Brevet FR2532565A1 — publié le 19840309

Procédé et dispositif de serpentinage des tubes d'un faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur La présente invention concerne un procédé permettant de réaliser le serpentinage des tubes constituant le faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur, en particulier d'un générateur de vapeur du type "sodium-eau" utilisé dans une centrale nucléaire à neutrons rapides L'invention concer- ne aussi le dispositif permettant de réaliser ce serpentinage conformément au procédé. Certains générateurs de vapeur comportent un faisceau tubulaire composé d'une pluralité de tubes enroulés hélicoidalement autour d'un moyeu cylindrique, ces tubes constituant ainsi autour du moyeu plusieurs couches concentriques régulièrement espacées entre elleso Dans un tel faisceau tubu- laire, il est en outre prévu entre chaque couche de tubes, des pièces sup- port destinées à maintenir l'ensemble des tubes régulièrement espacéso De nombreuses difficultés apparaissent lors de la réalisation d'un tel faisceau tubulaire constitué de tubes enrculés hàlicoldalemant Il est en effet indispensable d'enrculer ces tubes en ayant la garantie d'un positionnement très rigoureux Il faut donc prendre toutes les dispositions nécessaires pour obtenir à la fois un rayon de courbure du tube enroulé, un espacement entre chaque tube ainsi qu'un angle d'inclinaison d Uenrculement parfaitement déterminés et constants Devant ces exigences particulières, il est apparu que les procédés courants de serpentinage ne convenaient paso On peut imaginer, par exemples de disposer un moyeu cylindrique sur des paliers de façon à ce quail soit mobile en rotation, d'attacher l'extrémité d'un ou plusieurs tubes droits au voisinage d'une extrémité du moyeu cylindrique, puis de faire tourner ce moyeu de façon à enrouler héli- coidaiement autour de ce moyeu le ou les tubeso Un tel système de serpenti- nage présente l'inconvénient de solliciter très fortement en traction le point d'attache de l'extrémité du tube sur le moyeu, lors du commencement de l'opération d'enroulement, et par conseéquent il existe un risque certain de détérioration de l'extrémité du tube, au niveau de sa liaison sur le moyeu. D'autre part, avec un tel système, il est pratiquement impossible de garantir la constance de l'angle d'hélice, parcequ'il est nécessaire de déplacer l'ensemble des tubes selon une direction parallèle à l'axe de rota- tion du moyeu, pendant l'opération d'enroulement Un tel guidage et déplace- ment des tubes est difficilement réalisable, vu la longueur généralement grande de ces tubes On ne peut en effet envisager de déplacer latéralement un ensemble de plusieurs tubes droits faisant, par exemple, 100 mètres de long, en garantissant une grande précision dans le mouvement Il faut alors admettre une approximation en prévoyant uniquement le contrôle du déplacement des tubes selon une direction parallèle à l'axe du "oyeu en utilisant seulement des éléments de guidage des tubes disposés à proximité du moyeu. Il faut alors compter sur la flexibilité de la partie droite des tubes pour que le dispositif de guidage et de déplacement des tubes garde une effica- cité Un tel système de serpentinage,n'est donc pas entièrement satisfai- sant lorsqu'il est utilisé pour la construction d'un faisceau tubulaire hélicoïdal nécessitant de grandes exigences en matière de précision et de qualité, ce qui est, par exemple, le cas d'un faisceau tubulaire hélicoïdal d'un générateur de vapeur utilisant comme fluide caloporteur du sodium liquide, et utilisé généralement dans une centrale nucléaire à neutrons rapides. L'invention vise par conséquent à pallier les inconvénients précé- desnuent cités, en vue de permettre la construction, dans de bonnes condi- tions, d'un générateur de vapeur du type "sopdium-eau" utilisé généralement dans une centrale nucléaire à neutrons rapides. La présente invention concerne plus précisément un procédé de serpentinage des tubes constituant le faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur, les tubes devant être enroulés hélicoldalement autour d'un moyeu cylindrique, en plusieurs couches concentriques successives régulièrement espacées. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce procédé consiste à constituer une pluralité de tubes rectilignes, à cintrer ensuite l'une des parties extrêmes de chacun de ces tubes, le rayon de courbure ainsi obtenu correspondant sensiblement au rayon d'enroulement du tube, à fixer ensuite l'extrémité de la partie cintrée d'un ou de plusieurs tubes sur le moyeu cylindrique ou sur une pièce liée au moyeu cylindrique, puis à animer le moyeu d'un mouvement simultané de rotation et de translation longitudinale afin d'enrouler en spirale autour du moyeu le ou les tubes, pendant cette opération d'enroulement la partie droite des tubes étant guidée, au voisinage du moyeu, à l'aide d'éléments de guidage montés fixes, et enfin à cintrer sur le moyeu l'autre partie extrême du tube ou des tubes venant d'être enroulés simultanément, afin d'achever l'enroulement. L'invention concerne aussi le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de serpentinage objet de l'invention. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce disposi- tif se compose essentiellement d'une machine comprenant un bâti muni de galets roulant sur des rails rectilignes, d'un pignon moteur en prise sur une crémaillère rectiligne parallèle aux rails, d'une broche tournante motrice accouplée au moyeu cylindrique du générateur de vapeur, de galets supports disposés aux deux extrémités du moyeu cylindrique, permettant au moyeu de -tourner autour de son axe disposé parallèlement aux rails, et d'une transmission établissant un rapport constant entre la rotation de la broche et celle du pignon moteur, afin d'obtenir le mouvement simultané, de rapport constant, de rotation du moyeu et de translation de 1 'ensemble de la machine supportant le moyeu, le rapport de transmission étant déterminé en fonction de l'angle d'inclinaison de l'enroulement h Mlicoldal des tubes autour du moyeu. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparai- tront lors de la description détaillée de l'exemple de réalisation qui va suivre, illustrée par les dessins annexés. Les figures 1 à 5 montrent les étapes successives du procédé de serpentinage selon l 'invention. La figure 1 ontre un tube de grande longueur destiné & être ser- pentind selon le procédé de l'invention. La figure 2 montre une variante de réalisation du tube. la figure 3 montre sckhmatiquement une première opération du pro- cédé selon l'invention. La figure 4 montre schématiquement l'opération suivante du pro- cédé selon 1 'invention. La figure 5 montre schématiquement la dernière opération du procédé selon 1 'invention. La figure 6 montre schématiquemaent, en perspective, l'opération de serpentinage conforme au procédé selon l'invention. La figure 7 montre, en vue longitudinale, une machine permettant de réaliser l'opération de serpentinage conforme au procédé selon l'inven- tion. La figure 8 représente la même machine selon une coupe transver- sale A-A. La figure 9 représente en coupe partielle D-D le faisceau tubu- laire. En se reportant aux figures 1 à 6, on va décrire les étapes suc- t cessives du procédé de serpentinage conforme à l'invention. La but de l'invention est de réaliser le faisceau tubulaire hli- coldal d'un générateur de vapeur de grande puissance La première ope'ration consiste à réaliser un grand norbre de tubes rectilignes 1 de grande lon- gueur Cette longueur des tubes peut être par exemple, de l'ordre de 100 mètres Ces tubes 1 sont généralement réalisés à partir de plusieurs tron- çons de tubes reliés bout à bout par des soudures 2, 3 Une fois ces tubes réalisés et stockés, on saisit un de ces tubes et on réalise une opération de cintrage d'une de ses extrémités de façon que la courbure ainsi obtenue présente un rayon égal au rayon d'enroulement du tube sur un moyeu. Ensuite, comme représenté en figure 4, on dispose ce tube ainsi cintré sur le moyeu cylindrique 4 du générateur de vapeur, monté sur une machine 5 On attache l'extrémité 6 du tube sur le moyeu 4, au voisinage d'une des extré- mités du moyeu, et on dispose, sur la partie rectiligne du tube, au voisi nage de la machine 5, un guide 7 monté fixe par rapport au sol 8 On pro- cède alors à l'enroulement hélicoïdal du tuba 1 autour du moyeu cylindrique 4 en animant ce doyeu 4 simultanément, d'un nmouvement de rotation autour de son axe longitudinal 9 et d'un mouvenent de translation le long de oe Me axe 9 On peut enrouler un seul tube 1 hélicoldalement sur le moyeu 4, mais on peut aussi enrouler ainsi simultanénent plusieurs tubaes la, lb, lc, sur le moyeu 4, comme représenté dans la figure schématique 6. Il est préférable de donner & la partie du tube cintrée avant l'enrouleiment du tube autour du nmyeu (figure 3) la forme d'une hélice dont l'angle d'inclinaison est identique à celui de l'enroulement hélicoidal du tube autour du moyeu Cette partie du tube cintrée avant l'enroulemaent du tube autour du moyeu, peut s'étendre, de préférence, approximativement sur un demi-tour Dans la pratique, il est nécessaire de procéder au cintrage de cette partie du tube sur un gabarit de forma hélicodale, d'angle d'in- clinaison identique à celui-ci de l'enroulement hélicoldal du tube autour du noyeu, et de diamètre légèrement plus faible que le diamètre d'enroule- ment du tube, afin de tenir compte du retour élastique du tube après cintrage. On peut disposer, sur la pièce fixe formant guide 7, des éléments de friction appliqués sur les tubes guides, afin de soumettre ces tubes à un effort de traction durant l'opération d'enroulemnt des tubes autour du moyen. Lorsque l'opération d'enroulement des tubes parvient à sa fin, on dispose sur la partie extrême non enroulée de chaque tube, un gabarit courbe, puis on cintre les extrémités droites des tubes sur ces gabarits en leur conférant une forme correspondant à l'enroulement des tubes autour du moyeu. De façon connue, on peut enrouler successivement plusieurs couches de tubes autour du moyeu, en disposant entre les différentes couches des pièces longitudinales servant au guidage et au positionnement des tubes On obtient alors le faisceau tubulaire complet permettant de réa- liser le générateur de vapeur. Coanme représenté en figure 2, avant toute opération de cintrage des tubes, on peut former sur une courte distance des extrémités des tubes des coudes afin que chaque tubes une fois enroulé autour du moyeu, présente ses deux extrémités orientées longitudinalement par rapport au moyeu. En se référant maintenant aux figures 7 à 9, on va décrire un dis- positif permettant de réaliser le serpantinage des tubas constituant le faisceau tubulaire de générateur de vapeur selon le procédé qui a été décrit précédemment. Ce dispositif se compose essentiellement d une machine 11 qui com- prend un bâti 12 mmni de galets 13 roulant sur des rails 14 rectilignes et parallèles, un pignon moteur 15 en prise sur une crémaillère 16 rectiligne parallèle aux rails, une broche tournante 17 motrice accouplée au moyeu cylindrique 4 du générateur de vapeur, et des galets supports 18 disposes aux deux extrémités du moyeu cylindrique 4, permettant au moyeu 4 de tour- ner autour de son axe 9 disposé parallèlement aux rails La machine com- porte en outre une transmission établissant un rapport constant entre la rotation de la broche 17 et celle du pignon moteur 15, afin d'obtenir le mouvement simultané de rapport constant entre le mouvement de rotation du moyeu 4 et le mouvement de translation de lensemble de la machine 11 sup- portant le moyeu 4, le rapport de transmission étant déterminé en fonction de l'angle d'inclinaison de l'enroulement hélicoïdal des tubes autour du moyeu. La machine peut comnporter en outre, un bâti secondaire 19 pouvant se mouvoir longitudinalement par rapport au bâti 12 de la machine en étant guidé à l'aide de glissières 20, ce bâti 19 étant destiné à supporter une pièce 21 constituant un guide pour les tubes à enrouler. La machine 11 fonctionne de la manière suivante: après cintrage de la partie extreme des tubes, on accroche leur extrémité 6 sur le moyeu 4, puis on met en route la machine qui fait tourner le moyeu 4 tout en se mouvant longitudinalement, de qui provoque l'enroulement hélicoidal des tubes autour du moyeu 4 Lorsque l'on parvient vers la fin de cette opéra- tion d'enroulement, on arrête la rotation du pignon moteur 15, afin d'ar- rêter le mouvement longitudinal de la machine 11, on déplace le guide 21 de manière à l'amener en contact avec l'extrémité non enroulée des tubes, puis on continue à faire tourner le moyeu 4 en déplaçant longitudinalement le bâti 19 supportant le guide 21 par rapport au bâti 12 de la machine De cette manière, on peut réaliser l'enroulement hélicoïdal des tubes en se rapprochant au maximum de l'extrémité du moyeu 4. On procède alors au cintrage de l'extrémité libre des tubes afin de terminer complètement leur enroulement autour du cylindre, ce cintrage conférant au tube une forme en hélice identique à celle de l'enroulement du tube autour du moyeu. En se reportant à la figure 9, on distingue les nappes succes- sives 22, 23, 24 de tubes enroulés concentriquement autour du moyeu 4. D'une manière connue en soi, les différentes nappes de tubes sont mainte- nues en place à l'aide de pièces supports 25 Si, lors de l'enroulement des tubes on dispose seulemant des pièces supports 25, les tubes risquent ne pas prendre une form e parfaitement circulaire parce que l'on ne peut pas disposer un très grand nombre de pièces supports 25 sur toute la périphé- rie On peut alors disposer entre deux pièces supports 25 consécutives, des pièces 26 disposées longitudinalement, sur toute la longueur du moyeu 4, ces pièces 26 présentant la forme d'une barre aplatie On dispose ainsi tout autaour de la couche de tubes précédemment enroulés un grand nombre de ces barres 26, leur plan médian étant disposé radialement On peut alors procéder à l'enroulerment d'une couche supplémentaire de tubes qui viennent s'appliquer contre les pièces supports 25 et contre les pièces d'espacement 26 disposées entre les pièces supports 25 Lorsque l'opération d'enroule- ment est terminée, on peut retirer les barres 26 en les faisant tourner sur elles-mêmes d'un quart de tour (comme représenté en 26 '), puis en les fai- sant glisser longitudinalement à travers les deux couches de tubes jusqu'à leur extraction complète. L'invention ne se limite pas au nmode de réalisation qui vient d'être décrit, à titre d'exemple non limitatif, mais elle comporte toutes les variantes de réalisation envisageables. REVEMICATIONS 1 o Procédé de serpentinage des tubes constituant le faisceau tubu- laire d 'un générateur de vapeur, les tubes devant être enroulés hélicolda- lament autour d un moyeu cylindrique, en plusieurs couches successives concentriques régulièremnt espacées, caractérisé par le fait qu'il consiste à constituer une pluralité de tubes rectilignes ( 1), à cintrer l Uune des parties extrêmes de chaque tube ( 1), le rayon de courbure du cintrage ainsi obtenu correspondant sensiblement au rayon d'enroulement du tube ( 1), le rayon de courbure du cintrage ainsi obtenu correspondant sensiblement au rayon d'enroulement du tube, à fixer ensuite l'extrémité ( 6) de la partie cintrée d'un ou de plusieurs tubes sur le moyeu cylindrique ( 4) ou sur une pièce liée au moyeu cylindrique, puis à animer le moyeu d un mouvement simultané de rotation et de translation longitudinale afin d'enrouler en spirale autour du moyeu le ou les tubes, pendant l'opération d'enroulement la partie droite du ou des tubas étant guidée, au voisinage du moyeu au moyen d'élémnts de guidage montés fixes, et enfin à cintrer l'autre partie extrêm du cu des tubes venant d'être enroulés simultanément, afin d'achever l'enroulement O 2 Procédé de serpsntinage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie du tube cintrée avant l'enroulesmnt du tube autour du moyeu présente la forme d'une hélice dont 11 angle d incli- naison est identique à celui de l'enroulemnt hélicoïdal du tube autour du moyeu. 3 Procédé de serpentinage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la partie extrême du tube cintrée après l'opéra- tion d'enroulemnt autour du moyeu est cintrée suivant une forme en hélice identique à celle de l'enroulement du tube autour du moyeu. 4 Procédé de serpentinage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la partie du tube cintrée avant l'enroulement du tube autour du moyeu s'étend approx Lmativemant sur un demi-tour 5 Procédé de serpentinage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les extrémités du tube sont en outre coudés ( 10) sur une courte distance, avant toute opération de cintrage du tube ( 1), afin que ce tube, une fois enroculé autour du m Dyeu, présente ses deux extrémités orientées longitudinalement. 6 Procédé de serpentinage selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que le tube o les tubes qui sont enroulés simulta- nément autour du toyeu sont soumis à un effort de traction durant l'opéra- tion d'enroulement. 7 Dispositif permettant de réaliser le serpentinage des tubes constituant le faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur selon le pro- cédé conforme aux revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il se compose essentiellement d'une machine ( 11) comprenant un bâti muni de galets ( 13) roulant sur des rails ( 14) recti- lignes, d'un pignon moteur ( 15) en prise sur une crémaillère rectiligne ( 16) parallèle aux rails d'une broche ( 17) tournante rmotrice accouplée au moyeu cylindrique ( 4) du générateur de vapeur, de galets supports ( 18) dis- posés aux deux extrémités du moyeu cylindrique ( 4), permettant au m oyeu de tourner autour de son axe ( 9) disposé parallèlement aux rails, et d'une transmission établissant un rapport constant entre la rotation de la broche ( 17) et celle du pignon moteur ( 15), afin d'obtenir le mouvement simultané, de rapport constant, de rotation du mnyeu et de translation de l'ensemble de la machine supportant le moyeu, le rapport de transmission étant déter- miné en fonction de l'angle d'inclinaison choisi pour l'enroulement héli- coldal des tubes autour du moyeu.