Brevet FR2530007A1 — publié le 19840113

Support radial pour plaque tubulaire d'échangeur de chaleur. La présente invention se rapporte d'une manière générale aux échangeurs dechaleur qui utilisent plusieurs tubes placés à l'intérieur, et elle concerne plus particulièrement des mécanismes qui assurent un sup- port radial à la plaque tubulaire et transmettent radialement les efforts de la plaque tubulaire à la virole extérieure de l'échangeur de chaleur La présente invention se rapporte plus précisément à un mécanisme de support radial qui transmet les efforts radiaux à la virole extérieure d'un généra- teur de vapeur qui comprend deux viroles montées coaxialement. Dans les systèmes de générateurs nucléaires, on utilise générale- ment des échangeurs de chaleur pour transmettre la chaleur d'un fluide ra- dioactif à un fluide non radioactif qui passera ensuite dans une turbine. Ces deux fluides sont isolés l'un de l'autre pour empêcher une contamination radioactive de la turbine Un échangeur de chaleur de ce type, lorsqu'il uti- lise de l'eau comme moyen de transmission de la chaleur, est appelé "généra- teur de vapeur et on utilisera cette appellation dans la présente description. De manière caractéristique, un générateur de vapeur de ce genre comporte une virole extérieure qui contient à la fois le fluide radioactif et le fluide non radioactif, chacun de ceux-ci s'écoulant dans des passages individuels dis- tincts A l'intérieur de cette virole extérieure, le générateur de vapeur est compartimenté de manière à permettre un échange thermique entre les fluides sans que ceux-ci puissent entrer en contact physique l'un avec l'autre Pour réaliser cette opération, on fait passer l'un des fluides dans plusieurs tubes thermiquement conducteurs tandis que l'autre fluide s'écoule autour et au con- tact des faces extérieures de ces tubes. Les tubes échangeurs de chaleur mentionnés ci-dessus peuvent être en forme de U, de manière à assurer une communication de fluide entre deux compartiments contigus situés à la même extrémité de l'échangeur de chaleur ou, en variante, les tubes peuvent être droits et mettre en communication des compartiments situés aux extrémités opposées de l'échangeur de chaleur. Dans l'un ou l'autre cas, le fluide qui s'écoule autour des faces extérieu- res des tubes de l'échangeur de chaleur, peut provoquer un déplacement laté- ral et des vibrations éventuellement importantes dans les tubes Pour four- nir un support latéral aux tubes de l'échangeur de chaleur, qui peuvent avoir une longueur significative, on dispose des plaques-supports de tubes à l'in- térieur du générateur de vapeur Ces plaques-supports de tubes sont générale- ment des plaques plates circulaires dans les faces planes desquelles sont percés plusieurs trous Les tubes échangeurs de chaleurs sont introduits dans ces trous avec un minimum de jeu, de sorte que le déplacement latéral des tubes est limité par la plaque-support de tubes On doit bien comprendre que la plaque-support de tubes est conçue, de manière caractéristique, pour n'empêcher en aucun cas un déplacement longitudinal des tubes dans la plaque mais pour fournir uniquement un support qui empêche tout déplacement latéral radialement aux tubes, qui se produirait sans cela du fait du passage rapide du fluide autour de leurs faces cylindriques extérieures. Dans les générateurs-de vapeur qui utilisent une construction à double virole, les plaques-supports de tubes étant montées à l'intérieur de la virole intérieure, il devient parfois nécessaire de supporter radialement les plaques-supports de tubes de manière à transmettre radialement les effor à la virole extérieure à cause de la plus grande résistance de cette derniè- re Même dans les circonstances qui n'exigent pas cette transmission des ef- forts radiaux à la virole extérieure, on doit généralement renforcer la virc le intérieure d'une certaine manière afin qu'elle puisse supporter les effoy radiaux exercés par la plaque-support de tubes Dans ce dernier cas, la virc le intérieure doit être renforcée localement dans la région o peuvent s'ex E cer les efforts transmis par la plaque-support de tubes. L'objet principal de la présente invention est donc de fournir un montage simple pour supporter les plaques-supports de tubes d'une manière qui permet un réglage facile sans exercer d'efforts excessifs sur la virole intérieure du générateur de vapeur. Afin de réaliser cet objet, la présente invention consiste en un échangeur de chaleur comprenant une virole généralement cylindrique, une enveloppe généralement cylindrique montée concentriquement à l'intérieur de cette virole, un faisceau de tubes échangeurs de chaleur disposés à l'inté- rieur de l'enveloppe, plusieurs plaques-supports de tubes placées à l'inté- rieur de l'enveloppe transversalement aux tubes afin de fournir à ceux-ci ur support latéral, et un moyen pour régler la position de ces plaquessupports par rapport à l'enveloppe La caractéristique de la présente invention rési- de dans le fait que des éléments cylindriques formant vérins sont montés sut l'enveloppe de manière à se prolonger axialement à partir de cette dernièrel dans des plans qui coïncident avec les plaques-supports Ces éléments for- mant vérins comportent un filetage extérieur engagé dans une ouverture ta- raudée de l'enveloppe de manière L permettre le positionnement de l'envelop- pe par rapport à la virole Les éléments formant vérins présentent en outre un alésage central taraudé qui reçoit une vis de blocage butant contre la plaque-support afin de permettre le réglage de la position de celle-ci à -2530007 l'intérieur de l'enveloppe. La présente invention fournit un moyen pour supporter radialemènt une plaque-support de tubes dans un générateur de vapeur tout en transmet- tant les efforts radiaux de la plaque-support de tubes directement à la vi- role en évitant d'endommager éventuellement l'enveloppe de moindre résistan- ce au cours des périodes o des efforts radiaux intenses s'exercent sur la plaque-support de tubes. La présente invention sera bien comprise à la lecture de la des- cription suivante faite en relation avec les dessins ci-joints, dans les- quels: - la figure 1 illustre un générateur de vapeur; la figure 2 illustre un dispositif suivant l'art antérieur, four- nissant un support radial à une plaque-support de tubes; la figure 3 représente une partie du mécanisme de la plaque- support de tubes de la figure 2; la figure 4 illustre le dispositif de support radial de tubes suivant la présente invention; et la figure 5 est une vue détaillée de la structure de transmission des efforts suivant la présente invention. La figure 1 représente un générateur 10 de vapeur qui est divisé intérieurement en compartiments distincts Il comprend une virole intérieure 12 et une virole extérieure 14 Cette dernière constitue une enveloppe de toutes les parties de son équipement échangeur de chaleur La virole inté- rieure 12 sert de support axial aux plaques-supports 16 de tubes et elle constitue également une cloison qui favorise l'écoulement de fluide dans le générateur 10 de vapeur Plusieurs tubes 18 fournissent des conduits dans lesquels passe un fluide allant d'une tubulure d'entrée (indiquée par la- flèche I) à une tubulure de sortie (indiquée par la flèche 0) Un fluide dis- tinct circule dans le générateur de vapeur autour des faces cylindriques ex- térieures des tubes 18 Ce fluide communique thermiquement avec le fluide qui circule dans les tubes 18 et il est chauffé par contact avec les faces extérieures des tubes 18 Le fluide chauffé s'écoule au voisinage des tubes et il s'échauffe au fur et à mesure qu'il parcourt le trajet indiqué par les flèches H Lorsqu'il sort du générateur de vapeur, le fluide se trouve sous la forme de vapeur et il est envoyé vers la turbine d'un système générateur de courant électrique pour revenir ensuite à température réduite au généra- teur de vapeur Ce fluide refroidi passe entre la virole intérieure 12 et la virole extérieure 14 du générateur de vapeur (comme l'indiquent les flè- ches C) et il est ramené une nouvelle fois dans la région voisine des tubes 18 pour être chauffé à nouveau Ce fluide se trouve donc à la fois à l'état liquide L et à l'état gazeux G à l'intérieur du générateur de vapeur. A la figure 1 et dans l'illustration décrite ci-dessus, le fluide passant dans les tubes 18 et indiqué par les flèches I et 0, est radioactif car il s'écoule directement d'un réacteur nucléaire au générateur de vapeur. De même, on doit bien voir que l'autre fluide qui circule à l'intérieur du générateur de vapeur, autour de la face extérieure des tubes 18 et indiqué par les flèches C et H, n'est pas radioactif et l'une des fonctions du géné- rateur 10 de vapeur est de transmettre la chaleur du fluide radioactif au fluide non radioactif tout en les maintenant séparés l'un de l'autre On doit bien voir également que, dans des générateurs de vapeur de conception différente, on pourrait faire passer de l'eau non radioactive dans les tubes 18 et de l'eau radioactive autour de ces tubes 18, en variante au procédé décrit ci-dessus Cependant, on doit bien voir également que la présente in- vention s'applique à l'un ou l'autre type de générateur de vapeur et, égale- ment, aux générateurs de vapeur qui utilisent des tubes droits au lieu des tubes en U représentés à la figure 1. La plaque-support 16 de tubes d'un générateur de vapeur est suppor- tée, de manière caractéristique, dans le sens axial par plusieurs cales 19 soudées sur la virole intérieure 12 Un support radial de la plaquesupport de tubes doit être prévu également par certains moyens (non représentés à la figure 1). La figure 2 illustre un moyen de fournir le support radial néces- saire à une plaque-support 16 de tubes Ce dispositif, bien connu de l'homme de l'art, utilise une plaque 20 de forme spéciale qui est introduite dans un trou formé radialement dans la virole intérieure 12 La plaque 20 est fixée ensuite par une soudure 21 sur la virole intérieure 12 de manière à former avec celle-ci un montage rigide La plaque 20 est percée d'un ou plusieurs trous radiaux qui sont taraudés et dans lesquels s'engagent des éléments fi- letés 22 La plaque 20 est alignée radialement avec la plaque-support 16 de tubes de manière telle que les éléments filetés 22 peuvent être prolongés depuis la plaque 20 jusqu'à la plaque-support 16 de tubes Un bloc intermé- diaire 24 est placé ensuite entre les éléments filetés 22 et la plaque- support 16 de tubes, au voisinage immédiat de cette dernière Des clavettes 26 sont chassées ensuite entre le bloc intermédiaire 24 et la plaque-support 16 de tubes afin d'assurer entre eux un contact physique Les clavettes 26 sont soudées ensuite au bloc intermédiaire 24 qui est soudé, à son tour, aux éléments filetés 22 qui peuvent déjà avoir été rigidement fixés, par souda- ge, à la plaque 20 Cette disposition fournit un assemblage composé de la plaque 20, des éléments filetés 22, du bloc intermédiaire 24 et des clavettes 26, le tout étant rigidement relié à la virole intérieure 12. Avant de souder ensemble les éléments de ce dispositif de support radial, on doit s'assurer de leurs dimensions respectives afin de réaliser le centrage de la plaque-support 16 de tubes à l'intérieur de la virole intérieure 12 Il doit être bien clair que l'utilisation des clavettes 26 pour centrer avec précision la plaque-support 16 de tubes à l'intérieur du géné- rateur de vapeur, est difficile du fait que ces clavettes sont, de manière caractéristique, inappropriées à la réalisation de réglages dimensionnels fins D'autres inconvénients de ce procédé suivant l'art antérieur résident dans le fait que,pour assurer un renforcement localisé de la virole inté- rieure 12, l'épaisseur de la plaque 20 doit être telle que cette plaque dé- bordera radialement à l'extérieur de la virole intérieure 12, sur une dis- tance significative Comme le représente la figure 2, ce débordement peut gêner l'écoulement laminaire du liquide refroidi, comme l'indiquent les flè- ches C En outre, dans les systèmes de générateurs nucléaires, il est sou- haitable de réduire au minimum le nombre des éléments individuels à l'inté- rieur du générateur de vapeur D'après la description qui précède, il est bien évident que chaque dispositif de support radial, tel que l'illustre la figure 2, se compose de nombreux éléments individuels qui peuvent chacun se desserrer en cours de fonctionnement et provoquer une situation éventuellement néfaste. En outre, il doit être bien clair que le coût total du procédé dé- crit ci-dessus est élevé Ce coût provient de la nécessité de forer la viro- le intérieure 12, de former la plaque 20 et de positionner avec précision la plaque-support 16 de tubes à l'intérieur de la virole intérieure 12 au moyen de réglages répétés des éléments filetés 22 et des clavettes 26 On a obser- vé que la fabrication de la plaque 20, représentée à la figure 3, est à la fois difficile et coûteuse La plaque 20 est formée de manière à présenter une partie extérieure 32 qui soit en forme d'arc afin de s'adapter à la sur- face circonférentielle extérieure de la virole intérieure (référence 12 à la figure 2), tandis-qu'une partie intérieure 34 est formée pour emboîter dans le trou foré radialement dans la virole intérieure 12 La partie intérieure 34 et la partie extérieure 32 de cette plaque doivent être formées avec pré- cision suivant un arc afin de pouvoir s'associer correctement au trou et à la surface extérieure de la virole intérieure 12 En outre, les deux trous 36 doivent être percés dans la plaque 20 et taraudés pour recevoir leurs éléments filetés associés (référence 22 à la figure 2). La présente invention est illustrée à la figure 4 qui représente la virole intérieure 12 et la virole extérieure 14, ainsi que la plaque- support 16 de tubes et une cale 19 qui fournit un support axial à cette der- nière La présente invention comprend un élément 40 formant vérin, ou vérin vis, qui passe dans un trou percé dans la virole intérieure 12 et se trouve en contact avec la face cylindrique intérieure de la virole extérieure 14. Lorsque l'élément 40 formant vérin est ainsi monté, on le fixe rigidement à la virole intérieure 12 au moyen de soudures, par exemple, comme le repré- sentent les références 41 et 42 Dès que l'élément 40 formant vérin est fixé rigidement à la virole intérieure 12, tout en étant en contact physique avec la virole extérieure 14, tous les efforts radiaux supportés par la virole in térieure 12 dans la région de l'élément 40 formant vérin, seront transmis ra dialement à la virole extérieure plus robuste 14 L'élément 40 formant vérin est pourvu d'un alésage central 44 dont la forme est telle qu'elle permet de recevoir un élément fileté 46 Ce dernier se termine par une tête 47 à plu- sieurs pans pour la facilité du réglage On doit bien voir que, en prolon- geant l'élément fileté 46 depuis l'élément 40 formant vérin, on peut régler avec précision la position radiale de la tête 47 afin de positionner radia- lement la plaque-support 16 de tubes Bien que, dans l'exemple préféré de réalisation de la présente invention, on utilise un élément fileté 46 qui se visse dans l'élément 40 formant vérin, on doit bien voir qu'une variante de construction pourrait prévoir une tige disposée de manière à pouvoir coulis- ser à l'intérieur de l'alésage 44 de l'élément 40 formant vérin. Comme le représente la figure 4, il apparaîtra à l'homme de l'art que l'on peut déplacer radialement la tête 47 de l'élément fileté 46 soit vers l'intérieur ou vers l'extérieur, en faisant tourner cette tête 47 Ce mouvement-peut être réalisé à l'aide d'une clé ouverte et il ne nécessite pas d'outillage spécial On doit bien voir en outre que, suivant le pas des filets de l'élément fileté 46, la tête 47 peut être positionnée radialement et avec précision à l'intérieur du générateur de vapeur Lorsque la plaque- support 16 de tubes exerce un effort radial dirigé vers l'extérieur, on doit bien voir en outre que cet effort est transmis directement à la virole exté- rieure 14 sans déformation importante de la virole intérieure 12 Cette tran mission directe de l'effort élimine la nécessité d'un renforcement signifi- catif de la virole intérieure dans la région de la plaque-support 16 de tube Le présent dispositif réduit également au minimum le nombre total d'éléments individuels requis à inclure dans le générateur de vapeur. En comparant le procédé suivant l'art antérieur, représenté à la figure 2, à la présente invention illustrée à la figure 4, on verra claireme apparaître les avantages de la présente invention Le nombre total d'élément qui composent la présente invention, ne comprend que l'élément 40 formant vérin et la vis filetée 46 de blocage, tandis que le procédé suivant l'art antérieur utilisait une plaque 20, des éléments filetés 22, un bloc intermé- diaire 24 et une clavette 26 De même, le coût de fabrication du dispositif suivant la présente invention est, de manière significative, inférieur à ce- lui du dispositif suivant l'art antérieur Comme on l'a expliqué ci-dessus, la forme complexe de la plaque 20, illustrée à la figure 3, est difficile, et donc coûteuse, à fabriquer tandis que l'élément 40 formant vérin et la vis 46 de blocage, représentés à la figure 5, sont faciles à fabriquer sur des machines classiques. La figure 5 représente avec plus de détails l'élément 40 formant vérin et la vis 46 de blocage L'élément 40 formant vérin comporte une pre- mière extrémité 50 qui est conformée de manière à s'adapter contre la face cylindrique intérieure de la virole extérieure (référence 14 aux figures 1 et 4), tandis que son autre extrémité estpourvue d'un moyen qui permet de le faire tourner dans le trou formé dans la virole intérieure 12 A la figure 5, ce moyen est représenté par deux trous 52 dans lesquels on peut introduire une clé anglaise pour fournir un couple suffisant à la rotation de l'élément formant vérin à l'intérieur d'un trou fileté qui est percé radialement dans la virole intérieure (référence 12 à la figure 4) La surface cylindrique extérieure de l'élément 40 formant vérin peut donc être pourvue d'une partie filetée 48 que l'on peut visser dans le trou mentionné ci-dessus de la virole intérieure L'élément 40 formant vérin est pourvu également d'un alésage cen- tral 44 qui peut être taraudé afin de recevoir la vis 46 de blocage ou élé- ment fileté Comme on l'a décrit ci-dessus, la vis 46 de blocage est équipée d'une tête 47 à plusieurs pans qui permettent de la faire tourner à l'aide d'une clé ouverte classique. Après avoir réglé la vis 46 de blocage dans l'élément 40 formant vérin afin de positionner correctement la plaque-support de tubes (référence 16 à la figure 14), on peut souder cette vis 46 de blocage à l'élément 40 formant vérin afin d'assembler rigidement ces éléments l'un à l'autre et pour garantir qu'acun déplacement relatif entre ces éléments ne se produira après la mise en place Cette fixation par soudure est indiquée par la réfé- rence 49 à la figure 4. Il doit être clair pour l'homme de l'art que la présente invention constitue un dispositif qui est relativement facile et peu coûteux à fabri- quer mais qui fournit un support radial à une plaque-support de tubes, d'une manière qui permet de régler avec précision la position de la plaque-support de tubes à l'intérieur du générateur de vapeur En outre, la présente inven- tion fournit un moyen pour transmettre efficacement à la virole extérieure du générateur de vapeur les-efforts radiaux exercés par la plaque-support de tubes, sans nécessiter un renforcement significatif de la virole intérieure du générateur de vapeur dans la région de la plaque- support de tubes De même, on doit bien voir que la présente invention réduit au minimum le nom- bre d'éléments qu'il faut inclure dans le générateur de vapeur pour assurer ce support radial et elle diminue également l'effet néfaste sur l'écoulement de fluide autour du dispositif de support radial suivant la présente inven- tion. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisa- tion qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de va- riantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. R E V E N D I C A T I O N S 1 Echangeur de chaleur comprenant une virole généralement cylin- drique ( 14), une enveloppe généralement cylindrique ( 12) montée concentri- quement à l'intérieur de cette virole ( 14), un faisceau de tubes échangeurs de chaleur disposés à l'intérieur de l'enveloppe ( 12), plusieurs plaques- supports ( 16) de tubes placées à l'intérieur de l'enveloppe ( 12) transversa- lement aux tubes ( 18) afin de fournir à ceux-ci un support latéral, et un moyen pour régler la position de ces plaques-supports ( 16) par rapport à l'enveloppe ( 12), cet échangeur de chaleur étant caractérisé en ce que des éléments cylindriques ( 40) formant vérins sont montés sur l'enveloppe ( 12) de manière à se prolonger axialement à partir de cette dernière dans des plans qui coïncident avec les plaques-supports ( 16), ces éléments ( 40) for- mant vérins comportant un filetage extérieur ( 48) engagé dans une ouverture taraudée de l'enveloppe ( 12) de manière à permettre le positionnement de cette dernière par rapport à la virole ( 14), ces éléments ( 40) formant vérins présentant en outre un alésage central taraudé ( 44) qui reçoit une vis ( 46) de blocage butant contre la plaquesupport ( 16) afin de permettre le réglage de la position de cette plaque-support ( 16) à l'intérieur de l'enveloppe ( 12). 2 Echangeur de chaleur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément ( 40) formant vérin est soudé à l'enveloppe ( 12) lorsque cette dernière est positionnée correctement par rapport à la virole ( 14). 3 Echangeur de chaleur suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément ( 40) formant vérin et l'élément ( 46) de blo- cage sont rigidement fixés l'un à l'autre, après un réglage de position de la plaque-support ( 16) de tubes quelconque 4 Echangeur de chaleur suivant l'une/des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la vis ( 46) de blocage comporte à son extrémité radia- lement la plus intérieure une tête ( 47) à plusieurs pans qui vient buter con- tre la plaque-support ( 16) de tubes et qui est utilisée pour faire tourner plus facilement la vis ( 46) de blocage.