Brevet FR2124043A1 — publié le 19720922

La présente invention concerne les faisceaux tubulaires composés de tubes enroulés en hélice suivant plusieurs diamètres par rapport à un même axe d'enroulement, les tubes de même diamètre d'enrouiement formant une couche ou nappe en forme de cylindre, et les divers cylindres coaxiaux ainsi définis étant disposés les uns dans les autres. De tels faisceaux tubulaires peuvent être utilisés, par exemple, dans les générateurs de vapeur d'eau réchauffés par sodium liquide, du genre décrit dans la demande de brevet française No 70 02217 du 22 Janvier 1970 ; l'axe d'enroulement est alors vertical, et le faisceau tubulaire garnit un espace délimité par deux viroles coaxiales situées l'une dans l'autre. C'est dans cette application particulière que l'on va décrire les faisceaux de tubes hélico#daux réalisés suivant l'invention. Dans ces faisceaux, il convient de fixer avec précision les pas longitudinaux, ou axiaux, entre les spires d'une même couche ainsi que les pas transversaux, ou radiaux, entre couches successives. Il convient aussi de limiter les déplacements différentiels en torsion entre couches voisines ainsi que les déplacements en torsion de l'ensemble du faisceau. Dans certaines applications, on doit permettre le déplacement radial des spires sous l'effet des dilatations différentieles en cours de service, et maintenir rigidement tous les tubes du faisceau pour ne pas les exposer à des vibrations dangereuses en cours de service. En outre, il est essentiel d'incorporer à ces faisceaux des éléments de supportage, pour pouvoir en assurer le montage. On a envisagé de répondre à ces diverses exigences en munissant chaque couche de tubes de plusieurs tiges longitudinales, disposées suivant des génératrices de la surface cylindrique dénie par la couche, de serrer chaque spire tubulaire contre ces tiges, et de se servir de celles-ci comme organes d'accrochage pour supporter le faisceau en suspension. Ce mode de support et de fixation exige des dispositions spéciales afin de ne pas soumettre les tubes à des efforts de-cisaillement excessifs. Il nécessite aussi certains aménagements pour assurer la précision des intervalles entre couches indépendamment des tolérances de fabrication sur le diamètre extérieur des divers tubes.En outre, il est essentiel, dans certains cas, de garantir la permanence du serrage, afin d' éviter les risques d'usure et de corrosion que les vibrations en cours de fonctionnement sont sus/ceptibles de créer par martèle ment ou matage. La présente invention a pour objet de satisfaire de marnière commode, et aans de bonnes conditions de sécurité et de précision, aux impératifs de fabrication et de fonctionnement des faisceaux tubulaires définis ci-dessus, ainsi ql? d'éviter les aléas et précautions spéciales auxquelles sontsssises certaines dispositions déjà proposées à cet effet. L'invention proposez dans ce but, une nappe de tubes parallèles enroulés en hélice suivant une surface cylindrique, c#racté- risée en ce que les spires successives de la nappe sont reliées les unes aux autres par des éléments soudés, et constituent avec eux une structure intégrée formant un cylindre autoportant à paroi pleine ou ajourée. Une telle nappe, relativement flexible en direction radiale, mais rigide en torsion et suivant l'axe longitudinal, est éminemment propre à répondre aux exigences énoncées ci-dessus. Elle permet d'élmuner les modes de fixation par serrage, avec les risques qu'ils comportent. Convenablement, les tubes du faisceaux se terminent aux deux extrémités par des brins coudés parallèles à l'axe longitudinal, dont l'assemblage, à des éléments fixes de l'installation dont fait partie le faisceau, permet, dans certaines applications, d' assurer la position transversale de chaque nappe, et, par conséquent, de déterminer les intervalles entre couches cylindriques. Danse cas d'un faisceau à axe vertical, les brins coudés supérieurs peuvent servir d'organes de suspension, les brins coudés inférieurs pouvant jouer le ralle d'organes d'appui. Un procédé de faorication d'une nappe de tubes réalisés suivant liinvention consiste à assembler par soudure plusieurs tubes parallèles pour en former une ou plusieurs bande de largeur constante, à paroi pleine ou ajourée, d'enrouler hélico#dalement la ou les bandes sur une forme cylindrique, et d'en assembler par soudure les bords adjacents, suivant autant de tracés en hélice qu'il y a de bandes. La forme cylindrique peut être un simple noyau de fabrication, ou bien un élément permanent du faisceau, par exemple une virole intérieure ou une nappe tubulaire adjacente à la nappe en cours de fabrication. Les objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront, par ailleurs, de la description que l'on va en donner ci-après, portant sur une application et. un mode de réalisation choisis à titre d'exemple et représentés sur les dessins annexés, dont la figure i est une '::oupc axiale, en élévation, d'un évapora teur réchauffé u au sodium liquide i #i d'un faisceau tubulaire ré- alisé suivant l'invention ; la figure 2 est une vue partie ive schématique montrant en élévation une couche cylindrique intérieure du faisceau la figure 3 représente à plus grande échelle une vue en coupe suivant la ligne I,I-1II de la figure 2 la figure 4 représente, dans une vue en élévation à plus grande échelle, la partie de cette couche désignée par l'indice IV sur la figure 2. Sur la figure , un faisceau 1 de surfaces d'échange de chaleur garnit 1'espace annulaire délimité par deux viroles coaxiales V1, V2, à l'intérieur d'une enveloppe n. suivant un mode connu, le faisceau 1 est un faisceau tubulaire, composé de plusieurs tubes enroulés en hélice selon plusieurs diamètres par rapport à l'axe vertical des viroles, les couches de même diamètre d'enroulement formant une couche ou nappe en forme de cylindre et les aivers cylindres coaxiaux Cl à Cm ainsi définis étant disposés les uns dans les autres.La chambre délimitée par l'enveloppe E est appe- lée à assurer la circulation de naut en bas de sodium. liquide, destiné à céder sa chaleur à un fluide eau-vapeur qui circule de bas en haut le long du faisceau tubulaire. Les tuoes T de ce faisceau se terminent à la partie supérieure par des brins coudés verticaux 2, quI seprolongent par des orins inclinés 3, et se redressent ensuite pour se raccorder à des plaques tubulaires de boîtes à vapeur BV. De manière analogue, les tubes T présentent à leurs extrémités inférieures des brins coudés verticaux 4, qui se prolongent par des brins inclinés 5 et se redressent ensuite pour se raccorder à des plaques tubulaires de bottes à eau BE. La figure 2 représente schématiquement, à plus grande échelle, une des nappes cylindriques C du faisceau de la figure 1. Les tuoes T qui composent cette nappe sont simplement indiqués par les tracés hélicoïdaux que parcourent eurs axes neutres. Pour simplifier encore la lecture du dessin, on a donné à ces tracés, par approximation , une forme en zig-zag, au lieu de la forme exacte, à profil sinusoTdal. Les tubes T de la nappe C sont reliés les uns aux autres par soudure. C'est ainsi que les tubes 1, représentés sur la vue en coupe de la figure 3, sont munis chacun de deux nervures longitudinales extérieures 6, situées dans un même plan diamétral, le bord extérieur d'une nervure étant relié par cordon de soudure 7 au bord extérieur d'une nervure adjacente. D'autres tubes T2 (figure 4) sont reliés les uns aux autres par des plaquettes d' entretoisement soudées 8, dont chacune est située dans le plan diamétral commun aux deux tubes adjacents.Alors que les tubes T pris individuellement sont essentiellement flexibles en torsion et dans la direction de leur axe d'enroulement, les éléments d' assemblage par soudure 6 et 8 ont pour effet de transformer la nappe C, composée de ces tubes, en une paroi cylindrique, pleine ou ajourée, dotée d'une grande rigidité en torsion ainsi qu'en direction axiale. Le supportage de cette paroi cylindrique peut être assuré par fixation à tout élément approprié de l'installation des brins coudés supérieurs 2, qui jouent ainsi le rôle de suspentes. Ces brins coopèrent par ailleurs avec les brins coudés inférieurs 4, pour assurer le supportage, le centrage et la position transversale de chaque nappe ou paroi cylindrique, et garantir, dans certaines applications, l'espacement entre nappes sans le secours de cales intermédiaires. La nappe cylindrique ainsi aménagée peut librement se dilater suivant les directions radiales, et, selon les applications, les éléments d'assemblage entre tubes, nervures 6 ou entretoises 8, ont la flexibilité requise pour permettre la dilation différentielle maximale entre tubes adjacents, résultant, par exemple, de la mise hors-circuit d'un tube défectueux, dans le cas d'un générateur de vapeur réchauffé au sodium liquide. Les dispositions représentées peuvent faire l'objet de diver ses#variantes. C'est ainsi que, dans le cas d'une paroi pleine, on peut remplacer les tubes nervurés par des tubes ordinaires, reliés les uns aux autres, suivant leurs plans diamétraux communs, par des la-nguettes ou liteaux intermédiaires, assemblés par soudure le long de leurs deux bords longitudinaux. Que l'on utilise des tubes nervurés ou des tubes ordinaires avec barres intermédiaires, les soudures d'assemblage peuvent former un cordon continu ou être composées de points de soudure ou de plusieurs cordons espacés. Les entretoises 8 peuvent se situer dans le plan diamétral commun des tubes correspondants, ou dans un plan tangent commun, de manière à recouvrir deux tubes voisins ou plus, ou bien encore occuper toute position intermédiaire. Sur la figure 2, la nappe cylindrique C est composée de trois bandes tubulaires Bi, B2, B3, préfabriquées, et enroulées ensuite ctte à cote, simultanément ou l'une après l'autre, sur une forme cylindrique de diamètre convenable. Les tracs's hélicordaux Ji, J2, J3 indiquent les lignes de contact bord à bord ou bien des intervalles de faible largeur entre bords de bandes adjacentes. Pour former la nappe C, on commence par prendre un nombre convenable de tubes nervurés Tt, huit par exemple, dont est composée la bande Bi, fournis en longueurs rectilignes ou sous forme de bobines. On les place parallèlement les uns aux autres, en les dévidant graduellement, le cas échéant, à partir des bobines d'enroulement, et on les assemble par les cordons de soudure 7. Avantageusement, on enroule en hélice la bande de largeur uniforme B1 ainsi formée, au fur et à mesure de sa fabrication, avant de procéder de même, et successivement, avec les bandes B2 et B3. Toutes les bandes sont de largeur constante, mais peuvent différer les unes des autres par la forme des tubes ou par leur nombre. Ensuite, on relie les bandes par soudure, les unes aux autres, suivant les lignes J1, J2, J3.L'assemblage par soudure peut prendre la forme, entre autres, de plaquettes d'entretoisement soudées, ou de cordons de soudure entre nervures disposées bord à bord, ou encore de cordons de soudure entre une nervure et la face extérieure cylindrique d'un tube adjacent. Le nombre de bandes préfabriquées est quelconque, et peut se réduire à l'unité. Sur la figure 2, l'enroulement en hélice des bandes B procède à partir du plan transversal de tracé P, après coudage des brins axiaux 2. On forme ensuite les brins axiaux 4#l'extrémité opposée de la nappe C, une fois celle-ci complétée. Comme mentionné ci-dessus, la forme-cylindrique d'enroulement en hélice des bandes B peut être un noyau temporaire, que l'on retire de la nappe C après fabrication, étant donné que celle-ci est dotée, suivant l'invention, de toute la rigidité requise pour en faire une unité maniable, autoportante. En variante, on peut enrou ler les nappes CQ à Cm les unes sur les autres, en se servant de la virole V1 comme noyau permanent pour la première nappe, les autres nappes utilisant comme noyau la nappe précédente, les intervalles entre nappes étant déterminés par des cales d'espacement permanentes ou temporaires. Dans un cas comme dans l'autre, la rigidité des nappes en assure le supportage et le positionnement correct ; elle permet de se dispenser d'organes de fixation par serrage, qui risquent de se desserrer et de créer des jeux favorables au matage, par vibration, et à la corrosion. REVENDICATIONS 1. Faisceau tubulaire composé de tubes enroulés en hélice suivant plusieurs diamètres par rapport à un même axe d'enroulement, les tubes de même diamètre d'enroulement formant une couche ou nappe en forme de cylindre et les divers cylindres coaxiaux ainsi définis étant disposés les uns dans les autres, caractérisé en ce que les spires d'une nappe sont reliées les unes aux autres par des éléments soudés et constituent avec eux une structure intégrée formant cylindre autoportant à paroi pleine ou ajourée. 2. Faisceau tubulaire suivant la revendication 1, dont une nappe comporte des tubes munis sur leur face extérieure d'au moins une nervure soudée par son sommet à un tube adjacent de la nappe. 3. Faisceau tubulaire suivant la revendication 1, dans lequel deux tubes adjacents d'une meme nappe sont reliés à intervalles par des plaquettes d'entretoisement soudées. 4. Faisceau tubulaire suivant une quelconque des revendications précédentes, monté sur axe vertical, et dont les tubes se terminent à la partie supérieure et à la partie inférieure par des brins coudés servant respectivement de suspentes et d'éléments d' appui. 5. Faisceau tubulaire suivant une quelconque des revendications précédentes, dont les tubes se terminent aux deux extrémités par des brins coudés dont la fixation à des organes, collecteurs ou autres, assure le centrage des nappes en positions transversales voulues. 6. Procédé de fabrication de nappe de faisceau tubulaire suivant une quelconque des revendications précédentes, consistant à assembler par éléments soudés des tubes parallèles pour en former une ou plusieurs bandes de largeur constante à paroi pleine ou ajourée, à enrouler hélicordalement la ou les bandes sur une forme cylindrique, et à en assembler par soudure les bords adjacents, suivant autant de tracés en hélice qu'il y a de bandes. 7. Procédé de fabrication suivant la revendicatinn 6, utilisant comme forme cylindrique d'enroulement un noyau temporaire. 8. Procédé de fabrication suivant la revendication 6, utilisant comme forme cylindrique d'enroulement un élément permanent du faisceau, tel que virole intérieure ou nappe tubulaire adjacente à la nappe en cours de fabrication.