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Nous voue. i-X'Lon;; 7m 1'Lra1 VO'110.Lt' 1*;Ltr(. :!nncx<p présente lettre T'C:C'.iLcL.t,t: ti dnrr.lw rli 1,, dc..Et<,ritit d" br4.v(,-t, Tü' Vfl4,' cota de droit et t sur !,,iiinf Go;.L , n aait jointe toute co )le du brevet suj. p-evu ar--: ,nù6a ' Avec non re-icrclf-ricnts votilllez e-rrrt-r, Monsieur! le Ministre l'assurance- df nûtr*.' troa ..nute con.'-.-id!5ration.
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Perfectionnements aux gêixtlrhteuva ue vapeur il tubes d'eau.
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La présente inventif* des ëL,i3.'3ti!S (,ô vapeur tubes d'eau dans lesquels .: ü 3; = chauffage peut être l'agent ïe refroidissement pri.,s.r= 4!r. av.-.*' . nucléaire.
La conception de eo." ..<'r.it.Murs vise, entre autres, , à procurer le maximum de surf er- ..ffante dans un volume nlnimum, .''n de diminuer le vol.a'' tytrA our "121e puissance donnée et de simpl, er autant que Po 8 'i fabrication et la construction qui,! eu égard aux exigences essentielles @ nécessairement assez compliquées.
L'invention a été mise au point en tenant compte de ces considérations,
Le générateur de vapeur suivant l'invention comporte une enveloppe cylindrique verticale dans laquelle le fluide de.chaut- t'age est mis en circulation et qui contient une colonne de descente
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coaxiale et des conduites de montée raccordées à leurs extrémités Inférieures à la colonne de descente et communiquant avec un ballon de vapeur et d'eau situé à l'extrémité supérieure de la colonne de descente,
chaque conduite de montée comprenant un tube d'entrée et un tube de sortie reliés par un faisceau de tubes intermédiaires en substance droits de plus petit diamètre comportant à chaque extrémi- té un collecteur circulaire ou polygonal, les faisceaux étant répar- tis dans toute la section de l'enveloppe de manière à former une couronne composite entourant étroitement la colonne de descente et occupant la majeure partie du volume de l'enveloppe.
La forme polygonale préférée est l'hexagone. La forme hexagonale est avantageuse du fait qu'un certain nombre d'hexagones peuvent être disposés côte à côte de manière à remplir en substance un cercle ou un anneau. On peut obtenir le même résultat désirable avec certaines autres formes polygonales telles que des formes triangulaires, quadrangulaires et certaines autres qui peuvent être régulières ou irrégulières. Si, cependant, les collecteurs sont hoxagonaux quadrangulaires, triangulaires ou analogues et qu'ils sont juxtaposés et impriqués les uns dans les autres, aucun espace ne subsiste pour la circulation du fluide de chauffage.
Cette diffi- culté est facilement surmontée en disposant les faisceaux de tubes verticalement en quinconce de façon que la moitié des collecteurs à une extrémité de l'enveloppe soit disposée dans un plan et l'autre moitié dans un plan légèrement inférieur.
En général, pour maintenir le volume de l'enveloppe aussi réduit que possible, on place les tubes aussi près que possible et à égale distance les uns des autres sur les collecteurs de sorte que le contour des faisceaux de tubes ait la même forme que les collée* teurs d'extrémité.
Dans la forme d'exécution préférée de l'invention, les tubes de sortie des conduites de montée sont raccordés à une colonne de montée collectrice annulaire entourant la colonne de descente à son extrémité supérieure. Cette disposition offre un certain nombre d'avantages; elle contribue notamment à la compacité du générateur
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de vapeur, elle assiste d$tul déb'-t replie?' du mélange de vapeur et d'eau produit dans les conduites de montée et elle permet de satisfaire tous les besoins de circulation sans nécessiter plus d'un percement de l'extrémité supérieure de l'enveloppe.
Un autre avantage important est aue, cornue les conduites de montée sont raccordées à la colonne de montée collectrice à leur extrémité
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supérieure, et à la colonne de descente à leur extrémité inférieure, elles sont libres de se dilater avec la colonne de descente sans être contenues par l'enveloppe.
La réalisation définie plus haut permet d'atteindre dans
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une grande mesure, les buts généraux spécifiés. Ainsi, il est poss-! ble de loger dans une enveloppe cylindrique d'environ S pieds de diamètre (2,h m), une colonne je .=3Cne d'environ 14 pouces (36 cm) de diamètre et près dp i.0.')''i0 t'tbes de montée intermédiaires! d'environ 318 pouce z an *# diamètre L'enveloppe peut avoir une' longueur considérable, de 60 pieds (18 m) ou davantage, et, par conséquent, on peut obtenir une surface chauffante très étendue et un volume relativement faible pour une puissance donnée.
Elle permet' également d'exécuter la .majeure partie des travaux de construction
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à l'usine plutôt que sur plaCe.. ar exenple, les faisceaux de tubes peuvent être préfabriqués et pr-nvunt être munis l'usine de leurs tubes d'entrée et de sortie, de que le seul travail restant à
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exécuter sur place consista u souder ces tubes d'entrée et de sortie à la colonne de descente à la colonne de montée collée tri- ce.
Cette soudure, comme on peut tti remarquer, peut être effectuée Tant que la colonne de 'lacent" aott logée dans l'enveloppe* Un &v'<jT.<;e important suppiç,.-, - t-, tf l4 l'invention est qu'en substance. toute la surface chauffante est forcée par un grand nombre d'élé-
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fiints Identiques. Cela étant, il est, possible d'utiliser une produc- tion en masse substantielle qui- diminue considérablement les fraie de fabrication.
Un autre avantage important est qu'il est facile d'obtenir une répartition égale des tubes sur toute la section de l'enveloppe.
Pour assurer cette répartition égale, en particulier avec des col-
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lecteurs d'extrémité circulaires, il peut être nécessaire d'adopter un expédient simple qui sera décrit ci-après.
L'utilisation d'un grand nombre de collecteurs au lieu d'une seule plaque à tubes constitue un avantage très important. Si, comme c'est généralement le cas, le générateur doit fonctionner à une pression notable, 1000 livres/pouce carré (70 kg/cm2) par exemple, la plaque à tubes doit avoir une épaisseur de l'ordre de 15 pouces (38 cm) tandis que l'épaisseur des collecteurs ne doit pas être supérieure à celle qui est nécessaire pour leur donner une rigidité adéquate, par exemple 1 pouce environ (2,5 cm). De plus, une plaque à tubes qui couvre toute la section de l'enveloppe freine le passage du fluide de chauffage.
L'entrée et la sortie pour ce fluide doivent donc être disposées entre les plaques à tubes et il y a donc, à chaque extrémité de l'enveloppe, des tronçons de tubes inefficaces qui augmentent inutilement la masse et le prix de revient de l'installation.
Un exemple d'un générateur de vapeur suivant l'invention est décrit ci-après avec référence aux dessins annexés, dans les- quels : la Pige 1 est une coupe verticale plus ou moins schématique du générateur; la Fig. 2 est une coupe verticale d'un collecteur de tainceau de tubes; la Fig. 3 est une vue en plan de la Fige 2; la Fig. 4 est une vue en élévation montrant la disposi- tion des tubes par rapport aux collecteurs; la Fig. 5 est une vue en plan d'une autre forme de collecteur.
Le générateur de vapeur représenté dans les dessins comprend une enveloppe cylindrique 10 comportant une entrée 12 et une sortie 14 pour un fluide de chauffage qui peut être un liquide propre à haute température tel que l'agent de refroidissement primaire d'un réacteur nucléaire.
Une colonne de descente 16 est logée dans l'enveloppe coaxialement et part d'un ballon de vapeur et d'eau sphérique 18.
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Un banc de tubes générateurs de vapeur chauffés par le fluide de chauffage qui traverse l'enveloppe, entoure la colonne de descente.
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Comme le montrent clairement les F1gs. 2 et 3, chaque tube dans le banc générateur de vapeur a la forme d'une conduite de montée comprenant un tube dJtH! tl'ée 2ctb un tube de sortie 22 et un faisceau de tubes intermédiaire X4<. Les tubes d'entrée 20 sont soudés à la colonne de descente à son cxtr{mitt inférieure et commu- ! niquent avec elle-ci et les tubes de sortie 22 communiquent avec une colonne de montée annulaire 26 etsont soudés à sa paroi, cette colonne de montée aboutissant au ballon de vapeur et d'eau 18.
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Chaque faisceau de fcibes 24 dans l'exemple représenté sur les Figs. 2 et 3 comprend de petite tubes 28 qui sont soudés à des collecteurs supérieur et inférieur 30. Ces collecteurs sont repré- sentes sur la Fig. 2. Comme le montrent les dessins, les tubes 28 sont soudés à un côté de ces collecteurs, de préférence par des techniques de soudage intérieur mises au point par la Demanderesse.. tandis que les tubes d'entrée ou de sortie 20, 22 sont raccordés à l'autre côté des collecteurs par des adaptateurs 32.
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Comme le montre la Fig.
, les collecteurs sont hexago- naux en plan et les adaptateurs sont donc évidemment hexagonaux à leur grande extrémité et circulaires à leur petite extrémité, c'est-
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à-dire l'extrémité soudée aux Î.t'..-,. . ax2c:e et de sortie. Chaque faisceau contient dix-neuf r .iDeS ;:'4 qui sont disposés sur les col- lecteurs de façon que le contour des faisceaux soit identique à la
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forme du collecteur, c'est-F ir nxagonale.
Les collecteurs hexa- @naux sont conçus de manière à pouvoir être juxtaposés et imbriqués
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les V!\- dans les autres afi *#-'- couvrir en substance toute la sec- tion de ;;,'enveloppe que l'on désire utiliser. S'ils étaient ainsi juxtaposés, la circulation du fluide de chauffage entre l'entrée et
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la sortie serait cependant entravéo. Las ;0,1,etur s de chacun des deux jeux sont, par conséquent, disposés en quinconce, comme le montre la Fig. 1, de sorte que la moitié d'entre eux est située dans un plan et l'autre moitié dans un plan légèrement inférieur.
Au lieu d'être hexagonaux, les collecteurs peuvent être
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circulaires et, dans de cas, la grande extrémité de l'adaptateur doit évidemment être circulaire aussi. Avec de,.$ collecteurs circu- laires, il n'est pas essentiel de les disposer en quinconce parce que lorsqu'ils sont juxtaposés, ils restent séparés par des espaces permettant une libre circulation du fluide de chauffage.
En fonctionnement, de l'eau d'alimentation est introduite dans le ballon de vapeur et d'eau 18 par une entrée 34. Elle est déchargée dans la colonne de descente 16 par une couronne de distribu- tion 36. La colonne de descente est fermée à son extrémité inférieu- re de sorte que l'eau sort de l'extrémité inférieure de cette colonne par les tubes d'entrée 20 des conduites de montée. Un mélange de vapeur et d'eau est ainsi déchargé des tubes de sortie des condui- tes de montée dans la colonne de montée collectrice annulaire 26 entourant la colonne de descente et ainsi dans le ballon de vapeur et d'eau.
Dans ce ballon, le mélange est séparé dans des sépara- teurs centrifuges 38, la vapeur ainsi séparée étant passée à des sécheurs 40 avant de sortir par la sortie de vapeur saturée 42 et l'eau étant renvoyée dans la colonne de descente 16.
L'agencement que l'on vient de décrire est très compact et se prête parfaitement à la construction de générateurs de vapeur de très grande puissance. Tout l'espace disponible dans l'enveloppe 10 est en substance occupé par des tubes générateurs de vapeur qui, en dépit de leur proximité peuvent être assez facilement assemblés en faisceaux et les faisceaux fixés dans leur position finale.
Chaque conduite de montée formée par un faisceau 24 et des tubes d'entrée et de sortie 20 et 22 peut être préfabriquée à l'usine et être amenée à l'endroit de montage où le seul travail restant à faire consiste à souder les tubes d'entrée à la colonne de descente et les tubes de sortie à la colonne de montée de vapeur 26. Il est remarquer que les conduites de montée composites peuvent être toutes identiques même si, par suite de leur forme, les collecteurs 30 doi- vent être disposés en quinconce, somme mentionné plus haut.
Dans la réalisation représentée sur la Fig. 1, d'autres tubes 44 entourent étroitement les tubes générateurs de vapeur.
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Parmi ceux-ci on trouve des tubes surchauffeurs dont plusieurs ran- gées forment un cylindre entourant les conduites de monitée. Les élé- ments intérieurs du ballon de vapeur et d'eau, c'est-à-dire la couronne de distribution d'eau 36, les séparateurs 38 et les sécheurs 40 sont enfermés par des chicanes 46 qui délimitent dans l'enveloppe du ballon un passage 48 pour la vapeur qui sort des sécheurs. Ce passage 48 qui est limité par l'enveloppe du ballon aboutit à un passage ou un espace annulaire 50 délimité par la paroi extérieure de la colonne de montée collectrice 26 et par un tube 52. Le tube 52 est perforé et les tubes surchauffeurs 44 y sont soudés par rappro- chement.
L'aménagement du passage de vapeur annulaire 50 contribue sensiblement à la compacité de l'installation et évite la nécessité de ménager plusieurs trous dans l'extrémité supérieure de l'enveloppe pour recevoir la colonne de descente 16, la colonne de montée collectrice 36 et le passage de vapeur. Il simplifia également le support du ballon de vapeur et d'eau qui est effectué par l'envelop- pe.
A leur extrémité inférieurs, les tubes surchauffeurs 44 sont coudés vers l'intérieur et sont soudés à un tube 54 qui est un prolongement de la colonne de descente 16, Comme le montre la Fige 1 qui représente la forme d'exécution préférée, le tube 54 est un pro- longement venu d'une pièce avec la colonne de descente 16 qui est fermée par un obturateur ou un clapet 56 qui peut être ouvert ou enlevé lorsqu'on le désire, par exemple si un tube générateur de vapeur est brisé et si son extrémité doit être bouchée. Les tubes surchuffeurs communiquent avec le tube 54 par des trous ménagés dans la paroi de ce dernier et la vapeur surchauffée est soutirée de l'extrémité inférieure du tube.
Le tube de sortie de vapeur 54 traverse l'extrémité ifé- rieure de l'enveloppe. Comme, dans la forme d'exécution représentée sur la Fige 1, la colonne de descente est libre de se dilater et de se contracter indépendamment de l'enveloppe, la sortie 54 doit être libre de se déplacer axialement lorsque la colonne de descente se
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dilate et se contracte et un joint de dilatation doit être prévu entre la colonne et l'enveloppe. A cet effet, dans l'exemple représente dans le dessin, un soufflet 58 est monté entre le tube 54 et l'enveloppe. Il est important de remarquer que, comme le tube 54 tra verse l'extrémité de l'enveloppe, le soufflet peut être agencé de manière à ne pas être soumis à la pression de la vapeur.
Il est soumis d'un côté à la pression régnant dans l'enveloppe, qui est modérée, par exemple 270 livres/pouce carré (20 kg/cm2), et peut être soumis de l'autre coté à la pression atmosphérique en prévoyant une douille coulissante 60 comportant des rainures ou l'équivalent dans sa surface intérieure.
Le générateur de vapeur peut être supporté au lieu d'utilisation de n'importe quelle façon appropriée, pourvu qu'une aisance suffisante existe entre le fond de l'enveloppe et le plancher pour permettre à la sortie de vapeur 54 de se dilater.
Avec dix-neuf tubes dans chaque faisceau, il est possible de placer, dans l'enveloppe de 8 pieds(2,4 m) de diamètre comportant une colonne de descente centrale de 14 pouces (35 cm) de diamètre, 8398 tubes générateurs de vapeur si les tubes surchauffeurs 44 sont présents et près de 10.000 tubes générateurs de vapeur si le générateur ne contient pas de tubes surchauffeurs
Il est à remarquer qu'avec l'agencement décrit plus haut, les tubes générateurs de vapeur et les tubes surchauffeurs, s'il y en a, peuvent être également répartis dans la section de l'enveloppe* Cela assure une utilisation optimum du fluide de chauffage et un transfert de chaleur uniforme dans les différents tubes.
Pour assurer une répartition bien uniforme, il peut être nécessaire d'adopter un expédient représenté sur la Fig. 4. L'épaisseur de paroi de l'adaptateur 32 doit être suffisante pour lui permet tre de résister à la pression intérieure qui peut être notable.
En pratique, si comme le montre la Fig. 4, les tubes 28 sont placés aussi près que possible les uns des autres, l'épaisseur t de l'adaptateur doit être supérieure à la moitié de la distance x entre des tubes voisins* Cela étant, si les tubes devaient être unifor-'
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mément répartis sur toute la section de l'enveloppe, les collecteurs devraient chevaucher.
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On peut cependant éviter cette rt-cessit( en déjetant ou déformant autrement les tubes entre les collecteurs 30 de sorte que leur écartaient uniforme soit supérieur sur une partie substantielle, de leur longueur à celui qui existe à 1 endroit où ils sont réunie aux collecteurs.
Les tubes sont de préférence déformés après avoir été raccorda aras collecteurs parue que tous les tubes peuvent ainsi être munis de tronçons droits identiques sans devoir subir d'opéra , tion mécanique ce qui réduit ainsi au minimum le prix de revient de la fabrication.
A cet effet, on peut glisser les tubes avant de les réunir aux collecteurs, dans destrous dans des plaques d'est
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pacement disposées à intervfl.'.cs appropries le lont; des tubes, les trous ayant la forme de boutonnières ou de trous allongés orientés de telle façon que lorsque les tubes sont raccordes aux collecteurs, ils peuvent être déjetés d'une extrémité des boutonnières à l'autre '
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et venir ensuiteseplacer â':uxmraeß de manière à produire la répartition uniforme désirée. I.a rig. 4 représente deux faisceaux de tubes dont les tubes sont ..s:' :ns des trous sénatés dans des plaques d'espacement 60 après ']';#.
I* '> tubes ont été ainsi déformes ; et maintenue m position dQefrdv i>l? clavettes cunéiformes 62.
Lch'sue les collée t "rr. dt.-xtremite sont circulaires, il : est toujours nécessaire de dt',,t.-tc-r ou ueformer autrement les tubes, par exemple de la façon décrite plue, haut,, afin d'obtenir une répar-
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t--!*,-,", bien 6.,ale des tu',-, ur 1 option de l'enveloppe.
On obtient. une rêp , +.. n égale en ?r ,a, ou déformant autrement les tubes dans une mettre telle que, sur une notable partie de leur longueur, ' le contour de chaque faisceau soit hexagonal*
La forme hexagonale des collecteurs est avantageuse parce
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que 3.'hexat est une figure géométrique régulière simple dont un certain nombre. peuvent être juxtaposes, pour couvrir toute la surface du cercle de circonscription. Il peut cependant arriver qu'il soit souhaitable que le nombre de tubes d'un faisceau soit inférieur à
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dix-neuf qui est le nombre approprié à une forme hexagonale.
Parmi d'Autres formes que les collecteurs peuvent prendre, il y a la forme triangulaire avec six, dix ou quinze tubes. Une autre forme qui peut être utilisée est le polygone irrégulier à six cotes représenté sur la Fig. 5 auquel douée tubes peuvent être raccordés et qui s'emboîte avec des faisceaux de forme identique Il existe évidemment d'autres formes possibles telle que la forme carrée.,
REVENDICATIONS.
1.- Générateur de vapeur caractérise en ce qu'il comporte une enveloppe cylindrique verticale dans laquelle le fluide de chauffage est mis en circulation et qui contient une colonne de descente coaxiale et des conduites de montée raccordées à leurs extrémités intérieures à la colonne de descente'et communiquant avec un ballon de vapeur et d'eau situé à 1* extrémité supérieure de la colon* ne de descente, chaque conduite de montée comprenant un tube d'entré et un tube de sortie réunis par un faisceau de tubes intermédiaires en substance droits de plus petit diamètre comportant à chaque ex- trémité un collecteur circulaire ou polygonal,
les faisceaux étant répartis sur la section de l'enveloppe de manière à former une couronne composite entourant étroitement la couronne.de descente et occupant la majeure partie du volume de l'enveloppe.