FR2870627A1 - Water-cooled nuclear reactor fuel assembly has upper end supporting spring made from multiple layers of coaxial flat rings with wide range of elastic deformation - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un assemblage de combustible pour un réacteurThe invention relates to a fuel assembly for a reactor
nucléaire refroidi par de l'eau et en particulier un assemblage de combustible d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression. Les assemblages de combustible des réacteurs nucléaires refroidis par de l'eau sous nuclear reactor cooled by water and in particular a fuel assembly of a nuclear reactor cooled by pressurized water. Fuel assemblies of nuclear reactors cooled by water under
pression comportent généralement un faisceau de crayons de combustible de forme sensiblement cylindrique allongée et une ossature de maintien des crayons sous la forme d'un faisceau dans lequel les crayons ont des axes tous parallèles entre eux et parallèles à la direction axiale de l'assemblage de combustible. L'ossature comporte en particulier des grilles-entretoises réparties suivant la longueur de l'assemblage de combustible pour le main-tien des crayons dans des plans transversaux et des tubes-guides parallèles aux crayons de combustible intercalés dans le faisceau qui assurent la rigidité de l'ossature dans la direction axiale et le maintien des grilles-entretoises. pressure generally comprise a bundle of fuel rods of substantially elongated cylindrical shape and a framework for holding the rods in the form of a beam in which the rods have axes all parallel to each other and parallel to the axial direction of the assembly of combustible. The frame comprises in particular spacer grids distributed along the length of the fuel assembly for maintaining the rods in transverse planes and guide tubes parallel to the fuel rods inserted in the bundle which provide the rigidity of the frame in the axial direction and the maintenance of the spacer grids.
L'ossature de l'assemblage de combustible comporte de plus, à une première et à une seconde extrémités axiales de l'ossature, un premier et un second embouts de retenue des crayons de combustible fixés aux extrémités des tubes-guides et disposés perpendiculairement à la direction axiale de l'assemblage de combustible. Un premier embout, ou embout inférieur de l'assemblage de combustible, comporte des moyens d'appui de I'assem- blage de combustible en service dans le coeur du réacteur nucléaire sur une plaque de support de coeur horizontale, la direction axiale de l'assemblage de combustible étant verticale. Un second embout, ou embout supérieur, comporte des moyens de maintien élastique de l'assemblage de combustible dans la direction axiale, à l'intérieur du coeur du réacteur nucléaire, sur lesquels vient en appui une plaque supérieure de coeur du réacteur nucléaire qui est mise en place après le chargement du coeur du réacteur en assemblages de combustible. The frame of the fuel assembly further comprises, at a first and a second axial ends of the frame, a first and a second fuel rod retaining tips fixed to the ends of the guide tubes and arranged perpendicularly to the axial direction of the fuel assembly. A first nozzle, or lower nozzle of the fuel assembly, comprises fuel assembly support means in use in the nuclear reactor core on a horizontal core support plate, the axial direction of the fuel assembly. fuel assembly being vertical. A second end-piece, or upper end-piece, comprises elastic holding means of the fuel assembly in the axial direction, inside the nuclear reactor core, on which is supported a top plate of the nuclear reactor core which is set up after loading the reactor core into fuel assemblies.
Des moyens de maintien élastique des assemblages de combustible sont nécessaires pour permettre les dilatations thermiques relatives des assemblages de combustible et des structures du réacteur nucléaire, lorsque les assemblages sont portés à la température de service du réacteur nucléaire, tout en assurant un maintien, dans la direction axiale, des assem- 2870627 2 blages de combustible qui sont traversés par de l'eau de refroidissement circulant à très grande vitesse dans la direction axiale verticale. Elastic holding means of the fuel assemblies are necessary to allow the relative thermal expansions of the fuel assemblies and the structures of the nuclear reactor, when the assemblies are brought to the operating temperature of the nuclear reactor, while ensuring a maintenance, in the axial direction, assemblies of fuel which are traversed by cooling water flowing at a very high speed in the vertical axial direction.
L'embout supérieur d'un assemblage de combustible pour un réacteur nucléaire à eau sous pression comporte généralement une plaque adaptatrice à travers laquelle sont engagées et fixées les extrémités des tubesguides et qui comporte un réseau d'ouvertures de passage d'eau permettant de canaliser et de régulariser le flux d'eau à la sortie du coeur au niveau de la partie supérieure des assemblages de combustible. L'embout supérieur comporte également un cadre, généralement de forme carrée, dans les an- gles duquel sont réalisés des bossages permettant d'assurer le centrage et le positionnement des assemblages de combustible sous la plaque supérieure de coeur, par l'intermédiaire de pions de positionnement. The upper end of a fuel assembly for a pressurized water nuclear reactor generally comprises an adapter plate through which the ends of the guideguides are engaged and fixed and which comprises a network of openings for the passage of water for channeling and to regulate the flow of water at the outlet of the core at the top of the fuel assemblies. The upper end also comprises a frame, generally of square shape, in the angles of which bosses are made to ensure the centering and positioning of the fuel assemblies under the upper core plate, by means of pions. positioning.
Les dispositifs élastiques de maintien des assemblages de combustible sont généralement constitués par des jeux de ressorts à lames fixés, à l'une de leurs extrémités, au niveau d'un bossage du cadre de l'embout supérieur de l'assemblage de combustible et constitués de lames ayant des dispositions inclinées par rapport à la surface supérieure de l'embout, de manière à présenter une extrémité opposée à une extrémité fixée au niveau du bossage, située au-dessus de la partie supérieure de l'embout. Les lames des ressorts sont empilées l'une sur l'autre et l'une des lames, disposée à la partie supérieure de l'empilement comporte une surface d'appui arrondie qui constitue une zone d'appui pour la plaque supérieure du coeur. The elastic devices for holding the fuel assemblies are generally constituted by sets of leaf springs attached at one of their ends to a boss of the frame of the upper end of the fuel assembly and made up of blades having arrangements inclined relative to the upper surface of the nozzle, so as to have an end opposite an end fixed at the boss, located above the upper part of the tip. The blades of the springs are stacked one on the other and one of the blades disposed at the top of the stack has a rounded bearing surface which constitutes a bearing zone for the upper plate of the core.
Généralement, on fixe quatre jeux de ressorts à lames suivant les quatre côtés du cadre de l'embout supérieur, de sorte que la plaque supé- rieure de coeur vient s'appuyer sur quatre zones d'appui au niveau de chacun des assemblages de combustible. Generally, four sets of leaf springs are attached to the four sides of the top nozzle frame, so that the upper core plate is supported by four bearing zones at each of the fuel assemblies. .
La conception et la réalisation de jeux de ressorts à lames permettant de remplir au mieux les fonctions de maintien de l'assemblage de combustible pendant toute la durée d'utilisation de l'assemblage dans le réacteur nucléaire sont des opérations complexes et coûteuses. The design and production of leaf spring sets to best fulfill the maintenance functions of the fuel assembly during the entire life of the assembly in the nuclear reactor are complex and expensive operations.
Dans le cas de certains assemblages de combustible qui ne subis-sent pas de grandissement sous irradiation dans le réacteur nucléaire, il est nécessaire de prévoir des jeux de ressorts à lames assurant l'application d'efforts de maintien importants, dès le chargement et le début d'utilisation des assemblages de combustible dans le réacteur nucléaire. In the case of certain fuel assemblies that do not undergo irradiation growth in the nuclear reactor, it is necessary to provide sets of leaf springs ensuring the application of significant holding forces, from the loading and unloading. early use of fuel assemblies in the nuclear reactor.
Les efforts qui sont exercés sur les ressorts pendant de longues périodes d'utilisation dans le réacteur nucléaire entraînent une détérioration des ressorts, en particulier dans leur zone d'appui. Le frottement des lames de ressort les unes sur les autres peut également entraîner une forte usure en service. The forces exerted on the springs during long periods of use in the nuclear reactor cause deterioration of the springs, in particular in their bearing zone. The friction of the leaf springs on each other can also result in high wear in service.
Le but de l'invention est donc de proposer un assemblage de combustible pour un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau comportant un fais- ceau de crayons de combustible de forme sensiblement cylindrique allongée et une ossature de maintien des crayons du faisceau dans une disposition dans laquelle les crayons ont leurs axes parallèles à une direction axiale de l'assemblage de combustible, comportant deux embouts de retenue des crayons fixés respectivement à une première et à une seconde extrémités axiales de l'ossature dans des plans perpendiculaires à la direction axiale, un premier embout, ou embout inférieur, comportant des moyens d'appui de l'assemblage de combustible en service dans le coeur du réacteur nucléaire, sur une plaque de support de coeur horizontale et un second embout, ou embout supérieur, comportant au moins un ressort de maintien de I'assem- blage de combustible en position de service dans le coeur du réacteur nucléaire fixé sur une partie d'extrémité de l'embout supérieur, déformable dans la direction axiale et comportant une zone d'appui à l'extrémité supérieure de l'assemblage de combustible destinée à venir en contact avec un élément de maintien axial de l'assemblage de combustible en position de service dans le coeur du réacteur nucléaire, les moyens de maintien axial de cet assemblage de combustible étant efficaces et d'une réalisation simple et subissant, en service, des détériorations et une usure réduites. The object of the invention is therefore to propose a fuel assembly for a water-cooled nuclear reactor comprising a substantially elongated substantially cylindrical fuel rod bundle and a framework for holding the rods of the bundle in an arrangement. in which the rods have their axes parallel to an axial direction of the fuel assembly, comprising two rod retaining ends fixed respectively to a first and second axial ends of the framework in planes perpendicular to the axial direction, a first nozzle, or lower nozzle, having support means of the fuel assembly in use in the nuclear reactor core, on a horizontal core support plate and a second nozzle, or upper nozzle, comprising at least one holding spring of the fuel assembly in the service position in the nuclear reactor core attached to a part of ext end of the upper nozzle, deformable in the axial direction and having a bearing zone at the upper end of the fuel assembly intended to come into contact with an axial retention element of the fuel assembly in the position of service in the core of the nuclear reactor, the axial holding means of the fuel assembly being effective and of a simple embodiment and undergoing, in use, reduced deterioration and wear.
Dans ce but, l'au moins un ressort de maintien axial de l'assemblage de combustible est constitué par un ensemble annulaire multicouche cornportant une pluralité d'éléments annulaires plats en un matériau ayant une grande plage de déformation élastique disposés coaxialement autour d'un axe du ressort perpendiculaire aux éléments annulaires plats et emboîtés pour constituer des couches successives du ressort qui est fixé sur la partie d'extrémité de l'embout, avec son axe sensiblement perpendiculaire à l'axe de l'assemblage de combustible. For this purpose, the at least one axial retention spring of the fuel assembly is constituted by a multilayer annular assembly comprising a plurality of flat annular elements of a material having a large range of elastic deformation arranged coaxially around a axis of the spring perpendicular to the flat annular elements and nested to form successive layers of the spring which is fixed on the end portion of the nozzle, with its axis substantially perpendicular to the axis of the fuel assembly.
Selon des modes de réalisation plus particuliers qui peuvent être pris isolément ou en combinaison: - les éléments annulaires plats du ressort sont en un des matériaux suivants: titane, alliage de titane. According to more particular embodiments which can be taken individually or in combination: the flat annular elements of the spring are made of one of the following materials: titanium, titanium alloy.
- les éléments annulaires plats sont constitués par des tronçons tubulaires cylindriques à section circulaire. - The flat annular elements are constituted by cylindrical tubular sections with circular section.
- l'au moins un ressort est fixé sur l'embout supérieur, de telle sorte qu'il soit précontraint en compression dans la direction de l'axe de l'assem- blage de combustible. the at least one spring is fixed on the upper end piece so that it is prestressed in compression in the direction of the axis of the fuel assembly.
- l'assemblage de combustible de forme prismatique droite à section carrée a un embout supérieur comportant une plaque adaptatrice transversale de forme carrée et au moins deux ressorts disposés chacun dans un logement s'étendant suivant la direction longitudinale de deux côtés opposés de l'embout de forme carrée délimité entre deux parois parallèles à l'axe de l'assemblage de combustible, constituant une paroi externe et une paroi in-terne d'un cadre de forme carrée à la périphérie de la plaque adaptatrice de l'embout supérieur. the square-section straight prismatic fuel assembly has an upper end-piece comprising a square-shaped transverse adapter plate and at least two springs each disposed in a housing extending in the longitudinal direction of two opposite sides of the end-piece; of square shape delimited between two walls parallel to the axis of the fuel assembly, constituting an outer wall and an in-dull wall of a square-shaped frame at the periphery of the adapter plate of the upper nozzle.
- l'embout supérieur comporte un bossage solidaire de la plaque adaptatrice dans chacun des angles de la plaque adaptatrice carrée, et les parois délimitant les logements sont rapportées et fixées sur la plaque adaptatrice et sur les bossages. - The upper end has a boss integral with the adapter plate in each of the corners of the square adapter plate, and the walls defining the housing are reported and fixed on the adapter plate and on the bosses.
- chacun des ressorts est maintenu dans un logement entre deux pa- rois parallèles entre elles par une entretoise fixée dans une disposition parallèle à la plaque adaptatrice entre les parois) et s'étendant suivant une par-tie de la longueur du logement dans la direction longitudinale du côté de l'embout supérieur, la plaque entretoise étant engagée dans l'alésage intérieur du ressort annulaire introduit entre les parois parallèles du logement. each of the springs is held in a housing between two walls parallel to each other by a spacer fixed in a disposition parallel to the adapter plate between the walls and extending along a part of the length of the housing in the direction longitudinal side of the upper end, the spacer plate being engaged in the inner bore of the annular spring introduced between the parallel walls of the housing.
- la plaque entretoise de longueur L dans la direction longitudinale du logement est fixée sur les parois à une distance h dans la direction axiale de l'assemblage de combustible, d'une surface d'appui d'une partie inférieure du ressort qui présente un rayon interne R, la longueur L et la distance h étant définies en fonction du rayon R, de manière que le ressort soit pré- contraint en compression entre l'entretoise et la surface d'appui. - the spacer plate of length L in the longitudinal direction of the housing is fixed on the walls at a distance h in the axial direction of the fuel assembly, a bearing surface of a lower portion of the spring which has a internal radius R, the length L and the distance h being defined as a function of the radius R, so that the spring is prestressed in compression between the spacer and the bearing surface.
- l'assemblage de combustible comporte quatre ressorts annulaires multicouche disposés chacun dans un logement s'étendant suivant la direction longitudinale d'un côté de l'embout supérieur de l'assemblage de corn- bustible. the fuel assembly comprises four multilayer annular springs each disposed in a housing extending in the longitudinal direction of one side of the upper end of the fuel assembly.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, un mode de réalisation d'un assemblage de combustible selon l'invention. In order to understand the invention, an embodiment of a fuel assembly according to the invention will now be described, by way of example, with reference to the appended figures.
La figure 1 est une vue en élévation d'un assemblage de combustible selon l'invention reposant sur une plaque support du coeur d'un réacteur nucléaire. Figure 1 is an elevational view of a fuel assembly according to the invention resting on a support plate of the core of a nuclear reactor.
La figure 2 est une vue en coupe verticale suivant 2-2 de la figure 3 de l'embout supérieur de l'assemblage de combustible. Figure 2 is a vertical sectional view along 2-2 of Figure 3 of the upper end of the fuel assembly.
La figure 3 est une vue de dessus de l'embout supérieur de l'assem- blage de combustible. Figure 3 is a top view of the upper end cap of the fuel assembly.
Les figures 4 et 5 sont des vues en coupe analogues à la vue de la figure 3 de l'embout supérieur de l'assemblage de combustible en position de service dans le coeur du réacteur nucléaire, à des périodes différentes du cycle d'utilisation de l'assemblage de combustible dans le coeur. FIGS. 4 and 5 are cross-sectional views similar to the view of FIG. 3 of the upper end of the fuel assembly in service position in the nuclear reactor core, at different periods of the cycle of use of the fuel cell. fuel assembly in the heart.
Sur la figure 1 on a représenté un assemblage de combustible d'un réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression désigné de manière générale par le repère 1. L'assemblage de combustible 1 comporte un faisceau de crayons combustibles 3 constitués chacun par un tube cylindrique de grande longueur renfermant des pastilles de combustible et une ossature assurant le maintien des crayons de combustible 3 sous la forme d'un faisceau dans lequel les crayons ont leur axe parallèle à une direction axiale 4 de l'assemblage de combustible. L'ossature comporte en particulier des grilles-entretoises 5 réparties suivant la direction axiale 4 de l'assemblage et définissant un réseau de cellules pour le maintien des crayons 3 du faisceau dans des directions transversales. Les crayons 3 sont maintenus par les grilles-entretoises 5 de manière à constituer un réseau régulier dans chacune des sections transversales du faisceau. FIG. 1 shows a fuel assembly of a nuclear reactor cooled by pressurized water generally designated by the reference numeral 1. The fuel assembly 1 comprises a bundle of fuel rods 3 each consisting of a cylindrical tube of great length containing fuel pellets and a frame ensuring the maintenance of the fuel rods 3 in the form of a beam in which the rods have their axis parallel to an axial direction 4 of the fuel assembly. The frame comprises in particular spacer grids 5 distributed in the axial direction 4 of the assembly and defining an array of cells for maintaining the rods 3 of the beam in transverse directions. The rods 3 are held by the spacer grids 5 so as to form a regular network in each of the cross sections of the beam.
L'ossature comporte également des tubes-guides 6 d'une longueur supérieure à la longueur des crayons 3 du faisceau qui traversent les grilles-entretoises 5 au niveau de certaines cellules ménagées dans le réseau de cellules de maintien des crayons et qui assurent la rigidité de l'assemblage dans la direction axiale et le maintien des grilleentretoises. The frame also comprises guide tubes 6 of greater length than the length of the rods 3 of the beam which pass through the spacer grids 5 at the level of certain cells formed in the network of holding cells of the rods and which provide the rigidity of the assembly in the axial direction and the maintenance of the spacers.
Les tubes-guides 6 comportent des parties d'extrémité en saillie à chacune des extrémités du faisceau de crayons combustibles 3. The guide tubes 6 have end portions protruding at each end of the bundle of fuel rods 3.
L'ossature comporte, à une première extrémité, un embout d'extrémité inférieur 7 fixé aux tubes-guides et comportant des pieds venant en appui, lorsque l'assemblage de combustible est déposé dans le coeur, sur une plaque de support de coeur horizontale 2. L'ossature comporte, à sa seconde extrémité, un second embout d'extrémité 8, ou embout supérieur, également fixé aux tubes-guides 6. The frame comprises, at a first end, a lower end piece 7 fixed to the guide tubes and having support legs, when the fuel assembly is deposited in the core, on a horizontal core support plate. 2. The frame has, at its second end, a second end piece 8, or upper end piece, also fixed to the guide tubes 6.
L'embout supérieur 8 comporte en particulier une plaque adaptatrice 8a ayant une direction transversale perpendiculaire à la direction axiale 4 de l'assemblage de combustible qui est traversée par des ouvertures de fixation des tubes-guides 6 et par des ouvertures de passage d'eau de refroidisse-ment de l'assemblage de combustible. The upper nozzle 8 comprises in particular an adapter plate 8a having a transverse direction perpendicular to the axial direction 4 of the fuel assembly which is traversed by openings for fixing the guide tubes 6 and through openings for the passage of water. cooling of the fuel assembly.
Comme il est visible en particulier sur les figures 2 et 3, la plaque adaptatrice 8a de forme sensiblement carrée comporte, suivant ses bords externes, des parois 9 parallèles à l'axe 4 de l'assemblage de combustible et constituant un cadre à section carrée prolongeant la plaque adaptatrice vers le haut, à sa périphérie. As can be seen in particular in FIGS. 2 and 3, the substantially square shaped adapter plate 8a has, along its external edges, walls 9 parallel to the axis 4 of the fuel assembly and constituting a square section frame. extending the adapter plate upwards at its periphery.
Dans chacun des angles du cadre constitué par les parois 9, sont 25 prévus des bossages 8b solidaires de la plaque adaptatrice et des parois 9 prolongeant la plaque adaptatrice suivant la hauteur du cadre. In each of the corners of the frame constituted by the walls 9, there are provided bosses 8b integral with the adapter plate and walls 9 extending the adapter plate according to the height of the frame.
Dans deux angles du cadre alignés suivant une diagonale, les bossages 8b comportent des ouvertures 11 ayant un axe parallèle à l'axe 4 de l'assemblage de combustible qui sont destinées à recevoir chacune un pion de centrage et de positionnement de l'assemblage de combustible fixé en saillie vers le bas sous une plaque supérieure de coeur destinée à venir re-poser sur les assemblages de combustible du coeur. In two diagonally aligned angles of the frame, the bosses 8b comprise openings 11 having an axis parallel to the axis 4 of the fuel assembly, each of which is intended to receive a centering and positioning pin of the assembly of the fuel assembly. fuel fixed projecting downward under a top plate of heart intended to re-pose on the fuel assemblies of the heart.
Comme il est visible sur la figure 2, les bossages 8b sont solidaires de la plaque adaptatrice 8a dans leur partie dirigée vers l'extérieur de l'assemblage de combustible et une cavité est ménagée sous le bossage, audessus de la plaque adaptatrice 8a. Les ouvertures 11 débouchent dans la cavité dirigée vers l'intérieur de l'embout de l'assemblage de combustible. Dans le prolongement axial des ouvertures 11 d'engagement de pions de positionnement, la plaque adaptatrice est usinée sous la forme de cavités hémisphériques 8c évitant un contact entre l'extrémité du pion de positionnement introduit dans l'ouverture 11 et la partie supérieure de la plaque adaptatrice 8a dans toutes les phases d'utilisation de l'assemblage de com- bustible dans le réacteur nucléaire. As can be seen in FIG. 2, the bosses 8b are integral with the adapter plate 8a in their part directed towards the outside of the fuel assembly and a cavity is formed under the boss, above the adapter plate 8a. The openings 11 open into the cavity directed towards the inside of the tip of the fuel assembly. In the axial extension of the positioning pin engagement openings 11, the adapter plate is machined in the form of hemispherical cavities 8c avoiding contact between the end of the positioning pin introduced into the opening 11 and the upper part of the adapter plate 8a in all phases of use of the fuel assembly in the nuclear reactor.
Le cadre de l'embout supérieur 8 comporte également des parois in-ternes 9' parallèles chacune à une paroi externe 9 et solidaires, à leurs extrémités de la partie dirigée vers l'intérieur de l'embout, d'un premier et d'un second bossages 8b. The frame of the upper nozzle 8 also has inner walls 9 'each parallel to an outer wall 9 and integral, at their ends of the portion directed towards the inside of the mouthpiece, a first and a second bosses 8b.
Suivant chacun des côtés du cadre de l'embout supérieur, les parois parallèles externe 9 et interne 9' délimitent entre elles un logement 12 s'étendant au-dessus de la plaque adaptatrice 8a, suivant la hauteur des parois 9 et 9' dans la direction axiale 4. Next each of the sides of the frame of the upper end, the parallel outer 9 and inner 9 'walls delimit between them a housing 12 extending above the adapter plate 8a, according to the height of the walls 9 and 9' in the axial direction 4.
Sur les figures 2 et 3, on a représenté un mode de réalisation de l'embout supérieur 8 de l'assemblage de combustible dans lequel l'embout est réalisé sous forme monobloc, par exemple par moulage et usinage, les parois 9 et 9' étant venues de matière avec la plaque adaptatrice 8a et les bossages 8b. FIGS. 2 and 3 show an embodiment of the upper nozzle 8 of the fuel assembly in which the nozzle is made in one-piece form, for example by molding and machining, the walls 9 and 9 ' having come from material with the adapter plate 8a and bosses 8b.
Cependant, pour faciliter la fabrication de l'embout, de préférence, les parois 9 et 9' peuvent être constituées avantageusement par des plaques réalisées en un métal analogue au métal de l'embout (par exemple de l'acier inoxydable) qui sont rapportées et fixées par soudage sur la plaque adapta-trice (ou sur les parois d'un cadre de hauteur réduite prolongeant la plaque adaptatrice vers le haut) et sur les embouts 8b réalisés en une seule pièce avec la plaque adaptatrice. However, to facilitate the manufacture of the tip, preferably, the walls 9 and 9 'can be advantageously constituted by plates made of a metal similar to the metal of the tip (for example stainless steel) which are reported and fixed by welding on the adapter plate (or on the walls of a frame of reduced height extending the adapter plate upwards) and on the end pieces 8b made in one piece with the adapter plate.
Selon l'invention, l'embout supérieur 8 de l'assemblage de combustible comporte, fixé à l'intérieur de chacun des logements 12 s'étendant suivant la direction longitudinale d'un côté de l'embout de forme carrée, un ressort 10 de forme annulaire réalisé sous forme multicouche. According to the invention, the upper end piece 8 of the fuel assembly comprises, fixed inside each of the housings 12 extending in the longitudinal direction of one side of the square-shaped end piece, a spring 10 annular form made in multilayer form.
Entre chacune des paires de parois 9 et 9' s'étendant suivant un côté du cadre de l'embout carré et délimitant un logement 12 s'étendant suivant la longueur du côté du cadre, est fixé une plaque entretoise 13 s'étendant suivant une partie substantielle de la longueur du côté du cadre et qui est fixée suivant ses bords longitudinaux, respectivement sur la paroi 9 et sur la paroi 9'. Les parois 9 et 9' peuvent comporter des fentes s'étendant suivant leur longueur dans lesquelles on engage les bords latéraux de la plaque en- tretoise 13 qui est ensuite soudée sur les parois 9 et 9'. Between each of the pairs of walls 9 and 9 'extending along one side of the frame of the square end and delimiting a housing 12 extending along the length of the side of the frame, is fixed a spacer plate 13 extending along a substantial part of the length of the side of the frame and which is fixed along its longitudinal edges, respectively on the wall 9 and on the wall 9 '. The walls 9 and 9 'may comprise slots extending along their length in which the side edges of the interet plate 13 are engaged, which is then welded to the walls 9 and 9'.
Les plaques 13 s'étendant suivant toute la largeur et suivant une par-tie substantielle de la longueur des logements 12 sont parallèles à la plaque adaptatrice 8a. The plates 13 extending along the entire width and along a substantial part of the length of the housing 12 are parallel to the adapter plate 8a.
Chacun des ressorts 10 de forme annulaire est constitué par une pluralité d'éléments annulaires métalliques 14 de forme plate engagés l'un à l'intérieur de l'autre dans des positions coaxiales et emboîtés pour constituer un ensemble multicouche annulaire pouvant être déformé élastiquement dans des directions radiales. Each of the ring-shaped springs 10 is constituted by a plurality of flat-shaped metal annular elements 14 engaged one inside the other in coaxial and nested positions to form an annular multilayer assembly which can be elastically deformed in radial directions.
Les anneaux 14 de forme plate sont réalisés en un métal ayant une grande plage de déformation élastique et de préférence en titane ou en al-liage de titane. Les anneaux 14 constitués sous la forme de tronçons tubulaires cylindriques à section circulaire présentent tous une même largeur dans la direction axiale et une même épaisseur dans la direction radiale mais des diamètres internes décroissants, entre l'anneau 14 constituant la couche externe et l'anneau 14 constituant la couche interne du ressort 10. Les dimensions diamétrales des anneaux 14 successifs sont prévues de manière que les anneaux puissent être engagés successivement l'un à l'intérieur de l'autre sans qu'on exerce d'effort notable mais de manière qu'il ne subsiste pas de jeu entre les différents anneaux constituant les couches successives de ressorts 10. The rings 14 of flat shape are made of a metal having a large range of elastic deformation and preferably made of titanium or alloy titanium. The rings 14 constituted in the form of cylindrical tubular sections with circular section all have the same width in the axial direction and the same thickness in the radial direction but decreasing internal diameters, between the ring 14 constituting the outer layer and the ring. 14 constituting the inner layer of the spring 10. The diametrical dimensions of the successive rings 14 are provided so that the rings can be successively engaged one inside the other without exerting significant effort but in a manner that there is no gap between the different rings constituting the successive layers of springs 10.
Les épaisseurs des anneaux 14 sont choisies en fonction de leur largeur dans la direction axiale, de manière que le ressort 10 ne subisse qu'une déformation élastique et aucune déformation plastique dans toutes les phases d'utilisation de l'assemblage de combustible dans un réacteur nucléaire. The thicknesses of the rings 14 are chosen according to their width in the axial direction, so that the spring 10 undergoes only elastic deformation and no plastic deformation in all phases of use of the fuel assembly in a reactor nuclear.
Comme il est visible en particulier sur la figure 2, chacun des ressorts 10 est engagé par son alésage interne sur une plaque entretoise 13, entre deux parois 9, 9' délimitant un logement 12, de manière que l'entretoise 13 assure le maintien du ressort 10 dans le logement 12. As can be seen in particular in FIG. 2, each of the springs 10 is engaged by its internal bore on a spacer plate 13, between two walls 9, 9 'delimiting a housing 12, so that the spacer 13 ensures the maintenance of the spring 10 in the housing 12.
De préférence, comme il est visible sur la figure 2, la plaque entretoise 13 de longueur maximale L dans la direction longitudinale du côté du cadre de l'assemblage de combustible est fixée à une hauteur h au- dessus d'une surface 8d d'appui du ressort 10 sur la plaque adaptatrice 8a, les longueurs L et h étant déterminées en fonction du rayon R intérieur du ressort annulaire 10, de manière que le ressort soit précontraint en compression dans la direction axiale 4 de l'assemblage de combustible, au montage. Preferably, as can be seen in FIG. 2, the spacer plate 13 of maximum length L in the longitudinal direction of the frame side of the fuel assembly is fixed at a height h above a surface 8d of FIG. bearing of the spring 10 on the adapter plate 8a, the lengths L and h being determined as a function of the inner radius R of the annular spring 10, so that the spring is prestressed in compression in the axial direction 4 of the fuel assembly, mounting.
La surface d'appui 8d du ressort 10 peut être constituée par le fond d'un lamage usiné dans la plaque adaptatrice 8a dans une direction parallèle à un côté de la plaque adaptatrice. The bearing surface 8d of the spring 10 may be constituted by the bottom of a countersink machined in the adapter plate 8a in a direction parallel to one side of the adapter plate.
Les ressorts 10 sont constitués par une pluralité d'éléments annulaires 14 engagés l'un à l'intérieur de l'autre dans une disposition coaxiale avec leurs axes de révolution disposés suivant une direction commune 10' consti- tuant l'axe du ressort 10, qui est fixé sur l'embout, de manière que son axe 10' soit perpendiculaire à l'axe 4 de l'assemblage de combustible. The springs 10 are constituted by a plurality of annular elements 14 engaged one inside the other in a coaxial arrangement with their axes of revolution arranged in a common direction 10 'constituting the axis of the spring 10 , which is fixed on the nozzle, so that its axis 10 'is perpendicular to the axis 4 of the fuel assembly.
A titre d'exemple, chacun des ressorts 10 peut comporter dix éléments annulaires 14 en alliage de titane dont l'épaisseur est choisie de manière que le ressort 10 qui ne subit que des déformations radiales ne soit sollicité que dans le domaine élastique, pour une déformation maximale en service. By way of example, each of the springs 10 may comprise ten annular elements 14 of titanium alloy, the thickness of which is chosen so that the spring 10 which undergoes only radial deformations is only stressed in the elastic domain, for maximum deformation in service.
Les ressorts 10 peuvent être engagés dans les logements 12 et mis en appui sur la surface 8d de la plaque adaptatrice avant la mise en place et la fixation des plaques entretoises 13 entre les parois 9 et 9'. La mise en place et la fixation de l'entretoise 13 qui est introduite dans l'alésage interne du ressort annulaire 10 réalisent la mise en précontrainte du ressort. The springs 10 can be engaged in the housings 12 and supported on the surface 8d of the adapter plate before the establishment and attachment of the spacer plates 13 between the walls 9 and 9 '. The establishment and fixing of the spacer 13 which is introduced into the internal bore of the annular spring 10 perform the prestressing of the spring.
Lorsque l'assemblage de combustible 1 est chargé dans le coeur du réacteur nucléaire, son embout 7 vient reposer sur la plaque inférieure de coeur 2 du réacteur et, après chargement de l'ensemble des assemblages du coeur, on réalise la mise en place des équipements internes supérieurs du réacteur à l'intérieur de la cuve, au-dessus des assemblages de combustible. La partie inférieure des équipements internes supérieurs du réacteur nucléaire est constituée par une plaque supérieure de coeur 15 (voir figure 4 et 5) qui comporte deux pions de positionnement 16 au niveau de chacun des emplacements d'assemblages de combustible, de manière que les pions de positionnement 16 viennent s'engager dans les deux ouvertures 11 de deux bossages 8b de l'assemblage de combustible placés suivant une diagonale. When the fuel assembly 1 is loaded into the core of the nuclear reactor, its tip 7 rests on the bottom core plate 2 of the reactor and, after loading all the assemblies of the core, the implementation of the Upper internal equipment of the reactor inside the tank, above the fuel assemblies. The lower part of the upper internal equipment of the nuclear reactor is constituted by an upper core plate 15 (see FIGS. 4 and 5) which has two locating pins 16 at each of the fuel assembly locations, so that the pieces positioning 16 engage in the two openings 11 of two bosses 8b of the fuel assembly placed diagonally.
La face inférieure de la plaque supérieure de coeur 15 vient en appui sur les parties d'extrémité supérieures des ressorts 10 et exerce sur les ressorts des forces dirigées vers le bas dans la direction verticale parallèle à l'axe 4 de l'assemblage de combustible. Les ressorts 10 subissent une dé- formation dans la direction radiale, de telle sorte qu'ils prennent une forme proche de celle d'une ellipse dont le petit axe est dirigé suivant l'axe de l'assemblage de combustible 4 et le grand axe suivant la direction longitudinale du côté de l'embout. L'entretoise 13, comme il est visible sur la figure 4, n'est plus en contact avec la surface intérieure du ressort 10 qui s'est allongée dans la direction longitudinale du côté de l'assemblage de combustible entre les bossages 8b. The lower face of the upper core plate 15 bears on the upper end portions of the springs 10 and exerts on the springs forces directed downwards in the vertical direction parallel to the axis 4 of the fuel assembly. . The springs 10 undergo deformation in the radial direction, such that they assume a shape close to that of an ellipse whose minor axis is directed along the axis of the fuel assembly 4 and the major axis in the longitudinal direction of the end of the mouthpiece. The spacer 13, as shown in FIG. 4, is no longer in contact with the inner surface of the spring 10 which has elongated in the longitudinal direction on the side of the fuel assembly between the bosses 8b.
Lors de la déformation du ressort 10 par compression, les éléments annulaires 14 constituant les couches successives du ressort multicouche 10 se déforment et se déplacent pratiquement sans frottement entre les couches adjacentes. During the deformation of the spring 10 by compression, the annular elements 14 constituting the successive layers of the multilayer spring 10 deform and move substantially without friction between the adjacent layers.
Les éléments annulaires 14 du ressort 10 ne subissent donc pas d'usure par frottement sous l'effet de vibrations ou lors de phases transitoires de fonctionnement du réacteur. The annular elements 14 of the spring 10 therefore do not undergo frictional wear under the effect of vibration or during transient reactor operating phases.
Sur la figure 4, on a représenté la déformation d'un ressort 10 après chargement de l'assemblage de combustible dans le coeur et mise en place de la plaque supérieure de cour 15. FIG. 4 shows the deformation of a spring 10 after loading the fuel assembly in the core and setting up the upper court plate 15.
Sur la figure 5, on a représenté l'état de déformation maximale du ressort 10, par exemple en fin de vie de l'assemblage de combustible qui a subi un grandissement sous irradiation. In Figure 5, there is shown the state of maximum deformation of the spring 10, for example at the end of life of the fuel assembly which has undergone magnification under irradiation.
Le diamètre extérieur du ressort 10 est prévu de manière que la Ion- gueur maximale du ressort 10 à l'état déformé, dans la direction longitudinale du côté de l'embout (longueur RM sur la figure 5) reste inférieure à la distance entre les bossages 8b. On évite ainsi le risque d'un blocage du ressort entre les embouts, dans la position d'écrasement maximale du ressort. The outer diameter of the spring 10 is provided so that the maximum length of the spring 10 in the deformed state, in the longitudinal direction of the end-piece side (length RM in Fig. 5) remains lower than the distance between the bosses 8b. This avoids the risk of a locking of the spring between the end pieces, in the maximum crushing position of the spring.
Comme indiqué plus haut, les caractéristiques du ressort 10 détermi- nées par les dimensions et le nombre des éléments annulaires 14 du ressort sont telles que le ressort ne subit que des déformations élastiques et aucune déformation plastique dans son état de déformation maximale, tel que re-présenté sur la figure 5. As indicated above, the characteristics of the spring 10 determined by the dimensions and the number of the annular elements 14 of the spring are such that the spring suffers only elastic deformations and no plastic deformation in its state of maximum deformation, such as -presented in Figure 5.
De ce fait, dans le cas d'assemblages de combustible ne subissant pas de grandissement dans le réacteur nucléaire ou subissant un grandissement très faible, le serrage élastique des ressorts reste pratiquement constant pendant toute la durée de vie de l'assemblage de combustible et il n'est pas nécessaire de prévoir des ressorts dont la déformation initiale as-sure une provision d'efforts en début de vie de l'assemblage de combustible. Therefore, in the case of fuel assemblies not undergoing growth in the nuclear reactor or undergoing very low magnification, the resilient clamping of the springs remains substantially constant throughout the life of the fuel assembly and it is not necessary to provide springs whose initial deformation provides a supply of forces early in the life of the fuel assembly.
L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui a été décrit. The invention is not limited to the embodiment which has been described.
C'est ainsi que les éléments annulaires constituant les ressorts de l'embout supérieur peuvent être en un matériau métallique ayant une grande plage de déformation élastique différent du titane ou d'un alliage de titane. Le nombre d'éléments annulaires de chacun des ressorts peut être différent de dix et peut être fixé à une valeur quelconque, en fonction des caractéristiques voulues pour le ressort dépendant des caractéristiques de chacun des éléments annulaires. De préférence, le nombre d'éléments annulaires sera compris entre huit et treize. Thus, the annular elements constituting the springs of the upper nozzle may be made of a metallic material having a large range of elastic deformation different from titanium or a titanium alloy. The number of annular elements of each of the springs may be different from ten and may be set to any value, depending on the characteristics desired for the spring depending on the characteristics of each of the annular elements. Preferably, the number of annular elements will be between eight and thirteen.
Le mode de fixation des ressorts sur l'embout supérieur de l'assem- blage de combustible peut être différent de celui qui a été décrit, ce mode de fixation pouvant assurer ou non une précontrainte du ressort à l'état non comprimé par un élément d'appui tel que la plaque supérieure de coeur. The method of fixing the springs on the upper end of the fuel assembly may be different from that described, this method of attachment being able to ensure or not to prestress the spring in the uncompressed state by an element. such as the upper plate of heart.
On a décrit un mode de réalisation dans lequel l'embout supérieur comporte quatre ressorts disposés chacun suivant un côté de l'embout de forme carrée. Il est possible d'envisager l'utilisation de seulement deux ressorts sur des côtés opposés de l'embout; Dans le cas d'un embout supérieur d'assemblage de combustible d'une conception différente de celle qui _a été décrite, on peut envisager l'utilisation d'un nombre quelconque de ressorts ou même l'utilisation d'un seul ressort annulaire multicouche caractéristique de l'invention. An embodiment has been described in which the upper end has four springs each disposed along one side of the square shaped endpiece. It is possible to envisage the use of only two springs on opposite sides of the mouthpiece; In the case of an upper fuel assembly nozzle of a design different from that described, the use of any number of springs or even the use of a single multilayer annular spring can be envisaged. characteristic of the invention.
L'invention s'applique pour tout assemblage de combustible d'un ré- acteur nucléaire refroidi par de l'eau qui comporte un embout supérieur et un moyen de maintien élastique de l'assemblage de combustible fixé sur l'embout supérieur. The invention applies to any fuel assembly of a water-cooled nuclear reactor having an upper nozzle and an elastic holding means of the fuel assembly attached to the upper nozzle.
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Citations (3)
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| FR2801411A1 (en) * | 1999-11-23 | 2001-05-25 | Framatome Sa | Nuclear PWR fuel assembly upper end includes springs and captive screws with common stop and locking pin, and spring or screw replacement procedure |
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2004
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