Brevet FR2699656A1 — publié le 19940624

ECHANGEUR DE CHALEUR A DISPOSITIF DE MAINTIEN ANTI-SISMIQUE ET DE SUPPORTAGE ANTI-ENVOL DE L'ENVELOPPE ENTOURANT LE FAISCEAU DE TUBES. DESCRIPTION L'invention concerne un échangeur de chaleur tel qu'un générateur de vapeur équipant une centrale nucléaire Elle se rapporte plus précisément à un échan- geur de chaleur comprenant une enveloppe extérieure d'axe sensiblement vertical, à l'intérieur de laquelle est disposée coaxialement une enveloppe de faisceau contenant un faisceau de tubes d'échange thermique. Dans les échangeurs de chaleur de ce type, les tubes qui sont disposés verticalement à l'intérieur de l'enveloppe de faisceau sont maintenus dans cette enveloppe par des plaques entretoises horizontales régu- lièrement réparties Comme l'illustre le document FR-A- 2 562 996 dans les échangeurs de chaleur de ce type, il est d'usage de placer dans l'espace annulaire séparant l'enveloppe extérieure et l'enveloppe de faisceau, au niveau de chacune des plaques entretoises, des butées anti-sismiques régulièrement réparties sur toute la périphérie de cet espace annulaire ( 12 ou 14 butées sont habituellement prévues au niveau de chacune des plaques entretoises) Ces butées anti- sismiques permettent de maintenir de façon rigide l'enveloppe de faisceau et les plaques entretoises dans un plan horizontal, en pre- nant appui sur l'enveloppe extérieure Elles permettent aussi d'ajuster l'écartement entre l'enveloppe de fais- ceau et l'enveloppe extérieure lors du montage Chaque butée comprend une pièce d'appui, soudée de façon étanche dans une ouverture pratiquée dans l'enveloppe de fais- ceau, et un ou plusieurs coins de calage interposés entre la pièce d'appui et la plaque entretoise correspon- dante Chacune des pièces d'appui est en appui contre l'enveloppe extérieure par une partie de section réduite. Par ailleurs, les échangeurs de chaleur de ce type comprennent aussi des butées anti-envol placées dans l'espace annulaire séparant l'enveloppe extérieure de l'enveloppe de faisceau, dans la partie basse de cet espace Ces butées anti-envol (par exemple au nombre de 6) sont régulièrement réparties sur toute la circonfé- rence de cet espace annulaire Elles permettent à l'enve- loppe extérieure d'assurer le supportage de l'enveloppe de faisceau, c'est-à-dire de reprendre le poids de cette enveloppe et d'assurer son positionnement vertical à l'intérieur de l'enveloppe extérieure Elles permettent aussi d'assurer le maintien anti-envol de l'enveloppe de faisceau, c'est-à-dire de reprendre les efforts verti- caux exercés par cette dernière, en cas de rupture de la tuyauterie de sortie de vapeur située à la partie supérieure de l'échangeur, lorsque ce dernier est un générateur de vapeur. Comme cela est indiqué dans le document FR-A- 2 562 996, les butées anti-sismiques constituent des obstacles qui réduisent de façon sensible la section horizontale de l'espace annulaire formé entre l'enveloppe extérieure et l'enveloppe de faisceau Etant donné que le fluide secondaire à réchauffer circule de haut en bas dans cet espace annulaire, il est souhaitable de limiter autant que possible l'encombrement des obstacles ainsi créés, afin que la section de passage disponible pour le fluide secondaire à réchauffer soit aussi grande que possible De ce point de vue, la présence conjointe de butées antisismiques et de butées anti-envol dans la partie basse de l'espace annulaire constitue un incon- vénient notable. Par ailleurs, la présence conjointe de butées anti-sismiques et de butées anti-envol dans la partie basse de l'espace annulaire formé entre l'enveloppe extérieure et l'enveloppe de faisceau rend très délicate l'implantation de ces différentes butées, par suite de la présence de nombreux trous de visite dans la partie basse de l'enveloppe extérieure. L'invention a précisément pour objet un échan- geur de chaleur de type vertical, dans lequel les f onc- tions remplies séparément par les butées anti-sismiques et par les butées anti-envol dans la partie basse de l'espace annulaire des échangeurs de chaleur existants sont remplies simultanément par une seule série de butées placées dans cette partie basse, de telle sorte que la section de passage du fluide secondaire à réchauffer soit accrue dans cette zone et que l'implantation des butées dans cette zone soit simplifiée, compte tenu de la présence de nombreux trous de visite. De façon plus précise, ce résultat est obtenu au moyen d'un échangeur de chaleur comprenant une enve- loppe extérieure et une enveloppe de faisceau ayant un axe commun sensiblement vertical, un faisceau de tubes placé à l'intérieur de l'enveloppe de faisceau, des plaques entretoises sensiblement horizontales dispo- sées à l'intérieur de l'enveloppe de faisceau et, au niveau de chacune des plaques entretoises, des pièces d'appui fixées de façon étanche dans des ouvertures pratiquées dans l'enveloppe de faisceau, de façon à être en appui contre l'enveloppe extérieure, au moins un coin de calage étant interposé entre chaque pièce d'appui et la plaque entretoise, caractérisé par le fait qu'au moins certaines des pièces d'appui comportent deux surfaces opposées qui sont en appui sur deux surfa- ces en vis-à-vis formées sur des pièces de supportage de l'enveloppe de faisceau, fixées à l'enveloppe exté- rieure, de façon à interdire tout déplacement de l'enve- loppe de faisceau par rapport à l'enveloppe extérieure parallèlement audit axe. Selon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, les surfaces opposées sont formées sur les flancs d'une rainure sensiblement horizontale ménagée dans une face d'extrémité de la pièce d'appui qui est en appui contre l'enveloppe extérieure, les surfaces en vis-à-vis étant formées sur une pièce de supportage placée dans cette rainure. Avantageusement, les pièces de supportage sont soudées dans l'enveloppe extérieure et les pièces d'appui ainsi que les coins de calage coopèrent entre eux par des surfaces complémentaires inclinées par rap- port à l'axe commun à l'enveloppe extérieure et à l'enve- loppe de faisceau. Chacune des pièces d'appui comprend de préfé- rence une partie cylindrique de relativement grand diamè- tre, soudée dans l'une des ouvertures, de formes circu- laires, et une partie cylindrique de relativement petit diamètre, portant lesdites surfaces opposées. Selon un mode de réalisation préféré de l'in- vention, les pièces de supportage sont placées au niveau d'une seule des plaques entretoises, située dans le bas de l'échangeur, en face d'une sur deux des pièces d'appui placées au niveau de cette plaque. 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 en coupe longitudina- le illustrant de façon schématique un générateur de vapeur réalisé conformément à l'invention; la figure 2 est une vue en coupe verticale illustrant à plus grande échelle l'une des butées anti- sismiques et anti-envol placées au niveau de la plaque entretoise la plus basse du générateur de vapeur illustré sur la figure 1; et la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2. On a représenté schématiquement sur la figure 1 un générateur de vapeur utilisé dans une centrale nu- cléaire, pour assurer le transfert thermique entre l'eau primaire contenue dans le circuit primaire du réacteur 5 et l'eau-vapeur secondaire contenue dans le circuit secondaire du réacteur - Ce générateur de vapeur comprend de façon connue une enveloppe extérieure ou enceinte de pression , d'axe vertical, dont le volume intérieur est divisé en deux parties par une plaque perforée 12 appelée plaque à tubes La plaque à tubes 12 est située immédiatement au- dessus du fond bombé de l'enveloppe 10 et délimite avec ce dernier une boîte à eau séparée en un collecteur d'entrée 14 d'eau primaire et un collecteur de sortie15 16 d'eau primaire par une cloison verticale 18. Le collecteur d'entrée 14 et le collecteur de sortie 16 de l'eau primaire sont reliés l'un à l'autre par un faisceau de tubes en U inversé 20 dont les extré- mités inférieures sont fixées par dudgeonnage et par20 soudage dans les perforations de la plaque à tubes 12. Chacun des tubes en U inversé 20 comporte une partie verticale relativement chaude débouchant dans le collec- teur d'entrée 14, une partie verticale relativement froide débouchant dans le collecteur de sortie 16 et25 une partie de forme semi-circulaire, reliant la partie relativement chaude et la partie relativement froide. Ainsi, l'eau primaire circule dans chacun des tubes 20 du faisceau entre le collecteur d'entrée 14 et le collecteur de sortie 16. Le faisceau de tubes en U inversé 20 est placé à l'intérieur d'une enveloppe de faisceau 22 dont l'axe vertical est confondu avec l'axe de l'enveloppe extérieu- re 10 Cette enveloppe de faisceau 22 délimite avec l'enveloppe extérieure 10 un espace annulaire 24 Dans35 le mode de réalisation illustré sur la figure 1, un collecteur d'entrée 26 de l'eau secondaire, de forme torique, est placé au-dessus de l'espace annulaire 24. L'eau secondaire est admise dans ce collecteur d'entrée 26 par une tubulure 28 traversant l'enveloppe extérieure 10 Le collecteur torique 26 est muni de systèmes de distribution (non représentés) tels que des tubes en forme de J renversé, grâce auxquels l'eau secondaire est injectée dans la partie supérieure de l'espace annu- laire 24. Le bord inférieur de l'enveloppe de faisceau 22 est espacé de la plaque à tubes 12, de telle sorte que l'eau secondaire qui descend dans l'espace annulaire 24 remonte ensuite autour des tubes 20 dans l'enveloppe de faisceau 22 Au cours de cette remontée, l'eau secon- daire se réchauffe sous l'effet de l'échange thermique qui s'effectue alors entre l'eau primaire et l'eau secon- daire à travers les parois des tubes 20 Par conséquent, lorsque l'eau secondaire arrive dans la partie supérieure de l'enveloppe de faisceau 22, elle se trouve à l'état de vapeur. La vapeur d'eau ainsi formée traverse ensuite des dispositifs de séchage (non représentés) situés au-dessus de l'enveloppe de faisceau 22, avant-de ressor- tir du générateur de vapeur par une tuyauterie de sortie 30 traversant le dôme supérieur de l'enveloppe extérieure 10. Des plaques entretoises horizontales 32 sont montées à intervalles réguliers dans l'enveloppe de faisceau 22, pour assurer le maintien des tubes 20 du faisceau et empêcher leur entrée en vibration Ces pla- ques entretoises 32 sont perforées pour permettre le passage des tubes 20 et la circulation ascendante de l'eau secondaire, puis de la vapeur dans l'enveloppe de faisceau 22. Comme on l'a représenté très schématiquement sur la figure 1, le générateur de vapeur comporte en outre, dans l'espace annulaire 24 et au niveau de chacune des plaques antivibratoires 32, des butées antisismiques 34 réalisées conformément aux enseignements du document FR-A- 2 562 996 Ces butées anti-sismiques, non représen- tées en détail sont par exemple au nombre de 12 ou de 14 régulièrement réparties sur la circonférence de l'es- pace annulaire 24 Chacune d'entre elles comprend une pièce d'appui soudée de façon étanche dans une ouverture pratiquée dans l'enveloppe de faisceau 22, de façon à être en appui contre la surface intérieure de l'enve- loppe extérieure 10, ainsi qu'un ou plusieurs coins de calage interposés entre cette pièce d'appui et le bord périphérique de la plaque entretoise 32 corres- pondante Ces butées anti-sismiques 34 permettent de régler, lors du montage du générateur de vapeur, l'écar- tement entre l'enveloppe de faisceau 22 et l'enveloppe extérieure 10 Elles permettent aussi de maintenir de façon rigide l'enveloppe de faisceau 22 et les plaques entretoises 32 dans un plan horizontal, afin d'assurer la protection anti-sismique souhaitée. Conformément à l'invention, certaines de ces butées anti-sismiques 34 sont remplacées, de préférence au niveau de la plaque entretoise 32 a la plus basse, par des butées 36 anti-sismiques et anti-envol Ces butées 36 remplissent les fonctions anti-sismiques et de centrage assurées par les butées anti-sismiques 34. Elles remplissent aussi les fonctions de supportage et de positionnement vertical de l'enveloppe de faisceau 22, ainsi que la fonction anti- envol de cette enveloppe de faisceau, qui étaient remplies auparavant par des butées anti-envol distinctes qui s'ajoutaient aux butées anti- sismiques. Plus précisément, les butées 36 sont, par exemple, au nombre de 6, régulièrement réparties sur toute la circonférence de l'espace annulaire 24, au niveau de la plaque entretoise 32 a la plus basse Ces butées 36 sont associées à 6 butées anti-sismiques 34, de telle sorte qu'au niveau de la plaque entretoise 32 a, une butée sur deux soit une simple butée anti-sismi- que 34 identique aux butées 34 situées au niveau des autres plaques entretoises 32, alors que les autres butées sont des butées 36 qui assurent à la fois la fonction anti-sismique et la fonction anti-envol. La structure des butées 36 anti-sismiques et anti-envol va à présent être décrite en détail en se référant aux figures 2 et 3. Comme l'illustrent ces figures, chacune de ces butées 36 anti-sismiques et anti-envol présente une structure de base comparable à celle des butées anti-sismiques 34 Ainsi, l'enveloppe de faisceau 22 comporte, en face de chacune des butées 36, une ex- croissance extérieure tubulaire 38 délimitant intérieure- ment une ouverture circulaire 40 L'axe de cette ouvertu- re 40 est situé sensiblement au niveau de la plaque entretoise inférieure 32 a et orienté radialement par rapport à l'axe vertical commun aux enveloppes 10 et 22. Chacune des butées 36 anti-sismiques et anti- envol comprend de plus une pièce d'appui 42, formée d'une partie cylindrique 44 de relativement grand diamè- tre et d'une partie cylindrique 46 de relativement petit diamètre La partie cylindrique 44 de relativement grand diamètre présente approximativement la forme d'un disque dont le diamètre extérieur correspond au diamètre de l'ouverture circulaire 40 Ainsi, lorsque cette partie 44 est placée dans l'ouverture 40 et fixée dans cette dernière par une soudure 48, l'ouverture 40 est fermée de façon étanche par la pièce d'appui 42. La partie cylindrique 46, de relativement petit diamètre, de chacune des pièces d'appui 42 est orientée vers l'extérieur et terminée par une face d'ex- trémité convexe 50 qui est normalement en appui contre la surface intérieure de l'enveloppe extérieure 10 lors- que la soudure 48 est réalisée. La face 52 de la partie 44 de relativement grand -diamètre de la pièce d'appui 42, tournée vers l'intérieur de l'enveloppe de faisceau 22, est inclinée par rapport à l'axe vertical de cette enveloppe, au moins dans la partie située au niveau de la plaque entre- toise 32 a, de telle sorte que cette face 52 se rapproche de l'axe vertical de l'enveloppe 22 en allant du haut vers le bas Cet agencement permet d'assurer le maintien rigide de la plaque entretoise 32 a en interposant entre le bord périphérique de cette plaque et la face inclinée 52 un ou plusieurs coins 54 Chacun des coins 54 est simultanément en appui sur le bord périphérique de la plaque entretoise 32 a par une face parallèle à l'axe vertical de l'enveloppe de faisceau 24 et sur la face inclinée 52 de la pièce d'appui 42 correspondante par une face inclinée complémentaire 56 Lorsque les coins 54 sont mis en place, ils sont maintenus sur les pièces d'appui 42 par des soudures 58, comme l'illustre la figure 2. En plus des caractéristiques qui viennent d'être décrites, qui sont communes aux butées 36 confor- mes à l'invention et aux butées anti-sismiques 34 équi- pant par ailleurs le générateur de vapeur, les butées 36 comportent des caractéristiques supplémentaires qui leur confèrent une fonction anti-envol Ces caractéristi- ques supplémentaires résident essentiellement dans la présence, à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 10 et sur les parties 46 de petit diamètre des pièces d'ap- pui 42 de surfaces complémentaires s'opposant à tout déplacement des pièces d'appui 42 par rapport à l'enve- loppe extérieure 10 parallèlement à l'axe vertical commun aux enveloppes 10 et 22. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 2 et 3, les surfaces liées à l'enveloppe exté- rieure 10 sont formées sur des pièces de supportage , de forme sensiblement parallélépipédique, qui sont fixées par des soudures 66 sur la surface intérieure de l'enveloppe extérieure 10, en face de chacune des pièces d'appui 42, de façon à pénétrer dans une rainure10 62, sensiblement horizontale, usinée dans la face d'ex- trémité convexe 50 de la partie 46 de relativement petit diamètre de la pièce d'appui 42 De façon plus précise, chacune des pièces de supportage 60 de l'enveloppe de faisceau 22 présente deux surfaces horizontales opposées15 64, qui sont en appui sur les flancs horizontaux 68 de la rainure 62 correspondante. Grâce à ces caractéristiques, les butées 36 assurent, en plus du réglage de l'écartement entre l'en- veloppe de faisceau 22 et l'enveloppe extérieure 1020 et du maintien rigide de l'enveloppe de faisceau et de la plaque entretoise 32 a dans un plan horizontal, le supportage de l'enveloppe de faisceau 22, son positionnement vertical à l'intérieur de l'enveloppe 10, ainsi que son maintien anti-envol, c'est-à-dire la repri-25 se des efforts verticaux appliqués sur l'enveloppe de faisceau en cas de rupture de la tuyauterie 30 de sortie de la vapeur d'eau (figure 1). En prévoyant, au niveau de la plaque entretoise inférieure 32 a, six butées 36 disposées alternativement avec six butées anti-sismiques 34, on limite au mieux la réduction de la section de l'espace annulaire 24 due à la présence de ces butées Par conséquent, l'écou- lement de l'eau primaire dans cet espace 24 s'en trouve amélioré De plus, la réduction du nombre de butées dans35 la partie basse du générateur de vapeur, qui résulte de il cet agencement, facilite l'implantation de ces butées en présence des nombreux trous de visite (non représentés) placés sur la partie basse de l'enveloppe extérieure 10. Le montage des butées 36 selon l'invention est réalisé de la même manière que celui des butées anti-sismiques 34 décrit dans le document FR-A-2 562 996. Ainsi, les pièces d'appui 42 sont introduites par l'inté- rieur de l'enveloppe de faisceau 22 avant la mise en place des plaques entretoises 32, 32 a et du faisceau10 de tubes 20 Elles sont alors soudées dans les ouvertures , ce qui a pour effet d'assurer immédiatement la fonc- tion anti-envol, par suite de la coopération des pièces de supportage 60 et des rainures 62 Les plaques entre- toises 32 et 32 a sont ensuite mises en place et bloquées15 à l'aide des coins 54, qui sont soudés sur les pièces d'appui 42 Le faisceau de tubes 20 peut ensuite être introduit dans l'enveloppe de faisceau 22. 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 Ainsi, on comprendra notamment que la fonction anti-envol pour- rait être réalisée différemment, par exemple en usinant deux méplats horizontaux sur chacune des pièces d'appui 42 et en disposant des pièces de supportage liées à l'en- veloppe extérieure 10 respectivement au-dessus et en dessous de ces méplats Par ailleurs, au lieu d'être situées au niveau de la plaque entretoise inférieure, les butées 36 selon l'invention peuvent être situées au niveau de l'une quelconque des autres plaques30 entretoises 32. Enfin, l'invention s'applique à tout type de générateur de vapeur tel que décrit et notamment à un gé- nérateur de vapeur à économiseur axial présentant en plus une enveloppe intermédiaire située entre l'enveloppe de35 faisceau et l'enveloppe de pression. REVENDICATIONS 1 Echangeur de chaleur comprenant une envelop- pe extérieure ( 10) et une enveloppe de faisceau ( 22) ayant un axe commun sensiblement vertical, un faisceau de tubes ( 20) placé à l'intérieur de l'enveloppe de fais- ceau, des plaques entretoises ( 32,32 a) sensiblement hori- zontales disposées à l'intérieur de l'enveloppe de fais- ceau et, au niveau de chacune des plaques entretoises, des pièces d'appui ( 42) fixées de façon étanche dans des ouvertures ( 40) pratiquées dans l'enveloppe de faisceau, de façon à être en appui contre l'enveloppe extérieure ( 10), au moins un coin de calage ( 54) étant interposé entre chaque pièce d'appui et la plaque entretoise, caractérisé par le fait qu'au moins certaines des pièces d'appui ( 42) comportent deux surfaces opposées ( 68) qui sont en appui sur deux surfaces en vis-à-vis ( 64) formées sur des pièces de supportage ( 60) de l'enveloppe de faisceau, fixées à l'enveloppe extérieure ( 10), de façon à interdire tout déplacement de l'enveloppe de faisceau ( 22) par rapport à l'enveloppe extérieure ( 10) parallèlement audit axe. 2 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites surfaces opposées ( 68) sont formées sur les flancs d'une rainure ( 62) sensiblement horizontale ménagée dans une face d'extrémi- té de la pièce d'appui ( 42), qui est en appui contre l'enveloppe extérieure ( 10), lesdites surfaces en vis-à- vis ( 64) étant formées sur une pièce de supportage ( 60) placée dans ladite rainure ( 62). 3 Echangeur de chaleur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les pièces de supportage ( 60) sont soudées sur la face intérieure de l'enveloppe extérieure ( 10). 4 Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les pièces d'appui ( 42) et les coins de calage ( 54) coopèrent entre eux par des surfaces complémentaires ( 52, 56) inclinées par rapport audit axe. Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chacune des pièces d'appui ( 42) comprend une partie cylindrique ( 44) de relativement grand diamètre, soudée dans l'une des ouvertures ( 40), de formes circulaires, et une partie cylindrique ( 46) de relativement petit diamètre, portant lesdites surfaces opposées ( 68). 6 Echangeur de chaleur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que lesdites pièces de supportage ( 60) sont placées au niveau d'une seule ( 32 a) des plaques entretoises, située dans le bas de l'échangeur - 7 Echangeur de chaleur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les pièces de supportage ( 60) sont placées en face d'une sur deux des pièces d'appui ( 42) placées au niveau de ladite plaque entre- toise ( 32 a).