Brevet FR2452666A1 — publié le 19801024

La présente invention concerne un génératourde vapeur surchauffée du type comprenant une enveloppe horizontalement allongée destinée à être partiellement remplie d'eau à vaporiser, au moins une entrée d'eau solidaire de la partie inférieure de l'enveloppe, au moins une tubulure de sortie de vapeur surchauffée solidaire de la partie supérieure de l'enveloppe, et une pluralité de tubes logés à l'intérieur de ladite enveloppe, les dits tubes étant parcourus par un fluide chauffant. On connais déjà un générateur de vapeur du type précité qui incorpore, à l'intérieur d'une même enveloppe, un économiseur, un vaporisateur et un surchauffeur, ces différents éléments étant constitués par des faisceaux tubulaires indépendants qui sont parcourus en parallèle par le fluide chauffant. Du fait de la disposition en parallèle de ces différents faisceaux, il est indispensable de prévoir pour chacun dteux des moyens particuliers d'entrée et de sortie du fluide chauffant à travers la paroi de 1 t enveloppe. On est alors conduit à une réalisation compliquée, et par conséquent d'un prix élevé. L'invention a surtout pour but d'éviter les inconvénients susmentionnés. Elle vise essentiellement à réaliser un générateur de vapeur surchauffée de construction simple, compacte et économique. Elle consiste à grouper les tubes suivant trois sections distinctes formant respectivement économiseur1 vaporisateur et surchauffeur, ces différentes sections étant parcourues en série par le fluide chauffant. Chaque section est avantageusement constituée par une partie d'un faisceau tubulaire unique logé à l'intérieur de ltenveloppe. Chaque section peut aussi autre constituée par un faisceau tubulaire particulier. Dans ce dernier cas, les organes de liaison entre les faisceaux tubulaires successifs sont prévus à l'intérieur même de l'enveloppe, de telle sorte que la paroi de celle-ci ne présente que deux traversées de tubes, l'une pour l'entrée, ltautre pour la sortie du fluide chauffant. Un tel avantage permet de mieux distinguer encore le générateur de vapeur selon l'invention du générateur de vapeur connu, suivant lequel une éventuelle mise en série des différents faisceaux tubulaires prévus ne saurait s'effectuer qu'au moyen de liaisons extérieures à ltenveloppe. L'invention a plus précisément pour objet un générateur de vapeur surchauffée comprenant une enveloppe horizontalement allongée destinée à être partiellement remplie d'eau à vaporiser, au moins une tubulure d'entrée d'eau solidaire de la partie inférieure de l'enveloppe, au moins une tubulure de sortie de vapeur surchauffée solidaire de la partie supérieure de ltenvelop- pe, et une pluralité de tubes logés à l'intérieur de l'enveloppe et parcourus par un fluide chauffant, caractérisé en ce que lesdits tubes sont aménagés suivant trois sections superposées, de forme horizontalement allongée, qui sont parcourues en série par le fluide chauffant, à savoir - une section inférieure formant section d'économiseurs disposée à la base de ltenveloppe, - une section intermédiaire, formant section d'évaporation, immergée dans liteau, au-dessus de la section précédente, et - une section supérieure, formant section de surchauffe, disposée au-dessus du niveau d'eau dans lrenveloppe, le fluide chauffant entrant dans les tubes par ladite section de surchauffe et en sortant par ladite section dtéconomiseur, ou vice-versa. Les trois sections précitées sont avantageusement constituées par un unique faisceau de tubes, chaque tube du faisceau comprenant trois tronçons qui appartiennent respectivement aux trois sections. Les tubes sont entourés, au niveau de la section d'économiseur, par une gaine longitudinale dont une extrémité est reliée à la tubulure d'entrée d'eau, l'extrémité opposée de ladite gaine débouchant à l'intérieur de l'enveloppe de manière à assurer son alimentation en eau. Les tubes sont entourés, au niveau de la section de surchauffe, par une gaine longitudinale dont une extrémité débouche dans ltesspasce de vapeur situé au-dessus du niveau d'eau à l'intérieur de l'enveloppe, de manière à collecter la vapeur formée, l'extrémité opposée de ladite gaine étant reliée à la tubulure de sortie de vapeur surchauffée. Chaque tube présente, au niveau de la section de vaporisation, la forme d'un U à branches horizontalement allongées, de telle sorte que l'entrée et la sortie du fluide chauffant soient prévues à une mtme extrémité de ltenveloppe. La section de vaperisation comporte avantageusement plusieurs étages, chacun d'eux étant constitué par des U disposés parallèlement dans un même plan horizontal. Suivant une caractéristique de l'invention, la gaine afférente à la section d'économiseur, est reliée à la tubulure d'entrée d'eau par l'intermédiaire d'un manchon thermique corpre- nant deux éléments tubulaires coaxiaux : un élément externe raccordé a ltenveloppe, et sur le prolongement duquel est bran chée la tubulure d'entrée d'eau, et un élément interne, raccordé au précédent, et sur lequel la gaine vient se fixer. Ladite gaine est avantageusement fixée directement sur l'extrémité de ltélément tubulaire interne du manchon thermique, dans le prolongement dudit élement tubulaire. Ladite gaine est avantageusement entourée par un cylindre formant dispositif anti-convection naturelle, ledit cylindre étant solidaire de la gaine. Ce cylindre est avantageusement fixé directement sur l'extrémité de l'élément tubulaire externe du manchon thermique qui est intérieure à l'enveloppe, dans le prolongement dudit élément tubulaire. Suivant une autre caractéristique de l'inventionX la gaine afférente à la section de surchauffe, est reliée à la tubulure de sortie de vapeur surchauffée par l'intermediaire don manchon thermique comprenant deux éléments tubulaires coaxiaux un élément externe raccordé à l'enveloppe, et sur le prolongement duquel est branchée la tubulure de sortie de vapeur surchauffe, et un élément interne, raccordé au précédent, et sur lequel la gaine vient se fixer. La dite gaine est avantageusement fixée directement sur l'extrémité de l'élément tubulaire interne du manchon thermique, dans le prolongement dudit élément tubulaire. Suivant une disposition caractéristique de ltinvention, les trois sections du générateur de vapeur sont supportées par des plaques verticales longitudinalement espacées, lesdites pla quels étant conformées de manière à autoriser l'écoulement longitu- dînaI de l'eau et de la vapeur à l'intérieur de l'enveloppe. Les plaques de support sont avantageusement entretoisées par des plats longitudinaux perpendiculaires aux dites plaques. Ces plats sont, par exemple, disposés au niveau de la section de vaporisation qu'ils délimitent latéralement. Suivant une disposition particulièrement intéressante, les plaques de support sont montées sur des pattes prévues suivant deux rangées parallèles disposées de part et d'autre de l'enveloppe, à l'intérieur de celle-ci, par l'intermédiaire d'éléments de supportage et de glissement solidaires desdites plaques. L'entrée et la sortie du fluide chauffant sont assurées par des tubulures débouchant respectivement dans des boites dont une paroi est constituée par une plaque tubulaire formant a l'extérieur de l'enveloppe, le fond du prolongement de l'élément tubulaire externe dtun manchon thermique. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit, faite en regard des dessins annexés, concernant une forme particulière de réalisation donnée à titre d'exemple non limitatif. La figure 1 représente, en coupe axiale, le générateur de vapeur surchauffée ; La figure 2 en est une vue en bout La figure 3 en est une vue en coupe diamétrale suivant la ligne A-À de la figure 1 La figure 4 en est une vue en coupe diamétrale suivant la ligne B-B de la figure 1. Sur les figures, on voit une enveloppe 1 présentant la forme générale dtun cylindre horizontalement allongé dont les extrémités 2 et 3 sont munies de fonds bombés. L'extrémité 2 a un diamètre supérieur a celui de l'enveloppe 1 et de son extré- mité 3. L'enveloppe 1 est partiellement remplie dteau à vaporiser. L'entrée de liteau dans ltenveloppe 1 et la sortie de la vapeur surchauffée hors de ladite enveloppe sont prévues du cbté de l'extrémité 2 dans des conditions qui seront précisées par la suite. A l'intérieur de ltenveloppe 1 est logé un faisceau de tubes parcourus par un fluide chauffant, sel fondu par exemple. L'entrée des tubes dans ltenveloppe 1 et la sortie desdits tubes hors de ladite enveloppe, sont prévues du coté de l'extrémité 2 dans des conditions qui seront également précisées par la suite. Le faisceau tubulaire précité comporte trois sections superposées de forme horizontalement allongée. Le repère 4 désigne la section inférieure, formant section d'économiseur, immergée dans l'eau à la partie inférieure de l'enveloppe 1. Le repère 5 désigne la section intermédiaire, formant section de vaporisation, également immergée dans liteau, au-dessus de la section 4. Le repère 6 désigne la section supérieure, formant section de surchauffe, disposée dans l'espace de vapeur, au-dessus du niveau d'eau dans l'enveloppe 1. Les trois sections 4, 5 et 6 sont formées par un unique faisceau de tubes, chaque tube du faisceau comprend donc trois tronçons successifs qui appartiennent respectivement aux trois sections précitées. Au niveau de la section de vaporisation 5, les tubes, plus précisément les tronçons de tubes constituant ladite section, présentent chacun la forme d'un U à branches horizontalement allongées. Ladite section comporte plusieurs étages de tronçons en U. Les tronçons de chaque étage sont disposés parallèlement dans un même plan horizontal, de telle sorte que la section 5 s'étale en largeur suivant la direction du plan horizontal médian de ltenve- loppe 1. Cette disposition permet, en outre, de prévoir l'entrée et la sortie des tubes d1un même coté, extrémité 2, de ltenvelop- pe 1. Les liaisons entre sections superposées s'effectuent au moyen de coudes, tels que 7, faisant-partie intégrante des tubes. Ces coudes sont aménagées à ltextrémité 3 de l'enveloppe 1. Les tubes sont parcourus en parallèle par le fluide chauffant, tandis que les sections superposées définies par les tronçons successifs des dits tubes sont parcourues en série par ledit fluide chauffant. Ce dernier entre dans les tubes par la section de surchauffe 6, et en sort refroidi par la section d'économiseur 4 après avoir traversé la section de vaporisation 5. Au niveau de la section dtéconomiseur 4, les tubes sont entourés par une gaine longitudinale 8 de section circulaire dont 11 une des extrémités débouche à l'intérieur de l'enveloppe 1, tandis que l'extrémité opposée est reliée à la tubulure entrée d'eau 9, extérieure à ltenveloppe 1, par l'intermédiaire d'un manchon thermique. Ce dernier est constitué par deux éléments tubulaires coaxiaux, à savoir un élément externe 10 qui traverse le fond bombé de l'extrémité 2 de l'enveloppe 1, à la partie inférieure de laquelle il est fixé par soudage, et un élément interne 11 raccordé au précédent.La gaine 8 se raccorde à ltélé- ment interne 11 en venant, de préférence, se fixer directement sur l'extrémité de celui-ci, dans le prolongement dudit élément tubulaire. La tubulure 9 est branchée sur le prolongement, extérieur à l'enveloppe 1, de l'élément externe 10 dont le fond est obturé par une plaque tubulaire 12 sur laquelle viennent se fixer les les extrémités des tubes de la section 4. L'eau amenée par la tubulure 9 s'écoule autour des tronçons de tubes constituant la section 4, à travers le manchon thermique 10-11, puis le long de la gaine 8 où elle est réchauffée avant d'alimenter l'enveloppe 1 dans laquelle elle débouche, à la sortie de la gaine 8, au voisinage de l'extrémité 3 de ladite enveloppe. La gaine 8 est entourée par un cylindre 8' formant dispositif anti-convection naturelle. Ce cylindre 8', solidaire de la gaine 8, est fixé sur l'élément tubulaire externe 11 du manchon thermique, et de préférence directement sur le prolongement dudit élément intérieur à l'enve- loppe 1. Au niveau de la section de surchauffe 6, les tubes sont entourés par une gaine longitudinale 13 de section circulaire dont l'une des extrémités débouche à l'intérieur de l'enveloppe 1, tandis que l'extrémité opposée est reliée à la tubulure de sortie de vapeur surchauffée 14, extérieure à 11 enveloppe 1, par l'intermédiaire d'un manchon thermique. Ce dernier est constitué par deux éléments tubulaires coaxiaux, à savoir un élément externe 15 qui traverse le fond bombé de ltextrémité 2 de l'enveloppe 1, à la partie supérieure de laquelle il est fixé par soudage, et un élément interne 16 raccordé au précédent. La gaine 13 se raccorde à l'élément interne 16 en venant, de préférence, se fixer directement sur l'extrémité de celui-ci dans le prolongement dudit élément tubulaire.La tubulure 14 est branchée sur le prolongement, extérieur à l'enveloppe 1, de l'élément externe 15 dont le fond est obturé par une plaque tubulaire 17 sur laquelle viennent se fixer les extrémités des tubes de la section 6. La vapeur d'eau collectée par la gaine 13 au voisinage de l'extrémité 3 de l'enveloppe 1, s'écoule le long de ladite gaine, puis à travers le manchon thermique 15-16, autour des tronçons de tubes constituant la section 6. La vapeur ainsi surchauffée sort du générateur par la tubulure 14. Le fluide chauffant est amené par une tubulure d'entrée 18 débouchant à l'intérieur d'une boite 19 dont une paroi est constituée par la plaque tubulaire 17. I1 alimente ainsi les tubes à partir de la section de surchauffe 6. Le fluide chauffant une fois refroidi après avoir parcouru les sections 6, 5 et 4, est évacué par une tubulure de sortie 20. Cette dernière est branchée sur une boite 21 dont une paroi est constituée par la plaque tubulaire 12. Les trois sections 4, 5 et 6 sont supportées par des plaques verticales telles que 22, longitudinalement espacées. Chaque plaque 22 présente la forme d'une croix grecque à quatre bras d'égales longueurs. Les bras inférieur et supérieur supportent respectivement le cylindre 8' et la gaine 13 gui les traversent. Les bras latéraux supportent respectivement les deux groupes 5 a et 5 b de branches des tronçons de tubes en U constituant la section de vaporisation 5. La configuration des plaques, telles que 22, autorise l'écoulement longitudinal de l'eau et de la vapeur à l'intérieur de l'enveloppe 1. La circulation de l'eau dialimentation de ladite enveloppe amenée par la gaine 8, s'effectue le long des passages libres existant de part et d'autre du bras inférieur au-dessous des bras latéraux.La circulation de la vapeur gagnant l'entrée de la gaine 13, steffectue le long des passages libres existant de part et d'autre du bras supérieur, au-dessus des bras latéraux. Les plaques 22 sont entretoisées par des plats longitudinaux perpendiculaires aux dites plaques, lesdits plats étant disposés au niveau de la section de vaporisation 5 qu'ils délimitent sur ses cotés. Deux plats verticaux 23 et 24 encadrent le groupe 5 a, tandis que deux autres plats verticaux 25 et 26 encadrent le groupe 5 b. Les plaques 22 sont par ailleurs montées sur des pattes, telles que 27 et 28, prévues suivant deux rangées parallèles disposées de part et d'autre de la paroi interne de l'enveloppe 1. Chaque patte 27 de la première rangée est soudée à l'enveloppe 1, et elle reçoit un élément 29 de forme tubulaire-fixé par soudage sur un bras latéral d'une plaque 22. Chaque patte 28 de la deuxième rangée est soudée à l'enveloppe 1, et elle reçoit un élément 30 de forme tubulaire fixé par soudage sur l'autre bras latéral de ladite plaque 22. Les éléments 29 et 30 assurent des fonctions de supportage et de glissement. Ils autorisent l'extraction de tous les tubes du faisceau de circulation du fluide chauffant à l'extérieur de l'enveloppe 1, du côté de l'extrémité 2 de cette dernière. Le repère 31 désigne une tubulure de vidange prévue à la base de l'enveloppe 1, tandis que le repère 32 désigne l'une des tubulures prévues à la partie supérieure de ladite enveloppe, une tubulure d'évent et deux tubulures de soupapes de sûreté par exemple Bien que l'invention ait été décrite en référence à une forme particulière de réalisation, il va de soi qu'elle n'y est en rien limitée, et que des modifications peuvent lui étre apportées sans sortir de son domaine. On pourra notamment inverser le sens de circulation du fluide chauffant. Celui amené par la tubulure 20 parcourt alors en série les sections 4, 5 et 6 avant d'être évacué par la tubulure 18. Il est possible de remplacer le faisceau tubulaire unique par trois faisceaux tubulaires distincts affectés respectivement aux sections 4, 5 et 6. Ces faisceaux tubulaires parcourus en série par le fluide chauffant, dans un sens ou dans l'autre, sont reliés par des bottes de connexion intermédiaires qui sont logées à l'intérieur de l'enveloppe 1. I1 est également possible de remplacer, au niveau de la section de vaporisation 5, les tubes ou tronçons de tubes en U par des tubes ou tronçons de tubes droits. L'entrée du fluide chauffant est alors aménagée à une extrémité de l'enveloppe 1, tandis que la sortie dudit fluide refroidi est aménagée à l'extré- mité ppposée de ladite enveloppe. On peut aussi prévoir une disposition suivant laquelle l'entrée d'eau et la sortie de vapeur surchauffée s'effectuent par des tubulures traversant la paroi de l'enveloppe 1 pour venir se raccorder respectivement aux gaines 8 et 13, lesdites tubulures étant alors indépendantes des manchons thermiques de traversée des tubes-parcourus par le fluide chauffant. On pourra, bien entendu, remplacer l'un quelconque des moyens décrits par un moyen techniquement équivalent. L'invention couvre donc, outre l'exemple représenté, ses différentes variantes d'exécution possibles. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur surchauffée comprenant une enveloppe horizontalement allongée destinée à etre partiellement remplie d'eau à vaporiser, au moins une tubulure d'entrée d'eau soli daire de la partie inférieure de l'enveloppe, au moins une tubulure de sortie de vapeur surchauffée solidaire de la partie supérieure de l'enveloppe, et une pluralitéde tubes logés à 11 intérieur de l'enveloppe et parcourus par un fluide chauffant, caractérisé en ce que les dits tubes sont aménagés suivant trois sections superposées, de forme horizontalement allongée, qui sont parcourues en série par le fluide chauffant, à savoir - une section inférieure formant section d'économiseur, disposée à la base de l'enveloppe, - une section intermédiaire, formant section d'évaporation, immergée dans l'eau, au-dessus de la section précédente, et - une section supérieure, formant section de surchauffe, dispo sée au-dessus du niveau d'eau dans 11 enveloppe, le fluide chauffant entrant dans les tubes par ladite section de surchauf fe et en sortant par ladite section d'économiseur, ou vice versa. 2. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les trois sections sont constituées par un unique faisceau de tubes, chaque tube du faisceau comprenant trois tronçons qui appartiennent respectivement aux trois sections. 3. Générateur de vapeur surchauffée suivant l'une des revendica tions 1 ou 2, caractérisé en ce que les tubes sont entourés, au niveau de la section d'économiseur, par une gaine longitudi nale dont une extrémité est reliée à la tubulure d'entrée d'eau, l'extrémité opposée de ladite gaine débouchant à l'intérieur de l'enveloppe de manière à assurer son alimentation en eau. 4. Générateur de vapeur surchauffée suivant 12une des revendica tions 1 ou 2, caractérisé en ce que les tubes sont entourés, au niveau de la section de surchauffe, par une gaine longitu dinale dont une extrémité débouche dans l'espace de vapeur situé au-dessus du niveau d'eau à l'intérieur de ltenveloppe, de manière à collecter la vapeur formée, l'extrémité opposée de ladite gaine étant reliée à la tubulure de sortie de vapeur surchauffée. 5. Générateur de vapeur surchauffée suivant l'une des revendi cations 1 à 4, caractérisé en ce que chaque tube présente, au niveau de la section de vaporisation, la forme d'un U à branches horizontalement allongées, de telle sorte que lten- trée et la sortie du fluide chauffant soient prévues à une même extrémité de 11 enveloppe. 6. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la section de vaporisation comporte plusieurs étages, chacun d'eux étant constitué par des U disposés parallèlement dans un même plan horizontal. 7. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine afférente à la section d'éco nomiseur, est reliée à la tubulure d'entrée d'eau par l'inter médiaire d'un manchon thermique comprenant deux éléments tubulaires coaxiaux : un élément externe raccordé à l'enveloppe, et sur le prolongement duquel est branchée la tubulure d'entrée d'eau, et un élément interne, raccordé au précédent, et sur lequel la gaine vient se fixer. 8. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la gaine est fixée dans le prolongement de l'élément tubulaire interne du manchon thermique. 9. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la gaine afférente à la section d'écono- miseur est entourée par un cylindre formant dispositif anti convection naturelle, ledit cylindre étant solidaire de ladite gaine. 10. Générateur de vapeur surchauffée suivant les revendications 7 et 9, caractérisé en ce que ledit cylindre est fixé dans le prolongement de ltélément tubulaire externe du manchon ther mique. 11. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la gaine afférente à la section de sur chauffe, est reliée à la tubulure de sortie de vapeur surchauf fée par l'intermédiaire d'un manchon thermique comprenant deux éléments tubulaires coaxiaux : un élément externe raccordé à l'enveloppe, et sur le prolongement duquel est branchée la tubulure de sortie de vapeur surchauffée et un élément interne racoordé au précédent, et sur lequel la gaine vient se fixer. 12. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la gaine est fixée dans le prolongement de l'élément tubulaire interne du manchon thermique. 13. Générateur de vapeur surchaufféeesuivant l'une des revendi cations 1 à 12, caractérisé en ce que les trois sections sont supportées par des plaques verticales longitudinalement espa cées, lesdites plaques étant conformées de manière à autoriser l'écoulement longitudinal de lteau et de la vapeurà ltintérieur de ltenveloppe. 14. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 13, caractérisé en ce que les plaques de support sont entretoisées par des plats longitudinaux perpendiculaires aux dites plaques. 15. Générateur de vapeur surchauffée suivant la revendication 14, caractérisé en ce que les plats sont disposés au niveau de la section de vaporisation qu'ils délimitent sur ses côtés. 16. Générateur de vapeur surchauffée suivant l'une des revendica tions 13 à 15, caractérisé en ce que les plaques sont montées sur des pattes prévues suivant deux rangées parallèles disposés de part et d'autre de la paroi interne de l'enveloppe, par l'intermédiaire d'éléments de supportage et de glissement soli daires des dites plaques. 17. Générateur de vapeur surchauffée suivant l'une des revendica tions 7 à 16, caractérisé en ce que l'entrée et la sortie du fluide chauffant sont assurées par des tubulures débouchant respectivement dans des boites dont une paroi est constituée par une plaque tubulaire formant le fond du prolongement de l'élément tubulaire externe d'un manchon thermique.