Brevet FR2515330A1 — publié le 19830429

La présente invention concerne un dispositif destiné à maintenir en place un ensemble de tubes formant un faisceau, tout en limitant au maxi- mul la possibilité de vibrations de ces tubes Ce dispositif peut être appli- qué notamment au maintien d'un faisceau de tubes constituant le circuit eau- vapeur d'un générateur de vapeur du type sodium-eau qui est utilisé en parti- culier dans les centrales nucléaires du type à neutrons rapides. L'invention concerne aussi le procédé de montage d'un tel disposi- tif. Dans les échangeurs de chaleur dont l'un des circuits est constitué d'un faisceau de tubes, il est courant de rencontrer des difficultés dans le positionnement et le maintien en place de ces tubes Une difficulté réside dans le fait qu'il existe bien souvent des dilatations différentielles entre les tubes, ce qui interdit toute fixation absolument rigide en différents points des tubes Une autre difficulté réside dans le fait que les tubes se trouvant dans un écoulement fluide à grande vitesse, il en résulte des phéno- mènes de vibrations dans les tubes, et il faut donc prévoir des supports qui amortissent ces vibrations et qui soient répartis de façon telle que les tron- çons libres des tubes ne présentent pas une fréquence propre proche de la fréquence des vibrations. Un tel problème de fixation d'un faisceau de tubes est tout parti- culièrement important et délicat dans le cas d'un générateur de vapeur du type sodium-eau dans lequel le circuit eau-vapeur est constitué d'un faisceau de tubes s'étendant à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle circule le so- dium liquide chaud La difficulté essentielle inhérente au générateur de va- peur du type sodium-eau provient du fait que le sodium liquide possède une excellente conductibilité thermique, qualité très appréciée mais qui présente tout de même l'inconvénient d'infliger au faisceau de tubes des chocs thermi- ques très violents, entrainant des dilatations différentielles importantes dans ces tubes. Divers dispositifs de maintien du faisceau de tubes ont été déjà prc posés mais ils présentent certains inconvénients, notamment une complexité re. lativement grande, un risque de déformation ou d'usure des tubes au niveau de son serrage par le support, un manque de contr 8 le du niveau des contraintes internes se développant dans les tubes du fait de leurs dilatations différen- tielles, et un manque de constance dans le temps des caractéristiques de fixa. tion et d'antivibrations. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. La présente invention concerne donc un dispositif de maintien an- tivibratoire d'un faisceau de tubes, notamment pour générateur de vapeur. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, le dispositif est constitué d'un certain nombre de bandes métalliques ondulées, chaque rangée de tubes recevant au moins un ensemble de deux bandes métalliques s'étendant transversalement aux tubes, de part et d'autre de la rangée de tubes, les bandes étant incurvées en direction des tubes au niveau de cha- que tube et étant incurvées dans l'autre sens au niveau de chaque interval- le séparant les tubes, les bandes situées de part et d'autre des mêmes tu- bes se trouvant ainsi rapprochées l'une de l'autre, entre les tubes, avec toutefois un faible espace les séparant, et qu'il est prévu aussi des élé- ments de serrage destinés à exercer un effort de serrage des bandes l'une vers l'autre, au niveau des zones situées entre les tubes, de façon à appli- quer avec un effort prédéterminé les bandes de part et d'autre des tubes, au niveau des zones incurvées dans la direction des tubes. Selon une autre caractéristique de l'invention, les bandes métalli- ques ondulées servant au système antivibratoire sont faites en un alliage austénitique à durcissement structural. L'invention concerne également un procédé de montage d'un tel dis- positif de système antivibratoire, consistant à appliquer une bande ondulée de chaque c 8 té de la rangée de tubes, à visser des boulons passant à travers les bandes entre les tubes, jusqu'à ce qu'ils soient en position de début de serrage des bandes l'une vers l'autre, puis à continuer de visser ces boulons d'un angle de rotation prédéterminé, de façon à créer dans les bandes, entre chaque tube, une flèche constante prédéterminée. Ces bandes ont des dimensions et des formes qui leur assurent une certaine souplesse permettant d'accepter, d'une part des écarts de position au moment du montage, et d'autre part de légers mouvements relatifs des tubes en fonctionnement. D'autres avantages et caractéristiques propres à l'invention appa- rattront lors de l'exemple de réalisation qui va suivre, illustré par les fi- gures annexées. La figure 1 est une vue simplifiée encoupe longitudinale de la par- tie supérieure du faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur. La figure 2 est une coupe partielle selon A-A de la figure 1, au niveau d'un dispositif de support. La figure 3 est une coupe partielle selon B-B de la figure 1, au niveau d'un autre dispositif de support. La figure 4 est une vue agrandie d'un dispositif de support de la figure 1. La figure 5 est une coupe selon C-C de la figure 4. La figure 6 est une coupe selon D-D de la figure 5. La figure 7 est une coupe selon E-E de la figure 5. L'exemple de réalisation a été pris dans le domaine des généra- teurs de vapeur du type sodium-eau utilisés dans une centrale nucléaire de type à neutrons rapides. En se reportant à la figure 1, on distingue la partie supérieure d'un générateur de vapeur, constituée essentiellement d'une enveloppe cy- lindrique verticale extérieure 1, d'un tube cylindrique central 2 et d'une pluralité de tubes 3 enroulés dans l'espace séparant le tube 2 et l'enve- loppe 1 De façon classique, du sodium liquide chaud circule de haut en bas dans ce même espace, en cèdant au passage sa chaleur aux tubes 3 dans lesquels circule de l'eau sous pression qui se transforme alors en vapeur. Ces tubes 3 sont disposés ainsi enroulés dans la plus grande partie du gé- nérateur de vapeur, et leurs extrémités inférieures et supérieures débou- chent de façon connue à l'extérieur de l'enveloppe 1 du générateur de vapeur. Sur la figure 1 on voit ainsi le raccordement avec l'extérieur de l'extré- mité supérieure des tubes 3 Après la fin de la zone d'enroulement 4 des tu- bes 3, ces tubes sont disposés longitudinalement dans leur partie 5, puis rassemblés et recourbés en forme de lyre dans leur partie 6 avant de débou- cher à l'extérieur de l'enveloppe 1, d'o ils sont collectés de façon con- nue et non représentée ici L'ensemble des parties longitudinales 5 des tu- bes sera appelé par la suite le faisceau de tubes, et les parties recourbées 6 des tubes seront appelées par la suite les lyres. -L'invention concerne particulièrement les dispositifs 7 et 8 ser- vant au maintien et à l'amortissement des vibrations des extrémités des tu- bes 3 Le dispositif 7 est par conséquent un dispositif support du faisceau de tubes, et le dispositif 8 est par conséquent un dispositif support des lyres. Sur la figure 2, on a représenté, en vue de dessus, des dispositifs de maintien du faisceau et sur la figure 3 on a représenté, en vue de dessus des dispositifs de maintien des lyres On remarque que les dispositifs de maintien de ces deux types sont construits de façon tout-à-fait semblable, ils sont en fait constitués de bandes de tôle 7 a, 7 b, 8 a, 8 b, ces bandes mé- talliques sont ondulées, disposées radialement dans le générateur de vapeur, et elles sont disposées de part et d'autre des différentes rangées de tu- bes En fait, dans le générateur de vapeur que nous avons pris en exemple de réalisation, les tubes, après avoir terminé leur phase d'enroulement 4, sont recourbés et disposés longitudinalement dans leur partie 5, ces par- ties 5 se situent toutes selon des rayons 9 a et 9 b répartis régulièrement dans le générateur de vapeur mais ces parties de tubes 5 n'occupent pas la totalité des emplacements possibles sur les différents rayons 9 a, 9 b, etc Ceci est bien sur uniquement lié au mode de construction de ce générateur de vapeur qui a été pris en exemple de réalisation On voit par conséquent, sur les figures 1 et 2, des emplacements 10 qui ne sont pas occupés par l'un des tronçons 5 des tubes Gomme-la répartit-ion des tubes 5 sur un rayon 9 est différente pour tous ces rayons, au lieu de constituer des t 8 les métalliques support différentes adaptées à chacune des rangées de tubes dis- posées sur les différents rayons 9 a, 9 b, etc, les bandes métalliques ont été construites toutes identiques, de forme ondulée et les emplacements 10 dé- pourvus de tubes sont occupés par des pièces cylindriques de diamètre égal à celui des tubes Sur la figure 4, qui est une vue agrandie latérale de la figure 2, on distingue de telles pièces cylindriques Il destinées à rempla- cer les tubes manquants 5. Comme, dans cet exemple de réalisation, tous les tubes disposés sur un même rayon 9 a, 9 b, etc, sont ensuite rassemblés de façon équidistan- te pour former les lyres 6, au niveau du dispositif de support des lyres 6, qui est représenté en figure 3, il n'existe plus de tubes manquants, et par conséquent il nty a plus besoin de disposer des pièces cylindriques 11 Les bandes métalliques ondulées 8 a, 8 b, etc, sont de ce fait tout-à-fait sembla- bles aux bandes métalliques 7 a et 7 b, elles sont simplement plus courtes. Les extrémités des bandes métalliques 7 ou 8 servant au maintien des tubes sont fixées, de manière quelconque, à des pièces 12, 13, 14, 15 circulaires fixes par rapport à la structure du générateur de vapeur. Pour décrire de façon plus détaillée la forme des bandes métalli- ques 7 ou 8, on se référera maintenant aux figures 5, 6 et 7 On voit sur les figures 6 ou 7 que les bandes métalliques 7 a, 7 b ont une forme ondulée, elles sont incurvées dans-la zone 16 en direction des tubes, au niveau de chaque tube, et sont incurvées dans l'autre sens, dans la zone 17 au niveau de chaque intervalle séparant les tubes 5 ou 11 Sur la figure 7, on distin- gue la zone 17 des bandes, zone au niveau de laquelle les bandes 7 a et 7 b sont le plus rapprochées, et définissent un espace 18 relativement faible. Dans chacune de ces zones 17, sont ménagés des orifices au travers desquels passent des boulons destinés à rapprocher les bandes métalliques 7 a et 7 b afin de provoquer au niveau des zones 16 de ces bandes métalliques un pin- cement des tubes et d'obtenir ainsi un maintien en place de Ivensemble des tubes autorisant toutefois une certaine élasticité dans le montage ainsi qu'un certain glissement longitudinal des tubes du fait des dilatations différentielles et un certain amortissement des vibrations dans l'ensem- ble du faisceau de tubes L'effort de pincement des tubes doit être suf- fisamment fort pour être efficace, sans toutefois provoquer un matage ou une entaille de ces tubes Il est d'ailleurs prévu, dans ce but, de donner aux bandes métalliques, au niveau des zones de pinçage 16 une légère cour- bure dans le sens transversal, conmme il est visible sur la figure 5, de fa- çon que les parties latérales de la bande soient légèrement éloignées du tube sur lequel la bande vient en contact, et que seule la partie centrale de la bande soit en contact avec le tube Il est par ailleurs préférable de prévoir pour la zone incurvée 16 de la bande métallique un rayon de cour- bure Rl légèrement plus grand que le rayon R 2 du tube 5 ou de la pièce 11 afin que le montage des bandes métalliques sur les tubes admette de légères variations des distances séparant les tubes sans créer dans ceux-ci des con- traintes anormales. Bien sûr, tous les détails de la forme des bandes 7 a et 7 b exposés précédemment sont applicables aux bandes métalliques 8 a, 8 b qui forment le dispositif de support des lyres 6. L'invention concerne également le procédé de montage du dispositif de support antivibratoire décrit précédemment Il est en fait important que l'effort de pincement des tubes qui est établi au niveau des zones 20 des bandes métalliques ait une valeur sensiblement constante pour tous les tubes Cet effort de pincement est réalisé par le vissage des boulons 19 En con- séquence, le procédé de montage propre à l'invention consiste à disposer les bandes métalliques 7 a et 7 b, ou 8 a et 8 b, de part et d'autre des tubes, à installer le boulon 19 en y vissant son écrou 21 avec un couple minimum de façon que la rotation de l'écrou soit interrompue aussitôt que les bande: métallique commencent à exercer un effort de pinçage sur les tubes voisins, puis à continuer de visser l'écrou 21 sur le boulon 19 selon un angle de ro tation constant prédéterminé, de façon à créer dans les bandes, entre chaque , tube, une flèche constante prédéterminée, et par conséquent à créer un effo: de pincement du tube lui-même relativement constant et prédéterminé, puis enfin à immobiliser l'écrou 21 sur le boulon 19 par tout moyen approprié, par exemple en effectuant un matage important, un goupillage, ou un point de soudure. Si l'effort de pincement des tubes doit être le plus constant pos- sible lors de la construction du générateur de vapeur, il est souhaitable que cet effort reste constant aussi dans le temps Dans le cas d'un géné- rateur de vapeur sodium-eau, qui doit fonctionner plusieurs dizaines d'an- nées, et qui est soumis à une température avoisinnant 5250, ainsi qu'à des chocs thermiques importants, le choix du matériau composant les bandes mé- talliques devient délicat La présente invention résoud ce problème par le choix du matériau composant les bandes métalliques, et qui est un acier al- lié austénitique à durcissement structural Cet acier comprend de préféren- ce du titane et de l'aluminium Un tel matériau est tout-à-fait adapté à l'usage qui en est fait ici dans un générateur de vapeur du type sodium- eau parce qu'il comporte à la fois une limite élastique élevée, comparable à celle d'un acier trempé, et un grand coefficient d'allongement ou une ductilité importante, ce qui est la caractéristique des aciers inoxydables. Un tel matériau peut par conséquent conserver à 5250 et même davantage une contrainte élastique élevée sans pratiquement aucun fluage, même après un temps relativement long. ne L'invention/se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit, elle en comporte au contraire toutes les variantes et l'on peut mo- difier les points de détail sans pour autant sortir du cadre de l'invention. L'invention peut s'appliquer notamment à tout appareil comprenant un fais- ceau tubulaire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de maintien antivibratoire d'un faisceau de tu- bes, notamment pour générateur de vapeur, caractérisé par le fait qu'il est constitué de bandes métalliques ondulées ( 7), chaque rangée de tubes ( 5) recevant au moins un ensemble de deux bandes métalliques ( 7 a, 7 b, 8 a, 8 b) s'étendant transversalement aux tubes ( 5), de part et d'autre de la rangée de tubes, les bandes métalliques étant incur- vées ( 16) en direction des tubes ( 5) au niveau de chaque tube et étant in- curvées ( 17) dans l'autre sens au niveau de chaque intervalle séparant les tubes ( 5), les bandes situées de part et d'autre des mmes tubes se trouvant ainsi rapprochées l'une de l'autre, entre les tubes, avec toutefois un fai ble espace ( 18) les séparant, et qu'il est prévu aussi des éléments de serrage ( 19, 21) destines à exercer un effórt de serrage des bardes l'une vers l'aux tre, au niveau des zones situées entre les tubes ( 5), de faqon a appliquer avec un effort prldéterm:n les bandés de part et d'autre des tubes, au nie veau des zones incurvées ( 16) dans la direction des tubes O 2. Dispositif de maintien antivibratoire selon la revendication 1, caractérisé par le fait que -Lsqlue bande métallique présente" au niveau des zones incurvées ( 16) en &iraction des tubes, une légère courbure ( 20) dans le sens transversal, de façon que les parties latérales de la bande métalli que soient éloignées du tube sur lequel la bande vient en contact, et que seule la partie centrale de la bande soit en D cer'act avec le tubeo 3. Dispositif de maintien antivibratoire selon 1 lusne des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé par le fait que le rayon de courbure (Ri) de la bande métallique, au niveau du tube ( 5) sur lequel elle s'applique, est plus grand que le rayon (R 2) du tube. 4. Dispositif de maintien antivibratoire selon l Pune quelconque des revendications i à 3, caractérisé par I-e fait que iélément de serrage est constitué d'un boulon ( 19) dont l'écrou ( 21) est, après vissage sur la tige filetée, inmobilisé en rotation de façon inamovible. 5. Dispositif de maintien antivibratoire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les bandes métalliques ondulées ( 7 a, 7 b, 8 a, 8 b) sont faites en un alliage austénitique à durcissement structural. 6. Dispositif de maintien antivibratoire selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit alliage austénitique comprend du titane et de l'aluminium. 7. Dispositif de maintien antivibratoire selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que, pour chaque bande métallique ondulée, toutes les zones incurvées ( 16) dans la direction des tubes viennent en contact -avec un tube 5 ou, à défaut de celui-ci, avec une pièce de remplacement 11 de forme cylindrique et de diamètre égal à celui des tubes. 8. Procédé de montage d'un dispositif de maintien antivibratoire d'un faisceau de tubes conforme à la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il consiste à appliquer une bande ondulée ( 7 a, 7 b, 8 a, 8 b) de chaque côté de la rangée de tubes à immobiliser, à visser les boulons ( 19, 21) montés sur les bandes ondulées jusqu'à ce qu'ils soient en position de début de pincement des bandes sur les tubes, puis à continuer le vissage des boulons selon une valeur d'angle de rotation constante prédé- terminée, de façon à créer dans les bandes, entre chaque tube, une flèche constante prédéterminée -