Brevet FR2761140A1 — publié le 19980925

La présente invention se rapporte de manière générale à un appareil pour enlever des boues ou d'autres particules des surfaces d'un échangeur de chaleur et, plus particulièrement, à une tête de lance de décharge de fluide du type qui est utilisé pour le nettoyage des surfaces d'échange de chaleur des générateurs de vapeur, par exemple des générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires. Les réacteurs nucléaires, tels que ceux qui sont utilisés dans les installations de production d'énergie d'origine nucléaire, produisent de la vapeur utilisée pour entraîner des turbines à partir d'eau chauffée dans des échangeurs de chaleur. Ces échangeurs de chaleur comprennent des faisceaux de tubes dans lesquels circule un liquide chauffé. La vapeur est engendrée par contact de l'eau avec la surface extérieure des échangeurs de chaleur. Les hautes températures et les conditions d'utilisation difficiles rencontrées pendant la production de vapeur entraînent l'accumulation de boues et d'autres particules sur les surfaces des échangeurs de chaleur, réduisant ainsi l'efficacité du transfert thermique. En conséquence, il est de pratique habituelle d'enlever périodiquement les dépôts accumulés. L'enlèvement de boues est normalement effectué en utilisant un dispositif connu ayant la forme d'une lance reliée à une source de fluide sous pression, par exemple de l'eau, de la vapeur ou un gaz. La lance peut être située en permanence dans le générateur mais est généralement introduite à travers une ouverture dans la paroi du générateur quand les surfaces d'échange de chaleur doivent être nettoyées, et enlevée après le nettoyage. La lance comprend normalement une section principale tubulaire, ou conduit, ayant une extrémité interne reliée à une source de liquide sous pression et une extrémité opposée qui est fermée. Au moins une, et généralement une pluralité de buses, ou d'ouvertures sont situées dans la paroi du conduit entre l'extrémité interne et l'extrémité opposée du conduit dans le but de délivrer des jets de liquide à partir de l'intérieur du conduit dans le générateur de vapeur et contre les surfaces des échangeurs de chaleur. L'impact du liquide, du fait de sa force physique, enlève normalement une grande proportion de particules des surfaces de l'échangeur de chaleur. Dans certains cas, cependant, I'efficacité d'enlèvement est moindre que désirée, particulièrement quand la position des surfaces de l'échangeur de chaleur interdit aux buses de la lance d'être placées au voisinage des surfaces. Cette efficacité amoindrie est due au fait que la force du liquide de nettoyage décroît de manière importante, même sur des distances de quelques centimètres. On s'est aperçu, dans le cas de l'art antérieur, que cette perte de force ou dégénérescence du jet est attribuable de manière primordiale à la turbulence du fluide sortant de la buse de la lance. Différentes tentatives ont été faites dans le cas de l'art antérieur pour réduire cette turbulence, c'est-à-dire pour produire des jets de décharge qui sont plus laminaires dans leur nature, par différentes conceptions de lance et en particulier par la configuration de la buse de la lance. Par exemple, les brevets américains 5,230,306 de Barringer et al, 5.241.723 de Garrabrant et 5,505.163 de Jameel, décrivent tous des réalisations de buse de lance qui sont indiquées comme devant améliorer la cohérence et la force de décharge du jet. Les structures décrites dans ces brevets, cependant, ne fournissent pas encore une force optimale. Ainsi, il demeure un besoin pour une lance nouvelle et améliorée qui améliore les caractéristiques d'écoulement du fluide en cours de décharge à partir de la lance sur des surfaces d'échangeur de chaleur dans un générateur de vapeur, qui soit en même temps simple à construire et à utiliser. La présente invention est relative à une tête de lance comprenant un conduit tubulaire ayant une extrémité interne destinée à être reliée à une source de fluide sous pression et une extrémité opposée qui est normalement fermée. Au moins une et de préférence une pluralité d'ouvertures de décharge de fluide sont situées dans la paroi du conduit entre les extrémités interne et opposée. De manière à produire des décharges de fluide avec un débit moins turbulent et ainsi une plus grande force, la lance comporte également de manière importante, à chaque ouverture, un tube de guidage de fluide ayant une extrémité de décharge reliée à l'ouverture, une partie d'entrée dans la direction de l'extrémité interne du conduit et un tronçon central tubulaire courbe entre les extrémités d'entrée et de décharge. Chaque entrée de chaque tube de guidage de fluide est décalée par rapport au tube adjacent en amont pour réduire encore la turbulence accroissant ainsi les caractéristiques de débit du fluide en cours de décharge à partir de la lance. En conséquence, un aspect de la présente invention est de fournir une tête de lance pour nettoyer un générateur de vapeur ou équivalent incluant: a - un conduit tubulaire ayant une extrémité interne destinée à être connectée à une source de fluide sous pression ; une extrémité fermée op posée; une paroi continue entre les extrémités ; et au moins une ouverture de décharge de fluide dans la paroi ; et b - au moins un tube de guidage de fluide ayant une extrémité de décharge connectée à l'ouverture de décharge une entrée dirigée vers l'extrémité interne du conduit ; et un tronçon central tubulaire courbe entre les extrémités d'entrée et de décharge. Un autre aspect de l'invention est de fournir un tube de guidage de fluide pour fournir un débit laminaire à partir des buses d'un tube de lance, le tube comprenant: a - un tronçon rectiligne d'entrée d'à peu près 3 à 25,5 mm de longueur; b - un tronçon rectiligne de décharge d'à peu près 3 à 25,5 mm de longueur; c - un tronçon intermédiaire courbe joignant les tronçons d'entrée et de décharge ayant un angle de courbure d'à peu près 30 à 90 ; et d - dans lequel le rapport du rayon de la ligne centrale du tronçon intermédiaire courbe au diamètre intérieur du tube de guidage de fluide est de 6 à 12 à peu près. Un autre aspect de la présente invention est de fournir une tête de lance pour nettoyer un générateur de vapeur ou équivalent comprenant: a - un conduit tubulaire ayant une extrémité interne destinée à être connecté à une source de fluide sous pression ; une extrémité opposée fermée; une paroi continue entre les extrémités; et au moins une ouverture de décharge de fluide dans la paroi; b - une pluralité de tubes de guidage de fluide ayant une extrémité de décharge connectée à l'ouverture de décharge ; une entrée dirigée vers l'extrémité interne du conduit et un tronçon central tubulaire courbe entre les extrémités d'entrée et de décharge, dans lequel le rapport du rayon de la ligne centrale du tronçon intermédiaire courbe au diamètre interne du tube de guidage de fluide est compris entre 6 et 12; et c - dans lequel la section d'entrée de chaque tube de guidage de fluide est décalée radialement ou d'une autre manière par rapport au tronçon d'entrée du tube adjacent amont pour réduire la turbulence. Ces aspects et d'autres de la présente invention seront rendus apparents à l'homme de métier après la lecture de la description suivante du mode de réalisation principal en se référant aux dessins. La figure 1 est une vue latérale en coupe d'une tête de lance sans tubes de guidage de fluide. La figure 2 est une vue latérale en coupe d'une tête de lance avec des tubes de guidage de fluide insérés, réalisé suivant la présente invention. La figure 3 est une section transversale du conduit de la lance de la figure 1 suivant la ligne 3-3; et La figure 4 est une section transversale du conduit de la lance de la figure 2 suivant la ligne 4-4. Dans la description qui suit, des repères de référence identiques désignent des parties identiques ou correspondantes dans les différentes vues. Egalement, dans la présente description, on comprendra que les termes tels que "devant", "derrière", "à gauche", "à droite", "au-dessus", "en-dessous" et "équivalent" sont des mots de convenance et ne sont pas destinés à constituer des termes limitatifs. En se référant maintenant aux dessins en général et à la figure 1 en particulier, on comprendra que les illustrations sont prévues pour décrire un mode de réalisation préférentiel de l'invention et ne sont pas destinées à limiter l'invention pour autant. Comme mieux représenté sur la figure 2, la tête de lance de la présente invention, qui est désignée de manière générale par le repère 10, comprend un conduit tubulaire 10, de manière générale, qui comporte une extrémité d'entrée 12 qui est reliée, pendant l'utilisation, à une source de fluide sous pression (non représentée) et une extrémité fermée opposée 14. Le conduit 10 a une longueur d'à peu près 51 mm et un diamètre intérieur d'au moins 6 mm. Les ouvertures pour les tubes à insérer, qui ont un diamètre compris entre à peu près 1,5 et 5 mm, sont disposées dans la paroi du conduit 18 entre les extrémités 12 et 14. Dans le mode de réalisation préférentiel, un tube de guidage de fluide 20 est associé avec chacune des ouvertures d'insertion de tubes 16. Chaque tube 20 comprend un tronçon d'entrée rectiligne 22 qui a une longueur comprise entre à peu près 3 et à peu près 25,5 mm ; un tronçon de décharge 24 ayant une longueur comprise entre à peu près 3 et à peu près 25,5 mm et une section courbe intermédiaire 26 avec un rayon de courbure de sa ligne centrale d'à peu près 6 à 12 fois le diamètre inteme du tube joignant les tronçons d'entrée et de décharge, ayant un angle compris entre 30 et 90" à peu près. Le diamètre de l'alésage du tube de guidage du fluide 20 est compris entre à peu près 1 et à peu près 3,5 mm. On s'est aperçu que la longueur réelle de chaque tube de guidage de fluide 20 pour obtenir un flux laminaire n'a pas d'importance si le rayon de courbure et le diamètre inteme sont choisis suivant la présente invention. Pour atteindre différents buts, la lance comprend une pluralité, c'està-dire entre deux et huit ouvertures de décharge espacées d'une même distance suivant le conduit, par exemple, entre à peu près 12 et à peu près 38 mm, I'une de l'autre. Dans des configurations de lance utilisant plus d'une ouverture de décharge et ainsi plus d'un tube de guidage de fluide, une turbulence peut être créée à l'entrée du tube de guidage du fluide du fait de la présence d'un autre tube de guidage de fluide immédiatement en avant de l'entrée de fluide du tube de guidage de fluide situé en aval, c'est-à-dire entre le tube de guidage de fluide et l'extrémité interne du conduit de la lance. Ainsi, dans un mode de réalisation spécialement préféré, les sections d'entrée de chaque tube sont décalées à partir de la section d'entrée de chacun des tubes immédiatement précédent ou situé en amont, de telle sorte qu'il n'y ait pas d'écoulement turbulent dans l'extrémité d'entrée du tube de guidage de fluide. Ce décalage peut être réalisé en pliant, dans une direction transverse, le tube situé en amont d'à peu près 5 à 200, De manière préférentielle, cependant, les ouvertures de décharge dans la paroi du conduit sont décalées par rapport à une ouverture quelconque située immédiatement avant, d1à peu près 5 à 10 . La lance peut être réalisée en perçant des ouvertures de décharge dans la paroi d'un conduit aux angles désirés, à un diamètre intérieur égal au diamètre extérieur des tubes de guidage de fluide. Le côté du conduit dans lequel les ouvertures sont réalisées peut être d'une épaisseur plus importante que le reste de la paroi du conduit de manière à renforcer les ouvertures. Des ouvertures temporaires sont alors réalisées du côté opposé de la paroi du conduit pour être utilisées pour l'insertion des tubes de guidage de fluide. Un tube de guidage de fluide est alors adapté à chaque ouverture, avec l'extrémité du tronçon de décharge du tube insérée à l'intérieur de l'ouverture de décharge dans le conduit et le tronçon d'entrée du tube de guidage de fluide étant aligné axialement avec l'alésage du conduit et dirigé vers l'extrémité interne du conduit. Le tube de guidage de fluide peut alors être fixé en place, par exemple par soudage du tronçon de décharge au conduit au niveau de l'ouverture de décharge. Les ouvertures temporaires dans le conduit sont alors recouvertes. En fonctionnement, un fluide de nettoyage tel que de l'eau est envoyé en force dans le conduit 10. Une partie du fluide entre dans chaque tube de guidage de fluide 20 et s'écoule à travers les sections 22, 26 et 24 du tube et est déchargée sous forme d'un jet laminaire à partir de l'extrémité de la section de décharge 24. Dans les lances suivant l'art antérieur, le fluide doit souvent subir un changement de direction abrupt à droite à l'intérieur de l'ouverture de décharge à partir de l'alésage du conduit. II en résulte qu'il se crée une turbulence et que la force du jet décroît rapidement. Dans la présente invention, au contraire, la section du courant qui est déchargée à partir d'une ouverture se déplace tout d'abord suivant un parcours relativement long et se trouve doucement transportée suivant une courbe ayant un rayon sensiblement plus grand que le rayon du tube, permettant ainsi au fluide d'adopter un écoulement laminaire. Ainsi, le jet de fluide, quand il est déchargé, maintient son intégrité pendant une longue période de temps, se déplace à une grande distance avec une plus grande force et en conséquence produit un nettoyage plus efficace des échangeurs de chaleur disposés à une certaine distance de la lance. Certaines modifications et améliorations apparaîtront à l'homme du métier à la lecture de la description précédente. Par exemple, I'entrée ou la sortie des tubes peut être évasée pour améliorer les caractéristiques d'écoulement. Egalement, la section transversale du tube peut être elliptique ou d'une autre forme. On comprendra que toutes les modifications et améliorations telles que celles-ci ont été supprimées de la description dans un besoin de concision et de facilité de lecture mais sont véritablement dans l'étendue des revendications suivantes. REVENDICATIONS 1.- Tête de lance pour nettoyer un générateur de vapeur ou équivalent, caractérisée en ce qu'elle comporte: (a) un conduit tubulaire (10) ayant une extrémité interne (12) destinée à être connectée à une source de fluide sous pression; une extrémité opposée (14) fermée ; une paroi continue (18) entre lesdites extrémités ; et au moins une ouverture d'insertion de tubes (16) dans ladite paroi (18); et (b) au moins un tube de guidage de fluide (20) ayant une extrémité de décharge (24) connectée à ladite ouverture de décharge (16); une partie d'entrée (22) dirigée vers l'extrémité interne (12) du conduit ; et un tronçon central tubulaire (26) courbe entre lesdites extrémités d'entrée et de décharge (24, 22). 2.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une pluralité de tubes de guidage de fluide (20), le tronçon d'entrée (22) de chaque tube de guidage de fluide (20) étant décalé par rapport à la section d'entrée du tube (20) adjacent situé en amont pour réduire la turbulence. 3.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit tube de guidage de fluide (20) a un diamètre d'alésage compris entre à peu près 1 et à peu près 3,5 mm. 4.- Dispositif suivant la revendication 1, comportant une pluralité d'ouvertures de décharge (16) espacées axialement le long dudit conduit (10). 5.- Dispositif suivant la revendication 4, dans lequel lesdites ouvertures de décharge (16) sont espacées entre à peu près 12 et à peu près 38 mm. 6.- Dispositif suivant la revendication 1, dans lequel l'extrémité de sortie dudit tube de guidage (20) est affleurante sur la surface extérieure dudit conduit tubulaire (10). 7.- Tête de lance suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'tilccomporte au moins un tube de guidage de fluide (10) pour produire un écoulement laminaire comprenant: (a) un tronçon d'entrée rectiligne (22) d'à peu près 3 à à peu près 25,5 mm de longueur; (b) un tronçon de décharge (24) rectiligne d'à peu près 3 à à peu près 25,5 mm de longueur; (c) un tronçon courbe intermédiaire (26) de jonction entre les tronçons d'entrée (22) et de décharge (24) ayant un angle de courbure entre à peu près 30 et à peu près 90 ; (d) dans lequel le rapport du rayon de la ligne centrale de la section courbe intermédiaire au diamètre intérieur du tube de guidage (20) de fluide est à peu près de 6 à 12. 8.- Tête de lance pour nettoyer un générateur de vapeur ou équivalent, caractérisée en ce qu'elle comprend: (a) un conduit tubulaire (10) ayant une extrémité intérieure (12) destinée à être jointe à une source de fluide sous pression; une extrémité fermée opposée; une paroi continue entre lesdites extrémités (12, 14) et au moins une ouverture (16) d'insertion d'un tube dans ladite paroi; (b) une pluralité de tubes de guidage de fluide (20) ayant une extrémité de décharge reliée à ladite ouverture de décharge (16); une entrée dirigée vers l'extrémité interne (12) du conduit (10) et un tronçon central tubulaire courbe (26) entre lesdites extrémité d'entrée et de décharge dans lequel le rapport du rayon de la ligne centrale de la section courbe intermédiaire au diamètre intérieur du tube de guidage de fluide (20) est compris entre 6 et 12 à peu près; et (c) dans lequel le tronçon d'entrée de chaque tube de guidage de fluide (20) est décalé par rapport au tronçon d'entrée (22) du tube (20) adjacent situé en amont pour réduire la turbulence. 9.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit tube de guidage (20) a un diamètre d'alésage compris entre à peu près 1 et à peu près 3,5 mm. 10.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité d'ouvertures de décharge espacées axialement suivant ledit conduit. 11. - Dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que lesdites ouvertures de décharge (16) sont espacées d'à peu près 12 à à peu près 38 mm l'une de l'autre. 12.- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que l'extrémité de sortie dudit tube de guidage (20) est affleurante sur ladite paroi extérieure dudit conduit tubulaire (10).