Brevet FR2467371A1 — publié le 19810417

La présente invention concerne une grille entretoise pour faisceaux tubulaires, plus particulièrement destinée à titre d'exemple aux fais- ceaux tubulaires des générateurs de vapeur de centrales nucléaires. Les générateurs de vapeur de centrales nucléaires à eau préssuri- sée comportent un faisceau tubulairede grande longueur, droit ou en U. parcouru par le fluide primaire en provenance du coeur du réacteur, et baigné par le fluide secondaire qui entre sous forme liquide pour ressor- tir sous forme de vapeur après avoir prélevé une part importante des ca- lories du fluide primaire. Pour un fonctionnement correct et à bon rendement d'un tel échan- geur il est nécessaire que, quelles que soient les contraintes thermi- ques, les tubes longs et fins du faisceau soient bien maintenus à leur espacement optimal, et qu'en même temps la circulation du fluide secon- daire autour du faisceau puisse s'effectuer sans perte de charge impor- tante. Pour cela, et plus particulièrement encore dans le cas des fais- ceaux tubulaires en U, les tubes sont généralement maintenus radiale- ment en plusieurs points par des grilles de maintien et d'espacement. Les grilles les plus classiques sont constituées par une simple t8le plane percée de trous, au pas du faisceau des tubes et de diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de ceux-ci, pour tenir com- pte des inévitables défauts d'alignement lors du montage du générateur. Ces grilles comportent en outre un maillage d'orifices supplémentaires pour la circulation du fluide secondaire; on s'efforce bien entendu de conserver entre les orifices des sections suffisantes pour résister aux efforts radiaux, si bien que les sections de passage du fluide res- tent relativement faibles et restreignent sa circulation. En outre cette solution facilite l'apparition d'une corrosion dans les zones de transition entre la zone d'appui réel du tube sur l'entretoise et la zone en croissant o apparait le jeu dû aux différences de diamètres. On a pu améliorer les grilles planes perforées en réalisant des orifices trifoliés ou quadrifoliés par exemple, dans lesquelles chaque orifice de passage de tube ne comporte que trois ou quatre portées cir- culaires incomplètes de diamètre légèrement supérieur au diamètre exté- rieur du tube, et entre celles-ci sont formés des épanouissements qui constituent des zones de passage du fluide secondaire. De telles réali- sations améliorent la circulation du fluide secondaire et limitent les risques de corrosion, mais nécessitent des usinages par brochage, ce qui est coûteux et exige l'utilisation de machines outils spéciales. On a encore réalisé des grilles complexes, composées de plusieurs réseaux de barres parallèles superposées et croisées pour former un mail- lage enserrant les tubes. Les réseaux doivent alors être assemblés entre eux par assemblage mécanique ou par soudure. On obtient ainsi un système permettant de bonnes conditions de circulation du fluide secondaire. Mais la nécessité de nombreux assemblages délicats accroit la difficul- té du montage et son coût; en outre ces systèmes ne donnent pas tous entière satisfaction pour la reprise des efforts latéraux. La présente invention permet la réalisation de grilles entretoi- ses de faible coût de fabrication grâce à des usinages simples, sans tolérances serrées, et réalisables sur machines classiques, tout en as- surant une bonne rigidité de l'ensemble, un bon maintien des tubes et une grande section de passage du fluide secondaire. Selon l'invention la grille entretoise est constituée par une tôle planeprésentant sur chaque face une série de rainures parallèles, de direction différente pour chaque face, avec des profondeurs de rai- nures, respectivement relatives à chaque face, telles que leur somme soit supérieure à l'épaisseur de la tôle, le nombre, le pas et la lar- geur des rainures étant déterminés en fonction des caractéristiques correspondantes du faisceau tubulaire. L'invention sera mieux comprise en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés. La figure 1 est une vue7perspective cavalière d'une portion de grille entretoise réalisée selon l'invention. La figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 1. La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 1. la figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 1. La figure 5 est une vue partielle homologue de la figure 1 dans laquelle les tubes sont représentés en place dans leentretoise. Les figures 6, 7 et 8 représentent plus schématiquement des va- riantes de réalisation. On se référera tout d'abord à l'ensemble des figures 1 à 4, o la figure 1 montre l'angle d'une t8le épaisse usinée selon l'invention pour former une grille entretoise. C'est pour faciliter le dessin et la description que l'on a représenté ici une partie d'une tôle rectangulaire, mais bien entendu, en particulier pour l'utilisation dans un générateur de vapeur, le contour de la tôle avant usinage sera le plus souvent cir- culaire. Sur sa face supérieure la tôle 1 est ici creusée par une série de rainures parallèles à profil 2 en forme de U. Sur la face inférieure elle est également creusée par une série de rainures parallèles à profil 3 en U renversé, les directions des rainures 2 et 3 étant perpendiculai- res. Les profondeurs des rainures 2 et 3 sont ici supérieures à la demi- épaisseur de la tôle, si bien qu'il y a interpénétration des rainures et apparition de lumières 5 à leurs intersections. Si comme ici les rainu- res 2 et 3 sont équidistantes, de même largeur et perpendiculaires, on obtient un réseau régulier d'orifices 5 dont le profil est carré lors- qu'on regarde la tôle perpendiculairement à l'une ou l'autre de ses fa- ces. La tôle ainsi ajourée reste une pièce monobloc, donc particuliè- rement rigide, et se présente comme la superposition avec décalage de deux réseaux croisés de barres parallèles 7 et 8, rigidement réunies par des parties de liaison 9. On notera que les deux séries de rainures peu- vent être faites sur des machines outils tout à fait classiques comme des raboteuses ou des fraiseuses, et avec des outillages tout à fait u- suels, c'est à dire dans des conditions très économiques de réalisation. On a donc ainsi réalisé, à faible coût, une grille entretoise qui fonctionnellement se comporte comme les grilles complexes mentionnées plus haut, et qui comme celles-ci permet un bon écoulement du fluide se- condaire. On pourra maintenant se reporter à la figure 5, qui correspond à une partie de la figure 1, mais avec des tubes Il engagés dans les lu- mières 5 de la plaque. Dans la partie supérieure de la plaque les tubes 11 sont tenus entre les barres parallèles 7; dans la partie inférieure ils sont tenus entre les barres 8. On voit que dans le plan de la face supérieure de la grille entretoise, la section libre de passage du fluide secondaire autour d'un tube correspond à la surface comprise entre le rec- tangle 13 tracé en traits mixtes, et le cercle 14, également en traits mixtes et qui représente le contour extérieur du tube. Il en est de même dans le plan de la face inférieure, o le rectangle serait alors de même surface mais orienté à 900 par rapport au rectangle 13. On voit que cette surface est relativement importante, et considérée comme suffisante pour que les deux réseaux de barres 7 et 8 ne constituent pas un obstacle à la circulation du fluide secondaire. Dans la zone comprise entre les deux faces de la grille, la section de passage est également importante puis- qu'elle correspond aux parties ajourées dans les parois latérales de cha- que rainure. On notera par ailleurs que les sections de passage entre barres sur les faces inférieure et supérieure de l'entretoise ne dépen- dent que des caractéristiques des tubes, c'est à dire de leur pas et de leur diamètre; par contre la section de passage à l'intérieur de l'en- tretoise dépend des valeurs relatives des profondeurs de rainures et de l'épaisseur de la tôle brute, si bien que le choix de ces divers paramè- tres dépendra de la section résiduelle que l'on voudra laisser aux bar- res 7 et 8, c'est à dire de l'importance des efforts radiaux que l'on voudra leur faire supporter. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple, mais elle couvre éga- lement les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution, ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi il n'est pas strictement nécessaire que les deux séries de rainures soient de même profondeur, et il suffit pour faire apparaître les lumières nécessaires au passage des tubes que la somme des profon- deurs de chaque série soit supérieure à l'épaisseur initiale de la t8le. Une inégalité dans les profondeurs de rainures conduirait à une inéga- lité d'épaisseur des barres 7 et 8, ce qui peut être recherché si les efforts transversaux risquent d'être prépondérants dans une certaine di- rection. Parmi les diverses variantes de détail possibles on pourrait aussi prévoir de petits usinages simples complémentaires, destinés par exemple à mieux guider les tubes comme sur la figure 6, ou encore à augmenter légèrement les sections de passage du fluide comme sur la fi- gure 7. On pourrait encore imaginer de nombreuses variantes en jouant sur la direction, le pas ou les largeurs relatives des rainures. La fi- gure 8 illustre schématiquement une réalisation, pour un maillage trian- gulaire des tubes, o les deux séries de rainures au lieu d'être per- pendiculaires sont inclinées à 600; les orifices de passage de tubes ont alors, vu de dessus, une forme de losange. On pourrait aussi prévoir de créer des zones plus rigides en suppri- mant localement quelques rainures, ou de faciliter encore la circulation du fluide secondaire en profilant les bords externes des barres 7 et 8. Enfin, et sans que ceci ne limite les variantes possibles, on pour- rait encore imaginer d'utiliser deux grilles superposées, chacune avec moitié moins de barres, et avec appuis alternés pour chaque tube, ce qui augmenterait encore la section de passage du fluide secondaire. REVENDICATION 1.- Grille entretoise pour le faisceau tubulaire d'un échangeur de chaleur, destiné au maintien transversal des tubes tout en permettant la circulation longitudinale du fluide baignant extérieurement les tubes, caractérisé par le fait qu'elle est constituée par une tôle plane présen- tant sur chaque face une série de rainures parallèles, de direction dif- férente pour chaque face, avec des profondeurs de rainures respectivement relatives à chaque face telles que leur somme soit supérieure à l'épais- seur de la tôle, le nombre, le pas et la largeur des rainures étant déterminés en fonc- tion des caractéristiques correspondantes du faisceau tubulaire.