Brevet FR2581471A1 — publié le 19861107

STRUCTURE EXPANSIBLE DE SUPPORT DE TUBES AVEC BARRES ANTI- VIBRATIONS POUR GENERATEUR DE VAPEUR DE CENTRALE NUCLEAIRE La présente invention concerne, d'une façon générale, des générateurs de vapeur pour centrale nucléaire industrielle et en particulier un agencement pour éliminer l'espace séparant les tubes d'un générateur de vapeur et les barres anti-vibrations afin d'empêcher les vibrations dudit tube pendant le fonctionnement du générateur de vapeur. Des générateurs nucléaires de vapeur comprennent une enveloppe extérieure à l'intérieur de laquelle sont disposés en grand nombre des tubes en forme de U. Les tubes en forme de U sont fixés par une soudure continue à une plaque tubulaire qui est placée perpendiculairement à l'axe longitudinal du générateur de vapeur et forme un faisceau de tubes qui fait saillie vers le haut à partir de cette plaque. A l'extrémité libre du faisceau de tubes sont installées des barres antivibrations destinées à éviter les vibrations des tubes individuels de la totalité du faisceau de tubes puisque les vibrations sont susceptibles d'endommager les tubes, en particulier à l'extrémité libre des tubes en U du faisceau de tubes o les tubes sont le plus gravement affectés par les vibrations, mais sont aussi plus difficiles à maintenir de façon convenable. Ainsi, le principal objet de la présente invention consiste à proposer une structure de support de tubes pour empêcher les vibrations de fonctionnement des tubes d'écoulement d'un générateur de vapeur dans la zone des coudes du U, laquelle structure de support peut être installée et adaptée par la suite même lorsque le générateur de vapeur a déjà été mis en fonctionnement. En visant cet objectif, la présente invention consiste en une structure de support de tubes pour un générateur de vapeur d'une centrale nucléaire qui comprend à l'intérieur d'une enveloppe une pluralité de tubes en U disposés en rangées adjacentes et une structure expansible de support de tubes disposée entre les rangées adjacentes de tubes afin d'éliminer sensiblement toutes vibrations desdits tubes résultant du fonctionnement du générateur de vapeur, caractérisée par le fait que ladite structure de support tubulaire comprend une première et une seconde barres allongées adjacentes ayant des surfaces inclinées complémentaires formées entre elles et agencées de façon que le mouvement relatif entre lesdites première et seconde barres dans la direction longitudinale entraînent une modification de l'épaisseur combinée desdites barres en fonction de 1l'amplitude dudit mouvement relatif. L'invention sera mieux comprise d'après la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, présenté uniquement à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective, partiellement en coupe, d'un générateur nucléaire de vapeur ayant des tubes coudés en U auxquels l'appareil anti-vibrations de la présente invention peut être appliqué; la figure 2 est une vue schématique d'une coupe transversale axiale de la partie supérieure du générateur de vapeur de la figure 1, illustrant particulièrement la portion coudée des tubes d'écoulement et la position d'installation de l'appareil anti-vibrations de la présente invention; la figure 3 est une vue schématique latérale en élévation, partiellement en coupe transversale d'un mode de réalisation de la barre anti-vibrations de la présente invention; la figure 4 est une vue le long de la ligne 4-4 de l'extrémité pivotante du mode de réalisation de la figure 3; la figure 5 est une vue d'extrémité du mécanisme de rattrapage de jeu du mode de réalisation de la figure 3, le long de la ligne 5-5; la figure 6 est une vue de dessus de la moitié supérieure de la barre anti-vibrations, le long de la ligne 6-6 de la figure 3 illustrant le système de fixation du mécanisme rattrapage de jeu; et la figure 7 est une vue latérale en élévation partielle d'un autre mode de réalisation des barres anti-vibrations de la présente invention. En se référant maintenant, d'une façon générale, aux dessins, dans lesquels des caractéristiques identiques sont référencées par les même repères numériques sur les différentes figures et en particulier sur les figures 1 et 2, qui représentent un générateur de vapeur typique auquel la présente invention peut être appliquée. Dans la mesure o le générateur de vapeur est décrit et expliqué dans la description ci-dessus de l'art antérieur, cette. description et les explications du fonctionnement font partie du mode de réalisation représenté et décrit ici en se référant à ce quli est présenté dans sa totalité. Un générateur nucléaire de vapeur 10 comprend une enveloppe sensiblement cylindrique comprenant une portion supérieure 11 et une portion inférieure 12. Une calotte hémisphérique ou calotte des canaux 13 est fixée de manière étanche-à la portion inférieure 12; une autre calotte est fixée de manière étanche à la portion supérieure 11. Un faisceau 15 de tubes en forme de U est placé à l'intérieur de la portion inférieure 21. Une extrémité ouverte du faisceau de tubes 15 est en communication d'écoulement avec le jambage chaud 16 de la calotte des canaux 13 et avec un ajutage d'entrée de circulation du réfrigérant primaire 17. L'autre extrémité libre du faisceau de tubes 15 est en communication d'écoulement avec le jambage froid 18 de la calotte des canaux 13 et avec un ajutage de sortie 19 du réfrigérant primaire. Une cloison 30 sépare le jambage chaud 16 et le jambage froid 18 de la calotte des canaux 13. Ainsi, le réfrigérant chaud du réacteur s'écoule dans le générateur de vapeur 10 par l'ajutage d'entrée 7, par le jambage chaud 16, pénètre, traverse et sort du faisceau de tubes 18. Le réfrigérant alors refroidi du réacteur s'écoule par le jambage froid 18 et sort par l'ajutage de sortie 19 et est renvoyé dans le réacteur nucléaire pour continuer le 1a cycle de circulation. La portion 12 du générateur de vapeur 10 comprenant le faisceau de tubes 15 et une calotte de canaux 13 est désignée comme portion d'évaporateur. La portion supérieure 1I du générateur de vapeur 10 est généralement désignée par portion du cylindre de vapeur qui comprend un séparateur d'humidité 21. L'eau d'alimentation pénètre dans le générateur de vapeur 10 par un ajutage d'entrée 11 et se mélange avec l'eau retirée par le séparateur d'humidité 21. L'eau d'alimentation descend dans le conduit annulaire entourant le faisceau de tubes 15 et elle est introduite dans le faisceau de tubes 15 à l'extrémité inférieure de ce dernier. Le mélange de l'eau arrivant et de l'eau de recirculation monte par le faisceau de tubes 15 dans lequel elle est chauffée jusqu'à ébullition par l'eau circulant à l'intérieur des tubes 25 du faisceau de tubes 15. La vapeur produite par l'ébullition de l'eau d'alimentation monte dans la portion du cylindre de vapeur 11 dans laquelle le séparateur d'humidité élimine l'eau entraînée avec la vapeur-avant que la vapeur ne s'échappe par un ajutage de sortie de vapeur 23. La vapeur est alors acheminée jusqu'à une turbine à vapeur (non représentée) et revient ensuite dans le générateur de vapeur o le cycle se poursuit. Les tubes en forme de U 25 sont supportés sur leurs longueurs rectilignes dans la configuration du faisceau de tubes 15 par une série de plaques de support 26. La portion coudée ou en forme de U des tubes 25 est supportée par un assemblage comprenant des bagues de retenue et des barres antivibrations. Chacune parmi la pluralité des bagues de retenue 27a, 27b et 27c a en général une forme ovale, 27b étant plus petite que 27a, et 27c progressivement plus petite que 27b. Une pluralité de jeux de barres antivibrations 28 est disposée entre les colonnes adjacentes des tubes en forme de U 25. Un tel ensemble de barres anti-vibrations 28 est plus facilement visible sur la figure 2, étant bien entendu que les jeux successifs de barres anti-vibrations semblables 28 sont disposés derrière et en avant du jeu illustré. Chacune des barres anti-vibrations 28a, 28b et 28c a une configuration en forme de V avec différents angles inclus et leurs extrémités sont fixés, par exemple par soudage, à des points diamétralement opposés des bagues de retenue respectives 27a, 27b et 27c. La figure 2 représente une vue schématique en coupe transversale du faisceau de tubes 15 montrant que les barres anti-vibrations 28a, 28b et 28c sont disposées de façon à soutenir le coude des portions en forme de U des tubes 25, en mettant en évidence la disposition des colonnes des tubes 25. Le nombre de bagues de retenue 27 et des barres anti-vibrations 28 est simplement indiqué sur la figure 2 à titre illustratif et non limitatif. La figure 3 illustre un mode de réalisation de la barre anti-vibrations expansibles 28 telle qu'elle est prévue par la présente invention. Puisque la figure 3 est une vue latérale en élévation, un seul sousensemble de barres anti-vibrations ou jambage 29 de la barre antivibrations 28 est représenté. Il est bien entendu que l'autre jambage 29 semblable à celui qui est représenté est fixé à une extrémité pivotante 36. Ainsi, une seule barre anti-vibrations 28 est constituée de deux jambages 29 reliés l'un à l'autre à leurs extrémités 26. La figure 4 représente une vue en plan de la liaison pivotante des deux jambages 29 aux extrémités 36. Le principe de fonctionnement des barres anti-vibrations expansibles 28 est basé sur le mouvement relatif (dans la direction des flèches R et S) entre deux moitiés complémentaires 30 et 31 dont chacune comprend des plans inclinés linéairement connectés ou successifs 32 et 33 respectivement. Lorsqu'undes plans 32 ou 33 est déplacé par rapport à l'autre, la hauteur utile ou épaisseur 34 du jambage 29 de la barre antivibrations 28 est modifiée à une allure proportionnelle à-la pente des parties inclinées 32 et 33. Quand la pente des parties inclinées 32 et 33 augmente, le mouvement relatif de R par rapport à S, des moitiés 30 et 31, pour obtenir une augmentation prédéterminée d'épaisseur 34 diminue. Chaque moitié 30 et 31 du jambage 29 peut être constituée d'une barre massive en acier inoxydable ou autre matériau convenable. La forme des parties inclinées 32 et 33, plus précisément la transition 35 entre les parties inclinées successives, est d'un type qui peut être construit au moyen d'une machine automatisée à commande numérique, ce qui présente l'avantage d'être d'un prix de revient inférieur par rapport à d'autres techniques d'usinage. De plus, une transition progressive 35 élimine les concentrations des contraintes des angles vifs en permettant ainsi aux barres 28 d'appliquer des charges supérieures aux rangées de tubes du générateur de vapeur. Il faut remarquer qu'une barre anti-vibrations 28 (comprenant deux jambages 29) est nécessaire pour charger une rangée complète de tubes du générateur de vapeur. L'effet mécanique procuré par la pente des parties inclinées 32 et 33 réduit la force nécessaire appliquée dans la direction de l'axe longitudinal des jambages 29. Il existe une très large gamme de compromis entre les augmentations de l'épaisseur 34, la force appliquée et la charge obtenue dans le mode de réalisation de la figure 3. Un mouvement relatif entre les deux moitiés complémentaires 30 et 31 de chaque jambage 29 est créé par un ensemble 40 de rattrapage du jeu. L'ensemble 40 de rattrapage permet à la-barre inférieure ou moitié 31 du jambage 29 de se déplacer dans la direction de R, ou dans la direction opposée à R, tout en maintenant la barre supérieure ou moitié 30 dans une position fixe. Ce mouvement relatif, soit augmente, soit réduit l'épaisseur 34 de chaque jambage 29 en fonction du mouvement relatif entre les plans inclinés complémentaires 32 et 33. L'extrémité 41 de la barre inférieure 31 traverse une ouverture 42 du bouchon du chapeau d'extrémité 43 et elle est fixée à un étrier d'assemblage 44 par une goupille 45. Un goujon fileté 46 est fixé à l'extrémité éloignée de l'étrier 44 et s'étend dans une ouverture 47 et dans le chapeau d'extrémité 48. Un boîtier cylindrique 49 entoure l'étrier 44 et est fixé aux chapeaux d'extrémité 43 et 48, par exemple par soudage. Une rondelle 50 et un écrou 51 sont fixés à l'extrémité du goujon 46 qui fait saillie du chapeau d'extrémité 48 de manière qu'au moment o l'écrou 51 est tourné, la rondelle 50 appuie contre le chapeau 54 en faisant déplacer le goujon 46 dans une direction qui le fait sortir davantage du chapeau 48. Ceci, par contre, fait déplacer l'étrier 44 et la barre inférieure 31 dans la direction de R. Cependant, la barre supérieure 30 est empêchée de se déplacer dans un sens quelconque en raison de la manière dont l'extrémité de la barre supérieure est maintenue par le chapeau d'extrémité 43 comme représenté encore sur les figures 5 et 6. L'extrémité 52 de la barre supérieure 30 présente une fente 53 de chaque côté de la barre 30. Une section en forme de "T" est ainsi formée à l'extrémité 52 de la barre supérieure 30. L'extrémité 52 de la barre 30 est passée dans une ouverture 42 avant que la barre 31 ne soit introduite dans l'ouverture 42. Lorsque les fentes 53 s'alignent avec l'épaisseur 56 du chapeau d'extrémité 43, la barre supérieure 30 est soulevée vers le haut dans la portion verticale 54 de l'ouverture 42. Ainsi, la barre inférieure 31 est introduite dans la portion horizontale 55 de l'ouverture 42. La barre supérieure 30 est soulevée vers le haut dans la portion verticale 54 de l'ouverture 42. Ainsi, la barre inférieure 31 est introduite dans la portion horizontale de l'ouverture 42. La barre supérieure 30 est maintenant mécaniquement maintenue dans le chapeau d'extrémité 43 étant donné la présence matérielle de la barre 31 qui a pour effet d'engager la forme en T de la barre supérieure 30 dans la portion verticale 54 de l'ouverture 42. L'étrier 44 et l'axe d'assemblage 45 sont ensuite fixés à la barre inférieure 31 et la portion cylindrique 49 (y compris le chapeau d'extrémité 48) peut être soudée & la capsule d'extrémité 42. Le sousensemble 40 est complété par la fixation d'une rondelle 50 et d'un écrou 51 au goujon 46. La figure 4, en association avec la figure 3, représente une manière selon laquelle les extrémités pivotantes 36 des jambages 29 peuvent être fixées par un montage pivotant l'une à l'autre. Une plaque de pivotement est placée sous les côtés inférieurs des barres supérieures 30 tout au bout des extrémités 36. Des axes d'assemblage 61 pénètrent dans des ouvertures 62 et 63 alignées mais en gradins. La tête 64 des axes 61 porte contre la surface 65 créée par les découpes allongées 66 dans les parties supérieures de la barre supérieure 30 à l'extrémité 36. La partie inférieure de l'axe 61 peut être soudée par points en 66 à l'ouverture 63 pour maintenir l'axe 61 en place, tout en permettant une rotation relative entre le diamètre 67 de l'axe 61 et une ouverture 62 dans la barre 30. Chaque jambage 29 peut donc être déplacé dans un sens qui le rapproche ou l'éloigne de l'autre, comme l'indiquent les flèches 68. La butée 69, qui est une nervure faisant saillie vers le haut de la plaque de pivotement 60, détermine le jambage 29 que l'on peut déplacer, et détermine également la distance de déplacement de chaque jambage 29 en définissant ainsi la relation angulaire finale de chaque jambage 29 par rapport à l'autre jambage 29. Comme représenté sur la figure 4, le jambage inférieur 29 est empêché de tourner du fait du calage entre la surface 73 de la nervure 69 et la surface 72 du jambage inférieur 29 jusqu'à ce que la surface 70 du jambage supérieur 29 rencontre la surface 71 de la nervure 69. Lorsque cette condition intervient, la relation angulaire obtenue entre les jambages 29 est la relation nécessaire pour une installation correcte entre les colonnes d'un faisceau de tubes de générateur de vapeur. Une telle relation angulaire est, naturellement, prédéterminée pour tout générateur de vapeur particulier ainsi que pour l'emplacement particulier de la barre anti-vibrations 28. Ainsi, l'emplacement représenté pour la nervure 39, sur la figure 3 est simplement indiqué à titre illustratif. Il est préférable qu'au moment o la barre anti-vibrations 28 est déployée en vue de son installation, il n'existe aucun jeu entre aucune des pièces, par exemple entre l'axe 61, la plaque de pivotement 60 et les extrémités 36 des jambages 29. Tout jeu pourrait conduire à des vibrations qui seraient indésirables. La butée 69 élimine le risque d'un tel jeu. La disposition des extrémités pivotantes des jambages 29 décrits cidessus convient mieux quand les barres anti-vibrations 28 doivent être utilisées en remplacement d'autres types de barres anti-vibrations qui ont été démontées ou qui sont en cours de démontage d'un générateur de vapeur qui a déjà été mis en fonctionnement. Dans des générateurs de ce type, il peut y avoir des dépôts sur les tubes du générateur de vapeur et il peut y avoir une radioactivité qui nécessite des opérations d'installation sous l'eau. La configuration compacte, côte à côte, des jambages 29 sur la figure 4 présente une section transversale de faible surface, ce qui permet son entrée par des ouvertures relativement petites existant dans un générateur de vapeur déjà construit. Donc, une fois en place entre les colonnes appropriées de tubes, on peut faire pivoter les jambages 29 en les écartant l'un de l'autre pour qu'ils prenent la position finale de montage et permettent une fixation à une bague de retenue appropriée 27. Les ensembles 40 de rattrapage de jeu 40 peuvent alors être "dilatés"pour étendre les moitiés 30 et 31 de la barre anti-vibrations 28 et éliminer tout espace existant entre la barre anti-vibrations 28 et les tubes 25 du générateur de vapeur 10. L'extrémité 36 des jambages 29 peut encore être disposée autour d'un seul axe d'articulation (non représenté). Dans cette dernière disposition, on remarquera qu'une section transversale globale légèrement plus grande est nécessaire parce qu'un seul axe ne permet pas de positionner côte à côte les jambages 29. La disposition finale de chaque jambage 29 par rapport à l'autre jambage 29 sera encore déterminée par une butée positive ou une nervure et après assemblage avec les bagues de retenue 27. Encore une autre variante est une fixation permanente de chaque extrémité 36 des jambages 29 entre eux, par exemple par soudage ou par tout autre moyen mécanique (non représenté). Ces deux dernières dispositions conviennent mieux à un générateur de vapeur en cours de construction, o l'espace n'est pas un problème plutôt qu'à un générateur de vapeur qui a déjà été construit et qui est en service. En se référant à nouveau aux figures 3 et 4, les extrémités 26 de la barre supérieure 30 et de la barre inférieure 31 de chaque jambage 29 sont équipées de un agencement à clavette et à rainure de clavette 75 qui permet un mouvement relatif entre les barres supérieure 30 et inférieure 31 des barres anti-vibrations 28 dans une direction le long de l'axe longitudinal des barres. Ce mouvement est, naturellement, nécessaire pour ajuster l'épaisseur 34 des barres anti-vibrations 18 et occuper complètement l'espace entre les colonnes et les tubes 15 du générateur de vapeur. Une surface inclinée 76, concordant avec la pente des parties inclinées 32 et 33, peut être utilisée avec la clavette 77 afin de permettre à la clavette 77 de se déplacer et donc de rester en place par rapport aux surfaces de contact des barres 30 et 31 quand l'épaisseur 34 est en cours de réglage. Cet agencement garantit que la clavette 77 reste engagée à la fois avec les barres supérieure 30 et inférieure 31. La clavette 77 est fixée à la barre supérieure 30 en concordance avec la butée 78 de la clavette 77, l'ouverture 79 de la barre supérieure 30 et la barre de fixation 80 qui est soudée à la clavette 77 sur la butée 78. La figure 7 illustre une barre anti-vibrations 85 expansible selon la présente invention en association avec des éléments de support souples 86 et 87. Cette variante permet d'admettre les différences entre l'emplacement individuel des tubes du générateur de vapeur et le mouvement d'une colonne entière de tubes de générateur de vapeur. Un support souple 86 est associé à et comprend la structure principale de la barre supérieure 86; tandis que le support souple 87 est associé à la structure principale de la barre inférieure 89 et comprend cette structure. Des barres 88 et 89 peuvent se déplacer l'une par rapport à l'autre, de même que dans le mode de réalisation de la figure 3, conformément aux éléments inclinés coopérants 90 et 91. Des nervures 92 et 93 relient de façon structurale des portions inclinées 90 et 91 aux barres 88 et 89 respectivement. Les nervures de liaison 92 et 93, comme on peut le voir, sont relativement minces comparativement à la longueur des pièces inclinées et 91. Ce montage offre l'avantage associé à des éléments inclinés sur toute la longueur tout en réduisant au minimum la gêne provoquée par l'interaction des nervures 92 et 93 avec la souplesse des éléments de support 86 et 87. Les extrémités non représentées des barres 88 et 89 peuvent, naturellement, être équipées des ensembles de rattrapage de jeu représentés sur la figure 3 et de la plaque de pivotement ainsi que des axes d'articulation également représentés sur la figure 3. En service, le mode de réalisation de la figure 7 est agencé de façon que les nervures 92 et 93 soient échelonnées ou décalées par rapport aux nervures 92 et 93 de la barre anti-vibrations 85 à- l'intérieur de la colonne adjacente de tubes. REVENDICATIONS 1. Structure de support de tubes pour un générateur de vapeur d'une centrale nucléaire comprenant à l'intérieur d'une enveloppe (11, 12) une pluralité de tubes en U (25) disposés en rangées adjacentes et une structure expansible (28) de support de tubes disposée entre les rangées adjacentes de tubes (25) dans le but d'éliminer sensiblement toutes vibrations desdits tubes (25) résultant du fonctionnement du générateur de vapeur, caractérisée par le fait que ladite structure expansible (28) de support de tubes comprend une première et une seconde barres allongées adjacentes (30, 31) ayant des surfaces inclinées complémentaires (32, 33) formées entre elles et agencées de façon que le mouvement relatif entre lesdites première et seconde barres (30, 31) dans la direction longitudinale entraînent une modification de l'épaisseur combinée desdites barres (30, 31) en fonction de l'amplitude dudit mouvement relatif. 2. Structure de support selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite structure expansible de support de tubes comprend des bagues de retenue (27) placées autour de la périphérie extérieure de ladite pluralité de tubes (25) dans la portion en forme de U desdits tubes (25) auxquelles les extrémités de ladite structure expansible de support de tubes sont reliées. 3. Structure de support selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite structure de support de tubes comprend deux sections assemblées entre elles à une de leurs extrémités afin de former entre elles un certain angle et reliées à leurs autres extrémités à une bague de retenue (27). 4. Structure de support selon la revendication 3, caractérisée en ce que les sections desdites barres sont assemblées ensemble de façon à pouvoir pivoter à leurs premières extrémités. 5. Structure de support selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les surfaces inclinées complémentaires sont formées par un agencement de clavettes et de rainures de clavettes entre lesdites barres adjacentes de façon que lesdites barres soient capables de se déplacer uniquement dans la direction longitudinale sur une distance limitée. 6. Structure de support selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'une pièce filetée (46) est fixée à une desdites sections de barres à l'extrémitéde cette section un écrou (51) est vissé sur ledit élément fileté (46), un élément plat (40) est fixé à l'autre desdites sections de barres à une extrémité de cette section à l'aide d'une ouverture (47) qui la traverse, ledit élément fileté (46) traversant ladite ouverture (47) et ledit écrou portant contre ledit élément plat (40) de manière que la rotation dudit écrou (51) provoque un mouvement relatif entre lesdites sections de barres.