Brevet FR2562639A1 — publié le 19851011

3YSYZ'iM D' lAU D' ALITENTATIOi DE GENERATEUR DE7 VAPEUR A COiiDUIT OUVEPST La présente invention est relative aux générateurs de va2eur pour centrales nucléaires et, plus particulie- rexaent, aux générateurs de vapeur verticaux ayant une structure d'admission d'eau d'alimentation située dans la D partie supérieure de ceux-ci. Les générateurs de vapeur verticaux comportent un faisceau de tubes placé Aà l'intérieur d'une enceinte et entouré d'une enveloppe. Un passage annulaire est mdnagé entre l'enveloppe et l'enceinte. L'eau d'alimentation 1 introduite dans la partie supérieure de l'enceinte des- cend par le passage annulaire et monte à travers le fais- ceau de tubes o elle est chauffée par le fluide primaire qui traverse les tubes. Dans certains générateurs de vapeur, l'eau d'alimentation est introduite dans une rampe d'admission d'eau d'alimentation située audessus du faisceau de tubes. Les premiers modèles à rampe d'eau d'alimentation déchargeaient l'eau d'alimentation à tra- vers des trous dans le fond de la rampe. Ceci créait un risque de piégeage de vapeur dans le haut de la rampe 2; susceptible d'aboutir à un coup de bélier par écrasement de bulles, qui est une décompression rapide d'une bulle de vapeur cause opar l'introduction d'eau froide dans la bulle. Ce modèle de rampe pour eau d'alimentation a été modifié pour permettre une décharge dans le haut à tra- vers des buses en J. Ceci permettait à la vapeur de s'éle- ver pour sortir de la rampe tout en conservant la carac- téristirme souhaitable de l'envoi de l'eau d'alimenta- tion vers la plaque tubulaire dans l'espace annulaire entre l'enveloppe et l'enceinte et donc de la réparti- 0 ion de i'eau d'alimentation dans d3es proportions requises au ïiveau de la rame da!imentation. Des exemples de rares d'alimentation a décharge par le bas et buses en J peuvent être trouvés dans les brevets des E.U.A. n. 4 037 569, publié le 26 juillet 1977 et n 3 991 720, publié le 15 novebre 1976, accordés respectivement à 3ennett et al. et à Byerley. Dans l'un et l'autre modèles de rampe pour eau d'alimentation, une stratification du flux dans la con- duite d'eau d'alimentation et les buses risque de se produire du fait de mécanismes thermiques et hydrauliques. Le mécanisme thermique comporte le réchauffement de l'eau d'alimentation le long de la rampe d'alimentation. Une fois l'eau d'alimentation entrée dans le générateur de vapeur, elle reçoit de la chaleur par conduction ther- mique de la paroi de la rampe. La force ascensionnelle devient alors assez forte pour que, dans une rampe d'a- limentation à buses en J, l'eau d'alimentation puisse se décharger à travers certaines des buses en J tandis que de l'eau chaude entre dans la rampe par les autres buses en J. Le mécanisme hydraulique est le principal facteur de stratification de flux dans la rampe d'ali- mentation dans les rampes d'alimentation à décharge par trous situés dans le fond. Dans ce cas, l'eau d'alimen- tation entre dans le générateur de vapeur et sort par certainsdes trous du fond tandis que l'eau chaude pénètre dans la rampe par d'autres trous du fond. La présente invention vise donc principalement à à équiper un générateur de vapeur d'un dispositif de décharge d'eau d'alimentation qui ne soit pas soumis à des flux variables d'eau d'alimentation ou ne subisse pas d'effets négatifs de ceux-ci. Avec cet objectif présent à l'esprit, la présente invention consiste en un générateur de vapeur utilisant un fluide primaire pour vaporiser un fluide secondaire, le générateur de vapeur étant constitué d'une enceinte cylindrique, d'une série de tubes en U formant un fais- ceau et disposés dans l'enceinte, d'une plaque tubulaire s'étendant en travers de l'enceinte et dans laquelle sont ménagées une série d'ouvertures pour recevoir les extrémités des tubes, d'une enveloppe entourant le fais- ceau de tubes et espacée par rapport à l'enceinte de ma- nière à former un passage annulaire contigu à l'enceinte; d'une canalisation d'entrée reliée à l'enceinte pour introduire le fluide secondaire dans l'enceinte, cette canalisation d'entrée ayant une partie sensiblement ho- rizontale et une tubulure de décharge à son extrémité pour faire entrer le fluide secondaire dans l'enceinte au-dessus du faisceau de tubes, caractérisé en ce que la canalisation d'entrée est relevée dans l'enceinte de manière à ce que la tubulure de décharge s'élève au- dessus de la partie sensiblement horizontale de la cana- lisation d'entrée, et un conduit est disposé au-dessus du faisceau de tubes pour recevoir le fluide secondaire sortant de la tubulure de décharge, le conduit ayant une, partie supérieure ouverte faisant communiquer le fluide avec le passage annulaire. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation d'un générateur de vapeur vertical construit selon une forme de réali- sation de la présente invention; la figure 2 est une vue en plan d'une structure d'admission d'eau d'alimentation selon une forme de réalisation de la présente invention; et la figure 3 est une coupe transversale de la struc- ture d'admiission d'eau d'alimentation de la figure 2 selon l'axe III-III. En se reportant maintenant aux dessins, la figure 1 représente un générateur de vapeur 10 qui utilise une série de tubes en U qui forment un faisceau 12 de tubes pour réaliser la surface chauffante nécessaire pour trans- férer de la chaleur depuis un fluide primaire afin de vaporiser ou de porter à ébullition un fluide secondaire. Le générateur de vapeur 10 est constitué d'une cuve comportant une enceinte tubulaire 14 orientée vertica- lemaent et un couvercle ou une tête 16 à bride et concave renfermant l'extrémité supérieure et une tête 18 formant conduit de forme sphérique renfermant l'extrémité infé- rieure. La partie inférieure de l'enceinte tubulaire 14 a un diamètre inférieur à celui de la partie supérieure 16 et un élément de transition 20 tronconique relie les parties supérieure et inférieure. Une plaque tubulaire 22 est rendue solidaire de la tête 18 formant conduit et plusieurs trous 24 y sont réalisés pour recevoir les extrémités des tubes en U. Une plaque de séparation 26 se trouve en position centrale dans la tête 18 formant conduit pour diviser la tête formant conduit en deux compartiments 28 et 30 qui servent de collecteurs pour le faisceau de tubes. Le compartiment 30 est compartiment d'admission du fluide primaire et comporte une buse 32 d'entrée de fluide primaire faisant communiquer le fluide avec lui. Le compartiment 28 est le compartiment de sor- tie du fluide primaire et comporte une buse 34 de sortie de fluide primaire qui fait communiquer le fluide avec lui. Ainsi, le fluide primaire qui entre dans le compar- timent 30 de fluide est amené à circuler à travers le faisceau 12 de tubes et à sortir par la buse de sortie 34. Le faisceau 12 de tubes est entouré par une enve- loppe 36 qui forme un passage annulaire 38 entre l'enve- loppe 36 et l'enceinte 14. Le haut de l'enveloppe 36 est couvert par une cloison 40 pourvue d'une série d'ou- vertures 42 faisant communiquer le fluide avec une série de tubes ascendants 44. Des cyclônes 46 sont disposés dans les tubes ascendants pour amener la vapeur qui les traverse à tourbillonner et à extraire de manière centri- fuge une partie de l'humidité contenue dans ceux-ci quand elle traverse le séparateur centrifuge. Après avoir tra- verse Ie suéarateur centrifuge, la vapeur traverse un séparateur 4d en chevron avant d'atteindre une buse 50 de sortie de vapeur de fluide secondaire, disposée en position centrale dans la partie 16 de l'enceinte. 3> La structure d'admlission d'eau d'alimaentation de ce qjrnérateur de vapeur comporte une canalisation d'en- true 52 d'eau d'alimentation ayant une partie 34 sensi- :le:ient horizontale et une tubulure de décharge 56 s'élevant au-dessus de la partie sensiblement horizon- cale. Un conduit 53 situé au-dessus du faisceau de tubes iu générateur de vapeur et contigu à la cloison infé- rieure 40 reçoit le fluide secondaire depuis la tubulure de décharge 5- et possède une partie supérieure ouverte qui fait coïlaluniquer le fluide avec le massage annulaire l 3J. L'eau d'alimentation envoyée via la canalisation 52 d'entrée d'eau d'alimentation s'introduit par la tubu- lure 56 de décharge haute dans le conduit ouvert 58 o elle tolbe en cascade sur le haut du conduit ouvert puis 2 se mélange à l'humidité qui s'est séparée de la vapeur et est rermise en circulation. Le mélange descend ensuite dans le massage annulaire 353. La f icgure 2 est une vue en plan d'une structure d'admi.ission d'eau d'alimrentation construite selon une forme de réalisation de la présente invention. Dans cette forme de réalisation, une cloison poreuse O60 a été ajoutée au conduit ouvert 53 afin de limiter le gonfle- ment du niveau de la surface du fluide secondaire sus- ceptibile de résulter de la décharge sensiblement hori- zontale c1e la tubulure de déch1arge 56. Cette figure :-ontre aussi que le conduit 5s s'étend diamftralement en travers de l'enceinte du g(éenérateur de vapeur. La figure eut unre coupe transversale de la structure d'admission d'eau d'alimentation de la figure 2 vue selon l'axe III- III. Sur cette figure, on voit que la cloison poreuse 60 G coiaporte une série d'ouvertures $2. La canalisation 52 d'entrée d'eau d'alimentation coim-,orte aussi une partie 64 sensiblement verticale qui assure l'élévation néces- saire de la tubulure 36 de décharge d'eau d'alimentation au-dessus de la partie 54 sensiblement horizontale de la canalisation d'entrée. Le niveau du fluide secondaire 66 est habituellement iaaintenu au-dessus de la partie superieure ouverte du conduit 58. Du fait de la position de la tubulure de décharge d'eau d'alimentation à une certaine distance au-dessus de la partie horizontale de la canalisation d'entrée d'eau d'alimentation, les tuyaux formant la tubulure et la canalisation d'entrée doivent être emplis d'eau froide avant que cette eau ne soit déchargée' dans le générateur de vaneur. Par conséquent, une répartition stratifiée de l'eau ne serait possible que grâce à un chauffage rapide de l'eau d'admission avant qu'elle ne passe de la canalisation d'entrée d'eau d'alimentation dans le générateur de vapeur. On voit que la structure à conduit ouvert élimine les pièges de vapeur de telle manière que toute vapeur susceptible de s'accumuler dans la structure d'introduction d'eau d'alimentation ou de se former dans la structure ait la possibilité de monter selon sont sens de circulation naturel. Afin de permettre à la vapeur produite de monter par convection naturelle et de s'éloi- gner de l'eau froide d'alimentation, le système d'intro- duction d'eau d'alimentation permet à la vapeur de s'é- chapper verticalement en montant sur toute sa longueur. Grâce à la présente invention, on évite le choc thermique des organes du générateur de vapeur en réali- sant une barrière physique interdisant le contact entre l'eau d'alimentation arrivant et ces autres organes. Un choix approprié de barrières thermiques dirigerait l'eau d'alimentation arrivant à l'écart de l'enceinte et des autres organes jusqu'au rmomaent o elle serait réchauffée ou mélangée avec le fluide chaud remis en circulation. Le conduit diamétral ouvert utilisé dans la présente invention a une structure moins complexe que celle de la rampe d'eau d'alimentation à buses en J. De plus, il intègre au système d'eau d'alimentation l'ensemble séparateur primaire et autorise un plus grand nombre de tubes ascendants. Le conduit diamnétral ouvert empêche le coup de bélier par écrasement de bulles en réalisant une confi- guration incapable de piéger une bulle de vapeur. La par- tie supérieure entièrement ouverte permets aux éventuel- les bulles créées dans le conduit ou accumulées dans le conduit de s'échapper du conduit en s'élevant par cir- culation naturelle. La canalisation d'entrée élevée nécessite que le flux d'entrée remplisse la tuyauterie et la buse avant qu'une partie quelconque de l'eau d'en- trée ne puisse envoyée dans le générateur de vapeur. Ainsi, un flux de petit volume ne peut en lui-même causer une stratification dans la canalisation d'eau d'alimen- tation car la couche stratifiée doit s'élever à mesure que la partie élevée de la canalisation d'eau se remplit d'eau froide. L'autre mécanisme lié à la stratification, à savoir le transfert de chaleur dans l'eau -à l'intérieur de la canalisation d'entrée, est atténué par le fait que la canalisation d'entrée monte verticalement et atteint donc sa plaine hauteur avec une surface minime de trans- fert de chaleur exposée au milieu ambiant chaud. Le choc thermique est limité en dirigeant directement l'eau d'a- limentation arrivant dans le conduit ouvert de telle ma- nière qu'elle se mélange avec l'eau en recirculation lorsqu'elle passe par-dessus le haut du conduit et se réchauffe. L'eau d'alimentation circule ensuite circon- férentiellement et radialement avant de venir au contact de la partie supérieure de l'enceinte. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur utilisant un fluide primaire pour vaporiser un fluide secondaire, le générateur de vapeur étant constitué d'une enceinte cylindrique (10), d'une série de tubes en U formant un faisceau (12) de tubes et disposés dans l'enceinte (10), d'une plaque tubulaire (22) s'étendant en travers de l'enceinte (10) et dans laquelle sont ménagées une série d'ouvertures pour recevoir les extrémités des tubes (12), d'une enve- loppe (36) entourant le faisceau (12) de tubes et espa- cée par rapport à l'enceinte (10) de manière à former un passage annulaire (38) contigu à l'enceinte (10), d'une canalisation d'entrée (52) reliée à l'enceinte (10) pour introduire le fluide secondaire dans l'en- ceinte (10), la canalisation d'entrée (52) ayant une partie (54) sensiblement horizontale et une tubulure de décharge (56) à son extrémité pour faire entrer le fluide secondaire dans l'enceinte au-dessus du faisceau de tubes, caractérisé en ce que la canalisation d'entrée (52) est relevée dans l'enceinte (10) de manière à ce que la tubulure de décharge (56) s'élève au-dessus de la partie (54) sensiblement horizontale de la cana- lisation d'entrée (52), et un conduit (58) est disposé au-dessus du faisceau (12) de tubes pour recevoir le fluide secondaire sortant de la tubulure de décharge (56), le conduit (58) ayant une partie supérieure ouverte faisant communiquer le fluide avec le passage annulaire (38). 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une cloison (60) percée de trous s'étend en travers du conduit (58) pour répartir l'écou- lement du fluide secondaire entrant. 3. Générateur de vapeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie supérieure ouverte du conduit (58) est placée au-dessus de la tubulure d'entrée (56). 4. Générateur de vapeur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le conduit (58) s'étend diamétralement en travers de l'enceinte (10). 5. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1, 4, caractérisé en ce que la partie sensiblement horizontale de la canalisation d'entrée (52) s'étend à travers l'enceinte (10) et pénètre dans le conduit (58) et la canalisation d'entrée est relevée dans le conduit (58). 6. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tubulure d'entrée (56) est disposée de manière à faire entrer le fluide secondaire horizontalement dans le conduit (58).