Brevet FR2565322A1 — publié le 19851206

DISPOSITIF D'INJECTION D'UN LIQUIDE DANS UN TUBE ET GENERATEUR DE VAPEUR COMPORTANT CE DISPOSITIF La présente invention a pour objet un dispo- sitif d'injection d'un liquide dans un tube comportant une canule disposée dans ledit tube, cette canule com- portant, dans le sens d'injection du fluide, un passa- ge de section rétrécie suivi d'un divergent. Elle s'applique particulièrement à l'injection d'eau dans un générateur de vapeur, notamment du type simple pas- se à pénétration verticale. Les générateurs de vapeur en hélice du type simple passe comportent une enveloppe résistante à la pression contenant des tubes bobinés. Un premier flui- de caloporteur appelé fluide primaire circule à l'ex- térieur de ces tubes. Un fluide secondaire parcourt le réseau de tubes. Il pénètre à travers le couvercle de l'enveloppe dans les tubes par des manchons thermiques qui traversent une plaque à tubes, puis descend par des faisceaux de tubes droits placés dans la zone cen- traIe du générateur de vapeur jusqu'à la base des tu- bes bobinés par lesquels il remonte et ressort sous forme de vapeur par des manchons qui traversent le couvercle à sa périphérie. Dans un tel générateur de vapeur, le débit du fluide secondaire peut être le siège d'instabilités qui apparaissent particulièrement en régime de faible puissance et qui perturbent gravement le fonctionne- ment de l'appareil. L'invention a pour objet un dispositif d'in- jection d'un fluide dans un tube qui remédie à ces inconvénients. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte une canule disposée dans ledit tube, ladite canule comportant, dans le sens d'injection du fluide, un passage de section réduite suivi d'un divergent. Les essais ont montré que l'utilisation d'un tel dispositif d'injection permet de supprimer les instabilités constatées. B 8263.3 LW De préférence, la section de passage du fluide dans La canule est déterminée de manière telle que la vitesse de ce dernier soit supérieure à 0,7 m/s. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit Les exemples de réalisation don- nés à titre illustratif, en référence aux dessins an- nexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe et en perspective d'un générateur de vapeur du type simple passe, dans lequel est installé un dispositif d'injec- tion conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe et en pers- pective d'un générateur de vapeur du type simple passe à pénétration verticale équipé d'un dispositif d'in- jection réalisé conformément à la présente invention; ce générateur, désigné par la référence générale 2, comporte une enveloppe 4 résistant à la pression, de forme générale cylindrique allongée et d'axe vertical. L'enveloppe 4 présente un fond bombé 11. Elle est fer- mée à sa partie supérieure par un couvercle 6. Entre le couvercle et l'enveloppe se trouve une plaque épaisse 8 appelée plaque à tubes. Le couvercle 6 pré- sente une forme bombée qui délimite un volume 7 appelé "boite à eau". La boîte à eau 7 est divisée en deux zones par la virole 16, une zone centrale circulaire pour l'entrée de l'eau et une zone annulaire de sortie de vapeur. Une canalisation 18 évacue la vapeur. A l'intérieur de l'enveloppe 2, on trouve un réseau de tubes 10. Chaque tube comporte une partie droite 10a disposée verticalement et fixée à la plaque à tubes. La partie droite 10a se termine par un coude qui la B 8263.3 LW raccorde à une partie en spirale 10b raccordée à la zone périphérique de la plaque à tubes 8. Une entrée 4a et une sortie 4b sont aménagées dans l'enveloppe 4 pour permettre la circulation d'un fluide primaire. Un fluide secondaire circule à l'intérieur du réseau des tubes 10. Le fluide secondaire, par exemple de l'eau, pénètre selon le sens indiqué par la flèche 14 puis dans la boite à eau 7 dans la partie droite 10a des tubes 10. Dans un générateur de vapeur de ce type, le débit du fluide secondaire peut être le siège d'insta- bilités en régime de faible puissance. La demanderesse a pu établir que pendant sa chute dans les tubes droits, l'eau se réchauffe et a le temps d'atteindre sa température de saturation. Par conséquent, il se forme des bulles de vapeur qui ont tendance à remonter le courant trop faible pour les entrainer. Ces bulles viennent s'accumuler à l'entrée du générateur de va- peur dans la zone centrale de la boite à eau 7 et y former un matelas de vapeur, lequel se condense brus- quement au contact de l'eau froide qui pénètre dans le générateur de vapeur. Cette condensation brutale pro- duit une dépression qui provoque une inversion du dé- bit en aspirant vers le haut l'eau qui vient d'être injectée. Ce phénomène transitoire est suivi d'un re- tour aux conditions normales et la séquence recommence périodiquement. L 'invention a pour objet un dispo- sitif d'injection d'un fluide dans une tubulure qui supprime ce phénomène. Ce résultat est obtenu par l'augmentation de la vitesse d'injection de manière que l'eau n'ait pas le temps d'atteindre sa températu- re de saturation pendant son passage dans les tubes droits 10a. Des essais ont montré que pour un généra- teur de vapeur tel que celui qui est représenté sur La B 8263.3 LW figure 1, la vitesse d'injection doit être supérieure à 0,7 m/s. On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif d'injection de l'invention. La référence 8 désigne la plaque à tubes et la référence 10a un tube fixé dans cette plaque à tu- bes. Le tube 10a est surmonté par une pièce de tête 228. Cette pièce est fixée au tube par emmanche- ment forcé ou par soudage. Le dispositif d'injection comporte une ca- nule 220 constituée par un tube comportant un conduit central 238 de section réduite et dont le' diamètre a été déterminé de manière que la vitesse du fluide se- condaire soit toujours supérieure à 0,7 m/sec. A son extrémité inférieure, La canule 220 comporte un divergent 222 permettant d'augmenter la section de passage offerte au fluide et par conséquent de réduire sa vitesse à une valeur faible, de manière à ne pas produire d'érosion dans le coude du tube si- tué immédiatement à l'aval de la canule. La pièce rap- portée par soudage, dans laquelle est réalisé le di- vergent 222 comporte extérieurement une partie conique 250 destinée au centrage et à l'immobilisation de la canule par rapport au tube 10a. A sa partie supérieu- re, la canule présente une partie filetée 260. Une bague de serrage 262 est vissée sur la partie filetée 260. La bague 262 est immobilisée par un contre-écrou 264 arrêté en rotation de manière con- nue. La canule 220 est entourée par un fourreau 220' qui comporte un épauLement extérieur 221'. Dans l'exemple représenté, La pièce sur Laquelle est réali- sé l'épaulement 221' est rapportée par soudage sur la partie principale du fourreau. B 8263.3 LW A sa partie inférieure, le fourreau comporte une partie cylindrique de centrage-226' dont le diamè- tre extérieur est voisin du diamètre intérieur du tube a. Le fourreau comporte encore un cône femelle 250' adapté à coopérer avec le cône mâle 250 de La canule. Des fentes longitudinales 224' sont pratiquées afin de donner une élasticité et permettre l'expansion de la partie conique 250'. La pièce de tête 228 comporte un épaulement intérieur destiné à l'appui de l'épaulement 221' du fourreau. Un bouchon 230 est vissé dans une partie filetée intérieure de la pièce de tête. Ce bouchon serre l'épaulement 221' sur la pièce de tête. Inté- rieurement, le bouchon comporte un logemènt pour un ressort héLicoldal 266 qui entoure la canule 220 et qui est situé entre le bouchon 230 et la bague de serrage 262. Le ressort 266 a pour fonction d'assurer le serrage et l'expansion de la partie conique 250' du fourreau. Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre Le rattrapage des dilatations différen- tielles entre la canule et le fourreau au moment de L'injection d'eau froide. De plus, le déplacement re- latif de la canuLe par rapport au fourreau se fait librement au niveau des pièces de tête et non pas sous contrainte de frottement dans Le tube 10a. B 8263.3 LW REVENDICATIONS 1. Dispositif d'injection d'un fluide dans un tube comportant une canuLe disposée dans Ledit tu- be, cette canuLe comportant, dans Le sens d'injection du fLuide, un passage de section rétrécie suivi d'un divergent, caractérisé en ce que La canule (220) com- porte un divergent (222), des moyens situés à La par- tie basse, de La canuLe (220) pour La centrer et l'im- mobiLiser en translation par rapport au tube (10a), un fourreau (220') entourant La canuLe. 2. Dispositif seLon La revendication 1, ca- ractérisé en ce que La section du passage (238) du fLuide dans la canuLe (220) est teLLe que sa vitesse est supérieure à 0,7 m/s. 3. Dispositif selon l'une quelconque des re- vendications 1 et 2, caractérisé en ce que le fourreau (220') comporte au moins une fente (224'). 4. Dispositif selon la revendication 1, ca- ractérisé en ce que les moyens, pour centrer et immo- biliser en translation La canule sur Le tube (10a) sont constitués par une partie de centrage (226'), au moins une fente (224') et un cône intérieur (250') formé dans Le fourreau, par un cône extérieur (250) formé à la partie basse de la canule (220), les cônes (250) et (250') étant adaptés à coopérer, des moyens étant prévus pour appliquer élastiquement Le cône ex- térieur (250) sur Le cône intérieur (250'). 5. Dispositif-selon la revendication 4, ca- ractérisé en ce que Les moyens pour appliquer le cône (250) sur Le cône (250') sont constitués par des moyens d'arrêt situés à l'extrémité supérieure de La canuLe (220) et par un ressort (266) interposé entre lesdits moyens d'arrêt et un bouchon (230) vissé sur la pièce de tête (238). - 6. Dispositif selon la revendication 5,- caractérisé en ce que lesdits moyens d'arrêt sont B 8263.3 LW constitués par une bague de serrage (262) vissée sur une partie filetée (260) de la canule (220) et par un contre-écrou (264). 7. Générateur de vapeur comportant un dispo- sitif d'injection selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5. B 8263.3 LW