CONJUNTO DE COMBUSTIBLE NUCLEAR CON UNA REJILLA ESPACIADORA DE SOPORTE Y BLOQUEO.

Conjunto de combustible nuclear con una rejilla espaciadora de soporte y bloqueo Antecedentes de la invención 1. Campo de la Invención La presente invención se refiere en general a un conjunto de combustible para reactor nuclear y más en particular a un conjunto de combustible nuclear que emplea una rejilla espaciadora que aplica presión sobre el encamisado de las barras de combustible una vez que las barras de combustible están cargadas en el conjunto de combustible. En el documento GB 1 312 739 A se encuentra un ejemplo de dicha rejilla espaciadora. 2. Descripción de la Técnica Anterior El lado primario de los sistemas de generación de potencia de reactores nucleares enfriados con agua a presión comprende un circuito cerrado que está aislado y en relación de intercambio de calor con un lado secundario para la producción de energía útil. El lado primario comprende la vasija del reactor nuclear que encierra una estructura de núcleo interior que soporta una pluralidad de conjuntos de combustible que contienen material fisionable, el circuito principal dentro de los generadores de vapor por intercambio de calor, el volumen interior de un presurizador, bombas y tuberías para hacer circular agua a presión; conectando las tuberías cada uno de los generadores de vapor y bombas a la vasija del reactor independientemente. Cada una de las partes del lado primario que comprende un generador de vapor, una bomba y un sistema de tuberías que están conectadas a la vasija forman un lazo del lado primario. Con fines de ilustración, la Fig. 1 muestra un sistema principal de reactor nuclear simplificado, que incluye una vasija 10 de presión del reactor con un cabezal 12 de bloqueo que encierra un núcleo 14 nuclear. Un refrigerante líquido del reactor, tal como agua, es bombeado dentro de la vasija 10 mediante una bomba 16 a través del núcleo 14 que absorbe energía calorífica y descargado en un intercambiador 18 de calor, típicamente denominado generador de vapor, en el que se transfiere el calor a un circuito de utilización (no representado), tal como un turbogenerador accionado por vapor. Luego se devuelve el refrigerante del reactor a la bomba 16, completando el lazo principal. Típicamente, una pluralidad de los circuitos de reacción anteriormente mencionados está conectada a una única vasija 10 del reactor mediante unas tuberías 20 de refrigerante del reactor. En la Fig. 2 se muestra en mayor detalle un diseño de un reactor ejemplar. Adicionalmente al núcleo 14 que comprende una pluralidad de conjuntos 22 de combustible que se coextienden paralela y verticalmente, a efectos de esta descripción las demás estructuras internas de la vasija pueden ser divididas en los internos inferiores 25 y los internos superiores 26. En diseños convencionales, la función de los internos inferiores es la de soportar, alinear y guiar los componentes y la instrumentación del núcleo así como dirigir el flujo dentro de la vasija. Los internos superiores sujetan o proporcionan una sujeción secundaria para los conjuntos 22 de combustible (de los cuales sólo se representan dos en esta figura por simplicidad), y soportan y guían la instrumentación y los componentes tales como las barras 28 de control. En el reactor ejemplar mostrado en la Fig. 2, el refrigerante entra en la vasija 10 del reactor a través de una o más toberas 30 de entrada, fluye hacia abajo a través de un anillo situado entre la vasija y el barrilete 32 del núcleo, efectúa un giro de 180º en una cámara 34 de empuje inferior, pasa hacia arriba a través de una placa 37 de soporte inferior y de una placa 36 inferior de núcleo, en las que están asentados los conjuntos 22 de combustible, y a través, y alrededor de, los conjuntos. En algunos diseños, la placa 37 de soporte inferior y la placa 36 inferior de núcleo están reemplazadas por una única estructura, la placa de soporte inferior del núcleo, en la misma elevación que la placa 37. El flujo del refrigerante a través del núcleo y de la zona 38 de alrededor es típicamente elevado, en el orden de 1.418.436 litros por minuto a una velocidad de 6 metros por segundo aproximadamente. La caída de presión y las fuerzas de fricción resultantes tienden a hacer que los conjuntos de combustible se eleven, cuyo movimiento es restringido por los internos superiores, incluyendo una placa 40 circular y superior del núcleo. El refrigerante que sale del núcleo 14 fluye a lo largo de la cara inferior de la placa 40 superior del núcleo y asciende a través de una pluralidad de perforaciones 42. Luego el refrigerante asciende radialmente hasta una o más toberas 44 de salida. Los internos superiores 26 pueden estar colgadas de la vasija o del cabezal de la vasija e incluir un conjunto 46 de soporte superior. Entre el conjunto 46 de soporte superior y la placa 40 superior del núcleo se transmiten cargas, principalmente mediante una pluralidad de columnas soporte 48. Una columna soporte está alineada por encima de un conjunto 22 de combustible seleccionado y de unas perforaciones 42 en la placa 40 superior del núcleo. Las barras 28 de control, linealmente móviles, típicamente incluyen un eje motriz 50 y un conjunto 52 de araña con barras de veneno de neutrones que están guiadas a través de los internos superiores 26 y dentro de los conjuntos 22 de combustible alineados mediante unos tubos guía 54 de las barras de control. Los tubos guía están unidos fijamente al conjunto 46 de soporte superior y conectados por un pasador partido 56, encajado por fuerza en la 2 E09005185 24-11-2011   parte superior de la placa 40 superior del núcleo. La configuración del pasador facilita el montaje del conjunto de tubos guía y su reemplazo si fuera necesario, y asegura que las cargas del núcleo, particularmente ante un seísmo u otras condiciones accidentales de carga elevada, sean recibidas principalmente por las columnas soporte 48 y no por los tubos guía 54. Esta disposición de columnas soporte ayuda a retardar la deformación de los tubos guía ante unas condiciones accidentales que podrían afectar negativamente a la capacidad de inserción de la barra de control. La Fig. 3 es una vista en alzado, representada en una forma acortada verticalmente, de un conjunto de combustible designado generalmente por el número de referencia 22. El conjunto 22 de combustible es del tipo usado en un reactor de agua a presión y tiene una armadura estructural que, en su extremo inferior, incluye una tobera inferior 58. La tobera inferior 58 soporta el conjunto 22 de combustible sobre una placa 60 inferior de soporte del núcleo en la zona del núcleo del reactor nuclear (la placa 60 inferior de soporte del núcleo está representada por el número de referencia 36 en la Fig. 2). Adicionalmente a la tobera inferior 58, la armadura estructural del conjunto 22 de combustible también incluye una tobera superior 62 en su extremo superior y un número de tubos guía o canales ciegos 54, que se extienden longitudinalmente entre las toberas 58 y 62 inferior y superior y en extremos opuestos y que están sujetos a las mismas por sus extremos opuestos. El conjunto 22 de combustible incluye adicionalmente una pluralidad de rejillas 64 transversales separadas axialmente a lo largo de, y montadas en, los canales ciegos 54 de guía (también denominados tubos guía), y un conjunto organizado de barras 66 de combustible alargadas, separadas transversalmente y soportadas por las rejillas 64. Aunque en la Fig. 3 no puede apreciarse, las rejillas 64 están formadas convencionalmente a partir de unas tiras ortogonales que están entrecruzadas en un patrón de nido de abeja, definiendo la interfaz adyacente de cuatro tiras aproximadamente unas celdas cuadradas de soporte mediante las cuales las barras 66 de combustible están soportadas en una relación transversalmente separada las unas con respecto a las otras. En muchos diseños convencionales hay unas protuberancias elásticas estampadas en las paredes opuestas de las tiras que forman las celdas de soporte. Las protuberancias elásticas se extienden radialmente dentro de las celdas de soporte y capturan las barras de combustible entre las mismas, ejerciendo presión sobre el encamisado de la barra, para sujetar las barras en su posición. Además, el conjunto 22 tiene un tubo 68 de instrumentación situado en el centro del mismo que se extiende entre, y está montado en, las toberas 58 y 62 inferior y superior. Con tal disposición de partes, el conjunto 22 de combustible forma una unidad integral capaz de ser manejada de manera conveniente sin dañar el conjunto de partes. Tal como se ha mencionado anteriormente, las barras 66 de combustible del conjunto de las mismas del conjunto 22 están sujetas en relación separada entre sí mediante las rejillas 64 separadas a todo lo largo del conjunto de combustible. Cada barra 66 de combustible incluye una pluralidad de pastillas 70... [Seguir leyendo]

un conjunto paralelo de una pluralidad de barras (114) de combustible nuclear alargadas soportadas entre una tobera inferior y una tobera superior, y que tiene una longitud axial a lo largo de la dimensión longitudinal de las barras (114) de combustible nuclear, una pluralidad de rejillas de soporte separadas, dispuestas en tándem a todo lo largo del eje de las barras (114) de combustible entre la tobera superior y la tobera inferior, encerrando al menos parcialmente una porción axial de la circunferencia de cada barra de combustible dentro de una celda (94) de soporte de las rejillas de soporte para mantener una separación lateral entre las barras de combustible, comprendiendo al menos una de las rejillas de soporte; una rejilla base (90) en nido de abeja con una pluralidad de tiras (84, 86) entrecruzadas ortogonales que definen las celdas (94) de soporte en la intersección de cada una de las cuatro tiras (84, 86) adyacentes que rodean las barras (114) de combustible, formando un tramo de cada tira entre las intersecciones de las cuatro tiras adyacentes una pared (96) de la correspondiente celda (94) de soporte y caracterizado por una camisa (92) de soporte y bloqueo adaptada para encajar dentro de al menos una de las celdas (94) de soporte y, en una primera orientación, recibir holgadamente la barra (114) de combustible nuclear a través de la misma y, en una segunda orientación, ejercer una presión transversal sobre la barra (114) de combustible para restringir axialmente la barra (114) de combustible, siendo rotativa la camisa (92) de soporte y bloqueo entre la primera orientación y la segunda orientación. 2.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 1, que incluye medios para restringir la rotación de la camisa (92) de soporte y bloqueo cuando la camisa de soporte y bloqueo es rotada a la segunda orientación. 3.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 2, en el cual los medios para restringir la rotación de la camisa (92) de soporte y bloqueo comprenden uno de entre un elemento de bloqueo macho o hembra en al menos una pared (96) de la celda (94) de soporte, y otro de entre el elemento de bloqueo macho o hembra en al menos una pared de la camisa (92) de soporte y bloqueo. 4.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 3, en el cual los elementos de bloqueo macho y hembra son respectivamente un saliente (102) y un agujero (104), en el cual la protuberancia (102) tiene un tamaño para encajar dentro del agujero (104) cuando están alineados 5.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 2, en el cual los medios para restringir la rotación de la camisa (92) de soporte y bloqueo cuando la camisa de soporte y bloqueo es rotada a la segunda orientación también restringen el movimiento axial de la camisa (92) de soporte y bloqueo con respecto a la celda (94) de soporte cuando la camisa de soporte y bloqueo está en la segunda orientación. 6.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 1, en el cual la camisa (92) de soporte y bloqueo es una camisa de casi cuatro lados con unas esquinas (100) generalmente redondeadas que están radialmente abultadas hacia fuera, extendiéndose las paredes (98) de la camisa (92) de soporte y bloqueo entre las esquinas abultadas (100), y está configurada de tal manera que cuando se rota la camisa (92) de soporte y bloqueo entre la primera orientación en la que las esquinas están sustancialmente alineadas con la intersección entre las tiras (84, 86), y la segunda orientación en la que las esquinas (100) están sustancialmente alineadas con una sección media de las paredes (96) de las celdas (94) de soporte entre la intersección entre las tiras adyacentes, al menos dos paredes (98) de la camisa (92) de soporte y bloqueo se doblan radialmente hacia dentro para ejercer una fuerza lateral sobre la correspondiente barra (114) de combustible y restringir axialmente la barra de combustible. 7.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 6, en el cual cuando la camisa (92) de soporte y bloqueo es rotada a la segunda orientación, las cuatro paredes (98) de la camisa (92) de soporte y bloqueo se doblan radialmente hacia dentro para ejercer una fuerza lateral sobre la correspondiente barra (114) de combustible y restringir axialmente la barra de combustible. 8.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 6, en el cual al menos una pared (98) de la camisa (92) de soporte y bloqueo, que se dobla hacia radialmente dentro, hace contacto con la barra (114) de combustible sobre toda la altura de la pared (98) de la camisa de soporte y bloqueo. 9.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 1, en el cual la altura en la dirección axial de una pared E09005185 24-11-2011   (96) de las celdas (94) de soporte es mayor que la correspondiente altura de una pared de la camisa (92) de soporte y bloqueo. 10.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 1, en el cual las celdas (94) de soporte, con una camisa (92) de soporte y bloqueo encajada en las mismas, presentan un tope desmontable que está adjunto a una porción inferior de al menos una pared de la camisa de soporte y bloqueo, fuera de la ruta de la barra (114) de combustible que se extiende a través de la camisa (92) de soporte y bloqueo, soportando el tope desmontable la camisa (92) de soporte y bloqueo en la dirección axial cuando la camisa de soporte y bloqueo está en la primera orientación. 11.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 10, en el cual el tope desmontable es una barra (122) de posicionamiento que pasa a través de, y está soportada por, unas aberturas (124) en la porción inferior de dos paredes (98) de la camisa (92) de soporte y bloqueo. 12.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 11, en el cual la barra (122) de posicionamiento pasa a través de, y está soportada por, unas aberturas en la porción inferior de dos paredes (98) opuestas de la camisa (92) de soporte y bloqueo. 13.- El conjunto de combustible nuclear de la Reivindicación 10, en el cual el tope desmontable comprende al menos dos barras (122) de posicionamiento, una a cada lado de la ruta de la barra de combustible. 14.- Un procedimiento para cargar una barra (114) de combustible en una armadura alargada de un conjunto (10) de combustible nuclear que tiene una dirección axial a lo largo de una dimensión longitudinal del conjunto de combustible, una tobera inferior, una pluralidad de tubos ciegos (54) separados transversalmente y sujetos por un extremo a la tobera inferior y que se extienden axialmente hasta una tobera superior que será sujetada al otro extremo de los tubos ciegos (54) una vez que se haya insertado un conjunto de barras (114) de combustible dentro de la armadura del conjunto de combustible, y una pluralidad de rejillas (96) de soporte separadas y dispuestas en tándem a lo largo de la longitud axial de los tubos ciegos (54) y que están sujetas a al menos parte de los tubos ciegos (54), estando diseñadas las rejillas de soporte para al menos encerrar parcialmente una porción axial de la circunferencia de cada barra (114) de combustible dentro de una celda (94) de soporte de las rejillas de soporte para mantener una separación lateral entre las barras (114) de combustible, en el cual al menos una de las rejillas de soporte comprende una rejilla base (90) en nido de abeja con una pluralidad de tiras entrecruzadas ortogonales que definen las celdas (94) de soporte en la intersección de cada una de las cuatro tiras adyacentes que rodean las barras (114), formando un tramo de cada tira entre las intersecciones de las cuatro tiras adyacentes una pared (96) de la correspondiente celda (94) de soporte, y una camisa (92) de soporte y bloqueo está adaptada para encajar dentro de al menos una de las celdas (94) de soporte y, en una primera orientación, para recibir holgadamente la barra (114) de combustible nuclear a través de la misma y, en una segunda orientación, ejercer una presión transversal sobre la barra de combustible para cargar y restringir axialmente la barra de combustible, siendo rotativa la camisa (92) de soporte y bloqueo entre la primera orientación y la segunda orientación, comprendiendo el procedimiento las etapas de: mantener en la primera orientación todas las camisas (92) de soporte y bloqueo que estén en alineación axial; insertar completamente una barra (114) de combustible en el conjunto (10) de combustible a través de cada una de las camisas (92) de soporte y bloqueo situadas en posición axialmente transversal en la armadura del conjunto de combustible en el que la barra de combustible es insertada; y cargar la barra (114) de combustible para ejercer una presión transversal sobre la barra de combustible, una vez que la barra de combustible esté completamente insertada en la armadura del conjunto de combustible, moviendo a la segunda orientación la camisa (92) de soporte y bloqueo que rodea la barra de combustible. 15.- El procedimiento de la Reivindicación 14, en el cual la etapa de carga incluye la etapa de rotar la camisa (92) de soporte y bloqueo 45º alrededor de la celda (94) de soporte. 16.- El procedimiento de la Reivindicación 15, en el cual la camisa (92) de soporte y bloqueo es una camisa con casi cuatro lados que tiene unas esquinas (100) generalmente redondeadas que están radialmente abultadas hacia fuera, y la etapa de rotación incluye las etapas de capturar al menos dos esquinas adyacentes de la camisa (92) de soporte y bloqueo con una herramienta (106) que tiene unas uñas (112) que se extienden dentro de los correspondientes abultamientos y un brazo (108) de palanca, y rotar el brazo de palanca para rotar la camisa (92) de soporte y bloqueo dentro de la celda (94) de soporte 17.- El procedimiento de la Reivindicación 16, que incluye la etapa de acceder a la camisa (92) de soporte y 11 E09005185 24-11-2011   bloqueo con la herramienta (106) desde un lado inferior de la rejilla (90) de soporte. 18.- El procedimiento de la Reivindicación 14, que incluye la etapa de bloquear la camisa (92) de soporte y bloqueo en la segunda orientación. 19.- El procedimiento de la Reivindicación 14, que incluye las etapas de insertar una barra (122) de posicionamiento desmontable en una porción inferior de la celda (94) de soporte fuera de la ruta que seguirá la barra (114) de combustible cuando sea insertada previamente a la etapa de insertar completamente la barra de combustible; e insertar la camisa (92) de soporte y bloqueo dentro de la celda (94) de soporte en la primera orientación. 20.- El procedimiento de la Reivindicación 19, que incluye la etapa de retirar la barra de posicionamiento de la celda (94) de soporte una vez que se haya movido la camisa (92) de soporte y bloqueo a la segunda orientación. 12 E09005185 24-11-2011   13 E09005185 24-11-2011   14 E09005185 24-11-2011   E09005185 24-11-2011   16 E09005185 24-11-2011   17 E09005185 24-11-2011   18 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