Brevet FR2561753A1 — publié le 19850927

GENERATEUR DE VAPEUR, NOTAMMENT POUR REACTEUR NUCLEAIRE A EAU PRESSURISEE L'invention a pour objet un générateur de vapeur, notamment pour réacteur nucléaire à eau pres- surisée. On connaît dans l'industrie nucléaire les générateurs de vapeur utilisés en liaison avec des réacteurs à eau sous pression et dont un exemple sché- matique d'un type en soi connu est décrit en référence à la figure 1. Sur cette figure 1, on a représenté l'en- ceinte 1 du réacteur dans lequel se trouve le coeur 2 et o circule d'une part en 3 l'eau chaude ascendante sortant du coeur en direction des flèches F et d'autre part, l'eau froide descendante circulant entre l'enve- loppe 1 et le panier 4 du réacteur. Le générateur de vapeur 5 comporte, de façon connue, une boite à eau 6, dans laquelle circule l'eau en provenance du réacteur 1, et, au-dessus de cette boite à eau 6, une virole 7 parcourue par l'eau secon- daire qui entre en 8 et sort en 9 de cette virole secondaire 7. Un conduit 10 relie le réacteur 1 avec la boite à eau 6 et comporte en fait deux passages annulaires concentriques à savoir un passage central 11 par lequel pénètre l'eau chaude dans la boîte à eau 6 et un passage périphérique 12 par lequel ressort l'eau froide provenant de cette même boite à eau 6 et retournant dans le réacteur 1 entre le panier 4 et l'enceinte 1 pour être réinjectée à la base du coeur. De façon également connue, la boîte à eau 6 est séparée de la virole secondaire 7 par une plaque à tubes 13 dans laquelle sont implantés verticalement un certain nombre de tubes échangeurs de chaleur 14 en forme de U renversé et parcourus par le fluide primai- re; cette boite à eau 6 est divisée en deux parties, à savoir un compartiment chaud 15 et un compartiment froid 16. L'eau secondaire, qui parcourt de façon as- cendante l'intérieur de la virole secondaire 7, s'échauffe et se vaporise progressivement en montant le long des tubes en U 14 précédents. Dans toutes les réalisations actuelles de générateurs de vapeur de réacteurs à boucles telles que décrites précédemment, ou de réacteurs intégrés du type CAP pour lesquels la cuve primaire fait office de boîte à eau, la virole secondaire 7 est soudée direc- tement à la plaque à tubes 13 laquelle est fixée par serrage sur la boîte à eau 6. Par suite de la diffé- rence de pression importante (de l'ordre de 100 bars) à laquelle est soumise la plaque à tube 13, des con- traintes s'accumulent dans la zone angulaire de rac- cordement de cette plaque 13 avec la virole secondaire 7. Pour ne pas trop fragiliser cette zone, il n'est donc pas possible de percer la plaque trop près de sa jonction avec la virole secondaire 7 pour y implanter des tubes, ce qui augmente l'encombrement du généra- teur de vapeur comme permet de le comprendre la figure 2 o l'on voit qu'un espace minimal est nécessaire entre la paroi latérale 7 de la virole secondaire et le premier tube 14 implanté dans la plaque à tubes 13. Par ailleurs, la partie secondaire d'un tel générateur de vapeur n'est pas démontable et il est par conséquent très difficile de le réparer ou même plus simplement de le nettoyer lorsque cela est rendu nécessaire après un certain temps de fonctionnement et son inspection en service est toujours une opération compliquée et dangereuse. La présente invention a précisément pour objet un générateur de vapeur pour réacteur nucléaire à eau pressurisée qui permet, à l'aide de moyens sim- ples à mettre en oeuvre, de réaliser une liaison entre la virole secondaire et la plaque à tubes sans accumu- lation de contraintes latérales et qui de plus, rend le générateur de vapeur intégralement démontable. Ce générateur de vapeur comportant de façon connue une boite à eau o circule l'eau chaude sortant du coeur du réacteur pour pénétrer ensuite dans une série de tubes échangeurs de chaleur, implantés dans une plaque à tubes et s'étendant à l'intérieur d'une virole secondaire, parcourue par l'eau secondaire, se caractérise en ce que la boite à eau, la virole secon- daire et la plaque à tubes sont trois ensembles indé- pendants, démontables, et liés de la façon suivante: - la virole secondaire se termine à sa par- tie inférieure, par un pédoncule annulaire comportant d'une part une double portée conique coopérant par deux joints toriques avec une rainure femelle à deux portées coniques creusée dans la surface supérieure de la plaque à tubes et d'autre part, à sa périphérie externe, une portée conique associée à un anneau de serrage; - la boite à eau se termine, à sa partie supérieure, par une bride munie d'une portée plane de raccordement, avec deux joints toriques interposés, à la surface inférieure de la plaque à tubes; - un système de tirants, dont certains tra- versant des oreilles de manutention en périphérie de la plaque à tubes, de goujons implantés dans la bride de la boîte à eau et d'écrous, assure, par l'intermé- diaire de l'anneau de serrage, l'assemblage et le ser- rage étanche des trois ensembles indépendants précé- dents. Selon une caractéristique importante de la présente invention, les oreilles de manutention im- plantées en périphérie de la plaque à tubes comportent des logements dont le profil conique permet de rece- voir les collets coniques qui équipent les goujons, permettant ainsi lors d'une manoeuvre de démontage de la seule boîte à eau, la manutention de l'ensemble plaque à tubes-virole secondaire sans rompre leur étanchéité. Dans le générateur de vapeur, objet de l'in- vention, la virole secondaire, la plaque à tubes et la boite à eau sont donc des ensembles indépendants les uns des autres et parfaitement démontables. Par ail- leurs, la fermeture de la boite à eau et celle de l'enceinte secondaire du générateur de vapeur sont réalisées de façon globale et par des moyens également indépendants. On parvient donc ainsi, dans le généra- teur objet de l'invention, à la suppression totale des contraintes dans la zone angulaire de raccordement de la plaque à tubes avec la virole secondaire, ce qui permet d'augmenter le nombre de tubes d'échange de chaleur contenus dans cette virole et, par ailleurs, la démontabilité intégrale du générateur de vapeur rend son utilisation beaucoup plus facile que celle des générateurs soudés de l'art antérieur. De toute façon, l'invention sera mieux com- prise en se référant à la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre illustratif et non limitatif, d'un tel générateur de vapeur. Cette description sera faite en se référant aux figures 3 et 4 ci-jointes, sur lesquelles: - la figure 3 est une vue en coupe élévation qui montre en détail le maintien en contact étanche sur la plaque à tubes d'une part de la virole secon- daire et d'autre part de la boite à eau; - la figure 4 est une vue de dessus en coupe horizontale selon le plan XX de la figure 3 qui montre la disposition périphérique de la plaque à tubes et la position des différents tirants de maintien de la structure. Sur la figure 3, on voit représentée la vi- role secondaire 7, la plaque à tubes 13 et la boite à eau 6. La virole secondaire 7 se termine conformément à l'invention à sa partie inférieure par un pédoncule annulaire 20 comportant une double portée conique 21 et 22 à sa partie inférieure de liaison avec la plaque à tubes 13. Cette dernière comporte à cet effet une rainure femelle 23 correspondante comportant égale- ment deux portées coniques destinées à coopérer avec les portées coniques 21 et 22 du pédoncule 20. Deux joints d'étanchéité toriques métalliques 24 assurent l'étanchéité entre la plaque à tubes 13 et la virole secondaire 7 lorsque l'ensemble, comme on le verra plus loin, est serré par le tirant 25 et l'anneau de serrage 26. A cet effet, la partie supérieure du pé- doncule 20 comporte également une portée conique 27 coopérant avec une portée correspondante de cet anneau de serrage 26. A la partie inférieure du dispositif, la boîte à eau 6 est munie d'une portée plane de rac- cordement 28 avec deux joints toriques métalliques in- terposés 29 entre la boîte à eau 6 et la plaque à tube 13. Le serrage dans le sens vertical des trois éléments indépendants précédents est réalisé à l'aide des tirants 25, des écrous 30 et des goujons 31 im- plantés, conformément à l'invention, dans la boîte à eau 6. Sur la périphérie de la plaque à tubes 13 se trouvent, comme on le voit sur la figure 4, un certain nombre d'oreilles de manutention telles que 32 qui comportent des logements 33 à portée conique 34 pour les goujons 31, lesquels comportent à cet effet, un collet conique 35 destiné à venir en butée contre la partie conique correspondante 34. Ceci permet, lorsque l'on désire pour une raison quelconque, par exemple une manoeuvre d'entretien, démonter la boite à eau 6 sans rompre l'étanchéité de la plaque à tubes 13 et de la virole secondaire 7, de manutentionner cette plaque à tubes 13, à l'aide des tirants 25 traversant les oreilles 32, en maintenant un contact étanche avec la virole secondaire 7. La séquence des manoeuvres est dans ce cas la suivante. On commence par desserrer les écrous 30 quatre par quatre en plusieurs passes à l'aide de vérins extenseurs, sans les desserrer en deça du couple minimal imposé par le maintien de l'étanchéité secondaire. A la dernière passe, les gou- jons 31 correspondant aux oreilles 32 sont desserrés complètement puis dévissés et remontés dans les loge- ments 33 correspondants de façon à ce que le collet conique 35 de chacun d'entre eux vienne au contact de la portée conique 34 du fond de logement des oreilles de manutention 32. Les goujons 31, correspondant aux oreilles 32, sont ensuite resserrés de façon à solida- riser à nouveau la plaque à tubes 13 et la virole secondaire 7 sans permettre le desserrage des joints toriques 24. Les autres goujons 31 sont alors desser- rés complètement. Dans un mode de réalisation préféré de l'in- vention, les oreilles de manutention 32 sont au nombre de trois sur la périphérie et comportent chacune deux logements 33a et 33b pour les goujons 31. Ces loge- ments 33a et 33b permettent de protéger les filetages des goujons 31 lors des opérations de manutention. Le nombre de ces goujons servant à la reprise du serrage est déterminé de façon à ce que l'on puisse parer l'éventualité du grippage de l'un d'entre eux en cours de manoeuvre. Sur la figure 4, on voit les tirants 36, 37, 38, 39, 40 et 41 qui tous, par l'intermédiaire des écrous 30 et des goujons 31 correspondants assurent le serrage de la virole secondaire 7 et de la boite à eau 6 sur la plaque à tubes 13 et dont deux d'entre eux, les tirants 39 et 40 servent en outre à la manutention sous serrage de l'ensemble plaque à tubes 13, virole secondaire 7 lors d'une opération de démontage de la boite à eau 6. Le générateur de vapeur objet de l'invention qui vient d'être décrit précédemment, présente un cer- tain nombre d'avantages dont les principaux sont évi- demment l'accès possible au faisceau de tubes secon- daires 14 et aux structures internes du générateur lui-même; mais il possède en même temps un certain nombre d'avantages complémentaires non négligeables parmi lesquels on peut citer: - du point de vue de l'aménagement du fais- ceau la suppression de la zone de raccordement dans le bas de la virole, qui permet de gagner de la place disponible pour l'implantation des tubes du faisceau; - le fait que le pédoncule de la virole se- condaire travaille en compression, et donc de façon plus favorable qu'une bride classique; - le système qui permet de précontraindre la plaque à tubes en lui donnant une flèche vers le bas au moment du serrage; - la double portée conique qui assure des contacts surfaciques permettant de conserver des ni- veaux de pression de contact faibles ainsi que des conditions de glissement très satisfaisantes (le glis- sement est bloqué dès le rattrapage des jeux par la portée conique externe), - le système à double pente qui permet d'abaisser le niveau des contraintes et donc, de dimi- nuer l'épaisseur de la plaque à tubes, toutes choses égales par ailleurs; - au niveau de la fabrication, le fait de séparer complètement les problèmes de réalisation de séparer complètement les problèmes de réalisation de l'ensemble plaque+faisceau, de ceux de l'ensemble vi- role secondaire. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur, notamment pour réacteurs nucléaires à eau pressurisée, comportant de façon connue une boite à eau (6) o circule l'eau chaude sortant du coeur du réacteur pour pénétrer en- suite dans une série de tubes échangeurs de chaleur (14), implantés dans une plaque à tubes (13) et s'étendant à l'intérieur d'une virole secondaire (7), parcourue par l'eau secondaire, caractérisé en ce que la boîte à eau, la virole secondaire et la plaque à tubes sont trois ensembles indépendants, et démonta- bles et liés de la façon suivante: - la virole secondaire (7) se termine, à sa partie inférieure, par un pédoncule annulaire (20) comportant d'une part une double portée conique (21, 22) coopérant par deux joints toriques (24) avec une rainure femelle (23) à deux portées coniques creusée dans la surface supérieure de la plaque à tubes (13) et d'autre part, à sa périphérie externe, une portée conique (27) associée à un anneau de serrage (26); - la boîte à eau (6) se termine, à sa partie supérieure, par une bride munie d'une portée plane (28) de raccordement, avec deux joints toriques (28, 29) interposés, à la surface inférieure de la plaque à tubes (13); - un système de tirants (25), dont certains (39, 40) traversent des oreilles de manutention (32) en périphérie de la plaque à tubes (13), de goujons (31) implantés dans la bride de la boite à eau (6) et d'écrous (30), assure, par l'intermédiaire de l'anneau de serrage (26), l'assemblage et le serrage étanche des trois ensembles indépendants précédents. 2. Générateur de vapeur selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que les oreilles de manuten- 2 561753 tion (32), implantées en périphérie de la plaque à tubes, comportent des logements (33) dont le profil conique (34) permet de recevoir les collets coniques (35) qui équipent les goujons (31), permettant ainsi lors d'une manoeuvre de démontage de la seule bo te à eau, la manutention de l'ensemble plaque à tubes-viro- le secondaire sans rompre leur étanchéité.