Brevet FR2003137A1 — publié le 19691107

La présente invention a pour objet un perfectionnement des générateurs de vapeur, plus particulièrement des générateurs dans lesquels le chauffage s'effectue par l'intermédiaire d'un métal à l'état liquide. L'utilisation d'un métal liquide comme moyen de chauffage dans les générateurs, pose de nombreux problèmes de conception et de fabrication. Le métal liquide peut Aetre utilisé à des pressions relativement basses, mais pour des raisons de rendement thermique, l'eau doit être maintenue à très haute pression. L'eau est généralement transformée en vapeur, en circulant dans des tubes qui recoivent les calories dtun métal à l'état liquide circulant à l'intérieur du corps du générateur.Différentes précautions doivent être prises pour réduire les tensions thermiques en régime stabilisé ou en régime temporaire dans les parties épaisses telles les plaques qui supportent les tubes et qui séparent l'eau ou la vapeur du métal liquide e Ceci est dû au fait que le coefficient d'échange thermique dans le cas d'utilisation de métal liquide est très élevé, et au fait que les parties soumises à la vapeur à très haute température doivent Autre très épaisses. Les tubes destinés au transfert des calories du métal liquide à l'eau devant traverser la plaque tubulaire et étant forcément en contact avec l'eau, cet ensemble de tubes est généralement constitué par des alliages de très haute qualité. I1 en résulte un prix de construction excessif et très -supérieur à celui des générateurs classiques. Depuis quelques années, dans les générateurs verticaux, on a cherché à éviter le contact entre la plaque tubulaire et le métal liquide en créant un matelas de gaz inerte. L'épaisseur de ce matelas atteint un mètre et plus et elle est nécessaire pour eviter tout contact entre le métal liquide et la plaque dans tous les cas, soit en régime stabilisé soit en régime transitoire. On a également proposé d'ajouter une seconde plaque tubulaire séparée de la plaque principale et destinée à jouer le rôle de bouclier thermique A titre d'exemple un tel dispositif est décrit dans le brevet des E.U.A. n" 2 915 295. Cette solution présente un inconvénient, rencontré d'ailleurs également dans les générateurs classiques et qui est dû à l'existence d'interstices entre les tubes et leur support. La péndtration des fluides dans ces passages occasionne une corrosion des tubes, et les tensions engendrées par les dilatations créent des fatigues mécaniques importantes. En conformité avec l'invention, les tubes sont fixés à une plaque tubulaire classique, et une seconde plaque tubulaire auxiliaire est rapportée à une distance déterminée de la première. Cette seconde plaque est rendue solidaire des tubes par des soudures étanches he présentant pas d'interstices qui pourraient permettre le passage du fluide. Cette étanchéité totale est obtenue en pratiquant la soudure par l'intérieur des tubes au droit de l'alésage correspondant dans la plaque auxiliaire. Aucune des deux plaques n'est ainsi soumise à la différence totale des températures. Les contraintes thermiques sont donc réduites au minimum. Le volume compris entre les deux plaques peut être rempli par un gaz inerte comprimé à une pression intermédiaire entre celle du métal liquide et celle de l'eau; de ce fait, on dispose d'un moyen pratique pour contrôler les fuites de chaque liquide. D'après ce qui précède, les buts recherchés dans la présente invention sont les suivants Etablir un nouveau type de générateur et le procédé de fabrication s'y rapportant, ce générateur est spécialement adapté à l'utilisation du chauffage par un métal liquide. La corrosion interne est réduite au minimum en empechant le passage des fluides dans les interstices enfin, ce générateur possède une très bonne résistance aux contraintes thermiques, en fonctionnement stabilisé et dans les régimes transitoires. D'autres avantages ressortiront de la description détaillée qui va suivre et des dessins annexés sur lesquels Ce résultat est obtenu par un générateur composé d'une enveloppe extérieure dans laquelle une chambre est délimitée par une plaque tubulaire sur laquelle sont fixés les tubes qui sont ainsi en communication avec la chambre, et une sEconde plaque séparée du disque principal et rendue solidaire des tubes par des soudures pratiquées à travers les parois des tubes. Les dessins annexés représentent une forme de réalisation préférentielle non limitative. - la figure 1 est une coupe en élévation d'un générateur conforme à l'invention, - la figure 2 est une coupe perpendiculaire à l'axe longitudinal, par le plan 2-2, - la figure 3 est une vue de détail montrant l'assemblage des disques porte-tubes et des tubes proprement dits. Dans la réalisation reprdsentée sur les dessins annexés, le générateur se compose d'une enveloppe extérieure 12 cylindrique dans laquelle deux chambres 14-16 ont été ménagées à chaque extrémité de l'enveloppe 12. La chambre 14 comporte un orifice d'entrée 18 et la chambre 16 comporte un orifice de sortie 20. Les plaques tubulaires principales 22-24 sont disposées à chaque extrémité i l'appareil et leurs surfaces délimitent les parois respectives des chambres 14-18. Les plaques auxiliaires correspondantes 26-28 sont disposes à une certaine distance des plaques principales 22-24. L'écartement donnant les meilleurs résultats se situe entre 75 et 150 millimètres. Dans la description de la partie composée de la plaque principale 22 et de la plaque auxiliaire 26, il faut considérer que les mêmes éléments disposés à l'autre extrémité de appareil sont symétriques et de construction identique. Des alésages 30 sont pratiqués dans la plaque principale 22 et des alésages correspondants 32 sont pratiqués sur les mêmes axes dans la plaque auxiliaire 26. Les éléments tubulaires 34 traversent les alésages 26 et 30 et se prolongent sur toute la longueur du générateur'entre les deux chambre extrêmes 14-16. Les extrémités des tubes 34 traversant l'appareil sont donc maintenues dans les alésages 30-32 d'un côté et l'autre extrémité pénètre dans des alésages identiques pratiqués dans les plaques 24 et 28. Le tube 34 est fixé à la plaque principale 22 par une soudure pratiquée sur la face délimitant la chambre. La soudure 36 est effectuée sur tout le pourtour du tube 34 et assure une étanchéité aux liquides entre le tube 34 et la plaque tubulaire principale 22. De ce fait, les passages de fluides entre les deux pièces sont éliminés. Les soudures 38 sont pratiquées à travers les parois du tube 34 dans la plaque auxiliaire 26. Cette soudure 38 assure l'étanchéité aux fluides entre la plaque auxiliaire 26 et le tube 34. Les passages de fluide entre les deux pièces sont donc supprimés également. L'enveloppe 12 est munie d'une tubulure d'admission 40 et d'une tubulure d'évacuation 42 dont on verra plus loin la fonction. On peut constater sur le dessin annexé, que les deux chambres tampon 44 et 46 sont délimitées par les surfaces des plaques tubulaires principales 22-24 et celles des plaques tubulaires auxiliaires 26-28. Dans le générateur en fonctionnement, un métal liquide chaud par exemple du sodium est introduit par l"orifice d'entrée 40, s'écoule vers le bas, à l'intérieur de l'enveloppe 12 autour des tubes 34 et ressort de l'enveloppe par ltorifice de sortte 42. De l'éau à très haute pression est introduite par la tubulure d'entrée 18 dans la chambre infdrieure 14 et pénètre dans les tubes 34. La pression de l'eau est plus grande que celle du métal liquide. Dans les tubes 34, l'eau se vaporise, la vapeur traverse la chambre supérieure 16 et sort de l'appareil par l'orifice d'évacuation 20. Les soudures 36 empêchent l'entrée de la vapeur d'eau dans les interstices existant entre les tubes 34 et la plaque tubulaire principale 22. De même, les soudures 38 empêchent le passage du métal liquide dans les interstices existant entre les tubes 34 et la plaque tubulaire auxiliaire 26. Les possibilités de corrosion sont donc considérablement diminuées. De plus les plaques tubulaires auxiliaires 26 et 28 étant seulement en contact avec le métal liquide, et les plaques tubulaires principales 22 et 24 étant seulement en contact avec l'eau ou la vapeur, aucune de ces plaques tubulaires n'est soumise à la totalité de la différence de température des deux fluides. Seule, la plaque tubulaire principale 22 doit être capable de résister aux pressions de la vapeur et de l'eau.Les causes de déformation des plaques tubulaires, et les contraintes thermiques excessives dues à des différences de températures très importantes sur les faces opposées sont diminuées considérablement. Les plaques tubulaires 26 et 28 peuvent être d'une épaisseur relativement faible car elles ne sont pas soumises à la pression de la vapeur ou de l'eau. Du fait quelles ne sont en contact avec les tubes 34 que par l'intermédiaire des soudures 38, ces plaques tubulaires peuvent résister sans inconvénient aux contraintes thermiques, en régime stable ou transitoire. Si des impératifs de construction exigent pour les plaques auxiliaires 26, 28 des épaisseurs supérieures à 9,5 millimètres, les surfaces en contact des plaques 26, 28 et des tubes 34 peuvent être suffisantes pour qu il se crée des contraintes thermiques excessives dans les plaques auxiliaires. Dans ce cas, la transmission de la chaleur peut être réduite et les conditions de fonctionnement améliorées en ménageant des évidements 48, voir figure 3, sur la face de la plaque auxiliaire du côté de la chambre tampon 44. Les chambres tampon 44 et 46 constituant un élément tout indiqué pour le contrôle des conditions de fonctionnement du générateur. Un gaz inerte 50 peut être introduit dans les chambres 44 et 46. Des détecteurs 52, 54 peuvent être mis en communication avec les chambres 44, 46 pour contrôler les conditions de fonctionnement. Les détecteurs peuvent être de n'importe quel type connu et doivent indiquer ou mesurer tous les changements pouvant intervenir; Par exemple, ils peuvent contrôler les pressions et leurs variations causées par des fuites de fluide. Normalement, la pression du gaz inerte doit être intermédiaire entre celle du métal liquide, et celle qui règne à l'intérieur des chambres extrêmes 14 et 16. En plus de cette fonction de détection des fuites; le gaz inerte 50 permet, en cas de fuite de métal liquide, une détection rapide des risques d1incendie. La présente invention a également pour objet le procédé de construction par lequel le-générateur est réalisé. Cette construction est effectuée à partir de l'enveloppe ex extérieure 12 qui porte les plaques tubulaires principales 22, 24 et les plaques secondaires 26 et 28 convenablement espacées. Les plaques tubulaires 22, 24 et 26, 28 sont munies des alésages 30, 32 alignés sur leurs axes respectifs. Les tubes 34 sont introduits dans les alésages en ligne 30, 32 et fixés dans les alésages des plaques tubulaires principales 22, 24, de préférence par soudure sur la périphérie du tube sur la face de la plaque tubulaire principale opposée à la plaque auxiliaire. Les tubes 34 sont ensuite fixés à la plaque auxiliaire 26, 28 par une soudure effectuée à travers les parois du tube, dans l'alésage correspondant de la plaque auxiliaire 26, 28. Sur la figure 3, on voit une électrode T représentée en traits discontinus dans la position convenable pour ltopé- ration de soudure. Bien entendu, cette soudure peut être effectuée par n'importe quel procédé convenable. R E V E N D I C A T I O N S lt- Générateur de vapeur constitué par une enveloppe extérieure comportant à chaque extrémité une chambre délimitée par une plaque tubulaire principale solidaire des tubes qui sont ainsi en communication avec ladite chambre, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque tubulaire auxiliaire espacée de la plaque principale et traversée par les tubes auxquels elle est fixée par des soudures, pratiquées b Qravers les parois desdits tubes. Les surfaces de la plaque tubulaire principale et de la plaque tubulaire auxiliaire délitaitant une chambre tampon. 2 - Générateur de vapeur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les tubes sont rendus solidaires des plaques tubulaires principales par un cordon de-soudure continu sur toute la périphérie extérieure duffitube dans le but d'éliminer tout interstice permettant le passage des fluides. 3 - Générateur de vapeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que la plaque tubulaire auxiliaire est d'une épaisseur inférieure à 9,5 millimètres. 4 - Générateur de vapeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les alésages de la plaque tubulaire auxiliaire comportent des évidements, les soudures des tubes étant effectuées par l'intérieur du tube contre les portions restantes des alésages. 5 - Générateur de vapeur selon la revendication 2 caractérisé en ce que la pression du fluide dans la chambre situe à l'extrémité de l'enveloppe et à l'intérieur des tubes est différente de la pression qui s'exerce à l'exté- rieur des tubes et sur la face correspondante de la plaque tubulaire auxiliaire, la chambre tampon étant remplie d'un gaz inerte à une pression intermédiaire entre lesdites pressions. 6 - Générateur de vapeur selon la revendication 4 caractérisé par un dispositif de détection permettant le contrôle de la pression du gaz neutre à l'intérieur de la chambre tampon. 7 - Procédé de fabrication d'un générateur de vapeur comportant une enveloppe extérieure munie à chaque extrémité d'une plaque tubulaiTenprincipale et d'une plaque tubulaire auxiliaire séparées l'une de l'autre et comportant chacune des alésages correspondants alignés, caractérisé en ce que les tubes sont fixés dans l'alésage de la plaque tubulaire principale et également dans l'alésage de la plaque tubulaire auxiliaire, par une soudure effectuée à travers les parois du tube à l'intérieur de l'alésage de la plaque tubulaire auxiliaire. 8 - Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que la fixation des tubes dans la plaque tubulaire principale consiste en une soudure continue autour de la périphérie du tube sur la face de la plaque tubulaire principale opposée à la plaque tubulaire secondaire