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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 échangeur 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 régulièrement 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 prenant appui sur l'enveloppe extérieure.
Elles permettent aussi d'ajuster l'écartement entre l'enveloppe de faisceau 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 faisceau, et un ou plusieurs coins de calage interposés entre la pièce d'appui et la plaque entretoise correspondante. Chacune des pièces d'appui est en appui contre l'enveloppe extérieure par une partie de section réduite.
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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 circonférence de cet espace annulaire. Elles permettent à l'enveloppe 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 verticaux 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 anti-sismiques et de butées anti-envot dans la partie basse de l'espace annulaire constitue un inconvénient 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
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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 échangeur de chaleur de type vertical, dans lequel les fonctions 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 enveloppe 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 disposées 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 surfaces en vis-à-vis formées sur des pièces de supportage de l'enveloppe de faisceau, fixées à l'enveloppe extérieure, de façon à interdire tout déplacement de l'enveloppe de faisceau par rapport à l'enveloppe extérieure parallèlement audit axe.
Selon un mode de réalisation préféré de t 1 in-
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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 rapport à l'axe commun à l'enveloppe extérieure et à l'enveloppe de faisceau.
Chacune des pièces d'appui comprend de préférence une partie cylindrique de relativement grand diamètre, soudée dans l'une des ouvertures, de formes circulaires, et une partie cylindrique de relativement petit diamètre, portant lesdites surfaces opposées.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, 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 antisismiques et anti-envol placées au niveau de la plaque entretoise la plus basse du générateur de vapeur illustré sur la figure l ; et - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2.
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On a représenté schématiquement sur la figure 1 un générateur de vapeur utilisé dans une centrale nucléaire, pour assurer le transfert thermique entre l'eau primaire contenue dans le circuit primaire du réacteur 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 10, 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 sortie 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 extrémités inférieures sont fixées par dudgeonnage et par 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 collecteur d'entrée 14, une partie verticale relativement froide débouchant dans le collecteur de sortie 16 et 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 1'. axe de l'enveloppe extérieure 10. Cette enveloppe de faisceau 22 délimite avec l'enveloppe extérieure 10 un espace annulaire 24. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure l, un
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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 annulaire 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 secondaire se réchauffe sous l'effet de l'échange thermique qui s'effectue alors entre l'eau primaire et l'eau secondaire 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 ressortir 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 plaques 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
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sur la figure l, le générateur de vapeur comporte en outre, dans l'espace annulaire 24 et au niveau de chacune des plaques antivibratoires 32, des butées anti-sismiques 34 réalisées conformément aux enseignements du document FR-A-2 562 996. Ces butées anti-sismiques, non représentées en détail sont par exemple au nombre de 12 ou de 14 régulièrement réparties sur la circonférence de l'espace 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'enveloppe 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 correspondante.
Ces butées anti-sismiques 34 permettent de
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régler, lors du montage du générateur de vapeur, l'écare 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 32a 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
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toute la circonférence de l'espace annulaire 24, au niveau de la plaque entretoise 32a la plus basse. Ces butées 36 sont associées à 6 butées anti-sismiques 34, de telle sorte qu'au niveau de la plaque entretoise 32a, une butée sur deux soit une simple butée anti-sismique 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 excroissance extérieure tubulaire 38 délimitant intérieurement une ouverture circulaire 40. L'axe de cette ouverture 40 est situé sensiblement au niveau de la plaque entretoise inférieure 32a et orienté radialement par rapport à l'axe vertical commun aux enveloppes 10 et 22.
Chacune des butées 36 anti-sismiques et antienvol 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
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petit diamètre, de chacune des pièces d'appui 42 est orientée vers l'extérieur et terminée par une face d'extrémité convexe 50 qui est normalement en appui contre la surface intérieure de l'enveloppe extérieure 10 lorsque 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 entretoise 32a, 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 32a 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 32a 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 conformes à l'invention et aux butées anti-sismiques 34 équipant par ailleurs le générateur de vapeur, les butées 36 comportent des caractéristiques supplémentaires qui leur confèrent une fonction anti-envol. Ces caractéristiques 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'appui 42 de surfaces complémentaires s'opposant à tout déplacement des pièces d'appui 42 par rapport à t'enve-
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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 extérieure 10 sont formées sur des pièces de supportage 60, 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 rainure 62, sensiblement horizontale, usinée dans la face d'extrémité 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 opposées 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'enveloppe de faisceau 22 et l'enveloppe extérieure 10 et du maintien rigide de l'enveloppe de faisceau et de la plaque entretoise 32a 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 reprise 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 32a, 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'écoulement de l'eau primaire dans cet espace 24 s'en trouve amélioré. De plus, la réduction du nombre de butées dans la partie basse du générateur de vapeur, qui résulte de
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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'intérieur de l'enveloppe de faisceau 22 avant la mise en place des plaques entretoises 32,32a et du faisceau de tubes 20. Elles sont alors soudées dans les ouvertures 40, ce qui a pour effet d'assurer immédiatement la fonction anti-envol, par suite de la coopération des pièces de supportage 60 et des rainures 62. Les plaques entretoises 32 et 32a sont ensuite mises en place et bloquées 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 pourrait 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'enveloppe 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 plaques entretoises 32.
Enfin, l'invention s'applique à tout type de générateur de vapeur tel que décrit et notamment à un générateur de vapeur à économiseur axial présentant en plus une enveloppe intermédiaire située entre l'enveloppe de faisceau et l'enveloppe de pression.