Brevet FR2370250A1 — publié le 19780602

L'invention se rapporte à un échangeur de chaleur à tubes doubles, dans lequel des tubes borgnes parallèles sont raccordés par leur extrémité ouverte de manière étanche à un premier plateau d'assemblage, dans lequel par ailleurs des tubes internes rectilignes et parallèles, ouverts aux deux extrémités, sont fixés à un second plateau d'assemblage et chacun des tubes internes penètre concentriquement dans un tube borgne et parvient à proximité immédiate de ltextrémité fermée de ce dernier. I1 faut fréquenment contrôler les échangeurs de chaleur des centrales nucléaires ou de génie chimique plusieurs fois, par exemple annuellement, au cours de leur vie utile afin de vérifieur s'ils ont subi des dégâts. Lorsque les échangeurs sont de type classique, c'est-a-dire équipés de tubes rectilignes montés aux deux extrémités dans des plateaux d'assemblage, ces contrôles répétés ou de routine ne soulèvent aucune difficulté. Dans un échangeur de chaleur connu du type spécifié plus haut, les tubes internes sont montes dans le plateau d'assemblage de manière démontable, c'est-à-dire que le faisceau entier peut être démonté avec le plateau (brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 887 003). L'expérience a toutefois montré que le remontage des tubes internes est pénible et long, en particulier lorsqu'ils sont relativement longs. L'invention a pour objet un échangeur de chaleur du type tel que spe cilié, mais dont les contrôles et vérifications de routine sont simplifiés et plus rapides. Selon une particularite essentielle de l'invention, les Ce mode d'exécution conforme à l'invention permet de laisser en place le plateau d'assemblage des tubes internes, d'extraire ceux-ci individuellement de ce plateau et, après contrôle, de les remettre chacun individuellement dans un tube borgne; ceux-ci peuvent être avantageusement contrôlés et, si nécessaire, échanges en meme temps que le tube interne qui en a été démonte et avant le remontage de ce dernier. Selon un mode de réalisation-avantageux permettant l'rechange des tubes borgnes, le diamètre exterieur de la partie du tube interne placôedans la plaque d'assemblage est supérieur au diamètre extérieur maximal du tube borgne correspondant. Les tubes internes peuvent avantageusement être équipe d'organes qui les centrent et les guident dans les tubes borgnes et en même temps a,-.ortissent leurs vibrations; selon un mode de realisation avantageux, un feuil lard éLastique en hélice progressant dans l'axe de chaque tube interne est fixé a ce dernier, ce feuillard formant en coupe transversale un triangle équilatéral a' angles arrondis auquel le tube interne forme un cercle inscrit et le tube borgne, un cercle circonscrit. Selon un mode de réalisation avantageux des éléments d'assujettissement amovible des tubes internes å leur plateau d'assemblage, l'extrémité de ces tubes devant se placer dans le plateau d'assemblage comporte des fentes longitudinales diamétralement opposées qui se terminent en une fente transversale, les tubes internes comportant par ailleurs du cotez extérieur et sur une partie de 1-a circonférence des nervures transversales qui sont perpendiculaires aux fentes longitudinales et qui sont destinées à se loger dans des gorges correspondantes du trou du plateau d'assemblage. I1 est par ailleurs possible d'immobiliser les tubes internes alignés au moyen d'un élément d'arrêt commun qui se loge dans leur fente longitudinale. En variante avantageuse de réalisation selon l'invention, la liaison amovible des tubes internes et de leur plaque d'assemblage est du type à baionnette, les tubes comportant par ailleurs des éléments permettant de leur solidariser en rotation un outil. Une autre possibilité de montage amovible selon l'invention des tubes internes dans leur plateau d'assemblage consiste finalement en vis à excentrique qui se placent sur le bord de ces tubes. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés a' titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'une cuve de béton sous pression de réacteur nucléaire; - les figures 2, 3 et 5 sont des coupes longitudinales de différentes variantes de réalisation de l'assujettissement amovible des tubes internes dans leur plateau d'assemblage; - la figure 4 représente partiellement en élévation un outil de montage du mode de réalisation de la figure 3; - la figure 6 est une coupe longitudinale d'un court tronçon de tube borgne et illustre un tronçon de tube interne encastré dans le tube borgne au moyen d'un élément en hélice de guidage et d'amortissement des vibrations; et - la figure 7 est une coupe transversale selon la ligne VII-VII de la figure 6 et vue dans la direction du plateau d'assemblage qui supporte les tubes. L'échangeur de chaleur de l'exemple décrit de réalisation fait partie d'un circuit de réacteur nucléaire refroidi à l'hélium. Ce gaz commande une turbine, puis passe dans un récupérateur èt ensuite dans un refroidisseur avant d'être comprimé, puis réchauffé dans le récupérateur et finalement recyclé dans le réacteur. La cuve sous pression I (figure 1) comprend une caverne 2 sensiblement cylindrique et revêtue d'un garnissage de tôle 3 La caverne 2 s'élargit à la partie inférieure en une chambre d'admission 4 et se rétrécit en cône à la partie supérieure pour se prolonger par un canal cylindrique 5. Une tubulure 10 rapportée sur le garnissage 3 à la transition à l'élargissement est fermée à l'ex trémité inférieure par un plateau d'assemblage fl comportant une bride 12. Un faisceau de tubes borgnes verticaux 15 disposés en quinconce et dont l'extrémité supérieure libre 16 est obturée en calotte est monté dans le plateau d'assemblage Il.Le faisceau de tubes borgnes 15 est entouré sur sa longueur totale par une chemise cylindrique 20 qui prend appui sur le plateau d'assemblage 11 par des fers plats 21 répartis à distance sur sa circonférence. La chemise 20 est entourée d'une enveloppe 22 suspendue à un cône 23; celui-ci est fixé à un coude angulaire 24. Ce dernier se prolonge par une canalisation d'arrivée 25 disposée dans un passage latéral 26 revêtu d'un garnissage 27, ménagé dans la cuve sous pression 1 et aboutissant à une caverne non représentée du récupérateur. La canalisation d'arrivée 25 prend appui de manière non représentée concentriquement sur le garnissage 27. Le coude 24 est suspendu par ailleurs à un gousset 30 qui, de son côté, est articulé sur un support 31. Celui-ci est en saillie sur une cloison conique 32 reliée de manière hermétique au garnissage 3 par un. collet 35 la canalisation d'arrivée 25 par un second collet 36 et, finalement, à un tuyau interne 38 par une couture 37. De l'hélium préalablement refroidi dans le récupérateur non représenté arrive par la canalisation 25 sur le faisceau de tubes borgnes 15. Ce gaz se dirige sur le plateau d'assemblage ll et se refroidit à son passage sur la surface extérieure des tubes 15 pour atteindre sa température minimale, L'hélium est dévié vers l'extérieur au niveau du plateau d'assemblage ll; il parvient ensuite par l'espace annulaire compris entre l'enveloppe 22 et la tubulure 10, d'une part, et le garnissage 3, d'autre part, puis il se dirige sur le compresseur non représenté par les espaces délimités par la cloison 32 et le tuyau interne 38.Une partie de ce courant d'hélium comprimé et constituant un fluide de refroidissement est recyclée sur le récupérateur entre le garnissage 3 et le tuyau interne 38 ainsi que la cloison 32 et entre la canalisation d'arrivée 25 et le garnissage 27. Les tubes borgnes 15 sont refroidis à 11 eau sur la surface interne. A cette fin, des tubes internes rectilignes 50 logés dans les tubes borgnes 15 et se prolongeant jusqu'à proximité de l'extrémité obturée de ces derniers sont fixés dans un plateau d'assemblage 51. Ce plateau 51 se prolonge en une d oison cylindrique 52 qui supporte une bride 53 reliée de maniere étanche à la bride 12 du plateau d'assemblage 11. Une tubulure 55 montée latéralement sur la cloison cylindrique 52 est raccordée à une canalisation 56 d'arrivée d'eau de refroidissement. Un-fond bombé 60 au centre duquel une tubulure 61 d'évacuation de l'eau de refroidissement est rapportée par soudage recouvre le plateau d'assemblage 51. Une courte cloison 65 fixée au plateau Il entoure le faisceau des tubes internes 20. L'eau de refroidissement entre par la canalisation 56 et la tubulure 55 latéralement dans la chambre annulaire comprise entre la cloison cylindrique 52 et la cloison 65, elle se répartit en cet emplacement sur la circonférence, passe ensuite entre le bord inférieur de la cloison 65 -et le-plateau d-'assemblage 51, elle parvient dans la zone du faisceau des tubes internes 50 puis, après avoir été régulièrement répartie longe les espaces annulaires compris entre la surface interne des tubes borgnes 15 et la surface extérieure des tubes internes 50 pour parvenir à l'extrémité supérieure des tubes 15, l'eau ayant alors refroidi ces tubes et en ayant absorbé leur chaleur.L'eau chauffée passe ensuite par l'extrémité supérieure ouverte des tubes internes 50, descend dans ceux-ci puis les quitte sous le plateau d'assemblage 51 pur finalement sortir de l'échangeur de chaleur par la tubulure 61. Au moins un contrôle annuel est prévu pour l'échangeur de chaleur représenté. A cette fin, un accès à la chambre d'admission 4 peut être ouvert, puis le fond 60 doit être enlevé et descendu. Il faut ensuite extraire individuellement par le bas les tubes internes 50 à travers le plateau d'assemblage 51 et les contrôler, le tube borgne correspondant 15 étant simultanément contrôlé intérieurement à travers le plateau d'assemblage 51. Lorsque les deux tubes ont été trouvé bons, il faut remettre le tube interne 50 en place dans le tuyau borgne correspondant 15 et le fixer sur le plateau d'assemblage 51.Si le tube interne 50 a été détérioré, il faut le changer; s'il faut remplacer un tube borgne 15, il faut le fraiser à l'aide d'un outil spécial travaillant à travers le plateau 51 pour le libérer du plateau Il et l'enlever et il faut ensuite remonter un tube neuf 15 et le souder hermétiquement au plateau d'assemblage 11. Ce mode opératoire progressif ne soulève aucun problème dtenfile ment simultané d'un grand nombre de tubes oscillants, contrairement aux échangeurs de chaleur connus à tubes doubles dans lesquels les tubes internes sont fixés à demeure dans leur plateau d'assemblage. Le dessin annexé illustre trois modes différents d'assujettissement des tubes internes 50 au plateau d'assemblage 51. La figure 2 illustre un tube interne 50 qui pénètre dans un tube borgne 15; un joint de soudure 7Q fixe ce dernier dans le plateau d'assemblage 11. A partir du tube borgne 15, le tube interne 50 se prolonge tout d'abord par un cône 71, puis par un tronçon tubulaire 72; ce dernier a un diamètre extérieur supérieur à celui du tube borgne 15 pour permettre le démontage mentionné de ce dernier à travers le plateau 11. Le tronçon tubulaire 72 comporte a l'extrémité inférieure un rebord extérieur 73 et cinq nervures circulaires parallèles 74 de section triangulaire situées sur deux zones diamétralement opposées de la circonférence du tube. Le tube 72 comporte entre ces deux zones deux fentes longitudinales 75 parallèles à'axe et aboutissant à deux fentes transversales 76.Le plateau d'assemblage 51 comporte des trous 80 qui correspondent au diamètre extérieur du tronçon tubulaire 72 et qui comportent à la partie inférieure six gorges circulaires 81 à profil triangulaire correspondant à celui des nervures 74. Une barre de clavetage 82 fixée de manière amovible au plateau 51 passe sous ce dernier dans les fentes 75 de plusieurs tubes 50 en formant sur ceux-ci un élément d'arrêt. Pour démonter le tube 50, il faut tout d'abord enlever la barre de clavetage 82, puis placer sur le rebord 73 un outil non représenté en forme de pince comportant une broche pénétrant dans le tube 72 de manière à permettre de resserrer les deux extrémités en fourche du tronçon tubulaire 72, les nervures 74 se dégageant alors des gorges 81. I1 est alors possible d'extraire a l'aide de l'outil mentionné le tube interne 50 å travers le plateau 51. Pendant le contrôle de ce tube interne, une sonde de type connu à courant de Foucault, par exemple, est introduite à travers le plateau 51 dans ie tube 15 pour le contrôle de ce dernier.Ensuite, l'outil mentionné en pince permet de réintroduire le tube interne contrôlé 50 dans le tube borgne usqu'au moment où la pince bute contre le plateau 51. I1 faut alors ouvrir la pince et les nervures 74 se remettent en place dans les gorges 81. Lorsqu'une rangée totale de tubes alignés 50 a été contrôlée, il faut remettre la barre 82 dans les fentes 75, puis l'arrêter aux deux extrémités de manière non représentée. Le tube 72 du mode de réalisation do la figure 3 comporte une gorge 83 dans laquelle est placé un joint torique, ainsi qu'une couronne supérieure 84 et une couronne inférieure 85 de chacune quatre mentonnets disposés en anneau. Le tube 72 comporte un six pans interne 86. Le tube 72 comporte par ailleurs deux fentes longitudinales 87 parallèles å l'axe et dans lesquelles passe une barre d'arrêt 82 analogue à celle de la figure 2.Les trous 80 du plateau d'assemblage 51 comportent une gorge circulaire destinée aux quatre mentonnets supérieurs B4 ainsi que quatre fraisures 84' parallèles a l'axe et par lesquelles les mentomlets supérieurs o4 peuvent être introduits a la manière d'un verrou à baionnette. Il faut un outil , dont la figure 4 illustre l'extré- mité de tête, pour monter et démonter le tube interne 50 de la figure 3. La tête de l~outil-se compose d'une broche rotative 88 comportant une partie cylindrique 89, un six pan3 externe 90, un prolongement 91 et un calibre 92. La broche 88 est entourée au niveau de sa partie cylindrique 89 par un manchon 93 qui comporte une gorge circulaire interne 9 et quatre crabots 95 disposés à la manière d'un verrou a baïonnette. Pour démonter le tube interne 50 de la figure 3, il faut tout d'abord enlever la barre de clavetage 82, puis introduire I'outil axialement de manière que le six pans externe 90 se loge dans le six pans interne 86 et que les mentonnets inférieurs 85 du tube interne se logent dans la gorge 94. Il faut ensuite faire tourner la broche 88 d'environ 300 en maintenant le manchon 93 immobile. Lors de la rotation de la broche 88, le tube 50 tourne aussi, les mentonnets supérieurs 84 se mettant au droit des rainures 841 et par ailleurs, les mentonnets inférieurs 85 se plaçant derrière les crabots 95. I1 est alors possible de tirer axialement l'outil avec le tube interne 50, puis de contr8ler ce tube interne ainsi que le tube borgne. Le montage s'effectue par la séquence d'opérations inverse. Le tronçon tubulaire 72 de l'exemple de réalisation de la figure 5 comporte à l'extrémité inférieure un collet 96 et, au niveau de ce dernier, une gorge interne 97 de profil triangulaire. I1 faut saisir le tube de ce mode de réalisation à l'aide d'un outil simple de manipulation non représenté, après avoir enlevé un fer plat d'arrêt 98, cet outil se logeant dans la gorge 97. I1 faut ensuite faire tourner une vis 99 à tête excentrique disposée latéralement dans la masse du plateau 51 entre trois trous 80 de manière à libérer le collet 96. I1 est alors possible d'extraire le tube interne 50 a l'aide de l'outil de manipulation. Le tube interne 50 tel que représenté sur les figures 6 et 7 est guidé centralement dans le tube borgne 15 au moyen d'un feuillard 100 enroulé en hélice. Ce feuillard en hélice, qui correspond en section approximativement à un triangle équilatéral à angles arrondis et à côtés bombés vers l'extérieur, est en contact à chaque spire avec le tube interne 50 dans trois zones linéaires et, avec la surface interne du tube extérieur ou borgne 15, dans trois zones linéaires décalées de 600 par rapport aux précédentes. L'élément 100 peut être fixé par exemple par des points de soudure sur le tube interne. Il assume une fonction de centrage et il a de plus d'excellentes qualités d'amortisvement. REVENDICATIONS 1. Echangeur de chaleur à tubes doubles, dans lequel des tubes borgnes parallèles sont raccordés de manière étanche par l'extrémité ouverte a un premier plateau d'assemblage et par ailleurs les tubes internes rectilignes et parallèles, ouverts aux deux extrémités, sont fixés à un second plateau d'assemblage et chaque tube interne pénètre concentriquement dans un tube borgne dans lequel il parvient à proximité de l'extrémité fermée, caractérisé en ce que les tubes internes (50) sont assujettis de manière amovible à leur plateau dtassem.blage (51) de manière a pouvoir ttre extraits individuellement n travers ce dernie . 2. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes internes (50) sont équipés d'un organe (100) de guidage central dans le tube borgne (15). 3. Echangeur de chaleur selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'organe de guidage central est un feuillard élastique (100) enroulé en hélice autour de l'axe du tube interne (59) et fixé à ce dernier, ce feuillard étant enroulé de manière à former en coupe transversale un triangle équilatéral à angles arrondis dans lequel le tube interne (50) appliqué contre lui forme un cercle inscrit et auquel le tube borgne (15) appliqué aussi contre lui forme un cercle circonscrit. 4. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes internes (50) comportent à l'extré- mit montée dans le plateau d'assemblage (51) des fentes longitudinales (75; 87) diamétralement opposées. 5. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'assujettissement amovible (84, 84', 85) des tubes internes (50) à leur plateau d'assemblage (51) est conformé en raccord à baionnette. 6. Echangeur de chaleur selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des fentes longitudinales (75) débouche dans une fente transversale (76) et par ailleurs les tubes internes (50) comportent sur la surface extérieure et Xur une partie de la circonférence des nervures transversales (74) perpendiculaires auxdites fentes longitudinales (75) et destinées à se loger dans des gorges correspondantes (80) de leur trou de passage (80) dans le plateau d'assemblage (51). 7 Echangeur de ci;lcur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les tubes internes (50) qui se succèdent à l'alignement en une rangée sont immobilisés par un élément commun d'arrêt (82) qui passe dans leurs fentes longitudinales (75, 87). 8. Echangeur de chaleur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les tubes internes (50) sont conformés de manière qu'ils puissent être accrochés par un outil (88) de manière à être solidarisés en rotation avec lui. 9. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des vis à excentrique (99) retiennent les tubes internes (50) dans ia plaque d'assenblage (50) par leur bord (96). 10. Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie des tubes internes (50) qui se loge dans leur plaque d'assemblage (51) a un diamètre extérieur plus grand que le diamètre extérieur maximal du tube borgne correspondant (15).