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MEMOIRE DESCRIPTIF déposé à j'appui d'une demande de
BREVET D'INVENTION formée par Société en nom collectif FRAMATOME ET COGEMA, dite"FRAGEMA" pour : "Assemblage combustible démontable pour réacteur nucléaire" Priorité d'une demande de brevet déposée en France, le 17 janvier 1983, sous le NO 83 00622.
Inventeurs : Jean-Marc DUBIEF
Michel BONNAMOUR
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Assemblage combustible démontable pour réacteur nucléaire
L'invention concerne les assemblages combustibles pour réacteur nucléaire du type comportant un faisceau de crayons de combustible gainé maintenus par une structure, ou squelette, qui comporte des pièces d'extrémité ou embouts reliés par des tubes entretoises. Ces derniers portent des grilles réparties le long de l'assemblage, destinées à maintenir les crayons et les tubes entretoises suivant un réseau régulier. Dans un mode particulièrement avantageux de réalisation, les tubes entretoises constituent des guides pour les doigts appartenant à une barre de commande associée à l'assemblage.
Lorsque l'assemblage est en place dans un réacteur nucléaire en fonctionnement, les crayons sont soumis à des contraintes qui peuvent provoquer des ruptures de la gaine de certains d'entre eux. Lorsqu'une telle rupture est décelée, par exemple à l'occasion d'un transfert d'assemblage d'un emplacement du coeur du réacteur à un autre, il est nécessaire d'écarter le crayon défectueux, qui est source de contamination. Pour permettre un remplacement du crayon ou des crayons présentant des fuites en vue d'une réutilisation de l'assemblage, on a déjà proposé de fixer les tubes entretoises à l'un des embouts par une liaison démontable. Pour remplacer un crayon, on retire l'un des embouts, on extrait le crayon défectueux, on insère un crayon neuf et on reconstitue l'assemblage en refixant l'embout.
Mais les solutions proposées jusqu'ici pour rendre l'un des embouts démontable se sont révélées peu satisfaisantes car elles ne tiennent pas suffisamment compte des problèmes posés par la nécessité d'effectuer les opérations à distance, sous plusieurs mètres d'eau, donc dans des conditions de travail ne permettant pas une présentation précise des pièces, ni des déformations des tubes entretoises provoquées par le passage de l'assemblage en réacteur.
Fréquemment, les contraintes permanentes apparues dans les
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tubes entretoises font que ces derniers, dès qu'ils sont séparés d'un des embouts, se déforment et ne se présentent pas face aux emplacements de l'embout destinés à les recevoir lors du remontage.
A titre d'exemple de ces solutions antérieures, on peut notamment citer les liaisons par tige filetée retenue sur l'un des embouts et vissée dans un bouchon terminal du tube guide (FR-A-2 469 777). Même en munissant la tige filetée d'un manchon de guidage de la partie terminale du tube entretoise, il subsiste un risque d'arcboutement lorsqu'on tente de ré-engager l'embout sur les tubes entretoises déjà fixés à l'autre embout. Un autre mode de fixation comporte un prolongement du tube entretoise traversant une plaque appartenant à l'embout pour venir se visser dans un écrou (FR-A-2 495 368). Là encore, on rencontre des difficultés lors de l'accostage. Enfin, on a proposé (FRA-2 341 917) de relier la partie terminale d'un tube entretoise à un embout par des moyens démontables qui bloquent le tube en rotation.
Pour cela, on munit un bouchon terminal du tube d'un prolongement muni d'une patte d'immobilisation en rotation, la partie terminale filetée du prolongement étant prévue pour recevoir un écrou. Cette dernière solution implique la présence de rondelles intercalaires et de ressorts et elle est donc très complexe. Au surplus, elle laisse subsister des difficultés d'accostage lors du remontage d'un assemblage.
La présente invention vise à fournir un assemblage combustible du type ci-dessus défini, dont les tubes entretoises sont fixés à l'un des embouts par une liaison démontable qui, tout à la fois, assure le guidage et le centrage des tubes lors du remontage de l'embout, évite d'appliquer des efforts de torsion dans l'ensemble des tubes lors du bloquage de la liaison, et ne comporte qu'une seule pièce mobile.
Dans ce but, l'invention propose notamment un assemblage combustible pour réacteur nucléaire comportant un faisceau de crayons de combustible gainé maintenus par
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une structure qui comprend des embouts reliés par des tubes entretoises fixés à l'un au moins des embouts par une liaison filetée démontable entre un bouchon du tube et un élément solidaire de l'embout, caractérisé en ce que le bouchon comporte une face de butée axiale sur l'embout, une partie tronconique d'accostage et de guidage coopérant avec une surface de forme correspondante de l'embout et des moyens imposant au bouchon un maintien en orientation déterminée autour de l'axe du tube.
Pour que la partie tronconique n'ait. qu'un rôle de guidage au cours de l'accostage, on lui donnera des dimensions telles qu'un jeu de quelques dixièmes de millimètre subsiste entre la partie tronconique et la surface de l'embout une fois la liaison filetée bloquée. L'angle au sommet du cône peut varier dans de larges limites, avantageusement entre 20 et 600 environ, un angle trop faible pouvant provoquer un coincement et un angle trop élevé un arcboutement.
La surface conique est avantageusement de révolution.
Dans un premier mode d'exécution de l'invention, les moyens imposant au bouchon une orientation déterminée sont constitués par au moins un méplat tronquant la partie tronconique et coopérant avec un méplat correspondant de l'embout.
Dans un second mode d'exécution, ces moyens sont constitués par un excentrement de la partie tronconique et de la surface correspondante de l'embout par rapport à l'axe du crayon.
La liaison filetée peut elle aussi prendre diverses formes ; il sera toutefois généralement avantageux d'utiliser une liaison comprenant un élément solidaire de l'embout constitué par une vis qui traverse l'embout de façon à être démontable de l'extérieur, coopérant avec un taraudage du bouchon.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : - la Figure 1 est un schéma de principe montrant, en élévation, un assemblage auquel peut être appliquée
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l'invention ; - la Figure 2 montre une liaison filetée démontable suivant un premier mode de réalisation de l'invention, en coupe suivant un plan vertical passant par l'axe ; - la Figure 3 est une vue partiellement en élévation et partiellement en coupe, montrant le bouchon et l'embout de la Figure 2, avant accostage ; - les Figures 4 et 5 sont respectivement des vues selon les lignes IV-IV et V-V de la Figure 3 ;
- la Figure 6 est une vue de détail montrant la forme du bouchon et du logement destiné à le recevoir dans l'embout, suivant un autre mode d'exécution de l'invention ;
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- Figure 7 est une vue de dessus de l'embout de la Figure 6, faisant apparaître l'excentrement de la surface tronconique du logement ménagé dans l'embout.
L'assemblage combustible 10 montré schématiquement en Figure 1 constitue l'un des nombreux assemblages auxquels l'invention est applicable. Il comporte un faisceau de crayons de combustible 11 maintenus par des grilles entretoises 12 réparties le long du faisceau. Les grilles 12 ménagent des passages dont la plupart sont traversés par des crayons de combustible 11, tandis que les autres sont traversés par des tubes entretoises 15 fixés à un embout inférieur 13 et un embout supérieur 14 dont la partie supérieure (non représentée en détail) permet de saisir l'assemblage à l'aide d'un outil de manutention.
On supposera que les tubes entretoises 15 sont fixés à l'embout supérieur 14 de façon rigide, car des moyens de type quelconque, et sont fixés à l'embout inférieur 13 par une liaison démontable dont une apparaît en 17. Cette disposition pourrait être inversée, notamment afin d'autoriser le démontage de l'assemblage sans retournement de ce dernier.
La liaison démontable montrée en Figures 2 à 5 comporte une vis de liaison 18 dont la tête prend appui contre le fond d'un chambrage ménagé dans la plaque d'embout 13. Cette vis présente une cavité interne dans laquelle peut être introduit un outil de vissage et de
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dévissage. La tige de la vis traverse un trou percé dans la plaque d'embout 13 pour s'engager dans un taraudage d'un bouchon 19 fixé de façon définitive à la paroi du tube guide 15, généralement par soudage.
La partie terminale du bouchon 19 coopère avec la plaque d'embout 13 par une face de butée plane 20 annulaire, destinée à venir en appui contre la plaque 13. Cette face de butée annulaire 20 entoure un cône mâle de révolution présentant un angle au sommet qui, dans le mode de réalisation illustré, est de 300. La partie tronconique ainsi réalisée guide le bouchon 19 lors de l'accostage avec la plaque d'embout 13, dans laquelle est ménagée une surface tronconique femelle de forme correspondante. Les dimensions de la partie tronconique mâle 21 et celles de la surface tronconique 22 sont proportionnées de façon qu'un jeu de quelques dixièmes de millimètre subsiste entre eux lorsque la face de butée 20 est maintenue en appui par la liaison filetée.
Pour bloquer en rotation le bouchon 19 et empêcher ainsi la transmission de couples de torsion au tube 15, la partie tronconique 21 est tronquée par au moins un méplat 23 coopérant avec un méplat correspondant 24'de la surface correspondante de la plaque d'embout 13. Ainsi, l'effet d'entraînement de la vis se borne à amener une génératrice de la partie tronconique 21 contre une génératrice correspondante de la surface du logement ménagée dans l'embout.
Le mode d'exécution montré schématiquement sur les Figures 6 et 7, où les organes correspondant à ceux des Figures 1 à 5 sont désignés par le même numéro de référence, se différencie du précédent par le fait que les moyens de blocage en rotation sont constitués par un excentrement e de la partie tronconique 21 par rapport à l'axe 25 du crayon. Cet excentrement peut être faible.
Ce second mode d'exécution a l'avantage d'être aisément réalisable avec des outillages classiques. Il permet de quider le bouchon 19 du tube 15 lors du montage
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ou du remontage et de réaliser un blocage relatif en rotation lors du serrage de la vis, avec de nouveau un accostage sur une seule génératrice lors du serrage. Dans cette variante de réalisation, le centrage final est réalisé essentiellement par la partie cylindrique du bouchon 19 qui coopère avec un puits 26 usiné dans la plaque d'embout 13 et au fond duquel est ménagée la surface tronconique 22. On voit que dans ce cas la face de butée est à l'intérieur de la surface tronconique, alors qu'elle l'entourait dans le premier mode d'exécution.
On voit que, quel que soit le mode d'exécution adopté, on réalise une liaison démontable, assurant un précentrage à chaque montage, qui permet de tolérer une déformation éventuelle des tubes entretoisas 15 apr s Fonctionnement en réacteur, assure un blocage en rotation relative du tube entretoise sur l'embout lors du serrage de la liaison filetée et provoque un appui par des faces qui sont perpendiculaires à la direction dans laquelle s'exerce l'effort de serrage.
L'invention est évidemment susceptible de nombreux modes de réalisation et, en particulier, chaque fois qu'il est nécessaire de relier deux embouts d'assemblages combustibles l'un à l'autre par des pièces allongées (typiquement plusieurs mètres). Le terme"tube"utilisé dans la présente demande doit être interprété dans un sens large et comme s'étendant à toute pièce de forme allongée destinée à une telle utilisation.