Brevet FR2065530A1 — publié le 19710730

38S82 1 2065530 La présente invention concerne les centrales électriques à moteur à turbine à gaz fonctionnant en cycle fermé,et plus particulièrement elle concerne une modification de la centrale de ce type décrite et revendiquée dans le brevet français n° 1.592.160 au même nom, 5 Selon la présente invention, une centrale à moteur à turbine à gaz fonctionnant en cycle fermé comprend xm ensemble compresseur; un réacteur nucléaire disposé à l'intérieur d'une cuve sous pression de manière à recevoir et à chauffer le fluide moteur comprimé par le dit ensemble compresseur; mie turbine actionnée par le flui-10 de moteur chauffé par le réacteur nucléaire; et des moyens d'échange de chaleur recevant et refroidissant le fluide moteur détendu dans la turbine et retournant ce fluide refroidi à l'ensemble compresseur pour y être comprimé, ce dernier, ainsi que la turbine, étant disposés de manière amovible à l'intérieur d'une première 15 cavité de la cuve sous pression et les moyens d'échange de chaleur étant disposés de manière amovible à l'intérieur d'une seconde cavité de cette cuve sous pression. Les moyens d'échange de chaleur comprennent, de préférence, un récupérateur comportant une première voie d'écoulement re-= 20 cevant le fluide moteur détendu dans la turbine en relation d'échan ge de chaleur avec une seconde voie d'écoulement dans laquelle circule le fluide motetir passant de l'ensemble compresseur au réacteur nucléaire, et un refroidisseur recevant le fluide moteur en provenance de la première voie d'écoulement et retournant celui-25 ci à l'ensemble compresseur. r.?as -tne réalisation préférée de l'invention, le refroidisseur est de forme annulaire et entoure le récupérateur. L'entrée et la sortie du refroidisseur se trouvent, de préférence, l'une et l'autre à une extrémité de celui-ci. 30 Ainsi, le refroidisseur peut comprendre une première et une seconde tubulures circulaires concentriques qui sont disposées au voisinaige de la dite extrémité de celui-ci et peuvent communiquer respectivement avec l'entrée et la sortie du fluide refroidisseur, et une première et seconde séries annulaires de tuyaux 35 s'étendant axialement et communiquant respectivement avec la première et la seconde tubulure, les extrémités des tuyaux de la première série se présentant à l'opposé de ces tubulures communiquant avec les extrémités des tuyaux de la seconde série situées également à l'opposé des dites tubulures. 40 Les première et seconde cavités sont, de préférence, cy- ^ BAD ORIGINAL 70 38582 2 1065530 liadriques et leurs axes peuvent être, disposés ie • ?isment„ Lorsque la seconde cavité est disposée vh^'~ .'clament, la dite extrémité du refroidisseur est ^ituée de pré- à scti sommet et le refroidisseur intermédiaire "est , 'de préférence, 5 pendu par l'intermédiaire des ajutages d9titrée et 'de sortie ô:c fluide réfrigérante Par ailleurs,'"il' péût'êÈrs prévu w^e .:lcir-.xî. cylindrique située à l'intérieur par rapport auic dites première et seconde séries de tuyaux» la dite clr»ison étant conçue de manière a être an contact étanche avec ie 'Saaû de la seconda csvité sous 10 1° action de son propre poids ' afin • de séparer la première voio d'écoulement du récupérateur de là voie"d'écoulement du fluide moteur du refroidisseur. L'ensemble compresseur peut comprendre, en série da?«s le sens de 13écoulement, un compresseur"axial" basse pression, un 15 refroidisseur intermédiaire et un compresseur axial haute pression. Le refroidisseur intermédiaire est, de préférence, de forme annulaire et est disposé entre les cômpress'eurs' et coaiîiale-aent à ceux-ci» L8 ensenble compresseur et la turbine peuvent être mantés S0 .à .l'intérieur d'une enveloppe cylindrique ou coque' disposée de manière amovible à l'intérieur de leur cavité respective. On décrira maintenant uns forme' 'de réalisation de l'invention,. à ..simple titre d'exemple non-limitatif," en référence aux dessins .annexés, dans lesquels' ; 25 - la figure 1 est une vue en plan schématique d'une cen trale à moteur à turbine à gaz fonctionnant en cycle fermé et .réalisée selon la présente invention; - la. figure 2 est line vue schématique en Coupe selon la -ligne .2-2 de la figure 1; et 30 ■= les figures 3 et 4 sont des vues plus détaillées de certaines parties de la figure 2. . La centrale à moteur à turbine à gaa représentée comporte . une cuve pratiquement cylindrique 10 en béton précontraint résistant à la pression dont 15axe est disposé verticalement et au cen-.35 tre duquel se présente une cavité 12 renfermant un réacteur nucléaire 14 à refroidissement par gaz. Six cavités 16 s'étendant . verticalement et angulairement .éqviidistantes sont prévues dans la cuve à pression 10, autour de la cavité 12; deux cavités 16 voisines (désignées .par 16a et,16b) sont représentées à la figure 2 40 et les deux paires restantes de cavités 16 voisines sont identiBAD ORIGINAL 70 38582 3 2065530 ques à cette paire montrée. La cavité 16a contient une enveloppe cylindrique 18 montée de manière amovible et qui contient à son tour un arbre 20 coaxial à cette enveloppe 18. A cet arbre 20 sont fixés, succes-5 sivement de haut en bas dans la figure 2, un compresseur axial haute pression 22, un compresseur axial basse pression 24 et une turbine axiale haute pression 26. L'extrémité supérieure de l'arbre 20 peut être accouplée à un moteur électrique de démarrage 28 qui est également logé à l'intérieur de l'enveloppe 18. 1C Un refroidisseur intermédiaire annulaire 30 est disposé entre les compresseurs 22, 24, coaxialement à ceux-ci. Le refroidisseur intermédiaire 30 comporte un canal d'écoulement annulaire 32 qui fait communiquer la sortie du compresseur 24 avec l'entrée du compresseur 22 et renferme une pluralité de tuyaux à ailettes 15 s'étendant verticalement (non représentés) qui sont raccordés en vue de l'écoulement d'eau de refroidissement. L'entrée de la turbine 26 communique avec une sortie du réacteur nucléaire 14 par l'intermédiaire d'une conduite 36 s'étendant radialement par rapport à l'enveloppe 18 en traversant 20 le béton du récipient 10, tandis que la sortie de la turbine 26 communique avec l'entrée d'une turbine axiale 38 de production d'énergie. La turbine 38 est disposée à l'extérieur de l'enveloppe 18, avec son axe horizontal, dans un évidement cylindrique horizontal 40 se présentant à la partie inférieure de la cavité 16, 25 et elle est fixée à un arbre horizontal 42 entraînant "un alternateur (non représenté) disposé à l'extérieur de la cuve sous pression 10. Toutefois, il est possible de disposer la turbine 38 et son arbre 42 en alignement axial avec l'arbre 20 à l'intérieur de l'enveloppe 18, l'alternateur étant alors disposé au-dessous du 30 récipient 10. La cavité 16b contient un pré-refroidisseur annulaire 50, qui lui est coaxial, et un récupérateur 52 est disposé à l'intérieur de ce pré-refroidisseur 50. Le pré-refroidisseur 50 et le récupérateur 52 peuvent être extraits de la cavité 16b. Le pré-35 refroidisseur 50 comprend un canal d'écoulement annulaire 54 contenant une pluralité de tuyaux à ailettes 55 (voir figure 3) raccordés en vue de l'écoulement d'eau de refroidissement. Le récupérateur 52 comprend un premier canal d'écoulement 58 comportant une entrée 59 reliée, par l'intermédiaire d'une canalisation 40 60 traversant le béton de la cuve 10, à la sortie de la turbine 70 38582 4 2065530 38, et une sortie 61 reliée à l'entrée du canal d'écoulement annulaire 54 du pré-refroidisseur 50, et un second canal d'écoulement 62 comprenant une pluralité de tubes à ailettes (non représentés) et comportant une entrée 63 reliée, par l'intermédiaire d'une ca-5 nalisation 64 s'étendant horizontalement à travers le béton de la cuve 10, à la sortie du compresseur 22 et une sortie 65 reliée, par l'intermédiaire d'une conduite 66, s'étendant verticalement vers le haut, à une canalisation 67 s*étendant radialement par rapport à la cavité 16b en traversant le béton de la cuve 10, a 10 une entrée du réacteur nucléaire 14. La sortie du canal d'écoulement annulaire 54 du pré-refroidisseur 50 est reliée, par l'intermédiaire d'une canalisation 68 s'étendant horizontalement à travers le béton de la cuve 10, à l'entrée du compresseur 24. Chacune des cavités 16 est obturée par un dispositif de 15 double fermeture 70 qui peut être similaire à ceux décrits dans ' les brevets français n° 69/24.368 du 17/7/69 et 69/24.369 du 17/7/69 au même nom. Le pré-refroidisseur 50 et le récupérateur 52 sont représentés plus en détail aux figures 3 et 4. Le pré-refroidisseur 50 20 comprend une tubulure semi-circulaire d'arrivée d'eau 72 qui est disposée à la partie supérieure de celui-ci et dont la partie médiane est pourvue xt'une entrée d'eau 74 s'étendant radialement vers l'extérieur. Les extrémités opposées de la conduite 72 sont reliées, par l'intermédiaire de deux tubulures intermédiaires en 25 partie circulaires 76, à une conduite maitresse circulaire de distribution 78. Les tubulures 72, 76, 78 sont disposées coaxiale-ment à la cavité 16b, leurs diamètres sont sensiblement égaux et elles sont écartées verticalement l'une de l'autre. Une pluralité de tubes 80 s'étendant verticalement vers 30 le bas sont raccordés à la tubulure 78 sur la totalité de son pourtour et des tuyaux à ailettes 55 espacés communiquent avec les parties inférieures des tubes 80 à partir desquelles ils s'étendent vers le haut en formant line rangée annulaire coaxiale à l'intérieur de l'espace cylindrique délimité par ces tubes 80» Les 35 extrémités supérieures des tuyaux 55 communiquent avec une conduite maitresse collectrice circulaire 82 concentrique à la conduite maîtresse de distribution 78, à l'intérieur de laquelle elle est disposée, et qui communique à son tour avec une tubulure de sortie semi-circulaire 84 concentrique à la tubulure 72 à laquel-40 elle est diamétralement opposée. La partie médiane de la tubu- ! 70 38582 5 2065530 lure 84 est pourvue d'un ajutage de sortie 86 s*étendant radialement vers l'extérieur et qui se trouve ainsi diamétralement opposé à l'ajutage d'entrée 74. Les tuyaux 55 radialement les plus intérieurs sont fixés 5 à une cloison de séparation cylindrique 86 qui s'étend sur la totalité de la longueur du pré-refroidisseur 50 et est en contact étanche avec le fond de la cavité 16b par l'effet de son propre poids. Le refroidisseur intermédiaire 50 est également supporté par- suspension au moyen des ajutages d'entrée 74 et de sortie 86 10 et de leurs tubulures semi-circulaires respectives 72, 84. L'entrée 59 du récupérateur 52 se trouve dans le fond de la cavité 16b à l'intérieur du cercle délimité par la cloison 86, tandis que la sortie du canal d'écoulement annulaire 54 du pré-refroidisseur 50 se trouve à la partie inférieure de cette cavité 16b dans la paroi 15 de celle-ci. La cloison 86 contraint donc le fluide moteur de 1'installation à s'écouler vers le haut dans la première voie d'écoulement 58 du récupérateur 52» ..en sens inverse de l'écoulement de ce fluide moteur vers le bas dans les tubes de la seconde voie d'écoulement 62 du récupérateur 52, puis vers le bas dans le 20 canal 54 du pré-refroidisseur 50 en sens inverse de l'écoulement de l'eau dans les tuyaux 55. L'entrée 63-des tubes constituant la seconde voie d'écoulement 62 du récupérateur 52 communique avec un espace 87 (voir .figure 3) se présentant dans la. cavité 16b et communiquant avec la 25 canalisation 64. L'espace 87 est isolé entré l'élément d'obturation 70 et un flasque annulaire 88 qui est soudé autour de la surface extérieure de -la conduite 66 et porte sur un épaulement 89 faisant saillie radialement vers l'intérieur et prévu sur une chemise métallique 90 de la cavité 16b. La conduite 66 est raccor-30 dée. de manière amovible à la canalisation 67 au-dessus du flasque 88. Pour extraire le pré-refroidisseur 50 et le récupérateur 52 de la cavité 16b, il est seulement nécessaire de débrancher l'entrée d'eau 74, la sortie d'eau 86 et le raccord entre les 35. conduites-.66: et 67, tous ces éléments étant facilement accessibles du fait- qu'ils se-présentent au- sommet de la cavité 16b. . En fonctionnement, le fluide moteur de la centrale (qui est, de préférence, de 1'.hélium, mais qui peut être aussi de l'anhydride carbonique.) pénètre dans.le compresseur 24 où il est 40 comprimé et traverse ensuite le refroidisseur intermédiaire 30 70 38582 6 2065530 qui le refroidit avant qu'il ne soit de nouveau comprimé dans le compresseur 22. Le fluide moteur comprimé quittant M. compresseur 22 traverse la-seconde voie d'écoulement 62 du récupérateur 52 où il est chauffé, ainsi que cela sera décrit- ci-après„-. puis est de 5 nouveau chauffé directement dans- le réacteur nucléaire 14 dont il constitue le fluide réfrigérant, ce réacteur nucléaire pouvant toutefois être conçu en vue de chauffer le fluide moteur indirectement si on le désire. Le fluide moteur chauffé quittant le réacteur nucléaire 10 14 traverse d'abord la turbine 26 qu'il entraîne en actionnant ainsi les compresseurs 22, 24," puis il traverse la turbine 38 qu'il entraîne à son tour ainsi que l'arbre d'entraînement 42. Le fluide moteur détendu dans la turbine 38 traverse la première voie d'écoulement 58 du récupérateur 52 dans laquelle il est refroidi 15 tandis qu'il chauffe le fluide moteur s'écoulant dans la seconde voie d'écoulement 62, puis il traverse le pré-refroidisseur 50, dans lequel il est encore refroidi, avant de pénétrer de nouveau dans le compresseur 24. • Le cycle de travail et le" dispositif de contrôle de 20 l'installation sont décrits de manière plus détaillée dans les brevets français n°"69/31.137 du 12/9/69 et 69/31.136 du 12/9/69 au même nom. - . Là 'disposition des éléments du cycle .de travail de l'installation dans deux cavités 16a, 16b au lieu d'une seule per-25 met de répartir ces éléments dans deux, enveloppes pratiquement de même volume individuellement moins encombrantes et plus maniables qu'une enveloppe unique renfermant La-totalité des dits éléments et de telle sorte que la hauteur totale de Ta cuve, sous pression 10 peut être considérablemént^réduite. Par ailleurs, la disposi-3D tion du pré-refroidisseur 50 autour du récupérateur 52 isole thermiquement ce dernier de la cuve 10 de telle sorte que les contraintes"thermiques auxquelles cette cuve est soumise se trouvent réduites. Enfin, l'alignement axial de la sortie du compresseur 24, du canal d'écoulement-32 du refroidisseur .intermédiaire 35 30"èt de Ï'entïèe dû compresseur 2%--réduit le freinage de l'écoulement daiis ce Refroidisseur-interm'édiaire 30. : On comprendra que -'la présente description n 'est pas limitative et que l'î'nverition ^s^étend à:toutes modifications ou adjonctions' ^ là portée clu-: technicien BAD ORIGINAL 70 38582 7 2065530 REVENDICATIONS 1. Centrale électrique à moteur à turbine à gaz fonctionnant en cycle fermé et comprenant un ensemble compresseur, un réacteur nucléaire disposé à l'intérieur d'une cuve sous pression, 5 une turbine actionnée par le fluide moteur chauffé par le réacteur nucléaire qu'elle reçoit et des moyens d'échange de chaleur recevant et refroidissant le fluide moteur détendu dans la turbine et qui est retourné après refroidissement au dit ensemble compresseur, ladite centrale étant caractérisée en ce que l'ensemble 10 compresseur et la turbine sont disposés de manière amovible à l'intérieur d'une première cavité prévue dans la cuve sous pression et les moyens d'échange de chaleur sont disposés de manière amovible à l'intérieur d'une seconde cavité située dans la cuve sous pression. 15 2. Centrale selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'échange de chaleur comprennent un récupérateur comportant une première voie d'écoulement recevant le fluide moteur détendu dans la turbine en relation d'échange de chaleur avec une seconde voie d'écoulement du fluide moteur passant de 20 l'ensemble compresseur au réacteur nucléaire, et un refroidisseur recevant le fluide moteur en provenance de la première voie d'écoulement et le retournant à l'ensemble compresseur. 3. Centrale selon la revendication 2, caractérisée en ce que le refroidisseur est de forme annulaire et entoure le récupé- 25 rateur. 4. Centrale selon l'une des revendications 2 ou 3 prises séparément, caractérisée en ce que l'entrée et la sortie du fluide réfrigérant du refroidisseur sont situées l'une et l'autre à l'une des extrémités de ce refroidisseur. 30 5. Centrale selon la revendication 4» caractérisée en ce que le refroidisseur comporte une première et une seconde tubulures circulaires concentriques qui sont disposées au voisinage de ladite extrémité de ce refroidisseur et communiquent respectivement avec l'entrée et la sortie du fluide réfrigérant, et une pre-35 mière et une seconde séries de tuyaux communiquant respectivement avec la première et la seconde tubulures par rapport auxquelles ils s'étendent axialement, les extrémités des tuyaux de la première série qui se trouvent à 1'opposé des tubulures communiquant avec les extrémités des tuyaux de la seconde série qui se présen-40 tent également à l'opposé de ces tubulures. 70 38582 8 2065530 6. Centrale selon l'une quelconque des revendications précédentes prises séparément, a'aractérisée en ce que les première et seconde cavités sont cylindriques et ont leurs axes disposés verticalement. 5 7. Centrale selon les revendications 5 et 6 prises en combinaison, caractérisée en ce que la dite extrémité précitée se présente au sommet du refroidisseur. 8. Centrale selon la revendication 7, caractérisée en ce que le refroidisseur intermédiaire est suspendu au moyen des aju- 10 tages d'entrée et de sortie du fluide réfrigérant. 9. Centrale selon les revendications 7 ou 8 prises séparément, caractérisée en ce qu'une cloison cylindrique est prévue à l'intérieur des dites première et seconde séries de tuyaux, la dite cloison étant conçue de manière à être en contact étanche 15 avec le fond de la seconde cavité sous l'action de son propre poids en vue de séparer la première voie d'écoulement du récupérateur de la voie d'écoulement du fluide moteur dans le refroidisseur. 10. Centrale selon 1'une quelconque des revendications 20 précédentes prises séparément, caractérisée en ce que l'ensemble compresseur comprend, en série dans le sens de l'écoulement, un compresseur axial basse pression, un refroidisseur intermédiaire et un compresseur axial haute pression. 11. Centrale selon la revendication 10, caractérisée en 25 ce que le refroidisseur intermédiaire est de forme annulaire et est disposé entre les compresseurs et coaxialement avec ceux-ci. 12. Centrale selon l'une quelconque des revendications précédentes prises séparément, caractérisée en ce que l'ensemble compresseur et la turbine sont montés à l'intérieur d'une enve- 30 loppe cylindrique qui est disposée de manière amovible à l'intérieur de sa propre cavité.