première grille-entretoise inférieure (4a) située le plus près de l'embout inférieur (10) de l'assemblage de combustible, une seconde grille-entretoise inférieure (4b) placée du côté de la première grille inférieure (4a) opposé à l'embout inférieur (10), de manière que la distance entre les bossettes d'appui (7'a, 7b) des ceintures extérieures (6, 6') des grilles-entretoises inférieures (4a, 4b) les plus éloignées l'une de l'autre, dans une direction axiale de l'assemblage de combustible, soit de deux à quatre fois la distance entre les bossettes de la ceinture extérieure d'une grille-entretoise (4) quelconque de l'assemblage de combustible.
Description
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L'invention concerne un assemblage de combustible pour un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau légère assurant un maintien amélioré de crayons combustibles dans sa partie inférieure.
Les réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau légère et en particulier les réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau sous pression utilisent des assemblages de combustible comportant une ossature dans laquelle les crayons de combustible sont maintenus sous la forme d'un faisceau dans lequel les crayons sont parallèles entre eux et disposés suivant la direction longitudinale de l'assemblage de combustible.
L'ossature de l'assemblage de combustible comporte des grilles entretoises disposées à une certaine distance les unes des autres suivant la direction longitudinale de l'assemblage de combustible et délimitant chacune un réseau de cellules, généralement de forme carrée, destinées à recevoir les crayons combustibles qui sont maintenus dans les cellules par des ressorts et des bossettes assurant leur maintien transversal.
L'ossature comporte également des tubes-guides placés dans la direction longitudinale de l'assemblage de combustible qui sont introduits dans certaines cellules alignées des grilles-entretoises réservées au passage des tubes-guides. Les grilles-entretoises et les tubes-guides sont assemblés de manière rigide, de manière à assurer la tenue mécanique de l'ossature. Les tubes-guides ont une longueur supérieure à celle des crayons de combustible du faisceau de l'assemblage de combustible et comportent deux parties d'extrémité en saillie par rapport aux extrémités longitudinales du faisceau de crayons sur lesquelles est fixé, à chacune des extrémités de l'assemblage de combustible, un embout de fermeture de l'ossature assurant en particulier la retenue axiale des crayons en cas de glissement dans les cellules des grilles.
Les assemblages de combustible sont placés, à l'intérieur du coeur du réacteur, dans des positions verticales, c'est-à-dire avec leurs axes longitudinaux dans la direction verticale.
L'un des embouts de l'assemblage de combustible, appelé embout inférieur, comporte des pieds qui viennent reposer sur une plaque inférieure de coeur du réacteur nucléaire dans la position de service de l'assemblage
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de combustible à l'intérieur du coeur. Le second embout, ou embout supérieur porte des ressorts à lame par l'intermédiaire desquels une plaque supérieure de coeur vient reposer sur l'ensemble des assemblages, après leur chargement dans le coeur. Dans leur position à l'intérieur du coeur, les assemblages de combustible sont disposés suivant un réseau régulier, généralement à mailles carrées, et sont dans des dispositions adjacentes.
Les assemblages de combustible comportent des grilles-entretoises dont la disposition suivant la direction longitudinale de l'assemblage de combustible est identique d'un assemblage à un autre. Les assemblages de combustible en position adjacente dans le coeur viennent en contact par l'intermédiaire d'une partie périphérique des grilles-entretoises réalisée à partir d'une bande métallique et constituant une ceinture assurant la fermeture des cellules périphériques du réseau de la grille-entretoise. A l'intérieur de chacune des cellules périphériques des grilles-entretoises de l'assemblage de combustible, les crayons de combustible périphériques sont maintenus par des bossettes réalisées par emboutissage de la ceinture des grilles-entretoises pour réaliser, pour chacune des cellules périphériques, deux bossettes espacées d'une distance fixe dans la direction longitudinale de l'assemblage de combustible.
Chacun des assemblages de combustible réalisés selon les techniques connues comporte une grille d'extrémité inférieure qui est la grilleentretoise située le plus près de l'embout inférieur de l'assemblage de combustible, une grille d'extrémité supérieure située le plus près de l'embout supérieur de l'assemblage de combustible et une pluralités de grilles intermédiaires constituant généralement des grilles de mélange de l'eau de refroidissement du coeur du réacteur nucléaire.
Les assemblages de combustible situés à la périphérie du coeur du réacteur nucléaire viennent en appui sur un cloisonnement du coeur luimême disposé à l'intérieur d'une enveloppe de coeur de forme cylindrique à axe vertical placée dans une disposition coaxiale à la cuve du réacteur, et l'ensemble des assemblages de combustible du coeur est maintenu par appui de chacun des assemblages de combustible sur des assemblages de combustible adjacents.
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Le cloisonnement du coeur du réacteur nucléaire, au moins dans le cas des réacteurs nucléaires à eau sous pression, comporte des plaques de direction verticale venant en contact avec certaines parties des ceintures des grilles-entretoises des assemblages périphériques et des plaques entretoises horizontales intercalées entre les plaques verticales du cloisonnement et l'enveloppe de coeur qui sont généralement disposées au niveau de chacun des ensembles de grilles-entretoises des assemblages de combustible disposés dans le coeur. En particulier, le cloisonnement comporte une entretoise inférieure qui se trouve au niveau des grilles d'extrémité inférieure des assemblages de combustible, c'est-à-dire suivant le plan médian des ceintures des grilles à l'extrémité inférieure de l'ensemble des assemblages du coeur.
Chacun des assemblages de combustible du coeur qui repose sur la plaque inférieure de coeur par l'intermédiaire de son embout inférieur est parcouru, de bas en haut, par de l'eau de refroidissement du réacteur nucléaire qui traverse la plaque inférieure de coeur par des ouvertures situées à l'aplomb de la position de l'assemblage de combustible dans le coeur.
L'eau en circulation dans la direction verticale de bas en haut à l'intérieur de l'assemblage de combustible refroidit les crayons constituant le faisceau de l'assemblage de combustible, à l'intérieur desquels le combustible nucléaire produit de la chaleur par des réactions de fission.
Les courants d'eau de refroidissement qui circulent dans le coeur dans la direction verticale et de bas en haut ont une vitesse et une énergie maximale dans la partie inférieure du coeur, après la traversée de la plaque inférieure de coeur. L'eau à grande vitesse pénètre dans l'ossature de l'assemblage de combustible à travers l'embout inférieur puis entre en contact avec le faisceau de crayons de l'assemblage de combustible, au niveau de la grille d'extrémité inférieure dans laquelle sont engagées et maintenues les parties d'extrémité inférieure des crayons de combustible. La partie basse du coeur dans laquelle l'eau de refroidissement circule à grande vitesse est une zone sensible dans laquelle les crayons et/ou les éléments de la structure des assemblages de combustible peuvent entrer en vibration et produire par frottement (généralement désigné par le terme anglais"fretting")
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une usure des gaines des crayons de combustible dans lesquelles est contenu le combustible nucléaire sous forme de pastilles empilées dans la gaine. Dans certains cas, on a observé une rupture de gaine d'assemblages de combustible ou même une rupture complète de certains crayons.
II est alors nécessaire, lors d'un arrêt du réacteur nucléaire, éventuellement après un arrêt d'urgence, d'évacuer et de remplacer le ou les assemblages de combustible comportant des crayons détériorés ou cassés.
L'arrêt du réacteur nucléaire et les opérations de remplacement des assemblages de combustible entraînent des pertes d'exploitation et peuvent être très coûteuses.
II paraît donc tout à fait souhaitable d'améliorer le maintien des crayons des assemblages de combustible dans la partie sensible du coeur, au voisinage de la partie basse des assemblages de combustible.
Le but de l'invention est donc de proposer un assemblage de combustible pour un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau légère, comportant un faisceau de crayons combustibles maintenus dans une ossature comprenant des tubes-guides de direction longitudinale, une pluralité de grillesentretoises réparties suivant la direction longitudinale de l'ossature comprenant chacune un réseau de cellules de maintien de crayons de combustible ayant des parois sur lesquelles sont prévues des bossettes d'appui des crayons en saillie vers l'intérieur des cellules et une ceinture entourant le réseau de cellules et fermant les cellules périphériques de la grilleentretoise, présentant deux bossettes d'appui en saillie vers l'intérieur de chacune des cellules périphériques espacées l'une de l'autre dans la direction longitudinale, ainsi que deux embouts d'extrémité fixés sur les extrémités des tubes-guides de !'ossature, l'un des embouts ou embout inférieur étant destiné à venir reposer sur une plaque inférieure de coeur du réacteur nucléaire, dans la position de service de l'assemblage de combustible, dans le coeur du réacteur nucléaire dans lequel les assemblages de combustible sont maintenus par un cloisonnement comportant des plaques entretoises horizontales au niveau des grilles-entretoises des assemblages de combustible, cet assemblage de combustible permettant d'assurer un maintien efficace des crayons de combustible dans leur partie inférieure et de limiter les
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risques d'endommagement et de rupture des crayons de combustible, lors de la circulation de l'eau de refroidissement du réacteur nucléaire dans la partie inférieure du coeur du réacteur nucléaire.
Dans ce but, l'assemblage de combustible suivant l'invention comporte, dans une position décalée dans la direction longitudinale par rapport à une première grille-entretoise, ou grille inférieure de l'assemblage de combustible située le plus près de l'embout inférieur de l'assemblage de combustible, une seconde grille-entretoise placée du côté de la grille inférieure opposée à l'embout inférieur, de manière que la distance entre les bossettes d'appui des cellules extérieures de la première et de la seconde grillesentretoises, les plus éloignées l'une de l'autre dans la direction longitudinale, soit comprise entre deux fois et quatre fois la distance entre les bossettes des cellules extérieures d'une grille-entretoise de l'assemblage de combustible.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un assemblage de combustible pour réacteur nucléaire à eau sous pression, suivant l'invention.
La figure 1 est une vue partielle en élévation, avec arrachement, d'un assemblage de combustible suivant l'invention.
La figure 2 est une vue en élévation des parties inférieures d'un assemblage de combustible suivant l'invention et suivant un premier mode de réalisation et d'un assemblage de combustible suivant l'art antérieur reposant sur une même surface horizontale d'appui par leur embout inférieur.
La figure 3 est une vue en élévation des parties inférieures d'un assemblage de combustible suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation et d'un assemblage de combustible suivant l'art antérieur reposant sur une même surface d'appui horizontale par leur embout inférieur.
La figure 4 est une vue en plan d'une plaquette pour la réalisation d'une grille-entretoise d'un assemblage de combustible suivant l'invention.
La figure 5 est un diagramme montrant les variations calculées de l'effort de serrage des grilles-entretoises sur la partie inférieure d'un crayon d'un assemblage de combustible en fonction du taux de combustion accumulé par l'assemblage de combustible, dans le cas d'un assemblage de
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combustible suivant l'invention et dans le cas de deux assemblages de combustible selon l'art antérieur.
Sur la figure 1, on voit un assemblage de combustible pour un réacteur nucléaire à eau sous pression désigné de manière générale par le repère 1 qui comporte un faisceau de crayons de combustible 3 maintenus avec leurs axes parallèles entre eux suivant la direction longitudinale de l'assemblage de combustible, à l'intérieur d'une ossature 2.
L'ossature 2 de l'assemblage de combustible 1 comporte des grillesentretoises 4 espacées l'une de l'autre, dans la direction longitudinale de l'assemblage de combustible, qui assurent le maintien transversal des crayons 3 du faisceau de l'assemblage de combustible, suivant un réseau régulier à mailles carrées dans les plans transversaux de l'assemblage de combustible perpendiculaires à l'axe longitudinal 5 de l'assemblage de combustible.
Chacune des grilles-entretoises 4 de forme parallélépipédique ayant une section carrée dans les plans transversaux de l'assemblage de combustible comporte un réseau de cellules à l'intérieur de chacune desquelles les crayons de combustible sont maintenus par des bossettes et des ressorts.
Chaque grille-entretoise est entourée, à sa partie périphérique par une ceinture 6 fermant les cellules extérieures des grilles-entretoises 4. Les grillesentretoises 4 sont réalisées à partir de bandes métalliques entrecroisées embouties au niveau de chacune des cellules de la grille-entretoise pour constituer des bossettes d'appui. La ceinture 6 des grilles-entretoises 4 est également constituée d'une ou plusieurs bandes métalliques embouties pour constituer deux rangées de bossettes 7a et 7b en saillie vers l'intérieur de la grille-entretoise, dans les cellules périphériques de la grille-entretoise. A l'intérieur de chacune des cellules périphériques, les crayons de combustible 3 sont maintenus par une bossette de la rangée 7a et une bossette de la rangée 7b alignées suivant la direction longitudinale 5 de l'assemblage de combustible et distantes l'une de l'autre d'une longueur d inférieure à la hauteur de la ceinture 6 de la grille-entretoise.
L'ossature 2 comporte également des tubes-guides 8 introduits dans certaines cellules des grilles-entretoises, à la place de crayons de combusti-
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ble, et fixés sur chacune des grilles-entretoises. Les tubes-guides 8 ont une longueur supérieure à la longueur des crayons de combustible 3 de l'assemblage de combustible et comportent une première partie en saillie à l'extrémité supérieure de l'assemblage de combustible sur laquelle est fixé un embout supérieur 9 et une seconde partie en saillie à l'extrémité inférieure de l'assemblage de combustible sur laquelle est fixé un embout inférieur 10 comportant des pieds destinés à venir reposer, dans la position de service de l'assemblage de combustible à l'intérieur de la cuve du réacteur nucléaire, sur une plaque inférieure de coeur 11. Au niveau de chacun des assemblages de combustible, la plaque inférieure de coeur 11 comporte des ouvertures de passage d'eau de refroidissement du réacteur nucléaire destinée à circuler dans la direction verticale et de bas en haut au contact des crayons combustibles 3 du faisceau de l'assemblage de combustible.
L'eau de refroidissement du coeur du réacteur nucléaire qui est à haute pression et à haute température circule à grande vitesse à l'intérieur du coeur, en particulier dans la zone inférieure du coeur, au-dessus des embouts inférieurs 10 des assemblages de combustible et au niveau d'une grille-entretoise inférieure 4a de l'assemblage de combustible. Les crayons du faisceau et en particulier les crayons périphériques qui sont maintenus par les bossettes 7a et 7b sont susceptibles d'entrer en vibration, ce qui entraîne au cours du temps, pendant le fonctionnement du réacteur nucléaire, une usure par frottement ou"fretting"qui peut aller jusqu'à produire une fissuration et une rupture de la gaine de certains crayons, en particulier de crayons périphériques du faisceau de l'assemblage de combustible.
Selon l'invention, pour améliorer le maintien des crayons de combustible 3 de l'assemblage de combustible dans leur partie inférieure, au-dessus de l'embout inférieur 10, on place, au-dessus de la grille-entretoise inférieure 4a disposée immédiatement au-dessus de t'embout inférieur 10 de l'assemblage de combustible, une seconde grille-entretoise 4b dans une position superposée, de telle sorte que les crayons combustibles 3 du faisceau de l'assemblage de combustible soient maintenus, dans leur partie inférieure, sur une plus grande longueur et par l'intermédiaire d'un plus grand nombre de bossettes et de ressorts.
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La seconde grille-entretoise 4b superposée à la première grilleentretoise 4a comporte une ceinture 6'sur laquelle sont réalisées par emboutissage deux rangées de bossettes 7'a, 7'b, de sorte que chacun des crayons périphériques 3 de l'assemblage de combustible soit maintenu par quatre bossettes successives 7'a, 7'b, 7a, 7b, les grilles-entretoises 4a et 4b étant placées de telle sorte que la distance dans la direction axiale 5 de l'assemblage de combustible entre les bossettes extrêmes 7'a et 7b de l'ensemble de grilles 4a, 4b est au moins égale à deux fois la distance d entre deux bossettes 7a, 7b d'une grille-entretoise quelconque 4 de l'assemblage de combustible et au plus égale à quatre fois la distance d.
Dans le cas représenté sur la figure 1, les grilles-entretoises inférieures 4a et 4b sont à une faible distance dans la direction verticale et les bossettes extrêmes 7'a et 7b maintenant les crayons combustibles 3 dans les cellules périphériques sont à une distance de l'ordre de trois fois la distance d.
Les grilles-entretoises 4 et en particulier les grilles-entretoises inférieures 4a et 4b comportent, sur les bords supérieurs et inférieurs des ceintures 6 et 6', des ailettes de guidage 12 en saillie vers le haut et vers le bas qui constituent un bord crénelé des ceintures 6 et 6', les ailettes de guidage étant généralement dans une disposition en quinconce, de sorte que les grilles 4a et 4b peuvent être superposées avec une faible distance entre le bord inférieur de la ceinture 6'de la grille 4b et le bord supérieur de la ceinture 6 de la grille 4a.
De plus, comme il sera expliqué plus loin, en particulier en regard de la figure 4, les plaquettes constituant les parois des cellules internes des grilles comportent des languettes 13 de fixation des grilles-entretoises sur les tubes-guides 8, par exemple par soudage.
Les grilles-entretoises inférieures 4a et 4b sont disposées tête bêche, les languettes 13 de la première grille-entretoise inférieure 4a étant dirigées vers le bas et les languettes 13'de fixation des tubes-guides de la seconde grille-entretoise 4b étant dirigées vers le haut. On évite ainsi de placer dans des zones rapprochées les parties de fixation des grilles-entretoises 4a et 4b superposées, sur les tubes-guides 8.
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Sur la figure 2, on a représenté, dans des positions voisines, un assemblage de combustible 1 suivant l'invention comportant deux grilles inférieures superposées 4a et 4b et un assemblage de combustible 14 suivant l'art antérieur comportant une seule grille inférieure 15 disposée immédiatement au-dessus de l'embout inférieur 16 de l'assemblage de combustible.
L'assemblage de combustible 1 suivant l'invention et l'assemblage de combustible 14 suivant l'art antérieur ont été représentés avec leurs embouts inférieurs 10 et 16 reposant sur une même surface horizontale, par exemple la surface supérieure d'une plaque inférieure de coeur 11 d'un réacteur nucléaire à eau sous pression.
Comme rappelé plus haut, les assemblages de combustible 14 d'un réacteur nucléaire de type classique sont maintenus à l'intérieur d'une enveloppe de coeur dans la cuve du réacteur nucléaire par un cloisonnement comportant des plaques entretoises réparties suivant la hauteur du coeur de l'assemblage de combustible et disposées au niveau de chacune des grillesentretoises.
Sur la figure 2, on a représenté la trace de la plaque entretoise inférieure 17 du cloisonnement du coeur au niveau de laquelle les plaques entretoises inférieures 15 des assemblages du coeur viennent en contact avec le cloisonnement, de manière que le plan médian horizontal 18 de la grilleentretoise inférieure 15 se trouve dans le plan médian de la plaque entretoise 17.
Comme il est visible sur la partie gauche de la figure 2 qui représente un assemblage de combustible suivant l'invention, la première grilleentretoise inférieure 4a est placée suivant la hauteur de l'assemblage de combustible dans une position identique à la grille inférieure 15 d'un assemblage de combustible de type classique, le plan médian 18a de la première grille-entretoise inférieure de l'assemblage de combustible 1 étant à un niveau, au-dessus de la surface supérieure de la plaque inférieure de coeur 11, identique au niveau du plan médian 18 d'une grille-entretoise inférieure 15 d'un assemblage de type classique.
La seconde grille-entretoise inférieure 4b est placée dans une position superposée à la première grille-entretoise 4a, de telle sorte que cha-
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cune des bossettes supérieures 7'a de la seconde grille-entretoise 4b se trouve à une hauteur, au-dessus des bossettes inférieures 7b de la première grille-entretoise inférieure 4a, de l'ordre de trois fois la distance d des bossettes 7a et 7b d'une grille-entretoise quelconque de l'assemblage de combustible.
De manière générale, la distance entre les bossettes extrêmes des première et seconde grilles-entretoises inférieures d'un assemblage de combustible suivant l'invention, dans la direction axiale de l'assemblage de combustible, sera comprise entre deux fois et quatre fois la distance axiale d entre deux bossettes d'une grille-entretoise quelconque, la seconde grilleentretoise inférieure 4b étant superposée à la première grille-entretoise inférieure 4a avec un espacement ou un recouvrement qui peut être variable dans un intervalle de longueur 2d, suivant l'effet de maintien recherché.
Le plan médian 18b de la seconde grille-entretoise inférieure 4b de l'assemblage de combustible 1 est à une hauteur, au-dessus du plan médian 18a de la grille inférieure placée suivant le plan médian de la plaque entretoise 17, de l'ordre de deux fois la distance d entre des bossettes d'une grille-entretoise. Cette distance peut être en fait comprise entre d et 3d.
Sur la figure 3, on a représenté un assemblage de combustible 1 suivant l'invention et suivant un second mode de réalisation, dans une disposition adjacente à un assemblage de combustible 14 suivant l'art antérieur.
Dans ce second mode de réalisation, la première grille inférieure 4a et la seconde grille inférieure 4b de l'assemblage de combustible 1 sont placées dans des dispositions symétriques, de part et d'autre du plan médian
18 d'une grille-entretoise inférieure unique 15 de l'assemblage de combusti- ble 14 suivant l'art antérieur, les assemblages de combustible 1 et 14 reposant sur la surface supérieure de la plaque inférieure de coeur 11 d'un réacteur nucléaire.
18 d'une grille-entretoise inférieure unique 15 de l'assemblage de combusti- ble 14 suivant l'art antérieur, les assemblages de combustible 1 et 14 reposant sur la surface supérieure de la plaque inférieure de coeur 11 d'un réacteur nucléaire.
Le plan médian 18a de la première grille-entretoise inférieure 4a et le plan médian 18b de la seconde grille-entretoise inférieure 4b de l'assem- blage de combustible sont placés de part et d'autre et dans des positions symétriques, par rapport au plan médian 18 de la grille-entretoise inférieure
15 d'un assemblage de combustible suivant l'art antérieur.
15 d'un assemblage de combustible suivant l'art antérieur.
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Dans ce cas, à l'intérieur du coeur du réacteur nucléaire, l'assemblage 1 suivant l'invention vient en appui sur des assemblages adjacents et/ou sur le cloisonnement du coeur, suivant une zone s'étendant de part et d'autre de la plaque-entretoise inférieure 17 du cloisonnement.
Sur la figure 4, on a représenté une première plaquette métallique 19a et une seconde plaquette métallique 19b destinées à constituer un élé- ment d'une première grille-entretoise inférieure 4a et d'une seconde grille inférieure 4b, respectivement, d'un assemblage de combustible suivant l'invention.
Chacune des plaquettes métalliques 19a et 19b présente une forme générale rectangulaire, une longueur égale au côté d'une grille-entretoise à section carrée et une largeur égale à la hauteur d'une grille-entretoise. Les plaquettes 19a et 19b sont découpées pour présenter des fentes 21 d'as- semb ! age à mi-épaisseur avec d'autres plaquettes dans des dispositions perpendiculaires pour constituer les parois de cellules successives de la grille-entretoise. Dans chacune des cellules, les plaquettes sont embouties pour constituer des bossettes 20 d'appui des crayons de combustible ou des ouvertures d'engagement et de fixation 21 de ressorts de maintien des crayons de combustible.
De plus, suivant l'un de leurs bords, les plaquettes 19a et 19b comportent des languettes 13 ou 13'de fixation de tubes-guides substitués à des crayons de combustible dans des cellules de l'assemblage de combustible.
Comme indiqué, plus haut, suivant leur position de montage sur l'ossature 2 de l'assemblage de combustible, la première grille inférieure 4a et la seconde grille inférieure 4b de l'assemblage de combustible sont dans des positions tête-bêche, les languettes 13 de fixation des tubes-guides de la première grille-entretoise inférieure 4a étant dirigées vers le bas et les languettes 13'de fixation des tubes-guides de la seconde grille-entretoise inférieure 4b étant dirigées vers le haut.
Dans le mode de réalisation décrit et représenté sur les figures 1,2 et 3, la distance entre les bossettes extrêmes 7'a et 7b, dans la direction axiale de l'assemblage de combustible, de la première grille-entretoise 4a et de la seconde grille-entretoise 4b, inférieures de l'assemblage de combustible,
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respectivement, est de l'ordre de 74 mm, alors que, dans le cas d'une grille- entretoise classique isolée, la distance entre les bossettes 7a et 7b est de
24 mm.
24 mm.
De manière plus générale, la distance entre les bossettes extrêmes
7'a et 7b de deux grilles inférieures superposées d'un assemblage de com- bustible suivant l'invention peut être comprise entre 50 mm et 100 mm, les bossettes des cellules périphériques des grilles-entretoises de l'assemblage étant séparées par une distance de l'ordre de 25 mm, dans la direction long- tudinale.
7'a et 7b de deux grilles inférieures superposées d'un assemblage de com- bustible suivant l'invention peut être comprise entre 50 mm et 100 mm, les bossettes des cellules périphériques des grilles-entretoises de l'assemblage étant séparées par une distance de l'ordre de 25 mm, dans la direction long- tudinale.
On a pu montrer qu'en service l'utilisation de deux grilles superposées dans la partie inférieure de l'assemblage de combustible permet de réduire d'un facteur 2 l'amplitude des vibrations des crayons de combustible dans la partie inférieure de l'assemblage de combustible.
Il en résulte une réduction importante de l'usure des crayons en ser- vice par"fretting".
L'effet amélioré de maintien des crayons de combustible par les deux grilles inférieures superposées dans le cas de l'invention se maintient pen- dant une très longue période au cours de la durée de vie de l'assemblage de combustible.
Sur la figure 5, on a représenté, dans un diagramme l'effort de serrage des crayons dans la partie inférieure de l'assemblage de combustible, en daN, en fonction du taux de combustion subi par l'assemblage de combustible, en MWj/tU, on a représenté, sous la forme de la courbe 22 et des points correspondants, l'évolution de l'effort de serrage dans le cas d'un assemblage suivant l'invention ayant deux grilles inférieures superposées et, sous la forme des deux courbes respectives 23a et 23b et des points correspondants, la variation de l'effort de serrage des crayons dans la partie inférieure de deux assemblages de combustible suivant l'art antérieur et sui- vant deux types différents, au cours de la vie de l'assemblage de combusti- ble.
Les efforts de serrage et leur évolution dans le cas des deux assem- blages de combustible suivant l'art antérieur sont pratiquement identiques.
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L'effort de serrage initial de la partie inférieure des crayons dans le cas d'un assemblage de combustible suivant l'invention, est peu inférieur à 14 daN, alors qu'il n'est que très peu supérieur à 8 daN, dans le cas des assemblages suivant l'art antérieur.
L'effort de serrage au cours de la durée de vie de l'assemblage de combustible en service dans le coeur d'un réacteur nucléaire décroît légèrement plus vite dans le cas de l'assemblage de combustible suivant l'invention mais reste toutefois constamment supérieur à l'effort de serrage dans le cas des assemblages de combustible suivant l'art antérieur.
L'avantage apporté par la disposition suivant l'invention est donc maintenu pendant toute la durée de vie de l'assemblage de combustible.
On réduit ainsi considérablement l'usure des crayons dans la partie inférieure ou partie sensible du coeur d'un réacteur nucléaire.
En outre, l'utilisation de deux grilles-entretoises superposées dans la partie inférieure de l'assemblage de combustible selon l'invention permet d'améliorer ou de rattraper des performances insuffisantes de grillesentretoises quant à la retenue des crayons, pouvant provenir de la dispersion des performances en fabrication.
La première et la seconde grilles-entretoises inférieures de l'assemblage de combustible suivant l'invention sont superposées de manière que les dispositifs de maintien des crayons (bossettes et ressorts) dans les cellules internes des grilles superposées se trouvent alignés et assurent également, à l'intérieur de l'assemblage de combustible, un effet de retenue accru, dans des proportions importantes.
L'assemblage de combustible suivant l'invention est réalisé à partir de composants (grilles-entretoises, tubes-guides et embouts) qui sont les mêmes que ceux des assemblages de combustible suivant l'art antérieur. Les conditions de fabrication des assemblages de combustible et les conditions d'exploitation de ces assemblages de combustible à l'intérieur du réacteur nucléaire sont donc les mêmes que dans le cas des assemblages de combustible classiques.
En particulier, la technologie des assemblages de combustible n'est pas modifiée et peut bénéficier de toutes les améliorations antérieures.
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A l'intérieur du réacteur nucléaire, on peut juxtaposer sans difficulté des assemblages de combustible suivant l'invention et des assemblages de combustible suivant l'art antérieur. Il est donc possible de n'équiper qu'une partie du coeur d'un réacteur nucléaire en assemblages suivant la nouvelle conception réalisés suivant l'invention.
En outre, les essais hydrauliques qui ont été effectués sur les assemblages de combustible suivant l'invention ont montré que la perte de charge totale du fluide de refroidissement pendant la traversée d'un assemblage de combustible est très voisine, sinon inférieure à la perte de charge dans le cas des assemblages de combustible suivant l'art antérieur.
La perte de charge légèrement accrue au niveau des grilles inférieures est compensée par une diminution de la perte de charge au niveau des grilles-entretoises intermédiaires entre la grille-entretoise inférieure, réalisée sous forme double, et la grille-entretoise supérieure de l'assemblage de combustible disposée immédiatement en-dessous de l'embout supérieur.
L'invention s'applique non seulement aux assemblages de combustible des réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau sous pression mais encore aux assemblages de combustible pour d'autres réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau légère.
Claims (7)
1.-Assemblage de combustible pour un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau légère, comportant un faisceau de crayons combustibles (3) maintenus dans une ossature (2) comprenant des tubes-guides (8) de direction longitudinale (5), une pluralité de grilles-entretoises (4) réparties suivant la direction longitudinale (5) de l'ossature (2) comprenant chacune un réseau de cellules de maintien de crayons de combustible ayant des parois sur lesquelles sont prévues des bossettes (20) d'appui des crayons (3) en saillie vers l'intérieur des cellules et une ceinture (6) entourant le réseau de cellules et fermant les cellules périphériques de la grille-entretoise (4) présentant deux bossettes d'appui (7a, 7b) en saillie vers l'intérieur de chacune des cellules périphériques espacées, dans la direction longitudinale (5), ainsi que deux embouts d'extrémité (9,10) fixés sur les extrémités du tube-guide (8) de l'ossature (2), l'un des embouts (10) ou embout inférieur étant destiné à venir reposer sur une plaque inférieure de coeur (11) du réacteur nucléaire dans la position de service de l'assemblage de combustible (1), dans le coeur du réacteur nucléaire, dans lequel des assemblages de combustible sont maintenus par un cloisonnement comportant des plaques entretoises horizontales (17), caractérisé par le fait qu'il comporte, dans une position décalée dans la direction longitudinale (5), par rapport à une première grilleentretoise inférieure (4a) de l'assemblage de combustible située le plus près de l'embout inférieur (10) de l'assemblage de combustible, une seconde grille-entretoise inférieure (4b) placée du côté de la première grille inférieure (4a) opposée à l'embout inférieur (10), de manière que la distance entre les bossettes d'appui (7'a, 7b) des cellules extérieures de la première et de la seconde grilles-entretoises (4a, 4b), les plus éloignées l'une de l'autre dans la direction longitudinale (5), soit comprise entre deux fois et quatre fois la distance (d) entre les bossettes (7a, 7b) des cellules extérieures d'une grilleentretoise (4) de l'assemblage de combustible (1).
2.-Assemblage de combustible suivant la revendication 1, caractérisé
par le fait que la distance entre les bossettes d'appui (7'a, 7b) les plus éloi- gnées l'une de l'autre de la première et de la seconde grilles-entretoises inférieures (4a, 4b) sont à une distance, dans la direction longitudinale (5) de
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l'assemblage de combustible, sensiblement égale à trois fois la distance (d) entre les bossettes (7a, 7b) d'une grille-entretoise (4) de l'assemblage de combustible.
3.-Assemblage de combustible suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que les bossettes d'appui les plus éloignées l'une de l'autre de la première et de la seconde grille-entretoises inférieures (4a, 4b) sont à une distance, dans la direction longitudinale (5) de l'assemblage de combustible, comprise entre 50 mm et 100 mm.
4.-Assemblage de combustible suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la première grille-entretoise supérieure (4a) et la seconde grille-entretoise inférieure (4b) sont placées têtebêche, la première grille-entretoise inférieure (4a) comportant des languettes de fixation (13) sur les tubes-guides (8) de l'ossature (2) de l'assemblage de combustible en saillie vers le bas dans la position de service de l'assemblage de combustible (1) et la seconde grille-entretoise inférieure (4b) comportant des languettes (13') de fixation des tubes-guides (8) de l'assemblage de combustible en saillie vers le haut, dans la position de service de l'assemblage de combustible.
5. - Assemblage de combustible suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la première grille-entretoise inférieure (4a) est disposée, suivant la direction axiale de l'assemblage de combustible, à un niveau identique au niveau d'une grille-entretoise (15) d'un assemblage de combustible de type classique, le plan médian (18a) de la première grille-entretoise inférieure (4a) étant disposée suivant un plan médian (18) d'une plaque entretoise inférieure (17) du cloisonnement du coeur du réacteur nucléaire, dans la position de service de l'assemblage de combustible dans le coeur du réacteur nucléaire.
6.-Assemblage de combustible suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la première grille-entretoise inférieure (4a) et la seconde grille-entretoise inférieure (4b) sont placées de part et d'autre d'un plan médian (18) d'une grille-entretoise inférieure d'un assemblage de combustible de type classique, c'est-à-dire du plan médian ho-
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rizontal d'une plaque entretoise inférieure (17) du cloisonnement du coeur du réacteur nucléaire.
7.-Assemblage de combustible suivant la revendication 6, caractérisé par le fait que le plan médian (18a) de la première grille-entretoise inférieure (4a) et le plan médian (18b) de la seconde grille inférieure (4b) de l'assemblage de combustible (1) sont symétriques par rapport à un plan médian (18) de la plaque entretoise inférieure (17) du cloisonnement du coeur, lorsque l'assemblage de combustible (1) est dans sa position de service dans le coeur (11) d'un réacteur nucléaire.
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- 2001-12-11 FR FR0115998A patent/FR2833399B1/fr not_active Expired - Fee Related
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| US8571168B2 (en) | 2006-08-31 | 2013-10-29 | Areva Gmbh | Fuel element for a light water reactor, and method for repairing the fuel element |
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