Brevet FR2882529A1 — publié le 20060901

La présente invention concerne le domaine des filtres utilisés pour éliminer les débris de l'eau aspirée dans un système de conduits. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte au domaine des filtres utilisés dans les centrales nucléaires. Les centrales nucléaires comportent divers systèmes de sécurité pour assurer que le combustible nucléaire dans le coeur du réacteur reste refroidi dans tous les scénarios d'accidents possibles. Un tel scénario est "une perte par accident du liquide de refroidissement" dans laquelle un conduit externe est supposé se rompre en permettant l'échappement d'une grande quantité d'eau à partir du système de refroidissement du réacteur. Cette eau peut déloger les débris solides des conduits avoisinants ou d'autres structures du réacteur. L'eau avec certains des débris délogés s'écoulera vers les parties les plus basses de la construction du réacteur dans un puisard. Les centrales sont munies de systèmes de sécurité qui repompent l'eau à partir du puisard dans divers systèmes de refroidissement du réacteur. Des filtres sur les entrées de pompe assurent que n'importe quel débris suffisamment important pour obturer l'équipement dans ces systèmes est empêché d'entrer. En fonction du type de débris, la première couche à déposer sur le filtre peut former un filtre plus fin que le tamis sous-jacent et capturer de nombreuses petites particules. Les filtres doivent présenter une étendue de tamis suffisante de sorte que la couche de débris sur le filtre ne soit pas trop épaisse pour provoquer une réduction inacceptablement élevée de l'écoulement. Les filtres doivent être aussi petits que possible pour s'adapter dans l'espace disponible. Par conséquent, la compacité, c'est-à-dire l'accomodation à la plus grande étendue de tamis dans le plus petit volume, est importante. Les filtres classiques dans de nombreuses centrales nucléaires sont de simples dispositifs de type boîte montés sur les admissions de pompe. Les filtres récents les plus perfectionnés ont souvent une surface irrégulière pour augmenter l'étendue de surface. Les informations ci-dessus sont relatives à l'état de l'art connu de la demanderesse. Conformément à un aspect de la présente invention, on prévoit un filtre pour filtrer des débris à partir d'un fluide comprenant un collecteur définissant un volume enfermé et ayant une sortie en communication de fluide avec une source d'aspiration, ledit collecteur ayant une pluralité de fentes d'ouverture d'entrée formées dans celui-ci, un élément de filtre en forme d'ailette faisant saillie vers l'extérieur à partir de chaque fente d'ouverture pour filtrer des débris à partir dudit fluide, chaque dit élément de filtre comprenant un cadre périmétrique et deux tamis perméables aux fluides fixés sur celui-ci selon une relation espacée opposée et au moins un canal d'écoulement de fluide entre eux en communication de fluide avec ledit volume enfermé au travers d'un bord latéral marginal dudit cadre et de ladite fente d'ouverture. Les tamis perméables aux fluides peuvent être formés d'une toile ou tôle métallique perforée. Un élément d'espacement en métal ondulé peut être disposé entre les tamis perméables aux fluides maintenant lesdits tamis perméables aux fluides selon une relation espacée et plusieurs canaux d'écoulement peuvent être définis entre ledit élément d'espacement en métal ondulé et lesdits tamis perméables aux fluides. Le cadre périmétrique peut être imperméable aux fluides sauf sur un bord latéral marginal. Conformément à un autre aspect de la présente invention, les tamis perméables aux fluides sont chacun formé d'une tôle métallique perforée et ondulée ayant une pluralité de pics et de creux parallèles, lesdits tamis étant maintenus selon une relation espacée opposée par contact au niveau de pics alternants et définissant une pluralité desdits canaux d'écoulement entre eux. Divers avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront de la description détaillée ci-après, faite en liaison avec les dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue isométrique d'un module de filtre pour la liaison à une admission de pompe conformément à un mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue éclatée du module de filtre représenté sur la figure 1; la figure 3 est une vue isométrique arrachée d'un module de filtre monté directement sur un puisard conformément à un mode de réalisation de la présente invention; 2882529 3 la figure 4 est une vue isométrique arrachée d'une partie d'une ailette à surface plane conformément à un mode de réalisation de la présente invention; la figure 5 est une vue isométrique arrachée d'une partie d'une ailette à surface ondulée conformément à un mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est une vue éclatée d'une ailette à surface ondulée conformément à un mode de réalisation de la présente invention; la figure 7 est une vue en coupe isométrique de dispositifs d'égalisation d'écoulement conformément à un mode de réalisation de la présente invention; et les figures 8A, 8B, 8C, 8D, 8E et 8F illustrent une ailette à surface ondulée conformément à un mode de réalisation de la présente invention. En se référant aux figures 1 et 2, le module de filtre de la présente invention comprend un collecteur allongé 3 qui définit un trajet d'écoulement de fluide interne qui est en communication de fluide avec une source d'aspiration par l'intermédiaire d'un conduit d'admission de pompe 2 qui peut être situé dans le sol ou une paroi par l'intermédiaire d'une ou plusieurs liaison(s) 1. Le collecteur 3 présente une paroi latérale généralement plane avec une pluralité d'ouvertures d'entrée 9 sous la forme d'une série de fentes allongées sensiblement parallèles disposées sur la longueur du collecteur pour recevoir des ailettes 4. Les ouvertures d'entrée sont orientées dans une direction transversale au trajet d'écoulement de fluide dans le collecteur 3. Des éléments de filtre sous la forme d'ailettes à surface plane creuses 4 peuvent être montés sur les côtés (comme représenté sur la figure 1) sur le dessus ou sur le fond du collecteur 3 et font saillie vers l'extérieur à partir des ouvertures d'entrée 9. Les ailettes 4 peuvent présenter un espacement uniforme ou variable et sont installées par des cadres 5 et entretoises 6 de montage. Dans un mode de réalisation préféré, les ailettes sont facilement susceptibles d'être retirées en utilisant une broche 10 et des boulons 11, mais elles peuvent également être fixées de façon permanente au collecteur 3. L'eau pénètre dans le filtre par l'intermédiaire des tamis 7 perméables aux fluides sur la surface des ailettes 4 en laissant les débris sur les tamis. L'eau s'écoule ensuite au travers du canal d'écoulement de fluide dans le noyau creux 8 de l'ailette 4 vers le collecteur 3. Diverses parties du collecteur 3, notamment la partie entre les fentes d'ailette 9, peuvent être réalisées en utilisant un matériau perméable aux fluides pour augmenter l'étendue de filtration. Le collecteur 3 peut présenter une ou plusieurs plaques déflectrices 12 pour fournir un support structurel pour les côtés pour résister aux pressions d'aspiration élevées. Les plaques déflectrices 12 présentent de grands trous 13 pour assurer la vitesse d'écoulement dans le canal d'écoulement de fluide dans le collecteur 3 au-dessus et en dessous de la chicane. Les extrémités de chaque collecteur 3 ont des rebords 14 qui permettent l'adjonction de modules devant être fixés conjointement. Les modules peuvent être fixés conjointement ou ils peuvent être montés indépendamment avec des dispositifs d'étanchéité entre les modules. Les cadres de montage 5 peuvent être prévus sous le module. Les cadres de montage 5 ont des dispositifs de montage de hauteur réglables 15 qui permettent au dispositif d'être installé sur les sols qui ne sont pas à niveau. La figure 3 représente un mode de réalisation en variante de la présente invention. Ce mode de réalisation est utile pour des situations dans lesquelles il y a un puisard 45 préexistant avec un couvercle 46 (qui peut préexister ou être installé de façon spécifique pour supporter les modules de filtre) et une admission de pompe 47 à l'intérieur du puisard 45. Le module de filtre 48 comprend des ailettes 49 montées dans un cadre 50 avec une console appropriée. A des fins de simplicité, on a représenté seulement un module sur la figure 3. Si cela est nécessaire, on peut monter plusieurs modules de filtre 48 d'une façon analogue sur le puisard 45. L'écoulement pénètre dans les ailettes 49 de la même façon que décrit cidessus eu égard au mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, mais va ensuite directement dans le puisard 51 et ensuite dans l'admission de pompe 52. L'admission de pompe 52 peut être modifiée pour réduire les pertes d'entrée. Aucun collecteur séparé n'est requis pour cet agencement car le puisard 51 réalise lui-même cette fonction. Une dérivation d'écoulement indésirable entre le couvercle de puisard 46 et le cadre de module 50 peut être empêchée en utilisant des tolérances étroites entre les parties d'adaptation ou en utilisant des joints métalliques ou n'importe quel autre type approprié de dispositif d'étanchéité, comme celui désigné par 25 sur la figure 5 sur le bord de l'ailette. Des parties appropriées du cadre 50 du module ou du couvercle 46 de puisard peuvent être obtenues à partir de tôle perforée pour augmenter l'étendue de filtration. Pour permettre l'utilisation d'un certain volume du puisard 51, le module de filtre peut être évidé soit partiellement soit complètement dans le puisard en dessous du niveau du sol. Dans un tel cas, le cadre 50 du module se prolongera vers le bas à partir du niveau du sol vers le fond du module afin d'empêcher l'écoulement de passer outre les éléments de filtration du filtre. L'ingestion d'air peut être empêchée en assurant qu'il y ait une hauteur suffisante d'eau au dessus du filtre. Dans une variante, on peut ajouter un couvercle horizontal (non représenté) sur les ailettes. Ce couvercle permet aux ailettes d'être plus proches de la surface de l'eau sans ingestion d'air ou sans provoquer de vortex des noyaux creux. Divers types d'entretoises, comme celles représentées sur les figures 1, 2 et 3, sont utilisés pour assurer que le filtre soit suffisamment rigide pour résister aux charges de pression et secousses sismiques prévisibles. En outre, des entretoises externes, comme celles désignées par le symbole de référence 6 sur la figure 2, peuvent également être placées entre les ailettes. Pour toutes les applications, il est souhaitable d'optimiser la conception pour le type et la quantité de débris que le filtre doit traiter. Deux facteurs fondamentaux nécessitent d'être considérés: l'étendue de filtration requise et le volume potentiel des débris qui doivent être reçus dans le filtre. Le nombre d'ailettes est déterminé par l'étendue de filtration requise et ensuite l'espacement des ailettes peut être amené à varier pour assurer qu'il y ait un espace suffisant entre les ailettes pour recevoir le volume de débris potentiel. Le module de filtre est avantageusement fabriqué selon une dimension permettant un traitement aisé et peut être installé sans interférence avec l'équipement environnant. En outre, un ensemble de filtre complet peut comporter autant de modules de filtre que cela est nécessaire. Deux types d'ailettes qui peuvent être incorporés dans l'appareil de la présente invention sont discutés ci-après en relation avec les figures 4, 5, 6 et 8. On décrit tout d'abord l'ailette à surface plane. En se référant à la figure 4, selon un aspect de la présente invention, les ailettes à surface plane présentent une paire de tamis 16 perméables aux fluides plans en tôle perforée sur chaque côté de l'ailette selon une relation espacée opposée. Les tamis 16 filtrent les débris de l'eau pénétrant dans le filtre. Les deux tamis 16 sont séparés par un espaceur en métal ondulé 17. L'espaceur 17 fournit la rigidité et la résistance et forme également des canaux d'écoulement entre les tamis 16 au collecteur 3. Les bords des tamis 16 sont entourés par le cadre périmétrique 18. Les canaux d'écoulement entre les tamis 16 sont ouverts à la communication de fluide avec le trajet d'écoulement enfermé dans le collecteur 3 par l'intermédiaire du bord latéral marginal du cadre 18 qui s'adapte dans l'ouverture 9 du collecteur 3. Le cadre 18 augmente également de façon significative la résistance structurelle de l'ailette. Si l'application nécessite des trous de filtration plus petits que ceux fournis en utilisant une tôle métallique perforée classique, une couche de tôle fine peut être stratifiée sur la surface des tamis métalliques perforés 16 de l'ailette. Les avantages de la construction d'ailette représentée sur la figure 4 sont une simplicité de fabrication et un volume interne minimal. On décrit à présent une ailette à surface ondulée. En se référant aux figures 5, 6 et 8A-8E selon un autre aspect de la présente invention, les ailettes à surface ondulée sont constituées de deux couches de tamis métallique perforé 19 qui ont été ondulées pour augmenter leur étendue de surface exposée. Les débris filtrés de l'eau pénétrant dans le filtre sont déposés sur ces surfaces ondulées. Les ondulations fournissent divers avantages. La grande augmentation de l'étendue de surface de filtration sur un tamis plat est un avantage très important pour les couches de débris minces qui posent souvent problème, eu égard aux couches de débris épaisses plus poreuses. La surface accrue réduit l'étranglement à l'écoulement pénétrant dans le filtre en réduisant la vitesse de l'eau au travers du tamis et en réduisant l'épaisseur des débris (car ils s'étendent sur une plus grande surface). Les "pics" des ondulations réduisent également la chute de pression en tendant à favoriser un lit de débris localement non uniforme. Même avec des couches de débris qui sont plus épaisses que la hauteur des ondulations, on obtient un avantage significatif car les particules fines migrent souvent au travers du lit de débris et se concentrent près de la surface de filtration en provoquant une couche imperméable relativement mince à la surface. La résistance de cette couche mince à l'écoulement pénétrant dans le filtre est réduite avec l'étendue de tamis supérieure obtenue par les ondulations. Une autre caractéristique importante de cette conception est que les tamis ondulés peuvent être réalisés suffisamment résistants pour être considérés comme l'élément structurel de base dans l'ailette. En outre, le tamis peut également être formé en utilisant un matériau de tôle relativement fin. Ceci réduit la quantité de matériau nécessaire pour réaliser une ailette en réduisant le coût et en rendant les ailettes plus aisées à manipuler en raison de leur poids réduit. Les tamis en tôle métallique perforée et ondulée ont une pluralité de "pics" et de "creux" parallèles et sont positionnés selon une relation espacée opposée de sorte que les pics alternants dans un tamis sont en contact d'extrémité à extrémité avec les pics alternants dans le tamis opposé. Cette configuration forme des canaux internes creux pour l'entrée du fluide dans le filtre pour l'écoulement vers le collecteur de recueil. Ces canaux d'écoulement sont non obstrués et peuvent être réalisés suffisamment importants pour fournir une limitation minimale à l'écoulement. Le volume interne de l'ensemble est réduit, rendant ainsi maximum l'espace à l'extérieur du filtre pour recueillir les débris. Comme représenté sur la figure 5, le cadre périmétrique autour des tamis perméables aux fluides peut comprendre une barre plane 20 pour étanchéifier les bords parallèles aux ondulations et pour fournir des points de fixation résistants 21 pour l'entretoise 6 et le matériel de fixation des ailettes 10 et 11. Ces bords peuvent également être étanchéifiés avec un tamis métallique 22 pour augmenter davantage l'étendue de surface de filtration. Le cadre périmétrique autour des tamis perméables aux fluides peut également comporter des capuchons métalliques perforés 23 pour étanchéifier les extrémités des ondulations. L'avantage de ce type de capuchon d'extrémité est qu'il s'ajoute à l'étendue de tamis perforé et ne limite pas l'accès d'écoulement à l'espace entre les ailettes. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 6 et 8A-8E, le capuchon d'extrémité 40 est formé à partir d'un canal qui est ensuite soudé sur l'extrémité de l'ailette. L'avantage de ce type de capuchon d'extrémité est qu'il est simple à fabriquer et augmente de façon significative la résistance de l'ailette. Il peut être totalement ou partiellement perforé si une étendue de tamis supplémentaire est nécessaire. Le bord latéral marginal du cadre périmétrique au bord de l'ailette s'adaptant dans le collecteur est adapté à une section transversale rectangulaire pour s'adapter aux fentes rectangulaires 9 dans le collecteur. Ceci peut être réalisé en utilisant une bande dentée de métal perforé 24 avec le bord étanchéifié dans le collecteur avec les bandes métalliques flexibles 25, comme représenté sur la figure 5. Les figures 6 et 8A-8E représentent également une conception plus simple d'un capuchon 41 pour la partie du cadre périmétrique au niveau de l'extrémité de collecteur de l'ailette. Le capuchon 41 est formé à partir d'une pièce en U qui est soudée sur les extrémités des feuilles de tôle métallique perforée et ondulée. Le capuchon 41 présente de grandes ouvertures au travers desquelles l'écoulement 43 à partir des canaux entre les ondulations communique avec les ouvertures 9 et le trajet d'écoulement enfermé dans le collecteur 3. Les côtés du capuchon d'extrémité fournissent des surfaces pour fixer des dispositifs d'étanchéité 42 qui assurent une bonne adaptation de l'ailette dans le collecteur. On décrit ci-après l'égalisation d'écoulement. Un écoulement raisonnablement uniforme est souhaitable pour empêcher la formation de vortex de noyau creux et pour assurer que les débris se déposant sur le filtre ne soient pas garnis de manière trop dense. Si l'écoulement se concentre sur un point, les débris s'accumuleront rapidement dans ce point selon une concentration très dense en élevant la résistance d'écoulement suffisamment de sorte que l'écoulement pénètre dans un point contigu en y provoquant aussi l'accumulation d'un lit dense. Si on ne fait rien, ceci peut progresser au travers de tout le filtre en provoquant une bien plus grande perte de pression que si les débris s'accumulent de façon uniforme. Dans un autre mode de réalisation de la présente invention représenté sur la figure 7, l'écoulement pénétrant en divers points sur la longueur du collecteur est régulé en utilisant des dispositifs de régulation d'écoulement qui renforcent la pression à l'intérieur du collecteur. Lorsque le fluide s'écoule le long du collecteur, la chute de pression par friction et la chute de pression par accélération provoquent une diminution de pression plus près de l'extrémité d'aspiration du collecteur (c'est-à-dire dans la direction d'écoulement de fluide). Ceci fournira normalement plus de pression pour l'écoulement pénétrant dans les ailettes, provoquant un écoulement quelque peu non uniforme (plus d'écoulement pénétrant dans les ailettes plus près de l'admission de pompe ou l'extrémité d'aspiration). Pour assurer que l'eau pénétrant dans n'importe quelle ailette soit soumise à la même différence de pression appliquée, des dispositifs de régulation d'écoulement calibrés sont ajoutés, lesquels fournissent une limitation supérieure pour les ailettes plus près de l'extrémité d'aspiration du filtre qu'à l'extrémité éloignée. Conformément à un autre mode de réalisation préféré de la présente invention, les dispositifs d'équilibre d'écoulement fournissent une limitation d'écoulement d'une façon partiellement réversible. Ainsi, l'énergie requise pour accélérer l'écoulement au travers des dispositifs d'équilibre d'écoulement est tout d'abord transformée en énergie cinétique comme un jet d'eau dans le collecteur pointé dans la direction de l'écoulement vers l'extrémité d'aspiration. Le moment de ce jet est utilisé pour renforcer la pression dans le collecteur d'une façon qui décale partiellement le frottement amont et les pertes d'accélération. Ce renforcement de pression réduit la quantité de déséquilibre de pression sur la longueur du collecteur. On peut obtenir un écoulement sensiblement uniforme en même temps que la fourniture d'une perte de pression globale inférieure. La figure 7 représente les détails de ce mode de réalisation dans lequel toutes les ailettes ont été retirées à des fins de clarté sauf une. Les écoulements aux divers emplacements sont illustrés par des flèches. L'écoulement de fluide 25 pénètre dans l'élément de filtre 32 en forme d'ailette au travers des tamis perforés, traverse les canaux internes formés par les ondulations qui sont en communication de fluide avec le collecteur 35 par l'intermédiaire d'un capuchon d'extrémité 41 (voir figures 6 et 8A-8E) et d'une fente 26. L'écoulement à partir des ailettes voisines pénètre de façon similaire dans le collecteur 35 par l'intermédiaire des fentes 27 et 28. Un canal de recueil relativement étroit 38 à l'intérieur du collecteur 35 est défini par la chicane verticale 31 pénétrant à l'intérieur de la paroi extérieure 36 du collecteur 35. L'écoulement à partir du canal de recueil est accéléré par l'intermédiaire d'un orifice 33 formant un jet 39 qui rejoint l'écoulement 29 à partir des ailettes amont. Etant donné que la vitesse du jet 39 est sensiblement parallèle à la vitesse de l'écoulement principal 29, la pression de l'écoulement aval 30 est augmentée par rapport au cas où l'eau serait injectée perpendiculairement à l'écoulement principal. En outre, étant donné que la vitesse du jet 39 est supérieure à la vitesse de l'écoulement principal 29, un moment est ajouté à l'écoulement principal qui renforce la pression au niveau de l'écoulement 30 par rapport à celle qui existerait si la vitesse d'écoulement du jet 39 était la même que celle de l'écoulement principal en 29. En outre, l'orifice 33 fournit une contraction uniforme pour l'écoulement de sorte qu'il y a une perte d'énergie minimale dans la création du jet 39. La pression dans le collecteur principal 35 chute lors d'un déplacement plus près de l'admission de pompe en raison des chutes de pression d'accélération et de friction. Les différences de pression au niveau des orifices plus près de l'admission de pompe sont par conséquent plus grandes qu'au niveau des orifices plus éloignés. Afin d'équilibrer les écoulements pénétrant dans le collecteur principal, la largeur de chaque orifice 33, 34 est choisie afin que les pressions amont de tous les orifices, par exemple chacun des canaux de recueil 38, 37, soient égales. Une pression sensiblement égale peut être obtenue en prévoyant que les orifices plus proches de l'admission de pompe présentent une étendue d'écoulement plus petite que les orifices plus éloignés de l'admission de pompe avec le résultat qu'on maintient un écoulement de fluide sensiblement uniforme au travers des éléments de filtre situés en différentes positions le long du trajet d'écoulement dans le collecteur 3. On peut fournir un dispositif de régulation d'écoulement sous la forme d'un orifice conformé et dimensionné de manière appropriée pour les canaux de recueil individuels dont chacun entoure plusieurs ouvertures (comme représenté sur la figure 7) ou, en variante, pour chaque ouverture d'entrée individuelle. Sauf indications contraires, tous les termes scientifiques et techniques utilisés dans l'invention ont la signification habituelle comprise par l'homme du métier. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés et décrits en détail et diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Filtre pour filtrer des débris à partir d'un fluide comprenant un collecteur (3) définissant un volume enfermé et ayant une sortie en communication de fluide avec une source d'aspiration, ledit collecteur (3) ayant une pluralité de fentes d'ouverture d'entrée formées dans celui-ci, un élément de filtre en forme d'ailette faisant saillie vers l'extérieur à partir de chaque fente d'ouverture pour filtrer les débris à partir dudit fluide, chaque dit élément de filtre comprenant un cadre périmétrique (18) et deux tamis perméables aux fluides fixés à celui-ci selon une relation espacée opposée et au moins un canal d'écoulement de fluide entre eux en communication de fluide avec ledit volume enfermé par l'intermédiaire d'un bord latéral marginal dudit cadre (18) et de ladite fente d'ouverture. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tamis perméables aux fluides (16) sont formés de tôles métalliques perforées. 3. Filtre selon la revendication 2, comprenant, en outre, un élément d'espacement métallique ondulé disposé entre lesdits tamis perméables aux fluides et maintenant lesdits tamis perméables aux fluides selon une relation espacée, plusieurs desdits canaux d'écoulement étant définis entre ledit élément d'espacement métallique ondulé et lesdits tamis perméables aux fluides. 4. Filtre selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit cadre périmétrique (18) est imperméable aux fluides sauf sur un dit bord latéral marginal. 5. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que les tamis perméables aux fluides sont chacun formés d'une tôle métallique perforée et ondulée ayant une pluralité de pics et de creux parallèles, lesdits tamis étant maintenus selon une relation espacée opposée par contact au niveau de pics alternants et définissant une pluralité desdits canaux d'écoulement entre eux. 6. Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit cadre périmétrique (18) est imperméable aux fluides, sauf au niveau dudit un bord latéral marginal.