ES2311101T3 - Rejilla travesaño de un conjunto de combustible para reactor nuclear refrigerado por agua ligera. - Google Patents
Rejilla travesaño de un conjunto de combustible para reactor nuclear refrigerado por agua ligera. Download PDFInfo
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Abstract
Rejilla-travesaño de un conjunto de combustible para un reactor nuclear refrigerado por agua ligera, para garantizar la sujeción transversal de un haz de varillas (2) en disposiciones paralelas entre sí, que comprende un conjunto de celdas (6) yuxtapuestas y situadas en una red regular, estando cada una de las celdas delimitada y separada de las celdas vecinas, por lo menos por una pared periférica (7) que está abierta en sus dos extremos opuestos, en la dirección de un eje (6'') de la celda (6), de manera que recibe una varilla de combustible (2) generalmente cilíndrica, atravesando la celda (6) siguiendo su eje (6'') paralelo a la pared periférica (7) y de medios de apoyo y sujeción de la varilla en una disposición central en la cual el eje de la varilla está dispuesto según el eje (6'') de la celda (6), reservando un espacio libre entre la superficie externa cilíndrica de la varilla de combustible (2) y la pared periférica (7) de la celda (6), en la cual los medios de apoyo y fijación de la varilla de combustible (2) en cada una de las celdas (6) que reciben una varilla de combustible (2) comprenden por lo menos un elemento (14a, 14b, 14c, 14d; 14''a, 14''b, 14''c, 14''d; 18a, 18b) que tiene una disposición helicoidal alrededor del eje (6'') de la celda (6) que consta de una pared (15a, 15b, 15c, 15d; 15''a, 15''b, 15''c, 15''d; 18a, 18b) que tiene la forma de una lámina helicoidal que se extiende transversalmente en el espacio libre entre la superficie externa de la varilla de combustible (2) y la pared periférica (7) de la celda (6), de manera que asegura el apoyo de la varilla de combustible (2) en una parte sustancial de la altura de la celda (6), en la dirección de su eje (6''), caracterizada porque el elemento o elementos que tienen una disposición helicoidal, de los medios de apoyo y fijación de la varilla de combustible (2), está constituido por una parte de la pared periférica de la celda (6) cortada en la pared periférica (7) siguiendo una dirección inclinada respecto al eje (6'') de la celda (6) y doblada, de manera que constituye un primer tramo (15a, 15b) en forma de lámina de dirección transversal respecto a la pared periférica (7) y un segundo tramo (16a, 16b) sensiblemente paralelo a la pared (7) de la celda (6) que constituye una superficie de apoyo para la superficie externa de la varilla de combustible (2), unido a la pared periférica (7) de la celda (6) por el primer tramo de dirección transversal (15a, 15b) que constituye una lámina elástica de sujeción de la varilla y de conducción de un fluido de refrigeración en una disposición helicoidal alrededor del eje (6'') de la celda (6).
Description
Rejilla travesaño de un conjunto de combustible
para reactor nuclear refrigerado por agua ligera.
La invención se refiere a una
rejilla-travesaño de un conjunto de combustible
para un reactor nuclear refrigerado por agua ligera.
Los reactores refrigerados por agua ligera y en
particular los reactores nucleares refrigerados por agua a presión
utilizan conjuntos de combustible que comprenden un haz de varillas
de combustible soportadas por un armazón en posiciones paralelas
entre sí.
El armazón del conjunto de combustible comprende
en particular una variedad de rejillas-travesaño
distribuidas según la longitud del conjunto de combustible, en la
dirección axial del haz de varillas. Las
rejillas-travesaño aseguran la fijación transversal
de las varillas y comprenden un conjunto de celdas yuxtapuestas y
dispuestas según una red regular, generalmente de malla cuadrada,
teniendo las celdas propiamente dichas una sección de forma
cuadrada en un plano transversal de la
rejilla-travesaño perpendicular al eje de las
varillas. Cada una de las celdas está delimitada y separada de las
celdas vecinas por una pared periférica que tiene la forma de la
superficie lateral de un paralelepípedo de base cuadrada. Las
celdas de la rejilla-travesaño están abiertas en
sus dos extremos en la dirección axial de las celdas, de forma que
cada una de las celdas pueda recibir una varilla en una posición
central, en la que el eje de la varilla está situado siguiendo el
eje de la celda. Las varillas de combustible presentan un diámetro
exterior sensiblemente inferior al lado de las celdas cuadradas, de
modo que queda un espacio libre alrededor de la varilla, entre la
superficie externa cilíndrica de la varilla y la pared periférica
de la celda en la que está introducida axialmente la varilla. La
rejilla-travesaño comprende, en cada una de las
celdas destinadas a recibir una varilla de combustible, los medios
de apoyo y de sujeción o soporte destinados a estar en contacto con
la superficie externa de la varilla de combustible, para asegurar
la sujeción de la varilla en las direcciones transversales
perpendiculares al eje de la varilla y de la celda, permitiendo
simultáneamente los desplazamientos de la varilla en la dirección
axial, por ejemplo bajo el efecto de la dilatación en el interior
del núcleo del reactor nuclear.
Los medios de apoyo y sujeción de las varillas
de combustible en las celdas de una
rejilla-travesaño comprenden generalmente resaltes
en voladizo hacia el interior de la celda con respecto a la pared
periférica, que están realizados por corte y conformación de la
pared y resortes elásticos igualmente en voladizo en el interior de
la celda respecto a la pared que están realizados por corte y
conformación de una parte de la pared, o que se añaden y fijan en
la pared periférica.
Generalmente, se prevén dos resaltes en cada una
de las dos caras adyacentes de la pared periférica de forma
paralelipédica y dos resortes en las caras opuestas a las caras que
contienen los resaltes. La varilla de combustible se sostiene en el
interior de la celda en seis puntos, al nivel de cuatro resaltes y
dos resortes, estando realizados los resortes y los resaltes de
manera que establecen contacto con la varilla de combustible
siguiendo una zona de poca superficie asimilable a un punto de
contacto. Una rejilla de este tipo se describe en la patente
US-A-3933584.
Además del soporte transversal de las varillas
del haz del conjunto de combustible, las
rejillas-travesaño aseguran la mezcla y la
agitación del agua de refrigeración del reactor que circula en
contacto con las varillas de combustible en la dirección
longitudinal axial.
Las rejillas-travesaño de los
conjuntos de combustible están constituidas por placas metálicas de
forma rectangular cortadas a mitad de altura para ser encajadas una
en otra y ensambladas por soldadura en forma de red de malla
cuadrada.
Para asegurar la mezcla y la agitación del agua
de refrigeración a la salida de la
rejilla-travesaño, las placas de las
rejillas-travesaño están cortadas siguiendo su borde
destinado a formar la parte superior de la
rejilla-travesaño, para constituir las aletas
mezcladoras que están dobladas hacia el interior de las celdas,
alternativamente en uno y otro sentido, de manera que aseguran la
conducción del fluido que sale de una celda hacia la celda vecina y
de esta forma la mezcla de las diferentes corrientes de fluido en
contacto con las varillas de combustible. Un ejemplo similar se
encuentra en la patente FR-2666679.
Por consiguiente, las placas utilizadas para
realizar una rejilla-travesaño deben ser cortadas
siguiendo un diseño particular, y embutidas o conformadas para
constituir los resaltes y resortes. En el caso de los resortes
añadidos en las paredes de las celdas, igualmente es necesario
prever las aberturas para la fijación de los resortes después del
montaje y la soldadura de los resortes que pueden ser realizados en
un material metálico diferente del de las placas.
Por ejemplo, las placas pueden ser de una
aleación de circonio y los resortes de una aleación de níquel.
Por consiguiente la realización de las
rejillas-travesaño, es compleja, por el hecho de que
necesita numerosas operaciones de corte, conformación, montaje y
soldadura.
Además, la fijación de las varillas de
combustible, que está asegurada en seis puntos en el interior de
cada una de las celdas, puede ocasionar un desgaste local de la
vaina de las varillas en contacto con los resaltes o resortes, por
rozamiento, debido a que el agua de refrigeración del reactor hace
vibrar las varillas en el interior de las
rejillas-travesaño. Este fenómeno que es designado
generalmente como "desgaste por fretting (rozamiento)" puede
ocasionar, en el curso de largos periodos de utilización del
reactor nuclear, una perforación de la vaina de las varillas en las
zonas de contacto.
Por último, la capacidad de mezcla de las aletas
cortadas en los bordes superiores de las
rejillas-travesaño es limitada, de manera que no
logran una perfecta homogeneización de la temperatura del agua de
refrigeración en circulación por el conjunto de combustible. Pueden
resultar puntos calientes por el contacto de las varillas en
ciertas zonas al nivel de las cuales se observa el fenómeno de
aparición de la crisis de ebullición, es decir, la formación local
de burbujas de vapor en el agua de refrigeración.
El objetivo de la invención es por tanto
proponer una rejilla-travesaño de un conjunto de
combustible para un reactor nuclear refrigerado por agua ligera,
para asegurar la sujeción transversal de un haz de varillas de
combustible en disposiciones paralelas entre sí, comprendiendo un
conjunto de celdas yuxtapuestas y situadas según una red regular,
cada una de ellas delimitada y separada de las celdas vecinas, por
al menos una pared periférica que está abierta en dos extremos
opuestos, según la dirección de un eje de la celda, de forma que
reciba una varilla de combustible en general de forma cilíndrica
atravesando la celda según su eje paralelo a la pared periférica y
(comprendiendo además) de medios de apoyo y de sujeción de la
varilla en una disposición central en la cual el eje de la varilla
está dispuesto según el eje de la celda, reservándose un espacio
libre entre la superficie externa cilíndrica de la varilla de
combustible y la pared periférica de la celda, en la que los medios
de apoyo y fijación de la varilla de combustible en cada celda que
recibe una varilla de combustible comprenden por lo menos un
elemento que tiene una disposición helicoidal alrededor del eje de
la celda incluyendo una pared que tiene la forma de una lámina
helicoidal extendiéndose transversalmente en el espacio libre entre
la superficie externa de la varilla de combustible y la pared
periférica de la celda, de manera que asegure el apoyo de la
varilla de combustible en una parte sustancial de la altura de la
celda, en la dirección de su eje, siendo esta
rejilla-travesaño de una realización simplificada,
de una gran eficacia en cuanto a la fijación de las varillas,
limitando además el fenómeno de desgaste por rozamiento y
presentando una buena capacidad de mezcla del agua de refrigeración
en el interior y a la salida de la
rejilla-travesaño.
Con este objetivo, por lo menos un elemento de
los medios de apoyo y fijación de una varilla de combustible que
tiene una disposición helicoidal está constituido por un tramo de
la pared periférica de la celda cortado en la pared periférica en
una dirección inclinada respecto al eje de la celda y doblada, de
forma que constituya un primer tramo en forma de lámina de
dirección transversal respecto a la pared periférica y un segundo
tramo sensiblemente paralelo a la pared de la celda que constituye
una superficie de apoyo para la superficie externa de la varilla de
combustible, doblado en la pared periférica de la celda por el
primer tramo de la dirección transversal, constituyendo una lámina
elástica de fijación de la varilla y de guiado del fluido de
refrigeración en una disposición helicoidal alrededor del eje de la
celda.
Para la mejor comprensión de la invención, se
describe a continuación, a título de ejemplo, haciendo referencia a
las figuras adjuntas en el anexo, un conjunto de combustible de un
reactor nuclear refrigerado por agua a presión, y una
rejilla-travesaño según la invención en comparación
con una rejilla-travesaño según la técnica
anterior.
La figura 1 es una vista en alzado y en corte de
un conjunto de combustible de un reactor nuclear refrigerado por
agua a presión.
La figura 2 es una vista en planta de una
rejilla-travesaño realizada según la técnica
anterior.
La figura 3A es una vista en perspectiva de una
celda de una rejilla-travesaño realizada según la
presente invención.
La figura 3B es una vista en corte axial de la
celda representada en la figura 3A en la que está introducida una
varilla de combustible.
Las figuras 4A y 4B análogas a las figuras 3A y
3B, respectivamente, se refieran a una variante de realización de
la rejilla-travesaño.
La figura 5 es una vista en planta de una parte
de una rejilla-travesaño según la invención.
En la figura 1, se ha representado un conjunto
de combustible para un reactor nuclear refrigerado por agua a
presión, designado de forma general por el numeral (1).
El conjunto de combustible (1) está constituido
por un haz de varillas de combustible (2) de forma sensiblemente
cilíndrica y constituidas por una vaina metálica en cuyo interior
se apilan las pastillas de combustible y que está cerrada en sus
extremos por tapones.
Las varillas de combustible (2 del haz del
conjunto de combustible están soportadas por un armazón que
comprende una pluralidad de rejillas-travesaño (3)
repartidas en la dirección longitudinal del conjunto de
combustible, en la dirección axial de las varillas (2), los
tubos-guía (4) que están situados en el interior
del haz de varillas de combustible (2) y unidos con las rejillas
(3) así como un cabezal superior (5a) y un cabezal inferior (5b)
que están fijados rígidamente en los extremos de los
tubos-guía (4) cuya longitud es superior a la
longitud de las varillas de combustible (2) del haz.
Las rejillas-travesaño que
aseguran la fijación transversal de las varillas de combustible (2)
del haz del conjunto de combustible, comprenden, como se observa en
la figura 2, celdas de sección cuadrada (6) dispuestas en una red
regular de malla cuadrada. Cada celda (6) consta de una pared
periférica (7) de forma paralelipédica de base cuadrada abierta en
sus dos extremos en la dirección del eje (6') de la celda,
perpendicular al plano de la figura 2 y que pasa por el centro de
la sección cuadrada de la celda.
Las paredes periféricas (7) de las celdas de la
rejilla-travesaño (3) están constituidas por placas
entrecruzadas en ángulo recto constituyendo dos familias de placas
(8a) y (8b) paralelas entre sí.
Las placas (8a) y (8b) de dos familias de placas
están cortadas de chapas metálicas, por ejemplo de aleación de
circonio y comprenden, a las distancias correspondientes a los
lados de las celdas (6), ranuras a mitad de altura que permiten su
ensambladura por encaje mutuo en disposiciones a 90º, como se ha
representado en la figura 2.
A continuación las placas ensambladas se sueldan
siguiendo las líneas de ensambladura que constituyen las aristas de
las celdas (6) de la rejilla-travesaño. Previamente
a su ensambladura, las placas (8a) y (8b) son cortadas y embutidas
para constituir los resaltes (9) en voladizo en el interior de las
celdas (6). Las placas (8a) y (8b) constan igualmente de aberturas
que están cortadas a intervalos regulares, de manera que aseguran
el montaje y la fijación de los resortes (10) igualmente en
voladizo hacia el interior de las celdas (6). Cada una de las
celdas incluye dos paredes adyacentes a 90º, sobre cada una de las
cuales se realizan por corte y conformación del metal de las
placas, dos resaltes (9) espaciados en la dirección axial de la
celda. Las otras dos paredes de la celda que son adyacentes y a 90º
contienen los resortes (10). De esta forma, se prevén seis puntos
de contacto en el interior de cada una de las celdas (6) para una
varilla de combustible (2) introducida siguiendo la dirección del
eje (6') en una posición centrada en el interior de la celda (6).
El diámetro exterior de la varilla de combustible (2) es
sensiblemente inferior a la longitud del lado de una celda (6), de
tal forma que se reserva un espacio libre (11) alrededor de la
superficie externa cilíndrica de la varilla (2), en el interior de
la pared periférica (7) de la celda en la que la varilla se
mantiene en posición centrada por los resaltes (9) y los resortes
(10).
La vista en planta de la figura 2 es una vista
de la parte superior de una rejilla-travesaño y se
aprecia que las placas (8a) y (8b) que forman la
rejilla-travesaño están cortadas en su borde
superior para constituir las aletas mezcladoras (12) del agua de
refrigeración circulante en el interior de las celdas en contacto
de la superficie externa de las varillas de combustible (2). Las
aletas mezcladoras (12) están dobladas hacia el interior de las
celdas, de manera que dirigen el agua de refrigeración a la salida
de cada una de las celdas hacia la celda vecina. Obteniéndose así
un efecto de mezcla del agua circulante en contacto de cada una de
las varillas de combustible en la dirección axial.
Las placas (8a) y (8b) de la
rejilla-travesaño (3) deben ser embutidas para
realizar los resaltes en voladizo sobre sus dos caras, asegurando
cada una de las partes de la placa, al nivel de una celda, la
separación de dos celdas vecinas en las cuales los resaltes están
realizados en la misma placa.
La realización de una
rejilla-travesaño es pues compleja y necesita
numerosas operaciones de corte, conformación y ensambladura.
Además, la sujeción de la varilla de combustible (2) en el interior
de una celda (6) de la rejilla-travesaño solo es
asegurada al nivel de seis zonas de escasa superficie constituyendo
puntos de contacto.
Además, en el interior de la red de las celdas,
son necesarias celdas (6a) de tipo particular que aseguren el paso,
y eventualmente la fijación, de los tubos-guía (4)
del conjunto de combustible.
En las figuras 3A y 3B, se ha representado una
celda de una rejilla-travesaño según la invención
que puede utilizarse en sustitución de una
rejilla-travesaño realizada según la técnica
anterior tal como la que se ha representado en la figura 2.
De forma general, la
rejilla-travesaño (3) según la invención está
realizada de una manera análoga a la
rejilla-travesaño según la técnica anterior, a
partir de placas metálicas (8) que están ensambladas y fijadas por
soldadura en ángulos rectos para constituir una red de celdas (6)
de sección cuadrada, delimitada cada celda por una pared periférica
(7) de forma paralelipédica de base cuadrada constituida por partes
de las placas (8) ensambladas entre ellas en ángulos rectos.
En cada una de las partes de la placa que
constituye una de las caras de la pared periférica (7) de una celda
(6), se realizan, por cortado y doblado, dos elementos de apoyo y
de sujeción de una varilla de combustible dispuesta de forma
general, siguiendo una forma helicoidal que tiene por eje el eje
(6') de la celda (6).
Se designa por (7a), (7b), (7c) y (7d) las
cuatro caras de la pared periférica (7) de la celda (6) que tiene
la forma de un paralelepípedo de sección cuadrada.
En el metal de la cara (7a) se realizan, por
corte y doblado, dos elementos (14a) y (14'a) dispuestos, por lo
que se refiere al primero (14a), en la parte del extremo inferior
y, en cuanto al segundo (14'a), en la parte del extremo superior de
la cara (7a) de la pared (7).
Del mismo modo, en las caras sucesivas (7a),
(7b), (7c) y (7d) se realizan, por corte y doblado, los elementos de
apoyo y sujeción respectivos (14b), (14'b), (14c), (14'c), (14d) y
(14'd), respectivamente.
Los elementos de apoyo y sujeción (14a), (14b),
(14c) y (14d) están dispuestos en la parte inferior y los elementos
(14'a), (14'b), (14'c) y (14'd) están realizados por corte y doblado
en la parte superior de la pared periférica (7) de la celda
(6).
La vista de la figura 3B representa un corte
axial a través de las caras opuestas (7b) y (7d).
Como se aprecia en las figuras 3A y 3B, los
elementos de apoyo y sujeción de una varilla (2) en la celda (6)
están realizados por corte de una cara de la pared (7) en una
dirección inclinada respecto al eje (6') de la celda (6), de manera
que los cortes están todos dirigidos hacia arriba, cuando se gira
alrededor del eje (6') de la celda (6) en el sentido que va de la
derecha hacia la izquierda en la figura 3A, correspondiendo este
sentido a los sentidos de arrollamiento helicoidales dirigidos
hacia arriba constituidos por los elementos de apoyo y sujeción
sucesivos de la celda (6).
Los cortes sucesivos en las caras de la pared
periférica (7) de la celda (6) tienen formas globalmente
rectangulares, los lados pequeños de los cortes rectangulares están
dirigidos en direcciones paralelas al eje (6') de la celda y el
corte que comprende solo un lado mayor inclinado está dirigido en
la dirección helicoidal de arrollamiento de los elementos de apoyo
y sujeción de la celda, estando el corte unido a la pared por el
segundo lado mayor siguiendo el cual se realiza el doblado de la
pared. Este lado mayor y el corte forman un ángulo del orden de 30º
con la dirección del eje (6') de la celda (6).
Los siguientes elementos de apoyo y sujeción
(14a), (14'a), ... (14d), (14'd) están realizados por doblado de las
zonas cortadas correspondientes siguiendo las direcciones
sensiblemente paralelas al lado mayor de unión del corte con la
pared.
Se realizan por doblado de las zonas cortadas,
los elementos sucesivos de apoyo y sujeción (14a), (14'a), (14d),
(14'd), en el exterior del plano de la cara de la pared (7) en la
que se ha realizado el corte.
Se realiza un primer doblado (por ejemplo a 45º)
del corte respecto al plano de la cara de la pared y un segundo
doblado hacia lo alto de la celda, siguiendo las líneas de doblado
sensiblemente paralelas al lado mayor del corte y dispuestos
sensiblemente siguiendo tramos helicoidales arrollados en el
sentido deseado del eje (6') de la celda. Se obtiene de esta forma
una pared (por ejemplo (15a) o (15b) del elemento de apoyo y
sujeción correspondiente (14a) o (14b) dirigida transversalmente
respecto al eje (6') y a la cara de la pared (7) y una segunda
pared (-16a- o -16b-) sensiblemente paralela a la cara de la pared
(7) de la celda.
El doblado de los cortes se realiza
sucesivamente, hacia el interior y hacia el exterior de la celda
(6), en los cortes sucesivos en la dirección del eje (6') y en la
dirección de arrollamiento helicoidal según la cual están
dispuestos los elementos de apoyo y sujeción.
Es así como la primera pared (15a) del primer
elemento de apoyo y sujeción (14a) está doblada hacia el interior
de la celda (6) y la segunda pared (16a) del primer elemento (14a)
está doblada paralelamente a la cara (7a) de la pared en el
interior de la celda (6). Por el contrario, la primera pared (15b)
del segundo elemento de apoyo y sujeción (14b) está doblada hacia
el exterior de la celda (6), en una celda vecina de la celda (6), y
la segunda pared (16b) del segundo elemento de apoyo y sujeción
(14b) está doblada en una disposición sensiblemente paralela a la
cara (7b) de la pared (7), en la celda vecina de la celda (6).
El elemento de apoyo y sujeción (14'a), situado
en la parte superior de la primera cara (7a) de la pared (7) de la
celda (6) en alineación axial con el elemento de apoyo y sujeción
(14a) dispuesto en la parte inferior de la cara (7a) de la pared
(7), está doblado a la inversa del elemento de apoyo y sujeción
(14a), es decir hacia el exterior.
Cada uno de los elementos de apoyo y sujeción
sucesivos, en la dirección axial o en la dirección helicoidal de
arrollamiento de los elementos de apoyo y sujeción, se dobla pues
en un sentido diferente del anterior.
Por este motivo, el elemento (14c) está doblado
hacia el interior y el elemento (14d) hacia el exterior, el
elemento (14'b), situado en la parte superior de la celda (6), está
doblado hacia el interior mientras que los elementos sucesivos
(14'c) y (14'd) están doblados, respectivamente hacia el exterior y
hacia el interior de la celda (6).
Las segundas paredes como las (16a), (16b) o
(16'd) visibles en la figura 3, los elementos de apoyo y sujeción
respectivos (14a), (14b) y (14'd) están doblados de manera que
presentan la forma de un tramo de anillo que tiene un diámetro
sensiblemente el diámetro de una varilla (2) del conjunto de
combustible. Estas segundas paredes tales como las (16a), (16b) o
(16'd) están destinadas a estar en contacto con la superficie
externa de una varilla (2) introducida en la celda (6) o en una
celda vecina.
Los elementos de apoyo y sujeción cortados en la
parte superior de las caras (7a), (7b), (7c) y (7d) de la pared
periférica (7) de la celda (6) están realizadas en forma de aletas
en voladizo hacia arriba respecto al borde superior de la pared
periférica (7) de la celda (6). Para esto, se cortan tramos de
placas en voladizo respecto a uno de los bordes de las placas que
se doblan a un lado de la placa para constituir las dos paredes de
los elementos de apoyo y sujeción que constituyen igualmente una
aleta de guiado y mezcla del agua de refrigeración del conjunto de
combustible.
Las aletas como (14'a) o (14'c) que están
dobladas hacia el exterior de la celda (6) constan de una parte
superior (en el sentido del arrollamiento helicoidal de los
elementos de sujeción) que está dirigido hacia una celda vecina de
la celda (6).
Las primeras paredes como las (15a) o (15b) de
los elementos de apoyo y sujeción que están doblados en una
dirección perpendicular o inclinados respecto a la cara de la pared
en la que está realizado el corte constituyen las láminas de
dirección transversal respecto a las paredes de la celda dispuestas
siguiendo tramos helicoidales arrollados en el sentido del
arrollamiento de los elementos de sujeción sucesivos cortados en
las paredes de la celda (6).
Las primeras paredes o láminas (15a), (15'b),
(15c) y (15'd), dirigidas hacia el interior de la celda constituyen
las láminas de dirección transversal entre el plano de la cara de
la pared correspondiente y la superficie de apoyo de la varilla de
combustible que puede ser introducida en la celda (6), que está
constituida por la superficie curva de la segunda pared (16a),
(16'b), (16c) o (16'd) del elemento de apoyo y sujeción
correspondiente.
Cuando se introduce una varilla de combustible
(2) en la celda (6) según el eje (6') de la celda (6), como se
representa en la figura 4, la superficie externa de la varilla (2)
entra en contacto con las segundas superficies (16a), (16'b), (16c)
y (16'd) de los cuatro elementos de apoyo y sujeción doblados hacia
el interior de la celda (6). Las primeras paredes correspondientes
(15a), (15'b), (15c) y (15'd) de dirección transversal tienen la
forma de un tramo helicoidal que se extiende entre la pared
periférica (7) de la celda (6) y la segunda pared de apoyo sobre la
superficie externa de la varilla, presentando una elasticidad que
les permite asegurar una sujeción elástica de la varilla (2),
estando los elementos de apoyo y sujeción (14a), (14'b), (14c) y
(14'd) dirigidos hacia el interior de la celda (6) doblados de tal
forma que las superficies internas de apoyo de las segundas paredes
(16a), (16'b), (16c) y (16'd) están situadas en una superficie
cilíndrica que tiene por eje el eje (6') de la celda y que presenta
un diámetro ligeramente inferior al diámetro de la varilla. Cuando
se introduce la varilla (2) en la dirección del eje (6') de la
celda (6), en el interior de la celda (6), la varilla (2) se desvía
ligeramente de las superficies de apoyo, jugando con la elasticidad
de las láminas transversales en forma de tramos helicoidales.
Las cuatro superficies de apoyo de las segundas
paredes (16a), (16'b), (16c) y (16'd) entran en contacto con la
varilla (2), en dos zonas cuya altura total, en la dirección axial
(6') de la celda (6), es sensiblemente igual o ligeramente inferior
a la altura total de la celda (6) en la dirección del eje (6').
De esta forma la varilla se mantiene en contacto
con las superficies de apoyo en una altura total sensiblemente
igual a la altura de la celda (6), es decir en la altura de la
rejilla-travesaño. Por consiguiente, la superficie
total de las cuatro zonas de apoyo de los cuatro elementos de apoyo
y sujeción (14a), (14'b), (14c) y (14'd) en el interior de la celda
(6), es importante y sensiblemente más grande que la superficie de
apoyo total de los cuatro resaltes y dos resortes de una
rejilla-travesaño realizada según la técnica
anterior. Se reduce de esta forma la presión de apoyo en la varilla
(2) y los riesgos de desgaste por rozamiento, en el conjunto en
funcionamiento en el reactor nuclear.
Por otra parte, el agua de refrigeración del
reactor circulando en dirección vertical en contacto con la
superficie exterior de la varilla combustible (2) es guiada por las
primeras paredes transversales en forma de láminas helicoidales de
los cuatro elementos doblados hacia el interior de la celda, de
manera que se forma una corriente helicoidal alrededor de la
varilla (2), en el espacio libre entre la superficie externa de la
varilla y la pared periférica (7) de la celda (6). Las aletas, baja
(14a) y alta (14'b), situadas en dos caras adyacentes de una celda
aseguran cada una de ellas una conducción sucesiva del fluido en un
cuarto de vuelta, de manera que el agua de refrigeración describe
un tramo helicoidal alrededor de 180º, al atravesar la celda; las
aletas (14c) y (14'd) tienen un efecto similar. Resultando una
conducción del fluido en el interior de la celda (6) que favorece
los intercambios térmicos con la superficie externa de la varilla
(2). Además, los elementos de apoyo y sujeción realizados en las
partes superiores de la pared periférica (7) de la celda (6),
dirigidos ya sea hacia el interior de la celda (6) ya sea hacia el
exterior y hacia celdas vecinas, aseguran una muy buena agitación y
mezcla de la corriente que circula en contacto de la varilla en el
interior de la celda (6) y de las corrientes que circulan en
contacto con las varillas de combustible situadas en las celdas
vecinas
de la celda (6).
de la celda (6).
Además, la realización de una
rejilla-travesaño según la invención no necesita
más que operaciones simples de corte y doblado en las diferentes
placas destinadas a constituir la rejilla-travesaño
por ensamblaje en ángulos rectos y la soldadura, como en el caso de
la técnica anterior.
Aparte de los elementos de apoyo y sujeción
(14a), (14'a),...(14d), (14'd) que constituyen los resaltes de apoyo
elástico de las varillas, se pueden realizar resaltes rígidos tales
como (21a) y (21b) por corte y conformación del metal de las
paredes de la celda. Dos resaltes, tales como (21a) y (21b),
realizados en dos paredes adyacentes de la celda (6) se pueden
conformar hacia el exterior de la celda (6) y dos resaltes (no
representados) realizados en las otras dos paredes adyacentes de la
celda (6) se pueden conformar hacia el interior de la celda. Cada
celda consta entonces de dos resaltes rígidos de apoyo de la
varilla, por ejemplo en la parte baja.
En la figura 5, se ha representado en planta una
parte de la rejilla-travesaño (3) según el primer
modo de realización, comprendiendo esta parte de la
rejilla-travesaño cinco hileras de cinco celdas
(6).
En el interior de dos celdas (6), se ha
indicado, mediante referencias análogas a las utilizadas en la
figura 3, los elementos de apoyo y sujeción (14a), (14'b), (14c) y
(14'd) doblados hacia el interior de la celda, estando realizados
los elementos (14a) y (14c) en la parte inferior de la pared
periférica (7) de la celda y los elementos (14'b) y (14'd), en la
parte superior de la pared (7) de la celda.
En el conjunto de la vista de la figura 5, se ha
designado por (H) los elementos de apoyo, sujeción y conducción del
fluido helicoidal, cortados en la parte superior de la pared de una
celda y por (B) los elementos de apoyo, sujeción y conducción,
cortados en la parte inferior de la pared (7) de una celda.
Por el hecho de que, en cada una de las caras de
la pared periférica (7) de una celda, están cortados un elemento de
apoyo y sujeción en la parte inferior de la cara de la pared y un
elemento de apoyo, sujeción y conducción en la parte superior de la
cara de la pared periférica de la celda, estos elementos están
doblados por ambas partes de la pared, es decir hacia el interior y
hacia el exterior de la celda (6) considerada, cada cara de una
pared periférica de celda permite realizar un primer elemento de
apoyo, sujeción y conducción en la parte alta o baja de la celda
dispuesto siguiendo una forma helicoidal que tenga un sentido de
arrollamiento horario o antihorario en la dirección de circulación
del fluido a través de la rejilla-travesaño, es
decir, de abajo hacia arriba, y un segundo elemento de apoyo,
sujeción y conducción en el interior de una celda vecina, según una
forma helicoidal que tenga un sentido de arrollamiento contrario al
sentido de arrollamiento de la forma helicoidal de la primera
celda.
En la figura 5, se ha representado los sentidos
de conducción de la circulación del fluido por los elementos de
apoyo, sujeción y conducción en forma helicoidal en las veinticinco
celdas (6) representadas en las posiciones adyacentes.
Se observa que el sentido de rotación del fluido
en cada una de las celdas (6) se alterna de una celda a una celda
vecina cualquiera. Esta característica de circulación del fluido
favorece la mezcla y evita la aplicación de un par resultante en la
rejilla-travesaño, debido a la circulación del
fluido.
Para optimizar las características de sujeción
de la varilla de combustible y de mezcla del agua de refrigeración,
se pueden ajustar los parámetros siguientes:
- ángulo de inclinación helicoidal respecto a la
dirección vertical del eje de la celda.
- altura relativa helicoidal alta y baja en cada
una de las caras de la pared periférica de las celdas.
- posición de los elementos de sujeción y
conducción helicoidal respecto a la parte inferior de las placas
que constituyen la rejilla-travesaño.
- altura por encima del borde superior de la
rejilla-travesaño, del tramo en voladizo de los
elementos de sujeción y conducción dispuestos en la parte superior
de las celdas de la rejilla-travesaño.
- anchura de la lámina de dirección transversal
que constituye la zona flexible del elemento de sujeción y
conducción de forma helicoidal, y
- longitud de la zona de contacto entre el
elemento de sujeción y conducción helicoidal y la varilla (2)
dispuesta en el interior de una celda.
En cada una de las celdas de la
rejilla-travesaño destinadas a recibir una varilla
de combustible, se puede realizar, en por lo menos una pared de la
celda, por embutido de la placa que constituye la pared, por lo
menos una forma embutida en voladizo en la celda, similar a un
resalte. De esta forma se limita el movimiento de la varilla en la
celda y se refuerza su encaje.
En el caso de la variante de realización
representada en las figuras 4A y 4B, (los elementos
correspondientes a los representados en las figuras 3A y 3B están
afectados por las mismas referencias), las aletas tales como (14a)
y (14'a), (14b) y (14'b), (14c) y (14'c), (14d) y (14'd) situadas
en los respectivos tramos inferior y superior de las paredes de una
celda (6) de la rejilla-travesaño (3) están
dobladas alternativamente hacia el interior y hacia el exterior de
la celda de la misma forma que la aletas representadas en las
figuras 3A y 3B.
Sin embargo, a diferencia de las aletas de la
celda representada en las figuras 3A y 3B, las primeras paredes
tales como (15'a), (15c), (15'b) o (15'd) de las aletas, en forma
de láminas transversales, están dobladas hacia abajo (por ejemplo a
45º) y no hacia arriba. Del mismo modo, las segundas paredes tales
como (16'a), (16b) (16c) o (16d) que aseguran el apoyo de la
varilla en una superficie de apoyo cilíndrica, están dobladas hacia
abajo.
Cuando el agua de refrigeración está en
circulación en la celda (6), se produce una adherencia de las
superficies de apoyo de las aletas contra la varilla bajo el efecto
de las fuerzas hidráulicas. Se favorecen igualmente los
intercambios hidráulicos en el interior de la celda.
Las aletas superiores o inferiores pueden
cortarse en las paredes de una celda a una cierta distancia de los
bordes superiores de dichas paredes.
La invención no se limita estrictamente al modo
de realización que se ha descrito.
Es así como los elementos de sujeción y
conducción de forma helicoidal pueden presentar un ángulo de
inclinación respecto al eje de la celda o de la varilla de
combustible diferente de 30º y el elemento de sujeción y conducción
del fluido de cada una de las celdas de la
rejilla-travesaño puede realizarse de una manera
diferente de las descritas.
La invención se aplica, de manera general, a
toda rejilla-travesaño para conjunto combustible de
un reactor nuclear refrigerado por agua ligera garantizando la
sujeción transversal de las varillas que constituyen un haz en el
cual las varillas están paralelas ente sí.
Claims (7)
1. Rejilla-travesaño de un
conjunto de combustible para un reactor nuclear refrigerado por
agua ligera, para garantizar la sujeción transversal de un haz de
varillas (2) en disposiciones paralelas entre sí, que comprende un
conjunto de celdas (6) yuxtapuestas y situadas en una red regular,
estando cada una de las celdas delimitada y separada de las celdas
vecinas, por lo menos por una pared periférica (7) que está abierta
en sus dos extremos opuestos, en la dirección de un eje (6') de la
celda (6), de manera que recibe una varilla de combustible (2)
generalmente cilíndrica, atravesando la celda (6) siguiendo su eje
(6') paralelo a la pared periférica (7) y de medios de apoyo y
sujeción de la varilla en una disposición central en la cual el eje
de la varilla está dispuesto según el eje (6') de la celda (6),
reservando un espacio libre entre la superficie externa cilíndrica
de la varilla de combustible (2) y la pared periférica (7) de la
celda (6), en la cual los medios de apoyo y fijación de la varilla
de combustible (2) en cada una de las celdas (6) que reciben una
varilla de combustible (2) comprenden por lo menos un elemento
(14a, 14b, 14c, 14d; 14'a, l4'b, 14'c, 14'd; 18a, 18b) que tiene
una disposición helicoidal alrededor del eje (6') de la celda (6)
que consta de una pared (15a, 15b, 15c, 15d; 15'a, 15'b, 15'c,
15'd; 18a, 18b) que tiene la forma de una lámina helicoidal que se
extiende transversalmente en el espacio libre entre la superficie
externa de la varilla de combustible (2) y la pared periférica (7)
de la celda (6), de manera que asegura el apoyo de la varilla de
combustible (2) en una parte sustancial de la altura de la celda
(6), en la dirección de su eje (6'), caracterizada porque el
elemento o elementos que tienen una disposición helicoidal, de los
medios de apoyo y fijación de la varilla de combustible (2), está
constituido por una parte de la pared periférica de la celda (6)
cortada en la pared periférica (7) siguiendo una dirección
inclinada respecto al eje (6') de la celda (6) y doblada, de manera
que constituye un primer tramo (15a, 15b) en forma de lámina de
dirección transversal respecto a la pared periférica (7) y un
segundo tramo (16a, 16b) sensiblemente paralelo a la pared (7) de
la celda (6) que constituye una superficie de apoyo para la
superficie externa de la varilla de combustible (2), unido a la
pared periférica (7) de la celda (6) por el primer tramo de
dirección transversal (15a, 15b) que constituye una lámina elástica
de sujeción de la varilla y de conducción de un fluido de
refrigeración en una disposición helicoidal alrededor del eje (6')
de la celda (6).
2. Rejilla-travesaño, según la
reivindicación 1, que comprende celdas que tienen forma de
paralelepípedos de base cuadrada que tienen cuatro caras a 90º,
caracterizada porque comprende, en cada una de las celdas,
cuatro elementos (14a, 14'b, 14c, 14d) realizados por corte y
doblado de una parte inclinada de la pared periférica (7) de cada
una de las celdas (6) de la rejilla-travesaño, un
primer elemento (14a) tiene una disposición helicoidal que está
realizada en un primer tramo del extremo de la pared periférica (7)
en la dirección axial (6') de la celda (6) por corte y doblado de
una porción de una primera cara (7a) de la pared periférica, un
segundo elemento (14'b) tiene una disposición helicoidal realizada
por corte y doblado de una porción de una segunda cara (7b) de la
pared periférica (7) adyacente a la primera cara (7a) en un segundo
tramo del extremo en la dirección del eje (6') de la celda, un
tercer elemento (14c) tiene una disposición helicoidal realizada
por corte y doblado de una porción de la tercera cara (7c)
adyacente a la segunda cara (7b), en la primera parte del extremo
en la dirección del eje (6') de la celda (6) y un cuarto elemento
(14'd) que tiene una disposición helicoidal realizada por corte y
doblado de una porción de una cuarta cara (7d) de la pared
periférica (7) de la celda (6) adyacente a las caras tercera y
primera (7c, 7a), en el segundo tramo del extremo de la pared
periférica (7) en la dirección del eje (6') de la celda (6).
3. Rejilla-travesaño, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada
porque los elementos que tienen una disposición helicoidal (14'a,
14'c) y situados en el segundo tramo del extremo de la pared
periférica (7) en la dirección del eje (6') de la celda (6) están
en voladizo respecto al borde del extremo de la pared periférica
(7) del segundo extremo de la pared periférica y doblados hacia las
celdas vecinas de la celda (6) en la pared periférica (7) en la que
han sido cortados.
4. Rejilla-travesaño, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada
porque los elementos que tienen una disposición helicoidal cortados
en la pared periférica (7) de la celda (6) tienen una inclinación
respecto al eje (6') de la celda (6) de aproximadamente 30º.
5. Rejilla-travesaño, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada
porque los elementos que tienen una disposición helicoidal (14a,
14'a, 14b, 14'b, 14c, 14'c, 14d, 14'd) cortados en la pared
periférica (7) de la celda (6) están doblados, en la dirección
axial (6') y en una dirección de arrollamiento helicoidal según la
que se disponen, alternativamente, hacia el interior de la celda
(6) y hacia el exterior de la celda (6) en una celda vecina de la
celda (6).
6. Rejilla-travesaño, según la
reivindicación 5, caracterizada porque los elementos que
tienen una disposición helicoidal están cortados y doblados en la
celda (6) y en las celdas adyacentes, de tal manera que el sentido
de arrollamiento de los elementos helicoidales está invertido entre
la celda (6) y cualquier celda adyacente.
7. Rejilla-travesaño, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada
porque comprende, además de los elementos (14a, 14'a, 14b, 14'b,
14c, 14'c, 14d, 14'd) que tienen una disposición helicoidal y que
constituyen resaltes de apoyo elástico de las varillas de
combustible (2), resaltes rígidos (21a, 21b) realizados por corte y
conformación del metal de la pared de la celda (6).
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