Brevet FR2090311A1 — publié le 19720114

-1 - 2C90311 L'invention concerne un dispositif d'arrêt d'un fluide de travail passant en circuit fermé par une pompe d'alimentation et par des appareils détendeurs, ledit dispositif comprenant un organe d'arrêt comportant un piston d'asservissement. L'invention concerne plus particulièrement ur. dispositif d'arrêt du type mentionné, convenant à de grands débits, éliminant les fuites possibles, par-exemple par des rresse-étoupes, vers des endroits situés à l'extérieur du circuit du fluide de travail, et ayant de plus un encombrement réduit de manière qu'il soit utilisable à l'intérieur de l'enceinte d'une centrale nucléaire à vapeur. Selon une particularité essentielle de l'invention, des organes de commande sent destinés à faire communiquer les chambres situées de part et d'autre du piston d'asservissement d'une part avec un point du circuit situé entre la pompe d'alimentation et l'organe d'arrêt, dans le sens de circulation du fluide de travail, et d'autre part, avec un second point du circuit qui se trouve entre les appareils détendeurs et la pompe d'alimentation, dans le sens de circulation du fluide. Le dispositif de l'invention permettant de relier les chambres situées de part et d'autre du piston d'asservissement à deux pointe du circuit du fluide de travail auxquels ce dernier est à des pressions différentes, il est possible d'utiliser de manière simple le fluide de travail pour la commande du piston d'asservissement et donc pour la manoeuvre de l'organe d'arrêt, sans qu'il soi* nécessaire de prévoir des joints à presse-étoupe entre le corps de la soupape et le carter la l'organe d'arrêt. Les fuites possibles sont ainsi éliminées avec l'avantage supplémentaire que le dispositif de l'invention peut être placé à l'intérieur de l'enceinte d'une centrale nucléaire à vapeur. Le dispositif de l'invention offre, de plus, l'avan^a^e d'avoir un enoorafcrasent faible, car les organes d'arrêt utilisés dans oes centrales ont des sièges dont le diamètre est, par exemple,de $00 .'an. D'autres caractéristiques et avar.ra.-'et: de l'invention rassortiront de la description qui va cuivre, faite en regard ie,- iessir..: annexés illustrant plusieurs modes de rlalisatim donnés à titrt- explicatif et nullement limitatif. Sur ces dessins, la figure 1 est un schéma :i * -ne centrale à vapeur comportant un dispositif d'arrêt conforme à l'invsntinn ; la figure 2 est une coupe axiale d'un organe i'arrlt selon l'invention ; la figure 3 est un schéma d'une variante de réalisation d'un dispositif d'arrêt selon l'invention ; BAD ORIGINAL 71 i 9156 - 2 - 209031. la figure 4 est un t-acleau d'explication du fonctionnement du dispositif de la figure 3 5 et, la figure 5 est un schéma d'une variante de réalisation d'une centrale à vapeur comportant un dispositif d'arrêt selon l'invention. L'organe d'arrêt portant la référence générale 20 sur la figure 1 est placé sur le circuit secondaire d'un évapcrateur 14 qui produit de la vapeur à l'aide de l'énergie fournie par un réacteur nucléaire 11. Le réacteur 11 est placé dans le circuit primaire de l'évapora-teur 14 et il est refroidi, par exemple, par de l'eau qu'une pompe 13 de circulation envoie dans l'évaporateur 14 dans lequel elle passe par des tubes l6 en U et abandonne sa chaleur au fluide de travail du circuit secondaire, par exemple à de l'eau, pour revenir ensuite dans le réacteur 11 par un conduit 15. Une pompe 29 prélève l'eau d'alimentation du circuit secondaire sur un réservoir 27 et la refoule par un conduit 28 dans l'évaporateur 14. Un conduit 19, ayant son embouchure dans la chambre 18 collec trice de vapeur, située à l'extrémité supérieure de l'évaporateur 14, passe par l'organe 20 d'arrêt pour déboucher dans une turbine 21 à vapeur dans laquelle le fluide secondaire de travail provenant de l'évaporateur 14 se détend. La turbine à vapeur est couplée à un générateur électrique 22. Le fluide détendu de travail passe ensuite dans un conden seur 23 d'où une pompe 24 le renvoie dans le réservoir 2? par l'intermédiaire d'un réchauffeur 25 chauffé à la vapeur et d'un dégazeur 26. L'organe 20 d'arrêt comprend un carter sphérique 30 comportant un guide 31 de la tige 33 du corps 34 de la soupape, ainsi qu'un cylindre 32 d'asservissement. L'extrémité supérieure de la tige 335 dans la représentation du dessin, supporte un piston 35 d'asservissement. Un ressort 3? disposé entre la paroi supérieure en bout du cylindre 32 et la surface supérieure du piston 35 d'asservissement contribue au mouvement de fermeture du corps 34 de soupape. Un conduit 40 raccordé à la chambre supérieure du cylindre 32 d'asservissement, dans la représentation de la figure 1, se divise en deux conduits 41 et 42, dont le conduit 41 passe par une vanne 1 formant un organe de commande et débouche ensuite dans un conduit 45 qui mène à un premier point 43 du circuit qui se trouve entre la pompe 29 d'alimentation et l'organe 20 d'arrêt. Le conduit 42 comporte une vanne 3 formant un organe de commande et débouche dans un conduit 46 qui mène à un second point 44 situé entre la turbine 21 formant l'appareil de détente du circuit et la pompe d'alimentation 29. Un conduit 50 raccordé à la 71 19156 209031 ; chambre inférieure du cylindre 32 l'asservissement, dans la représentation du dessin, se divise en des conduits 51 et 52, dont le premier passe par une vanne 2 constituant un organe de commande et aboutit dans un conduit 45, tandis que le conduit 52 passe par une vanne 4 fomant un 5 organe de commande et débouche dans le conduit 46. Les conduits ^0, 41, 42 et 45 et les organes 1 et 3 de commande, ainsi que les conduits 50, 51, 52 et 46 et les organes de commande 2 et 4 permettent de relier les chambres situées de part et d'autre du piston 35 d'asservissement d'une part au point 43 et d'autre part au point 44 du circuit. Les organes 10 1 à 4 de commande sont des vannes d'arrêt sans presse-étoupe. Lorsque la centrale n'est pas sous pression, la force du ressort 37 ferme l'organe 20 d'arrêt. Lorsque la pression monte dans la chambre 18 collectrice de vapeur de l'évaporateur 14, l'organe 20 d'arrêt peut être ouvert par l'ouverture des vannes 2 et 3 st la fermeture 15 des vannes 1 et 4. Dans ce cas, le fluide liquide sous pression de tra vail, provenant du conduit 28, peut parvenir dans la chambre située sous le piston 35 d'asservissement par les conduits 45, 51 et 50, tandis que la chambre située au-dessus du piston d'asservissement communique par les conduits 40, 42 et 46 avec le point 44 qui est à une pression infé-20 rieure à celle du point 43. Le fluide de travail à la pression supérieure qui s'exerce dans la chambre inférieure comprime le ressort 37 en ouvrant l'organe 20 d'arrêt. Si, par exemple, le conduit 19 menant de l'organe 20 d'arrêt à la turbine 21 subit une rupture, cet organe 20 doit se fermer rapidement par l'ouverture des vannes 1 et 4 et la fermeture 25 des vannes 2 et J. Dans ce cas, la chambre située au-dessus du piston 35 d'asservissement communique par les conduits 45, 41 et 40 avec le point 43 à pression élevée du circuit secondaire du fluide de trava.il et la chambre située sous le piston d'asservissement communique avec le point 44. Le ressort 37 contribue à fermer immédiatement l'organe 30 20 d'arrêt. L'embouchure du conduit 50 dans le e./lindre 32 d'asservissement est disposé de préférence légèrement au-dessus de la paroi inférieure en bout de ce cylindre, afin que le pister. 35 d'asservissement obture cette embouchure à la fin de la course de fermeture de la soupape 34 , 35 de manière que le fluide emprisonné dans la chambre inférieure amortisse le choc de la tête de la soupape sur son siige. La réalisation de l'organe 20 d'arrêt représenté sur la figure 2 se caractérise par son faible encombrement. TJh couvercle 54 formant également le cylindre d'asservissement obture le carter sphérique 40 30 qui comporte une bride 53• Le guice 31 de la tige 33 de la soupape 71 19156 _ 2090311 y* est constitué en nar.- v lont le tord supérieur él^rci est fixé par des vis 17 sur une partie formant un épaulement annulaire du couvercle 54. Des vis $6 recouvertes et retenues par un capuchon 5? à.e forme hydrodynamique fixent la tête 34 de la soupape à l'extrémité inférieurs de la tige 33» L'sxtrénité supérieure de la tige 33 comporte un collet qui pénètre dans une cavité correspondante du couvercle 54 et forme le piston 35 d'asservissement. Le piston 35 et la partie inférieure de la tige 33 sont munis de segments 55 et 6t. La tige 33 comporte un trou borgne débouchant, a1.1, niveau du collet 35 et dans lequel est placé un ressort 37 qu'un élément 58 de retenue, fixé au couvercle 54, centre intérieurement. L'élément 58 de retenue peut contenir un détecteur de la course de la soupape. Le couvercle 54 comporte deux canaux 59 et 60 qui débouchent dans les chambres situées d'une part au-dessus et d'autre part au-dessous du piston 35 d'asservissement et qui sont raccordés aux conduits 40 et 50» La surface inférieure en bout du guide 31 et la surface supérieure opposée de la tête 34 de la soupape comportent des surfaces 65 et 66 en saillie qui forment un siège d'étanchéité. Cet organe d'arrêt a non seulement un faible encombrement, mais a également l'avantage essentiel de ne comporter aucun joint à presse-étoupe ; les seules garnitures isolant la soupape de l'extérieur sont constituées par des bagues 68 qui sont en argent et qui sont disposées entre les brides du carter sphérique 30 et du couvercle 5^« L'espace situé entre les deux bagues 68 peut être relié par exemple au condenseur 23 de la figure 1 par ion appareil de détection isolé de l'atmosphère et par un conduit également isolé de l'atmosphère. Le mode de réalisation décrit de l'organe 20 d'arrêt de la figure 2 a l'avantage notable que la tête 3^ de la soupape, le guide 31» la tige 33 et le piston 35 d'asservissement forment avec le couvercle 5^ un ensemble pouvant être monté dans le carter et dont l'état de fonctionnement peut être contrôlé avant montage et après démontage en bloc. Le carter de l'organe 20 d'arrêt de la figure 3 est formé par un élargissement 70 du conduit 19. Le guide 31 de la tige 33 de la soupape et le cylindre 32 d'asservissement sont soudés dans l'élargissement 70 à trois plaquettes radiales 71 dont deux seules sont visibles; Les conduits 40 et 50 raccordés au cylindre 32 d'asservissement sont également raccordés d'une part au premier point 43 du circuit par les conduits 41-, 5'i et 45 et par les vannes 1 et 2 et d'autre part au second point 44 du circuit du fluide de travail par les conduits 42, 52 et 46 et par les vannes 3 et 4. Le conduit 45 comporte une soupape 75 de 7-1 19156 2090311 retenue. Par ailleurs, ur. réservoir" "" le gaz sous pression communique avec le conduit 41 par ur. conduit ; emportant une soupape ?6 de retenue. Les côtés sortie des deux soupapes "5 et 76 de retenue cemriuni-quant l'un avec l'autre et avec les vannes 1 et 2, la manoeuvre correspondante de ces vannes 1 et 2 permet de diriger sur le cylindre 32 d'asservissement du fluide de travail provenant du poir.t ^3 ou du gaz sous pression élevée provenant du réservoir °7» L'arrivée de gas sous pression élevée se produit lorsque le fluide de travail tombe à une pression qui diffère d'une valeur déterminée de celle du gaz. Ce montage permet à l'organe d'arrêt d'être maintenu en position fermée en toute sécurité, même lorsque le fluide ds travail n'est ras sous pression. H est possible de renoncer, dans ce cas, à un ressort qui correspond à celui qui porte la référence 37 sur les figures 1 et 2. H est possible de commander les vannes 1 à 4 de la manière indiquée sur le tableau de la figure b afin de maintenir les pertes par fuites internes à une faible valeur. Il faut ouvrir les vannes 1 et 4-et fermer les vannes 2 et 3 pour fermer l'organe 20 d'arrêt 'Pos. I). Ensuite, pour maintenir l'organe 20 d'arrêt en position fermée, il faut faire communiquer la chambre du cylindre 32 d'asservissement, à laquelle le conduit 50 est raccordé, avec le premier point u-3 par ouverture de la vanne 2 et fermeture de la vanne b (Pos.Il). Ainsi, le gradient de pression est très faible dans le guide 31- H faut ouvrir les vannes : ^ -> ■: 3 6"t les v armes 1 et b pour ouvrir l'organe 20 d'arrêt 'Pos » III) . Poixr l'organe 20 en position ouverte, il 2.6 3 V3i"lli3£ 2 et b, c'est-à-dire fermer la vanne 2 et out *rir la "".nne - , de manière que les deux chambres du cylindre }2 d'à- servis?-enent commun iruent avec le second point du circuit du fluide de travail. Hrtant donné qu'il existe un joint d'étanchéité entre la tête 3^ do 3a .-r-upane en position arrière de repos et la surface en bout du guide 31» aucune fuite interne n'apparaît non plus lorsque les "année sont dons 1'étal correspondant à la Pos.17. Une commande logique, ie électronique, peu4- assu rer la manoeuvre décrite des sour.at 1 L ■- .sLv. 1? ta.:leau ;.ç la figure Le conduit 45 du dis: -..-! ; • la figure 5 comprend une réserve de liquide formée d'un récipitr.: - - v .-•-îqa.e rempli de liquide, le conduit bf? débouchant dans ce récir- ORIGINAL 71 1>*;56 20903*: au-dessous du piston 35 d'ao servi cremer.- . Le e^aneeeriunt de la réserve de liquide permet au point v'et ur.:- >,_i.:.r. du circuit du fluide de travail par laquelle do > -a; sur r et -é/ite au. fluide de travail en phase vapeur de parvenir iar e 1er ue:u: cnaruree du cylindre d'asservissement. Le mode is réalisation h r^cerve de liquide est particulièrement avantageux lorecuc les r.-'îilli-; ru piston d'asservissement dues à un fluide compressible de manoeuvre doivent être évitées, mais que l'envoi de fluide liquide de manoeuvre provenant du circuit de fluide de travail est impossible ou trop cher. Il se condense toujours une certaine quantité de vapeur dans le récipient 86, de sorte que la réserve d'eau est toujours suffisante pour remplir la chambre correspondante du cylindre 32 d'asservissement lors d'un déplacement du piston 35- Une disposition facultative supplémentaire de l'exemple de réalisation de la figure 5 consiste en un circuit de refroidissement à circulation naturelle formé de deux refroidisseurs 82 et 85 qui empêchent de manière certaine la formation de \-apeur dans les chambres situées de part et d'autre du piston 35 d'asservissement. Les deux refroidisseurs sont particulièrement utiles lorsqu'un surchauffeur 12 est monté en aval de l'évaporateur 14, c'est-à-dire que la turbine 21 est alimentée en vapeur surchauffée. Les refroidisseurs 82 et 85 sont disposés au-dessus du piston 35 d'asservissement, l'extrémité inférieure du refroidisseur 82 communiquant par un conduit 30 avec le conduit kC menant à la chambre supérieure du cylindre 32 d'asservi:senent ; le refroidisseur 85 communique de la même manière par un conduit 33 avec le conduit 50 menant à la chambre inférieure :u cylindre 32. Un autre conduit 81 mène de la chambre supérisur©' du cylindre 32 d'asservissement au refroidisseur 82, et plus précisément à l'extrémité supérieure de ce dernier. Un conduit correspondant n En variante non représenté-;:, les vannes 1 \ 4 peuvent être remplacées par deux soupapes eu tiroirs a treis voies. Le remplacement des vannes 1 et 3 par l'une de ces s >ujr ape.- et celui des vannes 2 et 4 par l'autre offre l'avantage particulier que les quatre positions possibles des deux soupapes ou tiroirs à trois voies coïncident avec les ©AD ORIGINAL 71 19156 2090311 positions I à IV de la figure 4. H va de soi que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, et nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes, sans sortir de son cadre. 71 19156 2090B1 1 KË'/EHDICATION S 1. Dispositif d'arrêt dsun fluide de travail passant en circuit fermé par une pompe d»alimenttion et par des appareils de détente, ledit dispositif comprenant tui organe d'arrêt comportant un piston d* asservissement; ^ et étant caractérisé en ce que des organes de commande sont destiné." à mettre en communication les chambres situées de part et l'autre du piston d'asservissement d'une part avec un premier point du circuit situé entre la pompe d'alimentation et l'organe d'arrêt, dans le sens de circulation du fluide de travail, et dJautre part avec un second point de 10 ce circuit situé entre les appareils de détente et la pompe d'alimenta tion, dans le sens de circulation du fluide de travail» 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'organe d'arrêt est placé dans une section du circuit dans laquelle le fluide de travail est en phase vapeur, caractérisé en ce qu'il est réalisé de 15 manière qu'au moins l'une des chambres reçoive du fluide liquide de travail. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins l'un des deux points pouvant être relié aux deux chambres se trouve dans une section du circuit dans laquelle le fluide de tra- 20 vail est liquide. 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel l'un des deux points pouvant être reliés auxdites chambres se trouve dans une section du circuit dans laquelle le fluide de travail est en phase vapeur, caractérisé en ce qu'une réserve de liquide est disposée entre les 25 deux chambres d'une part et le point de la section du circuit auquel le fluide de travail est en phase vapeurd'autre part. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le carter de l'organe d'arrêt est sphérique et le corps de la soupape, dont le guide et le piston d'asservissement sont montés dans un 30 couvercle du carter, foime avec ce guide et ce piston un ensemble pouvant être monté en bloc dans le carter de la soupape. 6. Dispositif selon la revendication 5> comportant un ressort dont la force s'exerce sur le corps de la soupape, caractérisé en ce que ledit ressort est placé dans .une cavité de la tige de la sou- 35 pape, cette cavité étant fermés du côté de la tête de la soupape. 7. Procédé de commande du dispositif d'arrêt selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lorsque l'organe d'arrêt est fermé, les organes de commande placent et maintiennent les deux chambres an équilibre de pression avec le premier point du circuit qui se trouva 40 entre la pompe d'alimentation et l'organe d'arrêt, dans le sens de la 71 19156 2090311 circulation du fluide de travail. 8. Procédé selon la revendication ?, suivant lequel la tête de la soupape ie l'organe d'arrêt comporte -ui sière contre lequel elle s'applique en position ie retrait et, qui forme un joint i'étancr.éité, caractérisé en je eue, lorsauo l'orrane i'irrêt est ouvert, 1er orranes de connande placent et naintie:inent les deux chambres en équilibre de pression avec le second point :;u circti;: qui se trouve entre les appareils de détente et la pompe d'alimentation, dans le sens de circulation du fluide de travail. JMtD ORIGIMAL J