Brevet FR2484608A1 — publié le 19811218

La présente invention concerne une installation telle que générateur de vapeur, comportant un premier et un second fais- ceaux tubulaires et vise notamment une installation de ce gen- re comportant des moyens destinés à permettre des dilatations thermiques différentes des deux faisceaux tubulaires, qui sont reliés ensemble. Certains types de générateurs de vapeur comportent des faisceaux tubulaires dont les tubes ont des configurations ou des longueurs différentes, ou subissent des températures différentes. Dans les deux cas, les dilatations thermiques su- bies par les deux faisceaux tubulaires lors d'un changement de régime ou du passage de l'arrêt au régime de marche peuvent être-nettement différentes. Quand les deux faisceaux sont re- liés ensemble, ces dilatations thermiques différentielles ris- quent de faire subir des contraintes relativement élevées aux tubes de liaison. Dans de nombreux générateurs de vapeur, on utilise, pour permettre des dilatations thermiques différentielles, des serpentins de liaison hélicoïdaux. Les contraintes résultant des dilatations thermiques différentielles s'appliquent aux tubes de liaison sous forme de charges de torsion. Du fait que le tube couvre un volume important dans la zone de contrainte maximale, il peut subir un maximum de déformation pour des va- leurs données de la contrainte et du volume de matière formant le tube. Toutefois, si des tubes de liaison hélicoïdaux sont par- fois faciles à utiliser, dans d'autres cas la structure du gé- nérateur de vapeur rend leur utilisation difficile. Par exemple, quand les faisceaux tubulaires sont situés côte à côte ou em- boités coaxialement, il s'ensuit nécessairement que certains tronçons des tubes de liaison doivent s'étendre transversale- ment à la direction de dilatation thermique. De fortes con- traintes résultant de dilatations thermiques différentielles peuvent être difficiles à absorber par ces tronçons horizon- taux des tubes de liaison. La présente invention a pour but de proposer une instal- lation comportant un premier et un second faisceaux tubulaires dans laquelle on puisse facilement absorber des dilatations, thermiques différentielles survenant entre les faisceaux tubu- laires reliés ensemble. L'installation suivant l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte en combinaison: - une section à haute température comportant des tubes sensiblement droits parallèles les uns aux autres, formant un faisceau de tubes allongé, - une section à basse température comportant des tubes sen-- siblement en spirale formant un faisceau de tubes annulaire ayant le même axe que ladite section à haute température,ladi- te section à basse température ayant une dimension axiale sen- siblement inférieure à celle de ladite section à haute tempé- rature et étant située vers une première extrémité de celle-ci, -des sections de réchauffeur,chacune comportant des tubes allongés sensiblement droits,parallèles les uns aux autres for- mant un faisceau de tubes allongé d'une longueur axiale sensi- blement inférieure à celle de ladite section à haute tempéra- ture,lesdites sections de réchauffeur ayant leurs axes sensi- blement parallèles les uns aux autres et aux axes de ladite sec- tion à haute température et étant situées vers l'extrémité de ladite section à haute température à l'opposé de ladite pre- mière extrémité, et -des éléments pour diriger un fluide de chauffage d'abord transversalement sur les tubes desdites sections de réchauf- feur,puis le long des tubes de ladite section à haute tempéra- ture vers ladite première extrémité de celle-ci,puis sur les tubes en spirale de ladite section à basse température dans une direction parallèle à l'axe de ladite section à haute tem- pérature en s'éloignant de ladite première extrémité de celle-ci. On va maintenant décrire 'invention plus en détail en se référant aux dessins annexés qui en illustrent à titre d' exemple une réalisation et sur lesquels: - la figure 1 est une vue de profil schématique d'un gé- nérateur de vapeur réalisé suivant l'invention,. et - la figure 2 est une vue schématique, à échelle nette- ment plus grande, de la partie supérieure du générateur de va- peur montré sur la figure 1. D'une manière très générale, le générateur de vapeur re- présenté sur les figures 1 et 2 comprend un premier et un se- cond faisceaux tubulaires 11 et 12, subissant des degrés dif- férents de dilatation thermique. Le générateur comprend encore un premier et un second éléments structuraux 13 et 14, qui subissent aussi des degrés différents de dilatation thermique. Une série de tubes de liaison hélicoïdaux 15 font communiquer les tubes du premier faisceau tubulaire 11 et du second fais- ceau tubulaire 12. Un ensemble de supports 16 (voir figure 2) soutient les tronçons supérieurs des tubes de liaison héli- coldaux 15 pour suspendre verticalement ces tubes. A chaque support 16 est fixé un levier présentant un point d'appui 18. Un moyen de manoeuvre 19 porte contre chaque levier 17 du côté du point d'appui 18-opposé au support 16. Le moyen de manoeu- vre 19 et le point d'appui 18 sont respectivement fixés au premier et au second éléments structuraux 13 et 14 et sont disposés sur le levier 17 de manière à déplacer le support 16- pour absorber les dilatations thermiques différentielles des premier et second faisceaux tubulaires 11 et 12. On va maintenant examiner en particulier la figure 1, qui. schématise un générateur de vapeur du type utilisable dans un réacteur nucléaire. Le générateur est monté dans un puits 21 ménagé dans l'enceinte sous pression 23 du coeur de réacteur non représenté. Du gaz chaud arrive au générateur de vapeur par un conduit 25, posé dans une canalisation 27 de l'enceinte de réacteur 23. Le gaz circule à travers le générateur de va- peur, puis atteint de bas en haut de ce dernier un organe de circulation non représenté, monté dans le puits 21 au-dessus du générateur de vapeur, qui le renvoie dans le coeur du réac- teur à travers de. canalisations convenables non représentées. Le générateur de vapeur représenté à titre d'exemple com- prend des faisceaux 31 de tubes de resurchauffe disposés dans la partie inférieure du Fruits 21 et entourés par une enveloppe convenable 33, en plaques métalliques ou analogues. Au-dessus et dans l'axe du faisceau tubulaire de resurchauffe 31 est disposé un faisceau de serpentins hélicoïdaux, imbriqués les uns dans les autres en un faisceau annulaire 11. Le faisceau 11 est muni d'une enveloppe 13 en plaques métalliques ou ana- logues. Il constitue l'évaporateur-économiseur et la première section de surchauffeur du générateur de vapeur. La seconde section de surchauffeur est formée par le fais- ceau tubulaire 12, qui comprend une série de tubes rectilignes allongés disposés dans l'espace défini par les faisceaux tubu- laires 31 et par le faisceau tubulaire annulaire 11. Une en- veloppe 14 en plaques métalliques convenables ou analogues, entoure le faisceau tubulaire 12. Les enveloppes 13 et 14 sont convenablement portées par une couronne de montage '41, mainte- nue dans le puits 21 par des moyens convenables non représen- tés. Des dilatations thermiques différentes de l'enveloppe 14 et de l'enveloppe inférieure 33 sont absorbées par un joint annulaire glissant indiqué en 43. L'amenée et l'évacuation de fluides de resurchauffe chaud et froid traversant les faisceaux tubulaires de resurchauffe 31 sont assurées par des collecteurs convenables 45. Les tubes de resurchauffe chaud et froid du faisceau tubulaire resur- chauffeur 31 sont reliés ensemble par des tubes de transfert en épingle à cheveux dont l'ensemble est indiqué en 47. Dans l'exemple choisi, l'eau alimentaire arrive dans le générateur de vapeur par un conduit d'entrée d'eau alimentaire 49 qui traverse de bas en haut la partie inférieure du généra- teur et rejoint les tubes du faisceau 11 à travers des tubes de dilatation 51. Le fluide sortant du sommet du faisceau tu- bulaire 11 passe dans le sommet du faisceau tubulaire 12, com- me on l'exposera en détail. De la vapeur surchauffée sort de l'extrémité inférieure du faisceau tubulaire 12 à travers le collecteur de surchauffeur 53. Le gaz chaud arrivant du coeur du réacteur pénètre dans le puits 21 à travers la canalisation 27 et le conduit 25 et traverse une ouveEture 55 ménagée dans l'enveloppe 33 des faisceau de tubes de resurchauffe 31. Après avoir balayé les tubes de ces faisceaux 31, le gaz pénètre dans l'extrémité in- férieure ouverte de l'enveloppe 14 et balaie de bas en haut les tubes du faisceau 12. Un déflecteur de gaz 57 est monté au sommet de l'enveloppe 14 par une série d'ailettes verticales 59. Le gaz traverse, entre ces ailettes 59, l'interstice exis- tant entre le sommet ouvert de l'enveloppe 14 et le déflecteur 57, puis se rabat pour longer vers le bas les tubes hélicoïdaux du faisceau 11. Après avoir franchi ces tubes, le gaz traverse des orifices 61 percés dans la paroi extérieure de l'enveloppe 13 et atteint de bas en haut, entre l'enveloppe 13 et la paroi du puits 21, l'organe de circulation de gaz non représenté. Dans le générateur de vapeur représenté à titre d'exemple, le faisceau 12 compte un nombre de tubes rectilignes double du nombre de tubes hélicoïdaux du faisceau 11. En conséquence, chacun des tubes de liaison faisant passer de la vapeur d'eau du premier faisceau de surchauffe 11 dans le second faisceau de surchauffe 12 se divise en deux branches. A cette fin, les tronçons horizontaux des tubes de liaison 63 reliant les tubes des faisceaux 11 et 12 sont fourchus comme schématisé sur la figure 2. Ces tronçons horizontaux 63 rejoignent les sommets des tubes hélicoïdaux du faisceau 11 à travers les tubes de liaison hélicoïdaux 15. Les tubes de liaison hélicoïdaux 15 sont imbriqués les uns dans les autres et forment ainsi un faisceau annulaire. Par échelonnement judicieux de leurs diamètres, on peut im- briquer les tubes 15 coaxialement les uns aux autres. Comme on le voit sur la figure 2, le sommet de chaque tube de liaison hélicoïdal 15 est porté par un support 16. Chaque support 16 comporte une série d'anneaux de suspension 71, suspendus à un bras porteur 73. Les bras porteurs 73 sont reliés les uns aux autres par un fer à U annulaire 73 qui maintient fixe leur espacement angulaire. Les anneaux de sus- pension 71 sont articulés dans les bras porteurs 73 et chacun d'eux soutient le haut d'un serpentin. Plusieurs bras porteurs 73, avantageusement six, sont angulairement répartis dans la région supérieure du générateur de vapeuir. Ainsi, les anneaux de suspension 71 et les tronçons supérieurs des serpentins 15 sont uniformément, soutenus et les serpentins, suspendus, peu- vent librement se dilater et se contracter axialement. Comme noté plus haut, chaque support de l'ensemble 16 est fixé à un levier de l'ensemble 17. Plus particulièrement, cha- que bras porteur 73 est articulé par un axe 75 sur une extrémi- té d'un levier 77. L'axe 75 traverse une fente 79 ménagée dans l'extrémité du levier 77. Chaque point d'appui 18 est formé par un prolongement dirigé vers le bas d'un des leviers 77, engagé dans une gorge 83 ménagée dans une patte de support 85. La patte 85 est elle- même fixée au déflecteur 57, qui fait partie de l'enveloppe 14 du fait qu'il lui est fixé par les ailettes 59. Il est prévu une série de leviers 77 et de points d'appui 18, individuelle- ment associés à des bras porteurs 73 respectifs. L'extrémité de chaque levier 77 opposée à la fente 79 est solidaire d'une coupelle 87, qui reçoit l'extrémité infé- rieure d'un des moyens de manoeuvre de l'ensemble 19. Dans 1' -exemple illustré, chaque moyen de manoeuvre de l'ensemble 19 est formé par une barre 19 d'une série de barres prévues à raison d'une par levier 77 et retenues chacune dans un bossa- ge taraudé 89 du chapeau supérieur 91 de l'enveloppe 13. Dans le générateur de vapeur représenté, grâce aux pro- portions générales indiquées sur les dessins, non seulement les tubes du faisceau 12 subissent une dilatation axiale supé- rieure à celle des tubes du faisceau 11, mais l'enveloppe in- térieure 14 se dilate plus que l'enveloppe extérieure 13. En conséquence, le chapeau 91 et le déflecteur 57 sont plus voi- sins l'un de l'autre en fin de dilatation qu'auparavant. De ce fait, les barres 19 enfoncent les extrémités de levier con- tre lesquelles elles portent, ce qui soulève les bras porteur -73 et, ainsi, les anneaux de suspension 71. Il en résulte un soulèvement des extrémités supérieures des tubes de liaison hélicoïdaux 15 et, ainsi, une expansion axiale des serpentins. En choisissant judicieusement le rapport des distances séparant les points d'appui 83 des leviers 77 d'une part et des axes 75 d'autre part, on peut établir un effet de levier soulevant les tubes hélicoïdaux 15 dans la mesure voulue pour absorber les dilatations différentielles des faisceaux tubu- laires 11 et 12 et minimiser simultanément les contraintes su- bies par les tronçons de liaison horizontaux 63. L'agencement est mû par la dilatation thermique des éléments structuraux 13, 14 et sa réponse est donc automatique et proportionnelle. Les divers efforts s'appliquent à des organes qu'on peut con- cevoir pour qu'ils supportent bien les charges subies et les courts tronçons de tube horizontaux 63 ne subissent pratique- ment pas de charge. En vue de répartir la charge globale, il peut être souhaitable de prévoir aussi une certaine déforma- tion de ces tronçons horizontaux afin de conserver à tous les efforts des valeurs aussi faibles que possible par rapport à celles susceptibles d'être absorbées. Par exemple, un générateur de vapeur peut avoir une struc- ture impliquant une dilatation possible de plus de 152 mm, alors que la dilatation du faisceau tubulaire 11 peut seule- ment dépasser un peu 76 mm. Dans ces conditions, le déflecteur 57 et le chapeau 91 peuvent se rapprocher d'environ 19 mm, ce qui entraîne un déplacement des premiers bras de leviers d'un peu plus de 25 mm. En adoptant un rapport de multiplication un peu inférieur à 3/1, on peut faire en sorte que Les leviers 77 soulève d'environ 76 mm les anneaux de suspension 71. On absorbe ainsi facilement les dilatations thermiques différen- tielles, sans faire subir aux tubes des charges inadmissibles. On voit donc que le générateur de vapeur suivant l'in- vention permet d'absorber facilement les dilatations thermi- ques différentielles sans faire subir d'efforts inadmissibles à aucun des éléments, mais en répartissant la charge propor- tionnellement aux aptitudes des divers éléments à la suppor- ter. L'agencement fonctionne automatiquement, sans exiger de détecteurs extérieurs ni d'apport d'énergie pour son déplace- ment, et il est relativement peu onéreux et facile à poser. De manière générale, les dispositions décrites se prê- tent à diverses autres modifications sans sortir, pour autant, du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur caractérisé en ce qu'il compor- te en combinaison: - une section à haute température (12) comportant des tubes sensiblement droits parallèles les uns aux autres, formant un faisceau detubes allongé, - une section à basse température (11) comportant des tubes sensiblement en spirale formant un faisceau de tubes annulaire ayant le même axe que ladite section à haute tempé- rature, ladite section à basse température ayant une dimen- sion axiale sensiblement inférieure à celle de ladite section à haute température et étant située vers une première extré- mité de celle-ci, - des sections de resurchauffeur (31), chacune compor- tant des tubes allongés sensiblement droits, parallèles les uns aux autres, formant un faisceau de tubes allongé d'une longueur axiale sensiblement inférieure à celle de ladite section à haute température, lesdites sections de resurchauf- feur (31) ayant leurs axes sensiblement parallèles les uns aux autres et aux axes de ladite section à haute température et étant situées vers l'extrémité de ladite section à haute température à l'opposé de ladite première extrémité, et - des éléments (25, 33, 14, 13) pour diriger un fluide de chauffage d'abord transversalement sur les tubes desdites sections de resurchauffeur (31), puis le long des tubes de ladite section à haute température (12) vers ladite première extrémité de celle-ci, puis sur les tubes en spirale de ladite section à basse température (11) dans une direction parallèle à l'axe de ladite section à haute température (12) en s'éloi- gnant de ladite première extrémité de celle-ci. 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre un conduit de sortie (53) pour ladite section à haute température s'étendant axialement depuis l'extrémité de ladite section à haute température (12) opposéeà ladite première extrémité et parallèle à une partie au moins desdites sections de resurchauffeur (31) et un con- duit d'admission (49) pour ladite section à basse température s'étendant parallèlement à l'axe de ladite section à basse température (11) vers l'extrémité de ladite section à haute température (12) opposée à ladite première extrémité et paral- lèle à une partie au moins desdites sections de resurchauf- feur (31). 3. Générateur de vapeur selon la revendication 2, caractérisé par des conduits d'admission et de sortie axiaux (45), pour lesdites sections de resurchauffeur (31) s'éten- dant axiaiement par rapport à celles-ci sur leur côté qui se situe à l'opposé de ladite première extrémité. 4. Générateur de vapeur selon la revendication 1, ca- ractérisé par des éléments de liaison (15) pour interconnecter lesdits tubes sensiblement droits de ladite section à haute température (12) et lesdits tubes sensiblement hélicoïdaux de ladite section à basse température (11), lesdits éléments de liaison pénétrant dans le trajet d'écoulement du fluide de chauffage.