Brevet FR2687457A1 — publié le 19930820

GENERATEUR DE VAPEUR DONT L'ALIMENTATION EN EAU SECONDAIRE EST FAITE EN PARTIE BASSE. DESCRIPTION L'invention concerne un générateur de vapeur conçu pour être utilisé dans un réacteur nucléaire à eau pressurisée et dont l'alimentation en eau secondaire est effectuée directement dans une partie basse du générateur. Comme l'illustre notamment le document FR-A2 333 200, un générateur de vapeur équipant une centrale nucléaire comprend habituellement une enveloppe extérieure, d'axe vertical, dont l'espace intérieur est divisé en deux parties, dans le sens de la hauteur, par une plaque horizontale appelée "plaque à tubes". Les extrémités des tubes d'un faisceau de tubes en U inversé sont fixées sur la plaque à tubes et débouchent en dessous de celle-ci respectivement dans un collecteur d'admission et dans un collecteur d'évacuation de l'eau circulant dans le circuit primaire du réacteur, appelée "eau primaire". L'eau circulant dans le circuit secondaire du réacteur, appelée "eau secondaire" ou "eau alimentaire", est injectée dans la partie du générateur de vapeur située au-dessus de la plaque à tubes par un collecteur d'alimentation principal, de forme torique ou semitorique.Ce collecteur d'alimentation est habituellement placé au-dessus d'un espace annulaire de recirculation formé entre l'enveloppe extérieure et une enveloppe intérieure coiffant le faisceau de tubes et dont le bord inférieur est espacé de la plaque à tubes. Dans les générateurs de vapeur de ce type, l'implantation du collecteur d'alimentation en eau secondaire se situe au-dessus de l'espace annulaire de recirculation mais au dessous du niveau de l'eau contenue dans l'enveloppe extérieure. Cependant, en l'absence de précautions particulières, un arrêt ou une diminution de la circulation de l'eau dans le circuit secondaire du réacteur pourrait avoir pour conséquence une vidange du collecteur d'alimentation entraînant des sautes de pression et des coups de bélier lors du redémarrage des pompes implantées dans le circuit secondaire. Comme l'illustre notamment le document FR-A2 333 200, ce problème a été résolu en équipant le collecteur d'alimentation de tubes en J inversé par lesquels ce collecteur débouche au-dessus de l'espace annulaire de recirculation. Cette technique a toutefois pour inconvénients de compliquer la fabrication du générateur de vapeur et, par conséquent, d'allonger la durée de cette fabrication. Par ailleurs et comme l'illustrent notamment les documents US-A-3 804 069, 3 896 770 et 3 916 843, on a aussi envisagé d'assurer l'alimentation en eau secondaire d'un générateur de vapeur en raccordant directement une tubulure d'admission de l'eau secondaire sur une partie basse de l'enveloppe intérieure, de façon à faire pénétrer l'eau secondaire directement à la base des branches froides des tubes du faisceau. Plus précisément, des déflecteurs placés en face de la tubulure d'admission et autour des branches froides forment alors un dispositif de préchauffage de l'eau secondaire circulant entre les tubes. Si la solution décrite dans ces derniers documents permet de supprimer tout risque de saute de pression ou de coups de bélier après un arrêt de la circulation de l'eau dans le circuit secondaire, elle a pour inconvénients de soumettre les parties basses des branches froides des tubes à des écoulements transverses importants et de ne pas permettre une répartition contrôlée du débit de l'eau secondaire sur la section du générateur de vapeur. De plus, si des corps migrants tels que des objets (baguettes de soudure, vis boulons, etc.) introduits par inadvertance dans les circuits secondaires lors de leur fabrication pénètrent dans le générateur de vapeur par la tubulure d'admission de l'eau secondaire, ils peuvent rester coincés entre les tubes du faisceau et donc endommager ces tubes. L'invention a précisément pour objet un générateur de vapeur dont la conception originale voit le collecteur d'alimentation principal localisé en partie basse de l'appareil, ce qui permet d'éviter de façon simple tout risque de saute de pression ou de coups de bélier dans le circuit secondaire, tout en permettant un mélange ou une homogénéisation efficace de l'eau secondaire pénétrant dans le générateur, avant qu'elle n'atteigne la partie basse des tubes, une répartition contrôlée du débit de l'eau secondaire, et un piégeage éventuel des corps migrants susceptibles de pénétrer dans le faisceau de tubes via le circuit d'eau secondaire, et d'endommager les tubes du générateur de vapeur. Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un générateur de vapeur comportant - une enveloppe extérieure, d'axe vertical - une plaque tubulaire horizontale fixée de façon étanche à l'intérieur de l'enveloppe extérieure - un faisceau de tubes en U inversé, ayant chacun deux extrémités fixées sur la plaque tubulaire et débouchant en dessous de cette dernière, respectivement dans un collecteur d'admission et dans un collecteur d'évacua tion de fluide primaire - une enveloppe intérieure coiffant le faisceau de tubes, dont un bord inférieur est espacé de la plaque tubulai re, et formant avec l'enveloppe extérieure un espace annulaire de recirculation - des moyens d'alimentation en eau secondaire, comprenant un collecteur d'alimentation principal ; et - des moyens d'extraction de vapeur secondaire au travers de parties hautes des enveloppes intérieure et exté rieure caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation principal est placé dans une partie basse de l'espace annulaire de recirculation et comporte des trous assurant un écoulement moyen sensiblement vertical de l'eau secondaire dans cet espace annulaire. De préférence, afin que les corps migrants pénétrant éventuellement dans le générateur de vapeur par le collecteur d'alimentation en eau secondaire ne risquent pas de rester coincés entre les tubes du faisceau, les trous formés dans le collecteur présentent une dimension maximale inférieure à une distance minimale séparant les tubes. Selon le cas, le collecteur d'alimentation peut comporter des trous débouchant vers le bas, vers le haut, ou à la fois vers le bas et vers le haut. Pour faciliter l'implantation du collecteur de recirculation dans la partie basse de l'espace annulaire d'alimentation, une partie de l'enveloppe extérieure peut avantageusement être construite avec un plus grand diamètre. De préférence, le collecteur d'alimentation comporte au moins une ouverture d'accès, normalement fermée par un bouchon de préférence imperdable, située en face d'une ouverture d'inspection formée dans l'enve- loppe extérieure et normalement fermée par une trappe. Cette caractéristique permet notamment d'inspecter périodiquement l'intérieur du collecteur d'alimentation et d'en extraire les corps migrants qui pourraient s'y trouver piégés. Selon le cas, le collecteur d'alimentation peut être de forme torique ou semi-torique et il présente avantageusement une section sensiblement rectangulaire. I1 peut toutefois présenter une section différente, par exemple circulaire ou carrée, sans sortir du cadre de l'invention. On décrira à présent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue de côté illustrant schématiquement, en coupe verticale partielle, un générateur de vapeur réalisé conformément à l'invention - la figure 2 est une vue en coupe horizontale, à plus grande échelle selon la ligne II-II de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe verticale illustrant à plus grande échelle la partie du générateur de vapeur dans laquelle est implanté le collecteur d'alimentation en eau secondaire conforme à l'invention ; et - la figure 4 est une vue comparable à la figure 3 représentant un orifice d'accès par lequel une intervention à l'intérieur du collecteur d'alimentation peut éventuellement être effectuée. Sur la figure 1, la référence 10 désigne l'enveloppe extérieure de révolution, d'axe vertical, d'un générateur de vapeur prévu pour assurer le transfert de chaleur entre le circuit d'eau primaire et le circuit secondaire eau-vapeur d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. Cette enveloppe 10 délimite un espace intérieur clos qui est séparé en une zone inférieure primaire et une zone supérieure secondaire par une plaque à tubes horizontale 12 raccordée de façon étanche sur l'enveloppe 10. Une cloison verticale 14 divise la zone inférieure primaire, habituellement appelée boîte à eau, en un collecteur d'admission 16 et un collecteur d'évacuation 18 de l'eau circulant dans le circuit primaire du réacteur. Des tubulures 20 et 22, soudées sur l'enve loppe extérieure 10 du générateur de vapeur, raccordent respectivement les collecteurs 16 et 18 à ce circuit primaire. Un faisceau de tubes en U inversé 24 est raccordé de façon étanche sur la plaque à tubes 12, dans la zone supérieure secondaire délimitée par cette dernière, de telle sorte que les deux extrémités de chacun des tubes débouchent respectivement dans le collecteur d'admission 16 et dans le collecteur d'évacuation 18. Le faisceau de tubes 24 est entouré et coiffé par une enveloppe intérieure 26, disposée coaxialement dans l'enveloppe extérieure 10. La paroi supérieure horizontale de cette enveloppe intérieure 26 est traversée par des séparateurs eau-vapeur 28 et des sécheurs 29 qui font communiquer l'espace 27 ménagé à l'intérieur de l'enveloppe 26 avec une tubulure d'évacuation de vapeur 30 située au sommet de l'enveloppe extérieure 10. Le bord inférieur de l'enveloppe intérieure 26 est placé à une distance déterminée au-dessus de la plaque à tubes 12, de façon à former un passage entre un espace annulaire de recirculation 32 délimité entre les enveloppes 10 et 26 et l'espace 27 intérieur à l'enveloppe intérieure 26. Conformément à l'invention, l'eau secondaire est introduite dans une partie basse de l'espace annulaire de recirculation 32 par une tubulure d'alimentation 34 qui traverse de façon étanche une partie 36, avantageusement de plus grand diamètre, de l'enveloppe extérieure 10 et débouche dans l'espace 32 par un collecteur d'alimentation 38. La structure du collecteur d'alimentation 38 va à présent être décrite plus en détail en se référant aux figures 2 à 4. Selon le type de générateur de vapeur concerné, le collecteur d'alimentation 38 peut présenter une forme torique ou semi-torique, centrée sur l'axe vertical de l'enveloppe extérieure 10. Plus précisément, lorsque le générateur de vapeur est du type bouilleur, c'est-à-dire qu'il ne comporte aucune plaque de séparation entre les branches chaudes et froides des tubes 24, l'alimentation en eau secondaire se fait sur toute la périphérie de l'espace annulaire 32, ce qui signifie que le collecteur 38 est de forme torique. Au contraire, lorsque le générateur de vapeur est du type à économiseur ou à préchauffage comme l'illustrent les figures 1 et 2, c'est-à-dire lorsqu'une plaque de séparation verticale 39 s'élève dans le faisceau de tubes, à partir de la plaque à tubes 12 entre les branches chaudes et froides des tubes 24, en séparant physiquement ces deux branches et, lorsqu'une plaque de séparation 39 bis sépare physiquement l'espace annulaire 32 en un espace annulaire côté chaud et un espace annulaire côté froid, l'alimentation en eau secondaire peut se faire soit en totalité du côté des branches froides, ce qui implique que le collecteur 38 présente une forme semi-torique (figure 2), soit en majorité du côté des branches froides et, pour une faible part, du côté des branches chaudes, ce qui conduit comme dans le cas d'un générateur de vapeur de type bouilleur, à l'utilisation d'un collecteur d'alimentation 38 de forme torique (figure 1). Dans les deux cas, une protection métallique 39 ter (enveloppe circulaire) de l'enveloppe extérieure 10 peut être installée (figures 2 et 4), afin de protéger cette enveloppe de chocs thermiques dus à l'impact des jets d'eau alimentaire. Cette protection n'est à installer que du côté où se trouve le demitore (cas économiseur ou préchauffage) ou en totalité (cas bouilleur), entre le collecteur d'alimentation 38 et l'enveloppe extérieure 10. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures, le collecteur d'alimentation 38 présente une section sensiblement rectangulaire, dont les grands côtés sont orientés verticalement et dont les petits côtés sont orientés horizontalement. Cette forme présente l'avantage de limiter l'encombrement radial du collecteur, pour une section maximale donnée, ce qui réduit l'augmentation de diamètre de la partie 36 de l'enveloppe extérieure 10. On peut toutefois envisager de donner au collecteur d'alimentation 38 une section de forme différente, telle qu'une section circulaire, carrée ou autre. L'eau secondaire admise dans le collecteur d'alimentation 38 pénètre dans l'espace annulaire 32 du générateur de vapeur par des trous 40 (figures 3 et 4) agencés de façon à orienter l'eau secondaire qui s'écoule dans l'espace 32 selon une direction moyenne sensiblement verticale. Ces trous 40 sont avantageusement orientés vers le bas comme l'illustre la figure 3, c'est-à-dire qu'ils sont formés sur le côté inférieur du rectangle formé en section par le collecteur 38 dans le mode de réalisation représenté. Comme on l'a illustré en variante sur la figure 4, les trous 40 peuvent aussi être formés dans le collecteur 38 de façon à permettre simultanément un écoulement de l'eau secondaire vers le haut et vers le bas dans l'espace annulaire 32. Dans l'exemple de réalisation représenté dans lequel le collecteur 38 présente une section rectangulaire, cela signifie que les trous 40 sont formés dans les petits côtés horizontaux du rectangle formé en section par le collecteur. Dans certains cas, il est à noter que des trous 40 peuvent être formés dans le collecteur de façon à permettre seulement un écoulement vers le haut de l'eau secondaire qui s'écoule dans l'espace 32. Lorsque le collecteur 38 présente une section différente de la section rectangulaire représentée, les trous 40 sont également formés dans les génératrices inférieures et/ou supérieures du collecteur, de façon à permettre un écoulement moyen sensiblement vertical de l'eau secondaire, comme indiqué précédemment. La forme présentée en section par les trous 40 peut être circulaire, carrée, rectangulaire ou autre et leur dimension maximale est avantageusement inférieure à la distance minimale séparant les tubes 24 du faisceau. Cette caractéristique permet au collecteur 38 de constituer un filtre ou un piège dans lequel sont arrêtés les corps migrants présents dans le circuit secondaire et susceptibles de rester bloqués entre les tubes 24 du faisceau. On évite ainsi que des corps migrants ne puissent dégrader ou endommager les tubes du faisceau de tubes 24 du générateur de vapeur. Selon la section qui leur est donnée, les trous 40 peuvent être réalisés par brochage ou par toute autre technique. Par ailleurs, le nombre des trous 40 qui sont formés dans le collecteur 38, ainsi que leur position et leur orientation, sont déterminés de façon à obtenir une vitesse d'écoulement relativement faible de l'eau secondaire sortant du collecteur 38 et afin que les jets individuels sortant de chacun des trous s'interceptent entre eux. Cela signifie que, si la direction moyenne de l'écoulement issu du collecteur 38 est sensiblement verticale, les trous 40 considérés individuellement peuvent être inclinés selon différents angles par rapport à cette verticale. Ces caractéristiques permettent de faciliter le mélange et l'homogénéisation de l'eau secondaire sortant du collecteur 38 et de l'eau de recirculation en provenance des séparateurs 28 qui redescend dans l'espace annulaire 32. I1 est également à noter que les trous 40 formés dans le collecteur 38 peuvent présenter des sections différentes, afin notamment d'assurer une répartition contrôlée du débit d'eau secondaire pénétrant dans l'espace 27 autour de la partie basse des tubes 24. Ainsi, dans le cas où le générateur de vapeur est du type à économiseur ou à préchauffage et où l'on utilise un collecteur 38 de forme torique, la section et/ou la densité des trous 40 formés dans le collecteur du côté des branches chaudes des tubes peuvent être sensiblement inférieures à la section et/ou à la densité des trous formés du côté des branches froides des tubes. Un résultat comparable peut aussi être obtenu, par exemple, en ne prévoyant sur le collecteur 38 que des trous 40 débouchant vers le bas dans la partie du collecteur située du côté des branches chaudes des tubes, alors que la partie du collecteur située du côté des branches froides des tubes comporte des trous 40 débouchant à la fois vers le haut et vers le bas. Comme on l'a représenté schématiquement sur les figures 2 et 3, le collecteur 38 est supporté par des consoles 42 maintenant le collecteur par le haut ou par le bas et réparties circonférentiellement autour de l'axe vertical du générateur de vapeur, de façon à être situées sensiblement à égale distance les unes des autres. Plus précisément, chacune des consoles 42 est fixée à la partie 36 avantageusement de plus grand diamètre de l'enveloppe extérieure 10, en dessous du collecteur 38, de telle sorte que ce dernier repose sur les consoles 42. Les consoles 42 peuvent aussi être situées au-dessus du collecteur 38 et supporter ce dernier. Comme l'illustre plus précisément la figure 4, le collecteur 38 comporte, sur sa face tournée radialement vers l'extérieur du générateur de vapeur, au moins une ouverture d'accès 44, normalement obturée de façon étanche par un bouchon 46. L'étanchéité de la fermeture peut notamment être assurée par la coopération de surfaces tronconiques complémentaires formées respectivement dans l'ouverture d'accès 44 et sur le bouchon 46. De préférence, le mécanisme d'ouverture/fermeture par lequel le bouchon 46 est fixé sur le collecteur d'alimentation 38 est conçu de façon à rendre le bouchon 46 imperdable. A cet effet, et comme l'illustre notamment la figure 3, le bouchon 46 peut être équipé de plusieurs vis imperdables 48, aptes à se visser dans le collecteur 38, et il reste lié à ce dernier par une tige 50 fixée au collecteur 38 en dessous de l'ouverture 44 et sur laquelle le bouchon 46 peut coulisser et tourner à volonté. Ainsi, lorsque les vis imperdables 48 sont dévissées, le bouchon 46 pivote vers le bas autour de la tige 50, afin de dégager l'ouverture 44. Afin de permettre aux opérateur d'accéder au bouchon 46 fermant l'ouverture d'accès 44 du collecteur d'admission 38, on place l'ouverture d'accès 44 du collecteur 38 en face d'une ouverture d'inspection 52 formée dans la partie de plus grand diamètre 36 de l'enveloppe extérieure 10. Cette ouverture d'inspection 52 présente un diamètre supérieur à celui du bouchon 46 et elle est normalement obturée de façon étanche par une trappe 54 accessible depuis l'extérieur du générateur de vapeur. Les caractéristiques qui viennent d'être décrites en se référant à la figure 4 permettent à un opérateur d'accéder à l'intérieur du collecteur d'admission 38, afin notamment d'inspecter ce dernier et d'enlever les corps migrants qui pourraient y rester piégés. L'ouverture de la trappe 54 permet également l'inspection de l'espace annulaire 32 situé immédiatement au-dessus et en dessous du collecteur d'admission 38. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit à titre d'exemple, mais en couvre toutes les variantes. Certaines de ces variantes, qui concernent notamment la forme torique ou semi-torique du collecteur, sa section, ainsi que la forme, la section de passage et la répartition des trous 40 formés dans le collecteur, ont été évoquées précédemment. Par ailleurs, il est à noter que le générateur de vapeur selon l'invention peut aussi comprendre un collecteur d'alimentation de secours. Selon le cas, ce collecteur d'alimentation de secours peut être placé dans la même partie basse de l'espace annulaire de recirculation 32 que le collecteur d'alimentation principal, ou dans la partie haute du générateur de vapeur, audessus de cet espace annulaire. Dans le premier cas, le collecteur d'alimentation de secours comporte des trous assurant un écoulement moyen sensiblement vertical de l'eau secondaire dans l'espace annulaire. Dans les deux cas, les trous formés dans le collecteur d'alimentation de secours présentent une dimension maximale inférieure à la distance maximale séparant les tubes du faisceau. REVENDICATIONS 1. Générateur de vapeur comportant - une enveloppe extérieure (10), d'axe vertical - une plaque tubulaire horizontale (12) fixée de façon étanche à l'intérieur de l'enveloppe extérieure - un faisceau de tubes en U inversé (24), ayant chacun deux extrémités fixées sur la plaque tubulaire et débouchant en dessous de cette dernière, respectivement dans un collecteur d'admission (16) et dans un collec teur d'évacuation (18) de fluide primaire - une enveloppe intérieure (26) coiffant le faisceau de tubes, dont un bord inférieur est espacé de la plaque tubulaire, et formant avec l'enveloppe extérieure un espace annulaire de recirculation (32) - des moyens d'alimentation en eau secondaire, comprenant un collecteur d'alimentation principal (38) ; et - des moyens (28,30) d'extraction de vapeur secondaire au travers de parties hautes des enveloppes intérieure et extérieure caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation principal (38) est placé dans une partie basse de l'espace annulaire de recirculation (32) et comporte des trous (40) assurant un écoulement moyen sensiblement vertical de l'eau secondaire dans cet espace annulaire. 2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les trous présentent une dimension maximale inférieure à la distance minimale séparant les tubes (24) du faisceau. 3. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation (38) comporte des trous (40) débouchant vers le bas. 4. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation (38) comporte des trous (40) débouchant vers le haut. 5. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation (38) comporte des trous (40) débouchant vers le bas et des trous (40) débouchant vers le haut. 6. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation (38) est placé au niveau d'une partie de plus grand diamètre (36) de l'enveloppe extérieure (10). 7. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation (38) comporte au moins une ouverture d'accès (44), normalement fermée par un bouchon (46), située en face d'une ouverture d'inspection (52) formée dans l'enveloppe extérieure (10) et normalement fermée par une trappe (54). 8. Générateur de vapeur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le bouchon (46) est lié au collecteur d'alimentation par un mécanisme d'ouverture-fermeture (48,50) qui le rend imperdable. 9. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation (38) est de forme torique. 10. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation (38) est de forme semitorique. Il. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le collecteur d'alimentation (38) a une section sensiblement rectangulaire. 12. Générateur de vapeur selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'une enveloppe circu laire (39ter) est disposée dans l'espace annulaire (32), entre le collecteur d'alimentation (38) et l'enveloppe extérieure (10). 13. Générateur de vapeur selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'une enveloppe semi-circulaire (39ter) est disposée dans l'espace annulaire (32) entre le collecteur d'alimentation (38) et l'enveloppe extérieure (10). 14. Générateur de vapeur selon llune quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'il comporte également un collecteur d'alimentation de secours placé dans la partie basse de l'espace annulaire de recirculation (32), et présentant des trous assurant un écoulement moyen sensiblement vertical de l'eau secondaire dans cet espace annulaire. 15. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait qu'il comporte également un collecteur d'alimentation de secours placé dans la partie haute dudit générateur de vapeur, au-dessus de l'espace annulaire de recirculation (32). 16. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 14 et 15, caractérisé par le fait que ledit collecteur d'alimentation de secours comporte des trous, présentant une dimension maximale inférieure à la distance minimale séparant les tubes (24) du faisceau.