EP0027092B1

EP0027092B1 - Grille entretoise pour faisceaux tubulaires

Info

Publication number: EP0027092B1
Application number: EP19800401438
Authority: EP
Inventors: Michel Batistoni
Original assignee: Framatome SA
Current assignee: Areva NP SAS
Priority date: 1979-10-08
Filing date: 1980-10-08
Publication date: 1982-03-24
Also published as: FR2467371B1; EP0027092A1; FR2467371A1; DE3060251D1

Description

La présente invention concerne une grille entretoise pour faisceaux tubulaires, plus particulièrement destinée à titre d'exemple aux faisceaux tubulaires des générateurs de vapeur de centrales nucléaires.
Les générateurs de vapeur de centrales nucléaires à eau préssurisée comportent un faisceau tubulaire de grande longueur, droit ou en U, parcouru par le fluide primaire en provenance du coeur du réacteur, et baigné par le fluide secondaire qui entre sous forme liquide pour ressortir sous forme de vapeur après avoir prélevé une part importante des calories du fluide primaire.
Pour un fonctionnement correct et à bon rendement d'un tel échangeur il est nécessaire que, quelles que soient les contraintes thermiques, les lubes longs et fins du faisceau soient bien maintenus à leur espacement optimal, et qu'en même temps la circulation du fluide secondaire autour du faisceau puisse s'effectuer sans perte de charge importante.
Pour cela, et plus particulièrement encore dans le cas des faisceaux tabulaires en U, les tubes sont généralement maintenus radialement en plusieurs points par des grilles de maintein et d'espacement.
Les grilles les plus classiques sont constituées par une simple tôle plane percée de trous, au pas du faisceau des tubes et de diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur de ceux-ci, pour tenir compte des inévitables défauts d'alignement lors du montage du générateur. Ces grilles comportent en outre un maillage d'orifices supplémentaires pour la circulation du fluide secondaire; on s'efforce bien entendu de conserver entre les orifices des sections suffisantes pour résister aux efforts radiaux, si bien que les sections de passage du fluide restent relativement faibles et restreignent sa circulation. En outre cette solution facilite l'apparition d'une corrosion dans les zones de transition entre la zone d'appui réel du tube sur l'entretoise et la zone en croissant où apparait le jeu dû aux différences de diamètres.
On a pu améliorer les grilles planes perforées en réalisant des orifices trifoliés ou ,quadrifoliés par exemple, dans lesquelles chaque orifice de passage de tube ne comporte que trois ou quatre portées circulaires incomplètes de diamètre légèrement supérieur au diamètre extérieur du tube, et entre celles-ci sont formés des épanouissements qui constituent des zones de passage du fluide secondaire. De telles réalisations améliorent la circulation du fluide secondaire et limitent les risques de corrosion, mais nécessitent des usinages par brochage, ce qui est coûteux et exige l'utilisation de machines outils spéciales.
On a encore réalisé des grilles complexes, composées de plusieurs réseaux de barres parallèles superposées et croisées pour former un maillage enserrant les tubes. Les réseaux doivent alors être assemblés entre eux par assemblage mécanique ou par soudure. On obtient ainsi un système permettant de bonnes conditions de circulation du fluide secondaire. Mais la nécessité de nombreux assemblages délicats accroit la difficulté du montage et son coût; en outre ces systèmes ne donnent pas tous entière satisfaction pour la reprise des efforts latéraux.
La présente invention permet la réalisation de grilles entretoises de faible coût de fabrication grâce à des usinages simples, sans tolérances serrées, et réalisables sur machines classiques, tout en assurant une bonne rigidité de l'ensemble, un bon maintien des tubes et une grande section de passage du fluide secondaire.
Selon l'invention la grille entretoise est constituée par une tôle plane présentant sur chaque face une série de rainures parallèles, de direction différente pour chaque face, avec des profondeurs de rainures, respectivement relatives à chaque face, telles que leur somme soit supérieure à l'épaisseur de la tôle, le nombre, le pas et la largeur des rainures étant déterminés en fonction des caractéristiques correspondantes du faisceau tubulaire.
L'invention sera mieux comprise en se référant à des modes de réalisation donnés à titre d'exemples et représentés par les dessins annexés.

La figure 1 est une vue en perspective cavalière d'une portion de grille entretoise réalisée selon l'invention.
La figure 2 est une coupe selon II-II de la figure 1.
La figure 3 est une coupe selon III-III de la figure 1.
La figure 4 est une coupe selon IV-IV de la figure 1.
La figure 5 est une vue partielle homologue de la figure 1 dans laquelle les tubes sont représentés en place dans l'entretoise.
Les figures 6, 7 et 8 représentent plus schématiquement des variantes de réalisation.

On se référera tout d'abord à l'ensemble des figures 1 à 4, où la figure 1 montre l'angle d'une tôle épaisse usinée selon l'invention pour former une grille entretoise. C'est pour faciliter le dessin et la description que l'on a représenté ici une partie d'une tôle rectangulaire, mais bien entendu, en particulier pour l'utilisation dans un générateur de vapeur, le contour de la tôle avant usinage sera le plus souvent circulaire.
Sur sa face supérieure la tôle 1 est ici creusée par une série de rainures parallèles 2 à profil en forme de U. Sur la face inférieure elle est également creusée par une série de rainures parallèles 3 à profil en U renversé, les directions des rainures 2 et 3 étant perpendiculaires. Les profondeurs des rainures 2 et 3 sont ici supérieures à la demi-épaisseur de la tôle, si bien qu'il y a interpénétration des rainures et apparition de lumières à leurs intersections. Si comme ici les rainures 2 et 3 sont équidistantes, de même largeur et perpendiculaires, on obtient un réseau régulier d'orifices 5 dont le profil est carré lorsqu'on regarde la tôle perpendiculairement à l'une ou l'autre de ses faces.
La tôle ainsi ajourée reste une pièce monobloc, donc particulièrement rigide, et se présente comme la superposition avec décalage de deux réseaux croisés de barres parallèles 7 et 8, rigidement réunies par des parties de liaison 9. On notera que les deux séries de rainures peuvent être faites sur des machines outils tout à fait classiques comme des raboteuses ou des fraiseuses, et avec des outillages tout à fait usuels, c'est à dire dans des conditions très économiques de réalisation.
On a donc ainsi réalisé, à faible coût, une grille entretoise qui fonctionnellement se comporte comme les grilles complexes mentionnées plus haut, et qui comme celles-ci permet un bon écoulement du fluide secondaire. On pourra maintenant se reporter à la figure 5, qui correspond à une partie de la figure 1, mais avec des tubes 11 engagés dans le réseau 5 de la plaque. Dans la partie supérieure de la plaque les tubes 11 sont tenus entre les barres parallèles 7; dans la partie inférieure ils sont tenus entre les barres 8. On voit que dans le plan de la face supérieure de la grille entretoise, la section libre de passage du fluide secondaire autour d'un tube correspond à la surface comprise entre le rectangle 13 tracé en traits mixtes, et le cercle 14, également en traits mixtes et qui représente le contour extérieur du tube. Il en est de même dans le plan de la face inférieure, où le rectangle serait alors de même surface mais orienté à 90° par rapport au rectangle 13. On voit que cette surface est relativement importante, et considérée comme suffisante pour que les deux réseaux de barres 7 et 8 ne constituent pas un obstacle à la circulation du fluide secondaire. Dans la zone comprise entre les deux faces de la grille, la section de passage est également importante puisqu'elle correspond aux parties ajourées dans les parois latérales de chaque rainure. On notera par ailleurs que les sections de passage entre barres sur les faces inférieure et supérieure de l'entretoise ne dépendent que des caractéristiques des tubes, c'est à dire de leur pas et de leur diamètre; par contre la section de passage à l'intérieur de l'entretoise dépend des valeurs relatives des profondeurs de rainures et de l'épaisseur de la tôle brute, si bien que le choix de ces divers paramètres dépendra de la section résiduelle que l'on voudra laisser aux barres 7 et 8, c'est à dire de l'importance des efforts radiaux que l'on voudra leur faire supporter.
Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple, mais elle couvre également les réalisations qui n'en différeraient que par des détails, par des variantes d'exécution, ou par l'utilisation de moyens équivalents.
Ainsi il n'est pas strictement nécessaire que les deux séries de rainures soient de même profondeur, et il suffit pour faire apparaitre les lumières nécessaires au passage des tubes que la somme des profondeurs de chaque série soit supérieure à l'épaisseur initiale de la tôle. Une inégalité dans les profondeurs de rainures conduirait à une inégalité d'épaisseur des barres 7 et 8, ce qui peut être recherché si les efforts transversaux risquent d'être prépondérants dans une certaine direction.
Parmi les diverses variantes de détail possibles on pourrait aussi prévoir de petits usinages simples complémentaires, destinés par exemple à mieux guider les tubes comme sur la figure 6, ou encore à augmenter légèrement les sections de passage du fluide comme sur la figure 7.
On pourrait encore imaginer de nombreuses variantes en jouant sur la direction, le pas ou les largeurs relatives des rainures. La figure 8 illustre schématiquement une réalisation, pour un maillage triangulaire des tubes, où les deux séries de rainures au lieu d'être perpendiculaires sont inclinées à 60°; les orifices de passage de tubes ont alors, vu de dessus, une forme de losange.
On pourrait aussi prévoir de créer des zones plus rigides en supprimant localement quelques rainures, ou de faciliter encore la circulation du fluide secondaire en profilant les bords externes des barres 7 et 8.
Enfin, et sans que ceci ne limite les variantes possibles, on pourrait encore imaginer d'utiliser deux grilles superposées, chacune avec moitié moins de barres, et avec appuis alternés pour chaque tube, ce qui augmenterait encore la section de passage du fluide secondaire.

Claims

Grille entretoise pour le faisceau tubulaire d'un échangeur de chaleur, destiné au maintien transversal des tubes (11), tout en permettant la circulation longitudinale du fluide baignant extrérieurement les tubes, caractérisé par le fait qu'elle est constituée par une tôle plane (1) présentant sur chaque face une série de rainures parallèles (2, 3), de direction différente pour chaque face, avec des profondeurs de rainures (2, 3) respectivement relatives à chaque face telles que leur somme soit supérieure à l'épaisseur de la tôle (1), le nombre, le pas et la largeur des rainures (2, 3) étant déterminés en fonction des caractéristiques correspondantes du faisceau tubulaire.