METHOD AND APPARATUS FOR THE HELICAL BENDING OF THE TUBES OF A TUBE COILING OF A STEAM GENERATOR

Abstract: 1. A process for coiling tubes constituting the nest of tubes of a steam generator, it being required to helically wind the tubes in a plurality of evenly spaced apart concentric successive layers around a cylindrical hub (4) ; in which the end of the tubes is fixed on the cylindrical hub or on a member connected to said cylindrical hub, and the tube or tubes are wound on the hub by a relative displacement between the rotating hub and the support of the tubes, characterized in that it comprises, beforehand, constituting a plurality of rectilinear tubes (1) and bending one of the end portions of each tube (1) in the shape of a helix identical to that of the winding of the tube around the hub, the radius of curvature of the bend thus obtained substantially corresponding to the radius of the winding of the tube (1), then fixing the end of this or these bent tubes (1) on the hub and subjecting this hub to a simultaneous movement of rotation and movement of longitudinal translation so as to wind the tube or tubes in a spiral around the hub, during the winding operation, the straight portion of the tube or tubes being guided, in the vicinity of the hub, by guide elements mounted to be fixed in position, and bending on the hub the other end portion of the tube or tubes which has just been simultaneously wound, so as to complete the winging.

Description: Procédé et dispositif de serpentinage des tubes d'un faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur La présente invention concerne un procédé permettant de réaliser le serpentinage des tubes constituant le faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur, en particulier d'un générateur de vapeur du type "sodium-eau" utilisé dans une centrale nucléaire à neutrons rapides. L'invention concerne aussi le dispositif permettant de réaliser ce serpentinage conformiment au procédé. Certains générateurs de vapeur catportent un faisceau tubulaire conpasé d'une pluralité de tubes enroulés hélioeidaleeent autour d'un moyeu cylindrique, ces tubes constituant ainsi autour du moyeu plusieurs couches concentriques rXgulièrement espacées entre elles. Dans un tel faisceau tubulaire, il est en outre prévu entre chaque couche de tubes, des pièces support destinées à maintenir ltensemble des tubes régulièrement espacés. De nombreuses difficultés apparaissent lors de la réalisation d'un tel faisceau tubulaire constitué de tubes enroulés hélicoidalement. Il est en effet indispensable d'enrouler ces tubes en ayant la garantie d'un positionnement très rigoureux. Il faut donc prendre toutes les dispositions nécessaires pour obtenir à la fois un rayon de courbure du tube enroulé, un espacement entre chaque tube ainsi qu'un angle d'inclinaison d ' enroulement parfaitement déterminés et constants. Devant ces exigences particulières, il est apparu que les procédés courants de serpentinage ne convenaient pas. On peut imaginer, par exemple, de disposer un moyeu cylindrique sur des paliers de façon à ce qu'il soit mobile en rotation, d'attacher l'extrémité d'un ou plusieurs tubes droits au voisinage d'une extrémité du moyeu cylindrique, puis de faire tourner ce moyeu de façon à enrouler héli coidaiement autour de ce moyeu le ou les tubes. Un tel système de serpentinage présente 1'inconvénient de solliciter très fortement en traction le point d'attache de l'extrémité du tube sur le moyeu, lors du commencement de l'opération d'enroulement, et par conséquent il existe un risque certain de détérioration de l'extrémité du tube, au niveau de sa liaison sur le moyeu. D'autre part, avec un tel système, il est pratiquement impossible de garantir la constance de l'angle d'hélice, parcequ'il est nécessaire de déplacer l'ensemble des tubes selon une direction parallèle à l'axe de rotation du moyeu, pendant l'opération d'enroulement. Un tel guidage et déplace ment des tubes est difficilement réalisable, vu la longueur généralement grande de ces tubes. On ne peut en effet envisager de déplacer latéralement un ensemble de plusieurs tubes droits faisant, par exesple, 100 mètres de long, en garantissant une grande précision dans le mouvement. Il faut alors admettre une approximation en prévoyant uniquement le contrôle du déplace- ment des tubes selon une direction parallèle à l'axe du moyeu en utilisant seulement des éléments de guidage des tubes disposés à proximité du moyeu. Il faut alors compter sur la flexibilité de la partie droite des tubes pour que le dispositif de guidage et de déplacement des tubes garde une efficacité. Un tel système de serpentinage ,n'est donc pas entièrement satisfaisant lorsqu'il est utilisé pour la construction d'un faisceau tubulaire hélioeidal nécessitant de grandes exigences en matière de précision et de qualité, ce qui est, par exemple, le cas d'un faisceau tubulaire hélioeidal d'un générateur de vapeur utilisant comme fluide calouorteur du sodium liquide, et utilisé généralement dans une centrale nucléaire à neutrons rapides. L'invention vise par conséquent à pallier les inconvénients précé- demment cités, en vue de permettre la construction, dans de bonnes conditions, d'un générateur de vapeur du type "sc - iumreau" utilisé généralement dans une centrale nucléaire à neutrons rapides. La présente invention concerne plus précisément un procédé de serpentinage des tubes constituant le faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur, les tubes devant être enroulés hélioeidalement autour d'un moyeu cylindrique, en plusieurs couches concentriques successives régulièrement espacées. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce procédé consiste à constituer une pluralité de tubes rectilignes, à cintrer ensuite l'une des parties extrêmes de chacun de ces tubes, le rayon de courbure ainsi obtenu correspondant sensiblement au rayon d'enroulement du tube, à fixer ensuite l'extrémité de la partie cintrée d'un ou de plusieurs tubes sur le moyeu cylindrique ou sur une pièce liée au moyeu cylindrique, puis à animer le moyeu d'un mouvement simultané de rotation et de translation longitudinale afin d'enrouler en spirale autour du moyeu le ou les tubes, pendant cette opération d'enroulement la partie droite des tubes étant guidée, au voisinage du moyeu, Åa l'aide d'éléments de guidage montés fixes, et enfin à cintrer sur le moyeu l'autre partie extrême du tube ou des tubes venant d'être enroulés simultanément, afin d'achever l'enroulement. L'invention concerne aussi le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de serpentinage objet de l'invention. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, ce dispositif se compose essentiellement d'une machine conprenant un bati muni de galets roulant sur des rails rectilignes, d'un pignon moteur en prise sur une crémaillère rectiligne parallèle aux rails, d'une broche tournante motrice accouplée au moyeu cylindrique du générateur de vapeur, de galets supports disposés aux deux extrémités du moyeu cylindrique, permettant au moyeu de tourner autour de son axe disposé parallèlgmPnt aux rails, et d'une transmission établissant un rapport constant entre la rotation de la broche et celle du pignon moteur, afin d'cbtenir le mouvement simultané, de rapport constant, de rotation du moyeu et de translation de l'ensemble de la machine supportant le moyeu, le rapport de transmission étant déterminé en fonction de l'angle d'inclinaison de l'enroulement hélioeidal des tubes autour du moyeu. D'autres caractéristiques et avantages de 1' invention apparaîtront lors de la description détaillée de l'exemple de réalisation qui va suivre, illustrée par les dessins annexés. Les figures 1 à 5 montrent les étapes successives du procédé de serpentinage selon l'invention. La figure 1 montre un tube de grande longueur destiné à être serpentiné selon le procédé de 1' invention. La figure 2 montre une variante de réalisation du tube. La figure 3 montre schématiquement une première opération du procédé selon l'invention. La figure 4 montre schématiquement l'cpération suivante du procédé selon l'invention. La figure 5 montre schématiquement la dernière opération du procédé selon l'invention. La figure 6 montre schématiquement, en perspective, 1 'opération de serpentinage conforme au procédé selon l'invention. La figure 7 montre, en vue longitudinale, une machine permettant de réaliser 1 'opération de serpentinage conforme au procédé selon 1' inven- tion. La figure 8 représente la même machine selon une coupe transversale A-A. La figure 9 représente en coupe partielle DO le faisceau tubulaire. En se reportant aux figures 1 à 6, on va décrire les étapes suc cessives du procédé de serpentinage conforte à l'invention. Le but de l'invention est de réaliser le faisceau tubulaire héli cordal d'un générateur de vapeur de grande Puissance. La première opération consiste à réaliser un grand nombre de tubes rectilignes 1 de grande longueur. Cette longueur des tubes peut être par exemple, de l'ordre de 100 mètres. Ces tubes 1 sont généralement réalisés à partir de plusieurs troncons de tubes reliés bout à bout par des soudures 2, 3. Une fois ces tubes réalisés et stockés, on saisit un de ces tubes et on réalise une opération de cintrage d'une de ses extrémités de façon que la courbure ainsi obtienne présente un rayon égal au rayon d'enroulement du tube sur un moyeu. Ensuite, comme représenté en figure 4, on dispose ce tube ainsi cintré sur le moyeu cylindrique 4 du générateur de vapeur, monté sur une machine 5. On attache l'extrémité 6 du tube sur le moyeu 4, au voisinage d'une des extnG- mités du moyeu, et on dispose, sur la partie rectiligne du tube, au voisinage de la machine 5, un guide 7 monté fixe par rapport au sol 8. on procède alors à l'enroulement hélicoïdal du tube l autour du moyeu cylindrique4 en animant ce moyeu 4 simultanément, d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal 9 et d'un mouvement de translation le long de ce rreee axe 9. On peut enrouler un seul tube 1 hélioeidalement sur le moyeu 4, mais on peut aussi enrouler ainsi simultanément plusieurs tubes la, lb, lc, sur le moyeu 4, comme représenté dans la figure schimatique 6. Il est préférable de donner à la partie du tube cintrée avant l'enroulement du tube autour du moyeu (figure 3) la forme d'une hélice dont l'angle d'inclinaison est identique à celui de l'enroulement hélicoïdal du tube autour du moyeu. Cette partie du tube cintrée avant l'enroulement du tube autour du moyeu, peut s'étendre, de préférence, approxImativement sur un demi-tour. Dans la pratique, il est nécessaire de procéder au cintrage de cette partie du tube sur un gabarit de forme hélicoidale, d'angle d'inclinaison identique à celui de l'enroulement hélicoidal du tube autour du moyeu, et de diamètre légèrement plus faible que le diambtre d'enroulement du tube, afin de tenir compte du retour élastique du tube après cintrage. On peut disposer, sur la pièce fixe formant guide 7, des éléments de friction appliqués sur les tubes guides, afin de soumettre ces tubes à un effort de traction durant l'opération d'enroulement des tubes autour du moyeu. Lorsque l'opération d'enroulement des tubes parvient à sa fin, on dispose sur la partie extrême non enroulée de chaque tube, un gabarit courbe, puis on cintre les extrémités droites des tubes sur ces gabarits en leur conférant une forme correspondant à l'enroulement des tubes autour du moyeu. De façcri connue, on peut enrouler successivement plusieurs couches de tubes autour du moyeu, en disposant entre les différentes couches des pièces longitudinales servant au guidage et au positionnement des tubes. on obtient alors le faisceau tubulaire couplet permettant de réa- liser le générateur de vapeur. Carre représenté en figure 2, avant toute opération de cintrage des tubes, on peut former sur une courte distance des extrémités des tubes des coudes afin que chaque tube, une fois enroulé autour du moyeu, présente ses deux extrémités orientées longitudinalement par rapport au moyeu. En se référant maintenant aux figures 7 à 9, an va décrire un dispositif permettant de réaliser le serpentinage des tubes constituant le faisceau tubulaire de générateur de vapeur selon le procédé qui a été décrit préccdee#t. Ce dispositif se compose essentiellement d'une machine Il qui prend un bâti 12 muni de galets 13 roulant sur des rails 14 rectilignes et parallèles, un pignon moteur 15 en prise sur une crémaillère 16 rectiligne parallèle aux rails, une broche tournante 17 motrice accouplée au moyeu cylindrique 4 du générateur de vapeur, et des galets supports 18 disposés aux deux extrémités du moyeu cylindrique 4, permettant au moyeu 4 de toute ner autour de son axe 9 disposé parallèlement aux rails. La machine comporte en outre une transmission établissant un rapport constant entre la rotation de la broche 17 et celle du pignon moteur 15, afin d'obtenir le mouvement simultané de rapport constant entre le mouvement de rotation du moyeu 4 et le mouvement de translation de ltensemble de la machine il sup portant le moyeu 4, le rapport de transmission étant déterminé mé en fonction de l'angle d'inclinaison de l'enroulement hélicoidal des tubes autour du moyeu. La machine peut comporter en outre, un bâti secondaire l9 pouvant se mouvoir longitudinalement par rapport au bâti 12 de la machine en étant guidé à l'aide de glissières 20, ce bâti 19 étant destiné à supporter une pièce 21 constituant un guide pour les tubes à enrouler. La machine 11 fonctionne de la manière suivante : après cintrage de la partie extrême des tubes, on accroche leur extrémité 6 sur le moyeu 4, puis on met en route la machine qui fait tourner le moyeu 4 tout en se mouvant longitudinalement, ce qui provoque l'enroulement hélicoldal des tubes autour du moyeu 4. Lorsque l'on parvient vers la fin de cette opéra- tion d'enroulement, on arrête la rotation du pignon moteur 15, afin d'ar prêter le mouvement longitudinal de la machine 11, on déplace le guide 21 de manière & l'amener en contact avec l'extrémité non enroulée des tubes, puis on continue à faire tourner le moyeu 4 en déplaçant longitudinalement le bâti 19 supportant le guide 21 par rapport ai bSti 12 de la machine. De cette manière, on peut réaliser l'enroulement bélioeidal des tubes en se rapprochant au maximum de l'extrémité du moyeu 4. on procède alors au cintrage de l'extrémité libre des tubes afin de terminer complètement leur enroulement autour du cylindre, ce cintrage conférant au tube une forme en hélice identique à celle de l'enroulement du tube autour du moyeu. En se reportant à la figure 9, on distingue les nappes successives 22, 23, 24 de tubes enroulés concentriquement autour du moyeu 4. D'une manière connue en soi, les différentes naeees de tubes sont mainte- nues en place à l'aide de pièces supports 25. Si, lors de 11 enroulement des tubes on dispose seulement des pièces supports 25, les tubes risquent ne pas prendre une forme parfaitement circulaire parce que l'on ne peut pas disposer un très grand narre de pièces supports 25 sur toute la périp66- rie. On peut alors disposer entre deux pièces supports 25 consécutives, des pièces 26 disposées longitudinalement, sur toute la longueur du moyeu 4, ces pièces 26 présentant la forme d'une barre aplatie. On dispose ainsi tout autour de la couche de tubes précédeement enroulés un grand nombre de ces barres 26, leur plan médian étant disposé radialement. on peut alors procéder à l'enroulement d'une couche supplémentaire de tubes qui viennent s'appliquer contre les pièces supports 25 et contre les pièces d'espacement 26 disposées entre les pièces supports 25. Lorsque l'opération d'enroule ment est terminée, on peut retirer les barres 26 en les faisant tourner sur elles-mêmes d'un quart de tour toomme représenté en 26'), puis en les faisant glisser longitudinalement & travers les deux couches de tubes jusqu'à leur extraction cowplbte. L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit, à titre d'exemple non limitatif, mais elle comporte toutes les variantes de réalisation envisageables.

Claims: REVENDICATIONS 1. Procédé de serpentinage des tubes constituant le faisceau tubula ire d'un générateur de vapeur, les tubes devant être enroulés hélicoldale- ment autour d'un moyeu cylindrique, en plusieurs couches successives concentriques régulièrement espacées, caractérisé par le fait qu'il consiste à constituer une pluralité de tubes rectilignes (1), à cintrer l'une des parties extrêmes de chaque tube (1), le rayon de courbure du cintrage ainsi obtenu correspondant sensiblement au rayon d'enroulement du tube (1), à animer le moyeu d'un mouvement simultané de rotation et de translation longitudinale afin d'enrouler en spirale autour du moyeu le ou les tubes, pendant l'ope'ration d'enroulement la partie droite du ou des tubes étant guidée, au voisinage du moyeu au moyen d'éléments de guidage montés fixes, et enfin à cintrer l'autre partie extrême du ou des tubes venant d'être enroulés simultanément, afin d'achever l'enroulement. 2. Procédé de serpentinage selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie du tube cintrée avant l'enroulement du tube autour du moyeu présente la forme d'une hélice dont ltangle d'inclinaison est identique à celui de l'enroulement hélicoSdal du tube autour du moyeu. 3. Procédé de serpentinage selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la partie extrême du tube cintrée apres ltopéra- tion d'enroulement autour du moyeu est cintrée suivant une forme en hélice identique à celle de l'enroulement du tube autour du moyeu. 4. Procédé de serpentinage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la partie du tube cintrée avant l'enroulement du tube autour du moyeu stétend approximativement sur un demi-tour. 5. Procédé de serpentinage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les extrémités du tube sont en outre coudés (10) sur une courte distance, avant toute opération de cintrage du tube (i), afin que ce tube, une fois enroulé autour du moyeu, présente ses deux extrémités orientés longitudinalement. 6. Dispositif permettant de réaliser le serpentinage des tubes constituant le faisceau tubulaire d'un générateur de vapeur selon le procédé conforme aux revendications précédentes comprenant une machine munie d'un moyeu cylindrique mobile enzrotation, caractérisé par le fait que la machine(ll)comporte également un bâti muni de galets (13) roulant sur des rails (14) rectilignes, d'un pignon moteur (15) en prise sur une crémaillère rectiligne (16) parallèle aux rails d'une broche (17) tournante motrice accouplée au moyeu cylindrique (4) du générateur de vapeur, et d'une transmission établissant un rapport constant entre la rotation de la broche (17) et celle du pignon moteur (15), afin d'obtenir le mouvement simultané, de rapport constant, de rotation du moyeu et de translation de ltensemble de la machine supportant le moyeu, le rapport de transmission étant déterminé en fonction de l'angle d'inclinaison choisi pour l'enroulement hélicoïdal des tubes autour du moyeu.

Inventors: RIGOULOT, CLAUDE
Applicants: FRAMATOME ET CIE.
Application year: 1983
Main classification: B21D11
IPC codes: B21D53, B21D11