Brevet FR2651365A1 — publié le 19910301

L'invention concerne un caillebotis de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes des condenseurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau pressurisée des centrales de production d'énergie électrique. Au cours de campagnes d'inspection systématiques effectuées récemment sur les condenseurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau pressurisée, on a constaté l'importance des dégradations par l'érosion provoquée par l'impact des gouttes d'eau sur les tubes périphériques des faisceaux de condensation. Différents moyens permettent actuellement d'agir contre ce phénomène, tels que, par exemple, augmentation de la résistance à l'érosion des matériaux constitutifs des tubes, accroissement de leur épaisseur .... Ces mesures, bien que salutaires, ne permettent pas de s'opposer directement à la cause des dégradations ainsi provoquées. La présente invention a pour objet de supprimer les inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un système de type caillebotis de protection visant à supprimer, ou à tout le moins à réduire très fortement, l'impact des gouttes d'eau sur les tubes périphériques des faisceaux de condensation et leurs effets dommageables sur ces derniers. Un autre objet de la présente invention est également la mise en oeuvre d'un système de type de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes des condenseurs de vapeur provoquant des pertes de charge d'insertion minimales, pour une pluralité d'incidences de la veine de vapeur sur lesdits tubes des condenseurs. Le callebotis de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes de condenseurs de vapeur, objet de la présente invention, est remarquable en ce qu'il comprend un corps de caillebotis adapté aux dimensions de la base d'attaque des tubes du condenseur de vapeur. Une pluralité d'éléments tubulaires cylindriques est fixée au corps de caillebotis pour former une grille, les éléments tubulaires formant cette grille présentant une dimension longitudinale parallèle à la dimension longitudinale du corps de caillebotis. Le système de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes de condenseurs de vapeur, objet de l'invention, trouve application à la protection des faisceaux de tubes des condenseurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau pressurisée par exemple. Le système de type caillebotis de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes des condenseurs de vapeur, objet de la présente invention, sera mieux compris à la lecture de la description ci-après et à l'observation des dessins dans lesquels la figure 1 représente une vue de face d'un système de protection de type caillebotis objet de l'invention, la figure 2 représente une vue en coupe du système de protection de type caillebotis selon le plan de coupe AA de la figure 1, la figure 3 représente en ses points a) et b) un mode de montage d'un système de protection de type caillebotis, objet de l'invention, en vue d'essais pour déterminer la perte de charge d'insertion en fonction de l'incidence de la veine de vapeur sur les tubes de condenseur, la figure 4a représente trois types de caillebotis de référence à lames permettant d'effectuer des mesures comparatives de perte de charge pour le caillebotis, objet de l'invention, les caillebotis à lames étant représentés en coupe à l'échelle 1, les figures 4b, 4c, 4d et 4e représentent des graphes de perte de charge d'insertion en fonction de la pression statique, en fonction de la pression dynamique pour différentes valeurs d'incidence de la veine de vapeur, relativement à un système de protection de type caillebotis à lames respectivement. Une description plus détaillée d'un système de type caillebotis de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes de condenseurs de vapeur, objet de l'invention, sera donnée en liaison avec la figure 1. Conformément à la figure précitée, le système de type caillebotis de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes de condenseurs de vapeur, objet de l'invention, comprend un corps de caillebotis 1 adapté aux dimensions de la surface d'attaque des tubes du condenseur de vapeur. Le corps de caillebotis peut être constitué par un cadre en acier inoxydable par exemple. En outre, une pluralité d'éléments tubulaires 2 cylindriques est prévue, afin de former une grille 3 destinée à être placée sur le trajet de la veine de vapeur conduite vers les tubes condenseurs de vapeur. La veine de vapeur est délivrée normalement dans l'application considérée par une turbine basse pression, cette vapeur comportant des gouttelettes d'eau pouvant atteindre des vitesses comprises entre 100 et 150 m/seconde. De préférence, les éléments tubulaires 2 formant la grille 3 présentent une dimension longitudinale parallèle à la dimension longitudinale du corps de caillebotis. Selon une caractéristique avantageuse du système de type caillebotis, objet de l'invention, et ainsi que représenté en figure 2, selon une vue en coupe selon le plan de coupe AA de la figure 1, la grille 3 peut être formée par une pluralité de rangées d'éléments tubulaires 2. De préférence, à titre d'exemple non limitatif, les éléments tubulaires sont disposés en quinconce. Dans un mode de réalisation avantageux, la grille 3, constituant le caillebotis conformément à l'objet de l'invention, présente trois rangées d'éléments tubulaires. Ce nombre n'est, bien entendu, pas limitatif et des résultats expérimentaux ont montré qu'un nombre de rangées égal à deux pour constituer la grille 3 pouvait également être envisagé. Selon une autre caractéristique du système de type caillebotis, objet de l'invention, pour un diamètre des éléments tubulaires, ces derniers sont distants, sur une même rangée, d'un pas, noté pt, inter-axe longitudinal des éléments tubulaires égal à 2 x En outre, ainsi qu'on l'a représenté également en figure 2, deux rangées successives d'éléments tubulaires constituant la grille 3 ont leur axe moyen représenté en trait mixte sur la figure 2, distant d'un pas pr égal à 1,25 x > où V) représente le diamètre des éléments tubulaires précités. Bien entendu, les éléments tubulaires sont constitués par un matériau inerte à la vapeur d'eau et aux gouttes d'eau. En particulier, le matériau constitutif des éléments tubulaires peut être l'acier inoxydable. Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure 1, afin d'assurer le maintien du système de type caillebotis, objet de l'invention, au-dessus des faisceaux de tubes de condensation, les faisceaux de tubes de condensation ayant été représentés en pointillés sur la figure 2, celui-ci comporte des plaques support 10 fixées sur le corps de caillebotis et sur les flancs du condenseur. Compte tenu du mode de réalisation du système de type caillebotis, objet de l'invention, tel que représenté en figures 1 et 2, des essais ont été effectués dans les conditions telles que représentées en figure 3, les essais précités ayant été effectués dans les conditions ci-après. Dans la description ci-après, les différentes variables et notations désignent les paramètres suivants 2 p V : Pression dynamique de la vitesse (Pa) A h : Perte de charge de la veine et de la grille (Pa) (Caillebotis + veine) A h : Perte de charge de la veine vide (Pa) (sans le caillebotis) 3 z A h3 : Perte de charge de la grille =nh - A h (Pa) i r = A h : Coefficient de perte de charge réelle de la grille : : Angle d'incidence de la direction du fluide (vapeur) Sg = nh :Coefficient de perte de charge globale ( 5 veine + i r ) PV2 Le système de type caillebotis, objet de l'invention, au cours des essais était placé dans une veine d'essai en contreplaqué raccordée à l'aspiration d'une soufflerie. La veine précitée comprenait, ainsi que représenté en figure 3, un convergent d'entrée noté A, une chambre de mesure à l'amont du système de type caillebotis objet de l'invention, notée B, un élément de raccordement noté F dont l'articulation est variable en orientation angulaire, le système de type caillebotis de protection noté C, une chambre de mesure de pression à l'aval du système de protection de type caillebotis notée D, un élément de raccordement E de la veine d'essai à la tuyauterie d'aspiration du ventilateur. La veine d'essai présentait une largeur de 402 mm et une hauteur de 730 mm. La section de mesure amont, notée Pa, était située à 500 mm de la section d'entrée du convergent d'alimentation et la section de mesure aval, notée Pb, était située à 650 mm du bord d'attaque du système de type caillebotis de protection selon l'invention. Les deux sections de mesure de pression Pa et Pb, tel que représenté en figure 3, étaient équipées d'un tube de PRANDTL. L'incidence de la veine d'écoulement par rapport au bord d'attaque du système de type caillebotis de protection, objet de l'invention, était susceptible d'un réglage pour des valeurs d'incidence de 180O à -45". Les essais ont été effectués pour les angles ci-après, 1800, -15 , -30" et 45o. La perte de charge de la veine d'essai a été déterminée, au préalable en l'absence du système de type caillebotis de protection, objet de l'invention, pour un angle d'incidence de l'écoulement égal à 1800. L'ensemble de l'installation était alimenté en air à température ambiante. Les deux prises de pression statique des tubes de PRANDTL en Pa et Pb sur la figure 3 étaient raccordées à un manomètre incliné permettant la lecture de la différence de pression entre les deux sections, ceci pour les quatre angles d'incidence successifs précités. Le tube de PRANDTL, positionné dans la section de mesure à l'amont du système de type caillebotis, objet de l'invention, permettait également de mesurer la pression dynamique de l'écoulement. La perte de charge propre au système de type caillebotis de protection, objet de l'invention, est donnée par la relation 3 1 2 A h (caillebotis) = A h (total) - A h (veine d'essai). Pour chaque configuration, la perte de charge est mesurée pour des pressions dynamiques comprises entre 15 et 130 Pa, ce qui correspond à des vitesses réelles dans le condenseur comprises entre 25 m/s et 70 m/s. Les cas où l'écoulement présente une incidence différente de 1800 par rapport au système de type caillebotis de protection, objet de l'invention, ont été pris en considération, l'incidence de 1800 étant celle d'un écoulement de vapeur vertical descendant orthogonal au plan de la grille G constituant le caillebotis selon l'invention. Les mesures effectuées ont été conduites, d'une part, en mesures absolues relativement au système de type caillebotis de protection, selon l'invention, et, d'autre part, en mesures relatives par rapport à différents modèles de caillebotis à lames, dit caillebotis de référence, tel que représenté en échelle 1 en figure 4a, les modèles correspondant à des configurations représentées en A, B, C correspondant à des types respectifs, type A, type B, type C de caillebotis de référence. Dans l'ensemble des modèles ou types de caillebotis de référence précités, les lames étaient toutes inclinées à 45" par rapport à une incidence à 1800 de la veine d'écoulement de vapeur. Comme le montrent les résultats d'essais, le coefficient de perte de charge 5 r, 5 g est constant à partir d'une pression dynamique de 140 Pa correspondant à une vitesse de la vapeur de 75 m/s et à une masse spécifique p de 0,05 kg/m3. Les courbes des mesures ci-après, tel que représenté en figures 4b, 4c, 4d, 4e, peuvent être extrapolées linéairement jusqu'à des vitesses de l'ordre de 100 mls observées dans les condenseurs. L'effet de la portion de veine disposée en amont du système de type caillebotis, objet de l'invention, sur ce coefficient de perte de charge est faible, de l'ordre de 2 %, et les mesures réalisées au cours des essais peuvent être extrapolées dans de bonnes conditions aux condenseurs réels. Les résultats des mesures précitées sont donnés sur les figures 4b, 4c, 4d et 4e ci-après. La figure 4b donne les valeurs de la perte de charge globale Ah 1 pour les écoulements d'incidence 1800, -15 , -30" et -450. Sur la figure 4b précitée, l'axe des abscisses est gradué en Pascal et l'axe des ordonnées, respectivement en pressions dynamiques en Pascal et en vitesses linéaires correspondantes du fluide d'essai. La figure 4c montre l'évolution du coefficient de perte de charge globale ig pour les différentes incidences de l'écoulement à l'amont du système de type caillebotis, objet de l'invention. Le coefficient précité varie de 3,12 pour une incidence de 1800 à 4 pour une incidence de -45 . La variation des coefficients g r et 5 g pour un écoulement à 1800 est également représentée en figure 4c. L'écart entre ces coefficients est au maximum de 2 %. Sur la figure 4d, on a représenté le coefficient de perte de charge réelle g r pour un écoulement à 1800, l'axe des abscisses de la figure 4d étant gradué en pressions dynamiques en Pascal et en vitesses correspondantes du fluide d'essai et l'axe des ordonnées en valeurs du coefficient de perte de charge réelle 5 r. Sur cette même figure 4d, on a également représenté les coefficients de perte de charge réelle r pour les trois types A, B, C de caillebotis de référence constitués par les caillebotis à lames. De façon analogue, la figure 4e représente une comparaison des coefficients de perte de charge globale 5 g entre le système de type caillebotis de- protection, objet de l'invention, et l'un des caillebotis de référence, le caillebotis de type C offrant la perte de charge la plus faible parmi les caillebotis de référence. Les valeurs ci-après sont obtenus - pour un écoulement à + 45 , caillebotis selon l'invention, 5 g = 4, - pour un écoulement à + 45 , caillebotis de référence, 5 g = 3,8, - pour un écoulement à - 45 , caillebotis de référence, g g = 8. On a ainsi décrit un système de type caillebotis de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes de condenseurs de vapeur particulièrement adapté puisque pour une vitesse de 100 m/s de la vapeur ou fluide d'essai en amont, les coefficients de perte de charge 5 r suivants ont été obtenus - caillebotis selon l'invention 5 r = 3,12 - caillebotis de référence i r = 4,25. Pour des incidences de l'écoulement de vapeur ou de fluide d'essai autre que 1800, le coefficient maximum de perte de charge du caillebotis selon l'invention est de 4, celui du caillebotis de référence de type C étant de 8. Enfin, une réalisation effective d'un caillebotis conforme à l'objet de l'invention a pu être effectuée, le caillebotis effectivement réalisé présentant une surface de 6 m2. Ce mode de réalisation a donné toute satisfaction du point de vue du fonctionnement, conformément aux mesures effectuées précédemment. REVENDICATIONS 1. Caillebotis de protection contre l'érosion des faisceaux de tubes de condenseurs de vapeur, caractérisé en ce qu'il comprend - un corps de caillebotis (1) adapté aux dimensions de la surface d'attaque des tubes du condenseur de vapeur, - une pluralité d'éléments tubulaires (2) cylindriques formant grille (3), lesdits éléments tubulaires formant grille présentant une dimension longitudinale parallèle à la dimension longitudinale du corps de caillebotis. 2. Caillebotis selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite grille (3) est formée par une pluralité de rangées d'éléments tubulaires (2), les éléments tubulaires étant disposés en quinconce. 3. Caillebotis selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend trois rangées d'éléments tubulaires. 4. Caillebotis selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que, pour un diamètre 3 desdits éléments tubulaires, ces derniers sont distants, sur une même rangée, d'un pas pt inter-axe lontidudinal égal à 2 x 5. Caillebotis selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que deux rangées successives ont leur axe moyen distant de 1,25 x où 8 représente le diamètre des éléments tubulaires. 6. Caillebotis selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits éléments tubulaires sont constitués en un matériau tel que l'acier inoxydable. 7. Caillebotis selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, afin d'assurer le maintien de ce dernier au-dessus des faisceaux de tubes de condensation, ledit caillebotis comporte des plaques support fixées sur le corps de caillebotis et sur les flancs du condenseur.