Brevet FR2294324A1 — publié le 19760709

La présente invention se rapporte à un préchauffeur d'eau d'alimentation pour le chauffage en deux stades de l'eau de condensation de la turbine à vapeurau moyen de la vapeur condensée prélevée dans la turbine. Le préchauffeur d'eau d'alimentation est monté horizontalement à l'intérieur du corps d'échappement de la vapeur d'une turbine. Un préchauffeur d'eau d'alimentation de ce type est décrit dans le brevet allemand n 1.626.210. Dans cette forme de construction, des tubes pliés en épingle à cheveux sont fixés dans une plaque tubulaire, de façon que chaque tube et chaque système tubulaire puissent exécuter les mouvements de dilatation nécessaires pour éviter les contraintes thermiques. quatre voies du préchauffeur sont donc parcourues par 11 eau d' alimentation. Dans les turbogroupes d'une grande puissance, en particulier pour les centrales thermiques nucléaires à eau ordinaire, il est apparu que la place dont on dispose n'est pas suffisante dans le sens vertical pour y installer un préchauffeur à quatre voies d'eau d'alimentation. Un agrandissement du bâtiment est très coûteux et une réduction du diamètre du préchauffeur d'eau d'alimentation à quatre voies de passage conduit à des vitesses excessives de l'eau d'alimentation. On'connat, en outre, des préchauffeu:rs d'eau d'alimentation dont les tubes ne sont pas plies en épingle à cheveux. Un préchauffeur de ce type est décrit, par exemple, dans l'ouvrage de k. Schröder : Grosse Dampfkraftwerke" (Grandes centrales thermiques à vapeur), volume 3, partie A, page )26, figure 307, édition Springer-Verlag, 1966. Dans ce type de constructionde préchauffeur, des tubes droits sont fixés dans deux plaques tubulaires, une plaque tubulaire étant reliée rigidement à l'enveloppe de vapeur, tandis que l'autre plaque tubulaire e-st conçue comme une tette flottante mobile. Le problème posé par la présente invention consiste à realiser un préchauffeur du type précite, de façon que de la vapeur soumise à deux pressions différentes puisse être utilisée pour le chauffage de l'eau d'alimentation et que le préchauffeur puisse ttre monté, sans augmenter la hauteur de construction, dans la tubuMce d'échappement de vapeur d'une turbine. L'invention concerne donc un préchauffeur d'eau d'alimentation destiné au chauffage de l'eau de condensation de la turbine à vapeur par de la vapeur de prélèvement qui se condense, et dans lequel les tubes conduisant l'eau d'alimentation sont fixés entre une plaque tubulaire fixe et une plaque tubulaire mobile. La nouveauté réside dans le fait que seules les chambres d'admission et de décharge pour l'eau d'alimentation sont adjacentes à la plaque tubulaire fixe, tandis que toutes les extrémités des tubes fixées dans la plaque tubulaire mobile débouchent dans une chambre d'inversion ; qu'un réservoir de vapeur, qui entoure la partie des tubes présentant dans l'en- semble un même sens d'écoulement d'eau d'alimentation, est monté à l'intérieur du corps du préchauffeur ; que les tubes situés à l'intérieur de ce réservoir de vapeur ou les tubes disposés à l'extérieur de celui-ci sont légèrement coudés entre les plaques tubulaires ; et que les tubes droits, conjointement avec des tirants éventuellement présents, reliant les plaques tubulaires , sont répartis sur la surface de la plaque tubulaire mobile, de façon que cette dernière n'exécute aucun-mou- vement de renversement pendant la marche. Grâce aux températures différentes, une dilatation thermique différente se manifeste dans les tubes situés à l'inté- rieur et à l'extérieur du réservoir de vapeur. Les tensions de matière ainsi engendrées ne sont pas considérables par suite de la-flexion élastique d'une partie des tubes. Elles peuvent 8tré tolérées comme des tensions supplémentaires s'ajoutant aux tensions de service lorsque tous les tubes de la partie comprenant les tubes droits sont soumis régulièrement à une chur- ge. Ceci n'est toutefois pas le cas si un puissant couple de renversement est exercé sur la plaque tubulaire par l'atlonge- ment différent de la partie inférieure et de la partie supérieure du système tubulaire.Dès lors, les fixations des tubes les plus supérieures et les plus inf-érieures sont sursollicitées. Ce couple de renversement est évité grave à la présente invention. Elle permet d'obtenir une charge régulière des tubes se dilatant différemment de chacune des deux parties. Ceci est défini avantageusement par le fait que les tubes d-'une dilatation différente dans leurs plans tubulaires sont conçus de telle sorte que les forces et les moments de fle xion sur la plaque tubulaire soient compensées par la symétrie l'une par rapport å l'autre des surfaces garnies de tubes des deux systèmes,au moyen de deux axes perpendiculaires entre eux. Une autre caractéristique consiste à utiliser des tirants qui stengagent sur la partie de la plaque tubulaire, dans laquelle les tubes coudés débouchent. Conjointement avec les tubes droits ils attirent la plaque tubulaire mobile dans la direction de la plaque tubulaire fixe et rétablissent, conjointement avec les tubes droits, la symétrie des forces de traction agissant sur la plaque tubulaire autour de deux axes perpendiculaires entre eux dans le plan de la plaque tubulaire. Les tubes coudés sont connus dans la construction des condenseurs (K. Schroder : "Grosse Dampfkraftwerke" (Grandes centrales thermiques à vapeur) , volume 3, partie B, page 188, édition Springer-Verlag, 1968) Ces tubes sont coudés plusieurs fois par rapport à la ligne médiane pour augmenter l'élasticité, sont montés individuellement sous cette forme ondulée et sont dudgeonnés dans deux fonds tubulaires fixés rigidement sur l'enveloppe. Dans la forme de construction selon l'invention toute la question, au contraire,est d'éviter largement un couple de renversement sur la plaque tubulaire mobile la partie supérieure du système tubulaire,y compris le réservoir de vapeur intérieure, se dilatent selon une proportion déterminée, des moments de reLversement ne se produisent pas sur la plaque tubulaire mobile si les tubes de la partie inférieure du système tubulaire ont Pt suivre 1' allongement nécessaire sans exercer des forces consiué-- rables sur la plaqué tubulaire mobile. Or, ceci est obtenu en dotant ces tubes,par rapport à la ligne médiane d'une seule flexion. Cette flexion est obtenue,après introduction des tubes par déplacement des parois de retenue tubulaires sur une distance déterminée,puis les tubes sont fixés sur les plaques tubulaires et les parois de retenue tubulaires sont libérées. Il est avantageux à cet effet de disposer les parois de retenue tubulaires mobiles sur une construction de soutien flexible qui est fixée sur une paroi du réservoir de vapeur du préchauffeur,de façon qu'elle puisse glisser jusqu'aux points d'articulation et puisse fléchir conformément à la déformati on de s tubes.Pareillement) les tubes cintrés pendant la marche sont par conséquent montés comme des tubes droits dans le corps. Lorsque les conditions d'emplacement, en particulier par suite de l'encombrement nécessaire pour l'admission et la répartition de 1a vapeur de prélèvement, n'admettent pas une dis- position symétrique des deux systbmes tubulaires différents eu égard à leurs plans tubulaires, ii est avantageux de prévoir, dans la zone du système tubulaire des tubes coudés, des tirants qui empêchent un renversement de la plaque tubulaire libre.A cet effet , ces tirants doivent -gtre dimensionnés de telle sorte qu'ils exécutent, sous l'influence de la pression de service régnant dans les chambres à eau et dans les tubes, l'allonge- ment qui a lieu dans l'autre système tubulaire par -suite de cette pression de service et des différentes dilatations thermoques des deux systèmes tubulaires l'un par rapport à l'autre. La flexion des tubes peut avoir iieu, au sens de l'in- ventions dans une direction quelconque perpendiculaire à lRaxe médian des tubes. Selon une autre forme de réalisation de L'invention, il est possible de souder fermement l'enveloppe du préchauffeur sur les parois de la tubulure de prélèvement de vapeur de la turbine. On épargne ainsi les constructions de soutien contre la pression extérieure. -L'invention estidécrite en détail ci-après å I'aide d'exemples de réalisation illustrés par- le dessin annexé. Une coupe longitudinale d'un préchauffeur d'eau mentation est reproduite sur la figure 1. L'eau d'alimentation pénètre, selon le sens de la flèche, plans la chambre d'admission 1 du préchauffeur, circule à travers les tubes 2, parvient ensuite-, dans le sens de la flèche, a l'intérieur de la chambre d'inversion 3, passe par; les tubes 4 et qui-tte le préchauffeur, selon le sens de la flèche, par la chambre de décharge 5; La vapeur de turbine du prélèvem,ent inférieur entre par la tubulure dans le préchauffeur et se condense ur 1 tubes 2. L'eau de condensation quitte le préchauffeur par la tubulure 7 . La vapeur de turbine du prélèvement immédiatement supérieur pénètre par la tubulure 8 dans le préchauffeur et se condense sur les tubes 4.L'eau de condensation quitte le prechauffeur par la tubulure 9 . Le réservoir de vapeur il de cette vapeur de prélèvement est limité par la parlai de séparation médiane lla et l'enveloppe de vapeur interne llb. Les tubes 4 sont maintenus par des tôles de retenue 10 fixées sur la paroi de séparation médiane lla. Les tubes 2 de la partie inférieure du corps 12 du préchauffeur sont soutenus, au voisinage des plaques tubulaires par des tôles de retenue 13 fixées également sur la paroi de séparation médiane lla. Les autres tales de retenue 14, se situant dans la zone de la flexion des tubes 2, sont fixées sur une construction de soutien-15 qui peut épouser la ligne de flexion des tubes 2 et qui est reliée à l'état déplaçable à la paroi de séparation médiane lIa. Pour obtenir la flexion désirée des tubes 2, on exerce, au point 16, une force qui provoque, à l'état froid, lors du montage et avant la fixation des extrémités des tubes dans les plaques tubulaires 17 et 21, un déplacement correspondant des tôles de retenue 14 des tubes. Ensuite, les tubes 2 sont fixés dans les plaques tubulaires Puis le point 16 est libéré. Le corps 12 du préchauffeur d'eau d'alimentation est relié solidement et d'une manière étanche aux parois 19 de la tubulure d'échappement de vapeur de la turbine, dans laquelle la vapeur afflue selon le sens de la flèche 18. Des coupes transversales du préchauffeur d'eau d'ali- mentation conforme à l'invention sont représentées sur les figures 2 et 3. La figure 2 représente une disposition des plans des tubes 2 qui reçoivent leur vapeur de chauffe par les tubulures 6, ainsi que celle du plan des tubes 4 qui sont alimentés en vapeur de chauffe pénétrant par les tubulures 8 dans le résex- voir de vapeur 11. Ia disposition des tubes 2 et 4 est établie de telle sorte que les centres de gravité superficiels se situent au point de coupe des axes X-X et Y-Y . Un compensateur 20 équilibre la dilatation relative entre l'enveloppe de vapeur llb et le corps 12 du préchauffeur. La figure 3 reproduit une disposition des systèmes tubulaires semblable à celle de la figure l. Dans ce cas, les tirants 22 servent à absorber les forces qui provoqueraient un couple de renversement sur la plaque tubulaire libre (17 à la figure l). R E V E N D I C A T I O N S 1. Préchauffeur d'eau d'alimentation destiné au chauffage de l'eau de condensation de la turbine à vapeur par de la vapeur de prélèvement qui se condense, et dans lequel les tubes conduisant l'eau d'alimentation sont fixés entre une plaque tubulaire fixe et une plaque tubulaire mobile, caractérisé en ce que seules les chambres d'admission et de décharge pour l'eau d'alimentation sont adjacentes à la plaque tubulaire fixe, tandis que toutes les extrémités des tubes fixées dans la plaque tubulaire mobile débouchent dans une chambre d'inversion;en ce qu'un réservoir de vapeur, qui entoure la partie des tubes présentant dans l'ensemble un meme sens d'écoulement d'eau d'alimentation, est monté à l'intérieur du corps du préchauffeur ; en ce que les tubes situés à l'intérieur de ce ré servir de vapeur ou les tubes disposés à l'extérieur de celuici sont légèrement coudés entre les plaques tubulaires et en ce que les tubes droits, conjointement avec des tirants éventuellement présents, reliant les plaques tubulaires, sont répartis sur la surface de la plaque tubulaire mobile de façon que cette dernière n'exécute aucun mouvement de renversement pendant la marche. 2. Préchauffeur d'eau d'alimentation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la disposition du plan des tubes plus froids par rapport à celle des tubes plus chauds est établie de telle sorte que les centres de gravité superficiels de ces plans des tubes soient symétriques à'l'axe horizontal et à l'axe vertical. 3* Préchauffeur d'eau d'alimentation suivant la revendication l, caractérisé en ce que des tirants sont disposés d'un côté à proximité des tubes coudés ; et en ce que les tubes droits sont montés de l'autre côté. 4, Procédé de fabrication d'un préchauffeur d'eau d'alimentation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes sont insérés dans les plaques tubulaires et dans les t8les de retenue , et en ce qu'cne force est exercée sur ces tales , de façon qu'il en résulte une flexion déterminée des tubes , et en ce que les extrémités deê t-dbessont ensuite fixées dans les plaques tubulaires et les totales de retenue sont finalement libérées. 5. Préchauffeui d'eau d'alimentation suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le corps du préchauffeur est relié rigidement d'une manière étanche à deux parois opposées l'une à l'autre de la tubulure d'échappement de vapeur de la turbine.