Elemento de combustible para un reactor de agua a presión.

Elemento de combustible para un reactor nuclear con un haz de varillas de combustible,

como mínimo, unseparador (2) con celdas (5) que están rodeadas, como mínimo, por una sección laminar, realizada en un primermaterial (6), y varios tubos de guiado, que atraviesan cada uno una celda (5) y están fijados en la misma de formaaxial, realizados en un segundo material que presenta dilatación térmica distinta de la del primer material, de maneraque para la unión del tubo de guiado (3) y del separador (2)

- en el tubo de guiado (3) están fijados un primer y un segundo salientes (7, 8) de manera directa o indirecta,de manera que los primeros salientes (7) están dispuestos en una primera posición axial (I) y los segundos salientes(8) están dispuestos en una segunda posición axial (II), y

- los salientes (7, 8) se sujetan cada uno en una ventana (9) que atraviesa una sección de elemento laminar(6) con formación de una zona destalonada que actúa axialmente,

caracterizado porque

que en el caso de una gran dilatación térmica del tubo de guiado (3), las caras dirigidas en oposición una conrespecto a la otra y en el caso de una dilatación grande de la sección de elemento laminar (6), las caras dirigidasuna hacia la otra de los salientes (7, 8) interaccionan de manera correspondiente con una zona de tope de laventana (9), que presenta, como mínimo, un borde oblicuo (13, 27), dirigido oblicuamente con respecto a la direcciónlongitudinal del separador (2) o del tubo de guiado (3) que, con un saliente (7, 8), constituye una unión deacuñamiento con avance.

Elemento de combustible para un reactor de agua a presión La invención se refiere a un elemento de combustible para un reactor de agua a presión. Un elemento de combustible de este tipo comprende un haz de varillas de combustible, como mínimo, un soporte separador con celdas, por ejemplo, de forma cuadrada, que están limitadas, como mínimo, por una sección de elemento laminar de un primer material y múltiples tubos de guiado de un segundo material, que atraviesan igualmente una celda. Los separadores están fijados axialmente sobre los tubos de guiado. Cuando los separadores y los tubos de guiado están realizados en aleaciones de circonio es posible una unión por soldadura. No obstante, si una de las piezas en consideración está realizada en Inconel o acero y la otra pieza está realizada en una aleación de circonio, por ejemplo, Zircaloy, no es posible una unión por soldadura. Además, constituye un problema el hecho de que los materiales indicados tienen diferentes coeficientes de dilatación térmica y de manera correspondiente diferentes dilataciones térmicas. Cuando tiene lugar el calentamiento de un elemento de combustible a temperatura de trabajo se pueden generar, por lo tanto, tensiones de soldadura y de soldeo. Las uniones por conexión de forma tienden además, en el calentamiento del elemento de combustible, a no presentar una fijación tan efectiva como en frío. Por los documentos DE 2 259 495 A y DE 26 05 594 se dan a conocer elementos de combustible en los que la unión entre el tubo de guiado y el separador está dispuesta de forma tal que la dilatación relativa debida al calentamiento no debilita la solidez de la unión indicada. Esto se consigue porque, en el tubo de guiado, están fijados de manera directa o indirecta, un primer saliente en una primera posición axial y un segundo saliente en una segunda posición axial, y dichos salientes se introducen en correspondientes ventanas de un tramo de elemento laminar.

Partiendo de ello, es el objetivo de la invención dar a conocer un elemento de combustible para un reactor de agua a presión en el que el separador y el tubo de guiado realizados en materiales que presentan diferentes dilataciones térmicas están unidos de manera alternativa entre sí, y en particular de manera que la deformación del material en la zona de la ventana, como mínimo, se reduce.

Este objetivo es conseguido de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 9 por una unión entre el tubo de guiado y el separador, mediante la cual en el caso de una dilatación térmica más elevada de los tubos de guiado los lados alejados entre sí, y en caso de una dilatación más elevada de un separador o bien de la sección laminar que constituye una de sus celdas, los lados de los salientes que están dirigidos uno hacia el otro, interaccionan de manera correspondiente con una zona de tope de una ventana. De esta manera, se garantiza, en primer lugar, que para un desplazamiento relativo producido por calentamiento entre el separador y los tubos de guiado no se suelta la unión mecánica entre las piezas indicadas, sino que, al contrario, es más firme puesto que los salientes son 35 presionados con mayor fuerza sobre las zonas de tope correspondientes de la ventana. Por lo tanto, no es necesario alcanzar ya en situación de montaje, es decir, a temperatura ambiente, la resistencia final posterior en situación de trabajo. Un pequeño juego después del montaje, entre el saliente y la zona de tope de la ventana desaparece, a lo más tardar, al alcanzar la temperatura de funcionamiento. A causa del el movimiento relativo entre el separador y los tubos de guiado durante el calentamiento del elemento de combustible, se puede producir la deformación de la zona de tope de una ventana. La deformación se puede mantener, no obstante, en un valor reducido mediante un pequeño juego a temperatura ambiente entre los salientes y de las zonas de tope. Una marcada deformación del material en la zona de una ventana se disminuye de esta manera o se evita por completo, de forma que una zona de tope de una ventana tiene, como mínimo, un borde oblicuo, como mínimo, dispuesto oblicuamente con respecto a la dirección longitudinal del separador o bien de un tubo de guiado, que constituye con un saliente, una conexión de 45 cuña de empuje. Este tipo de unión, resulta más firme con un movimiento relativo creciente entre el separador y los tubos de guiado a causa del acuñamiento al aumentar el calentamiento. Por la magnitud de la disposición oblicua de los bordes oblicuos se puede conseguir la adecuación a diferencias más o menos acentuadas en el comportamiento de dilatación térmica de los materiales combinados entre sí. La deformación de una sección de elemento laminar en la zona del borde de la ventana puede ser compensada de este modo, de manera que un saliente está dotado de una superficie oblicua que interacciona con la mencionada zona oblicua. De esta manera, se aumenta la superficie de tope opuesta y de manera correspondiente distribuye las fuerzas que actúan sobre un borde oblicuo. La compresión superficial más reducida que se alcanza de este modo produce una deformación correspondientemente más reducida de una sección de elemento laminar en la zona del borde oblicuo.

En otra disposición preferente, se prevé que la mencionada superficie oblicua de un saliente presente adicionalmente una posición oblicua en dirección radial, y que sujete el borde oblicuo de una ventana en la dirección periférica, por lo menos parcialmente, de manera que en caso de un movimiento relativo entre la sección de elemento laminar y el tubo de guiado, la sección de elemento radial recibirá una componente de fuerza que actúa radialmente hacia dentro. De esta manera, una sección de elemento laminar es presionada en caso de un movimiento relativo entre separador y tubo de guiado, a causa de la acción del impulso de la fuerza que se ha indicado, contra la superficie periférica del tubo de guiado. Además, se impide que la sección de elemento laminar se deforme radialmente hacia afuera al superar el destalonado que actúa axialmente entre saliente y ventana radialmente hacia afuera.

Básicamente, se puede pensar que los salientes previstos directamente sobre el tubo de guiado, presionando estos con ayuda de una herramienta de vástago hacia afuera de la superficie periférica de manera radial. En una disposición preferente, se prevé, no obstante, que los salientes no estén unidos directamente con el tubo de guiado, sino que queden soportados por un manguito superior y un manguito inferior que están desplazados sobre un tubo de guiado y que abarcan a éste con fijación axial en la zona de un separador. La fijación de los manguitos sobre el tubo de guiado tiene lugar preferentemente mediante una soldadura, lo cual presupone que los manguitos y los 5 tubos de guiado están realizados con materiales soldables entre sí, por ejemplo, en ambos casos, a base de acero inoxidable. Mediante los manguitos que soportan los salientes, el montaje resulta más fácil. Los manguitos son fijados en primer lugar en la parte superior y en la parte inferior de un separador, siendo introducidos en una celda en tal medida que los salientes quedan introducidos en la ventana de la sección de elemento laminar. A continuación, un tubo de guiado es introducido de manera pasante por los manguitos fijados en el separador. Puesto que los salientes deben sujetar una ventana con recorte efectivo axialmente, la anchura libre entre dos salientes opuestos diametralmente es forzosamente mayor que la anchura libre de una celda de separador que tiene, por ejemplo, forma cuadrada. Para posibilitar la introducción de un manguito en una celda, inicialmente se deben ensanchar por lo tanto, las secciones de elemento laminar de forma radial hacia fuera. En una disposición preferente, se prevé que los salientes no estén dispuestos directamente en la periferia externa de los manguitos,

sino sobre el lado externo de brazos, que se prolongan axialmente de la cara frontal de un manguito dirigida hacia el separador. En el montaje, los brazos pueden ser presionados radialmente hacia dentro, de manera que el manguito se pueden introducir con sus brazos por delante en una celda. Cuando los salientes han alcanzado la ventana, los brazos actúan elásticamente radialmente hacia afuera, de manera que los salientes sujetan la ventana por detrás.

En otra disposición preferente adicional, se prevé que un separador presente celdas rectangulares constituidas a base de cuatro secciones laminares, y que en un manguito se dispongan cuatro brazos dirigidos de manera correspondiente a la zona media a una sección de elemento laminar, de manera que las secciones de elemento laminar presenten una zona de soporte dirigida radialmente y ensanchadas de forma radial en su borde superior y en su... [Seguir leyendo]

1. Elemento de combustible para un reactor nuclear con un haz de varillas de combustible, como mínimo, un separador (2) con celdas (5) que están rodeadas, como mínimo, por una sección laminar, realizada en un primer

material (6) , y varios tubos de guiado, que atraviesan cada uno una celda (5) y están fijados en la misma de forma axial, realizados en un segundo material que presenta dilatación térmica distinta de la del primer material, de manera que para la unión del tubo de guiado (3) y del separador (2)

-en el tubo de guiado (3) están fijados un primer y un segundo salientes (7, 8) de manera directa o indirecta, de manera que los primeros salientes (7) están dispuestos en una primera posición axial (I) y los segundos salientes

(8) están dispuestos en una segunda posición axial (II) , y

- los salientes (7, 8) se sujetan cada uno en una ventana (9) que atraviesa una sección de elemento laminar

(6) con formación de una zona destalonada que actúa axialmente, caracterizado porque

que en el caso de una gran dilatación térmica del tubo de guiado (3) , las caras dirigidas en oposición una con respecto a la otra y en el caso de una dilatación grande de la sección de elemento laminar (6) , las caras dirigidas una hacia la otra de los salientes (7, 8) interaccionan de manera correspondiente con una zona de tope de la ventana (9) , que presenta, como mínimo, un borde oblicuo (13, 27) , dirigido oblicuamente con respecto a la dirección longitudinal del separador (2) o del tubo de guiado (3) que, con un saliente (7, 8) , constituye una unión de acuñamiento con avance.

2. Elemento de combustible, según la reivindicación 1, caracterizado porque un saliente (7, 8) presenta una superficie oblicua (19, 33) que interacciona con el borde oblicuo (13, 27) .

3. Elemento de combustible, según la reivindicación 2, caracterizado porque la superficie oblicua (33) presenta adicionalmente una posición oblicua en dirección radial, y el borde oblicuo (27) en dirección radial, y sujeta el borde oblicuo (27) en dirección periférica, de manera tal que, para un desplazamiento relativo entre la sección de elemento laminar (6) y el tubo de guiado (3) , la sección de elemento laminar (6) recibe la acción de una componente de fuerza que actúa radialmente.

4. Elemento de combustible, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el tubo de guiado (3) en la zona de un separador (2) está fijado axialmente por un manguito superior y un manguito inferior (16) , de manera que el manguito superior (16) soporta primeros salientes (7) y el manguito inferior soporta segundos salientes (8) .

5. Elemento de combustible, según la reivindicación 4, caracterizado porque en la cara frontal (32) de un manguito (16) , dirigida hacia el separador (2) , se prolongan varios brazos (17) de forma axial, de manera que los salientes (7, 8) están dispuestos en las caras externas de los brazos (17) .

6. Elemento de combustible, según la reivindicación 5, caracterizado porque la caras internas de los brazos (17) descansan sobre la superficie periférica del tubo de guiado (3) .

7. Elemento de combustible, según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el separador (2) presenta celdas (5) rectangulares constituidas por cuatro secciones laminares (6) y porque en un manguito (16) existen cuatro brazos

(17) dirigidos a la zona media de una sección de elemento laminar (6) , de manera que las secciones de elemento 45 laminar (6) presentan una zona de soporte (18) que se extiende radialmente con respecto a su borde superior y a su borde inferior, en la que el brazo (17) asociado se extiende en su interior de forma axial y radial y se acopla con su saliente (7, 8) en una ventana (9) .

8. Elemento de combustible, según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque el separador (2) presenta celdas (5) constituidas por cuatro secciones de elemento laminar (6) y porque en un manguito (16) se encuentran cuatro brazos (17) dirigidos hacia las zonas de esquina (24) de la celda, y porque en la zona de la esquina (24) de la celda, en cada elemento laminar (6) está prevista una ventana superior y una ventana inferior (9) , de manera que el saliente (7, 8) de un brazo (17) , se introduce simultáneamente en dos ventanas superiores o bien dos ventanas inferiores (9) de una zona de esquina (24) de la celda.

9. Elemento de combustible para un reactor nuclear con un haz de varillas de combustible, como mínimo, un separador (2) con celdas (5) , que están rodeadas, como mínimo, por una sección laminar, realizada en un primer material (6) , y varios tubos de guiado (7) , que atraviesan cada uno una celda (5) y están fijados en la misma, realizados en un segundo material que presenta dilatación térmica distinta de la del primer material, de manera que para la unión del tubo de guiado (3) y del separador (2)

- en el tubo de guiado (3) están fijados un primer y un segundo salientes (7, 8) de manera directa o indirecta, de manera que los primeros salientes (7) están dispuestos en una primera posición axial (I) y los segundos salientes (8) están dispuestos en una segunda posición axial (II) , y

-los salientes (7, 8) se sujetan cada uno en una ventana (9) que atraviesa una sección de elemento laminar

(6) con constitución de una zona destalonada que actúa axialmente, caracterizado porque,

- los salientes (7, 8) tienen forma de cuña en sección longitudinal, de manera que presentan una superficie oblicua (19) que está dirigida en alejamiento de la superficie periférica del tubo de guiado (3) y se extienden tangencialmente con respecto al mismo,

-los salientes (7, 8) se sujetan en la ventana (9) y hacen tope sobre el borde interno (20) de una zona receptora (18) de las secciones de elemento laminar (6) con su superficie oblicua (19) ,

- y el borde interno (20) de las zonas receptoras (18) y de la superficie oblicua (19) interaccionan a modo de una conexión de cuña de empuje

10. Elemento de combustible, según la reivindicación 9, caracterizado porque el tubo de guiado (3) está fijado axialmente por un manguito superior y un manguito inferior (16) en la zona del separador (2) , de manera que el manguito superior (16) soporta primeros salientes (7) y el manguito inferior soporta segundos salientes (8) .

11. Elemento de combustible, según la reivindicación 10, caracterizado porque los manguitos (16) están fijados al 15 tubo de guiado (3) por soldadura.

12. Elemento de combustible, según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque varios brazos (17) se prolongan axialmente en alejamiento desde la cara frontal (32) de un manguito (16) opuesto al separador (2) , de manera que los salientes (7, 8) están dispuestos sobre las caras externas de los brazos (17) .

13. Elemento de combustible, según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque la zona receptora (18) está formada por una zona superior o zona inferior de las secciones de elemento laminar (6) , cuya zona se prolonga radialmente hacia afuera y se dirige hacia el manguito (16) , y en cuya zona se extienden los brazos (17) axialmente y radialmente.

14. Elemento de combustible, según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque la ventana (9) tiene forma de sección rectangular y se extiende, en su dirección longitudinal, transversalmente a la dirección longitudinal del elemento de combustible (1) , o transversalmente al eje longitudinal central del tubo de guiado (3) .