EP0091374A1 - Dispositif d'obturation de secours, en cas de fuite, d'un tube d'un générateur de vapeur - Google Patents

Dispositif d'obturation de secours, en cas de fuite, d'un tube d'un générateur de vapeur Download PDF

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EP0091374A1
EP0091374A1 EP83400684A EP83400684A EP0091374A1 EP 0091374 A1 EP0091374 A1 EP 0091374A1 EP 83400684 A EP83400684 A EP 83400684A EP 83400684 A EP83400684 A EP 83400684A EP 0091374 A1 EP0091374 A1 EP 0091374A1
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EP
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tube
sleeve
water
steam
valve
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Claude Malaval
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Novatome SA
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Novatome SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F11/00—Arrangements for sealing leaky tubes and conduits
    • F28F11/06—Arrangements for sealing leaky tubes and conduits using automatic tube obturating appliances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/06—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium
    • F22B1/063—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being molten; Use of molten metal, e.g. zinc, as heat transfer medium for metal cooled nuclear reactors

Definitions

  • the invention relates to an emergency shut-off device, in the event of a leak, of a tube of a steam generator comprising an envelope containing a tubular bundle, inside which a liquid metal circulates in contact with the surface. beam tubes.
  • Such steam generators where the heat of vaporization is supplied to the drinking water by a liquid metal, for example liquid sodium, are used in fast neutron nuclear reactors, the liquid metal itself being heated by another metal liquid cooling the reactor core.
  • a liquid metal for example liquid sodium
  • the hot liquid sodium is generally brought to the upper part of the envelope of the steam generator and flows vertically through the tube bundle.
  • Each of the bundle tubes is connected at one end to a water supply device and at its other end to a collector collecting the vapor formed in the tube by heat exchange between liquid sodium and drinking water flowing through the tube.
  • the water supply device and the steam collector can be constituted by several cylindrical boxes or by O-rings.
  • toric conduits it is known, for example from French patent 2,449,260, to have a T-connector on each of the tubes, in its terminal part, in the vicinity of its connection point with the toric pipe.
  • a T-connector allows, in particular, to have access to the inner part of the tubes, to carry out checks or measurements.
  • the first effect in the very short term, leads to the propagation, at the speed of sound, through the steam generator and the pipes of the secondary circuit, of a pressure wave.
  • the pressure wave attenuates when it meets such free surfaces.
  • a pipe normally closed by a rupture membrane and communicating with one or more tanks for rapid drainage of sodium and the products of the sodium-water reaction.
  • the drain rate may become insufficient to avoid a pressure rise in the steam generator and the secondary circuit.
  • the alarm signals generated at the time of the appearance of the leak on the generator tube bundle control rapid steam decompression valves as well as valves for shutting off the steam generator water supply flow.
  • the object of the invention is therefore to propose an emergency closure device in the event of a leak from a tube of a steam generator comprising an envelope containing a tube bundle, inside which a liquid metal circulates in contact with the external surface of the bundle tubes and brings the heat of vaporization to the food water circulating in each of the tubes, the two end parts of which pass through the envelope and are connected, one to a water supply device and the other to a collector collecting the vapor formed in the tube, arranged outside the envelope, this sealing device having to prevent the introduction into the liquid metal of a large quantity of water, if a steam generator tube leaks or breaks.
  • the envelope 1 contains a tubular bundle 5 constituted by tubes 6 of great length wound in a helix and held in position in the envelope by retaining grids 8 and 9.
  • the tubes 6 pass through the envelope 1 of the steam generator its upper part and its lower part; the end portions of each of the tubes 6 are engaged, for this purpose, in thermal sleeves fixed in the casing 1.
  • the set of beam tubes is divided into four subsets Wheat comprising the same number of tubes and in which the tubes 6 are connected to the same water box and to the same vapor collector, by their end portions.
  • Each of the four water boxes 10 ai 10 b , 10 c and 10 d of cylindrical shape is connected by its side wall to a water supply pipe 12.
  • the tubes 6 of the subassembly connected to the water box are connected to the latter by its flat upper wall constituting a tubular plate.
  • the collectors 11 are connected two by two to steam evacuation pipes 14.
  • the water circulating from bottom to top in the bundle is therefore heated by the hot liquid sodium circulating from top to bottom in contact with the external surface of the tubes of the bundle.
  • FIGS. 2a, 2b , 2c we see the flat upper wall 15 of the water box 10 constituting a tubular plate in which the lower ends of the tubes 6 are fixed at the level of bores 16 machined in the tubular plate 15 .
  • this bore 17 is tapped over at least part of its height and a threaded bush 18 is fixed by screwing inside this bore 17.
  • the bush 18 is also held inside the water box by means of a spacer plate 20 fixed to the tubular plate 15 by means of screws 21 and centered inside the water box by means of corners 22 of trapezoidal shape.
  • the socket can be fixed to the plate 20 by welding after installation.
  • the tubular sleeve 18 has an inner bore 24 of larger diameter than the bore 16 into which the tube is inserted.
  • the bores 24 and 16 are connected by a passage 25 comprising frustoconical bearing surfaces.
  • valve 26 Inside the bore 24 is placed a valve 26 having two conical ends connecting to a prismatic central part with triangular section as shown in FIG. 2b.
  • the valve 26 is centered inside the bore 24 by the edges of the prism constituting its central part.
  • valve 26 The lower end of the valve 26 is secured to a rod 27 arranged along the axis of the bore 24. At its lower part the rod 27 is secured to a fixing bar 28 engaged in lateral openings 30 passing through the surface side of socket 18.
  • the valve 26 is thus held in position as shown in FIG. 2a, thanks to the rod 27.
  • the water brought into the water box feeds each of the tubes 6 connected to this water box after passing through the bore 24 of the sockets 18 in the direction indicated by the arrows 32.
  • the water can indeed reach the bore 16 inside which the tube 6 is placed, passing around the prismatic body and the conical ends of the valve 26.
  • the rod 27 has sufficient strength to hold the valve despite the vertical force directed towards the top exerted by the circulating food water, when the flow rate of this food water corresponds to the normal supply flow rate of the tubes 6, during the operation of the steam generator.
  • the force dQ at the pressure drop exerted vertically and from bottom to top on the valve 26 increases considerably, which has the effect of breaking the support rod 27, the breaking strength of which has been calculated accordingly.
  • the valve 26 moves upward and obstructs the passage 25 in which it is maintained by pressurized water filling the interior volume of the water box. The water supply to tube 6 is then cut.
  • FIG. 3a we see the flat upper plate 35 of a manifold 11 pierced with a bore 36 in which the upper end of the tube 6 is fixed.
  • a socket 38 is screwed inside a bore 37 of larger diameter than the bore 36.
  • the internal bore 34 of the bush 38 of larger diameter than the bore 36 is connected to the latter by a frustoconical bearing 40.
  • the side wall of the sleeve 38 is pierced with openings 41 for the outlet of the steam (arrows 42).
  • the lower part of the socket 38 is closed by a wall 43 pierced with a hole 44. On this wall 43 rests a valve 45 closing the opening 44 and entirely disposed below the openings 41.
  • the valve 45 interposed between the openings 44 on the one hand and 41 on the other hand, has two conical ends and a cylindrical central part.
  • the steam arriving in the tube 6 passes into the interior chamber of the manifold 11 via the bore 34 and the openings 41.
  • the valve 45 remains in the centered position inside the lower part of the socket 38 and closes the opening 44.
  • the valve is propelled to the upper part of the socket 38 and obstructs the passage 40 where it is maintained by the pressure of the vapor in the manifold 11.
  • the closure device according to the invention therefore makes it possible to obtain a complete single image of this tube 6 both with respect to the water box and relative to the vapor collector.
  • valves 26 and 45 are held in the closed position by pressurized water from the water box and by pressurized steam from the manifold. This avoids the sending inside the liquid sodium filling the envelope of the steam generator of large quantities of water, the period of time elapsing between the appearance of the rupture and the closure of the tube by the valves being extremely brief.
  • FIG. 4 we see a steam generator which comprises, like the steam generator shown in FIG. 1, an envelope 51, hot sodium inlets 52 and 53 and a tubular bundle 55.
  • the bundle 55 is constituted by tubes 56, the lower and upper end portions of which pass through the casing 51 in thermal sleeves 57.
  • the end portions are connected to a water supply toroid 58 and a steam collector toro 59, respectively.
  • the toroids 58 and 59 are arranged outside of the envelope 51 and coaxially with it.
  • the vapor collector core 59 is also connected to a core 60 of larger diameter collecting the steam before transporting it to the turbine powered by the steam generator.
  • the two parts of the closure device are arranged inside the T-connectors 64 and 65 interposed on the end parts of the tubes 56.
  • FIG. 5 we see the T-connector 64 of the end part of a tube 56 connected to the water supply toroid 58.
  • This terminal part comprises the sleeve 57, the connector 64 and the part of the tube 56b welded on the feed toroid 58.
  • the sleeve 57 is welded on the one hand to the casing 51 by its part 57a and on the other hand to the fitting 64 and to the part of the tube 56a disposed in the casing 51, by its part 57b.
  • the connector 64 has an opening 66 closed by a plug 67 fixed on the connector 64, in a removable manner, by means of a nut 69 screwed onto a threaded part of the connector 64.
  • the opening 66 allows access to the inlet of the tube 66 in the steam generator.
  • the connector 64 also includes a branch 64b perpendicular to the branch 64a extending the part 57b of the sleeve 57 and connected by welding to the part 56b of the tube 56.
  • the socket 68 of the closure device similar to the device shown in FIGS. 2a, 2b and 2c is fixed to the plug 67 with which it can be mounted on the fitting 64.
  • This socket 68 has an outside diameter smaller than the inside diameter of the branch 64a of the fitting.
  • At its anterior end, it has a calibrated opening 70 delimited by two frustoconical bearing surfaces 70a and 70b, making the bore of the sleeve communicate with the sleeve 57 and the part 56a of the tube 56 inside the envelope 51 of the steam generator.
  • the socket 68 also has openings 71 in its side wall, facing the branch 64b.
  • the front end of the socket 68 is engaged without play in the connection portion 64 ensuring attachment to the part 57b of the sleeve 57.
  • the water coming from the supply torus 58 through the tube 56b and the branch 64b therefore passes through the fitting 64, inside the socket 68 interposed on its course.
  • a valve 76 is mounted integral a break rod 77 fixed to the plug 67.
  • the valve 76 has the same shape as the valve 26 shown in Figures 2a, 2b and 2c.
  • the rod 77 has sufficient strength to maintain the valve 76 against the force exerted by the drinking water at its normal flow rate. In the event of a leak, the increased flow of food water causes the rod 77 to rupture and the valve 76 to drive in the closed position of the opening 70a-70.
  • the connector 65 has an opening 86 in the extension of the part 57b of the sleeve 57 and of the vapor outlet of the tube 56a disposed in the envelope 51.
  • the opening 86 is closed by a plug 79 forming a nut and tightening a seal 80 to prevent the outlet of superheated steam under pressure.
  • the front part of the fitting 65 welded to the part 57b of the sleeve 57 has an inner diameter smaller than the inside diameter of the branch 65a of the fitting.
  • a frustoconical bearing 84 provides the junction between these two parts of the connector.
  • a socket 78 is screwed, by its tapped end 84 onto the plug 79.
  • the socket has a front opening 83 for the arrival of steam communicating with the outlet 57b of the sleeve 57 and of the tube 56a via the conical bearing 84.
  • the side wall the socket 78 is pierced with openings 82 in front of the branch 65b and 81 in the vicinity of the plug 79, at the rear of the branch 65a.
  • a valve 85 similar to the valve 45 shown in Figures 3a and 3b is arranged free and movable in the bore of the socket 78. This valve 85 is between the openings 81 and 82 in the position shown in Figure 6 which corresponds to the valve opening 85.
  • the front part of the socket 78 engages without play in the branch 65a in the vicinity of the range 84.
  • the superheated steam arriving through the tube 56a therefore enters the socket 78 which is interposed on its path, to exit through the openings 82 , before browsing the tube 56b to the steam collector 59.
  • the device In the event of a leak on a tube 56, the device therefore allows immediate and automatic sealing of this tube.
  • the main advantages of the device according to the invention are to avoid the introduction of water into the secondary circuit of the nuclear reactor, in case of rupture of a tube of the bundle of the steam generator, by using extremely simple devices and requiring no control means and no monitoring device.
  • valves with free movement arranged in the internal bore of the sockets associated with the vapor collector, one can imagine the use of valves with return device.
  • closure device which has just been described relates to a single tube but that each of the tubes of the bundle is equipped with a similar device comprising closure means at each of its ends.
  • the emergency shutter device applies regardless of the number of water boxes and the number of steam collectors associated with the steam generator. It also applies in the case of all toroidal collectors or of another form to which the end parts of the tubes are connected.
  • the device also applies to the case of steam generators comprising a device for supplying or recovering steam in the form of a box, for example cylindrical, and a device for recovering vapor or supplying water, respectively, in the form of an O-ring.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'obturation de secours, en cas de fuite, d'un tube d'un générateur de vapeur où la chaleur de vaporisation est apportée par un métal liquide circulant en contact avec la surface extérieure du tube. Le dispositif comporte sur la partie terminale du tube (6) reliée au dispositif d'alimentation en eau (10) une douille tubulaire (18) interposée sur le parcours de l'eau alimentaire. La douille renferme un clapet (26) relié à la douille (18) par une pièce de rupture (27). La rupture de la pièce (27) sous l'effect d'un débit accru d'eau, en cas de fuite, permet la fermeture de la sortie (25) de la douille (18). Le dispositif comporte également, sur la partie terminale du tube (6) reliée au collecteur de vapeur, une douille renfermant un clapet libre permettant de fermer la sortie de vapeur en cas de fuite sur le tube (6). L'invention s'applique, en particulier, aux générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis par du sodium liquide.

Description

  • L'invention concerne un dispositif d'obturation de secours, en cas de fuite, d'un tube d'un générateur de vapeur comportant une enveloppe renfermant un faisceau tubulaire, à l'intérieur de laquelle un métal liquide circule en contact avec la surface externe des tubes du faisceau.
  • De tels générateurs de vapeur où la chaleur de vaporisation est apportée à l'eau alimentaire par un métal liquide, par exemple du sodium liquide, sont utilisés dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides, le métal liquide étant lui-même échauffé par un autre métal liquide refroidissant le coeur du réacteur.
  • Le sodium liquide chaud est généralement amené à la partie supérieure de l'enveloppe du générateur de vapeur et s'écoule verticalement à travers le faisceau tubulaire.
  • Chacun des tubes du faisceau est relié à l'une de ses extrémités à un dispositif d'alimentation en eau et à son autre extrémité à un collecteur recueillant la vapeur formée dans le tube par échange de chaleur entre le sodium liquide et l'eau alimentaire circulant dans le tube. Le dispositif d'alimentation en eau et le collecteur devapeur peuvent être constitués par plusieurs boites cylindriques ou par des conduites toriques.
  • Dans le cas où l'on utilise des conduites toriques, il est connu, par exemple par le brevet français 2.449.260, de disposer un raccord en T sur chacun des tubes, dans sa partie terminale, au voisinage de son point de raccordement avec la conduite torique. Un tel raccord en T permet, en particulier, d'avoir accès à la partie intérieure des tubes, pour effectuer des contrôles ou mesures.
  • Dans de tels générateurs de vapeur, il est nécessaire de limiter les conséquences d'un incident consécutif à une fuite ou à une rupture sur un tube du faisceau.
  • En effet, dans ce cas, l'eau circulant dans le tube entre en contact avec le sodium liquide et il s'ensuit une réaction chimique extrêmement énergétique. Cette réaction sodium-eau se manifeste par deux effets : un effet à très court terme dû à la rapide montée en pression de la bulle d'hydrogène produite par la réaction, et un second effet à plus long terme provenant des mouvements de masse liquide à travers les tuyauteries du circuit de sodium secondaire, sous la poussée de la bulle d'hydrogène sous pression.
  • Le premier effet, à très court terme, conduit à la propagation, à la vitesse du son, à travers le générateur de vapeur et les tuyauteries du circuit secondaire, d'une onde de pression. Pour se prémunir contre cet effet à court terme, on a proposé de créer des surfaces libres à la partie supérieure du générateur de vapeur ou dans les réservoirs situés sur le circuit secondaire ou à différents endroits dans le générateur de vapeur. De telles surfaces libres sont créées en introduisant de l'argon dans l'enveloppe du générateur de vapeur ou dans un réservoir à l'intérieur de ce générateur de vapeur ou disposé sur le circuit secondaire et renfermant du sodium liquide.
  • Lors de sa propagation, l'onde de pression s'atténue lorsqu'elle rencontre de telles surfaces libres.
  • On dispose également à la partie basse du générateur de vapeur, une tubulure normalement fermée par une membrane de rupture et communiquant avec un ou plusieurs réservoirs de vidange rapide du sodium et des produits de la réaction sodium-eau.
  • Cependant, l'existence de surfaces libres argon-sodium conduit à des phénomènes oscillatoires dans les colonnes de sodium liquide et à l'apparition de surpressions importantes par compression de l'argon de couverture présent au-dessus de ces niveaux libres.
  • De plus, si la réaction sodium-eau se prolonge, de l'eau continuant à se déverser dans l'enveloppe du générateur de vapeur, le débit de vidange peut devenir insuffisant pour éviter une montée en pression du générateur de vapeur et du circuit secondaire.
  • Enfin, les débits extrêmement importants qui parcourent alors les différentes branches du circuit secondaire créent aux bornes des appareils situés sur ce circuit des pertes de charge extrêmement importantes et conduisant à la destruction de l'appareeillage du circuit secondaire.
  • Les signaux d'alarme engendrés au moment de l'apparition de la fuite sur le faisceau tubulaire du générateur commandent des vannes de décompression rapide de la vapeur ainsi que des vannes d'arrêt du débit d'alimentation en eau du générateur de vapeur.
  • Cependant, il s'écoule. quelques dizaines de secondes avant que le générateur soit complètement isolé et décomprimé. Ce temps de réaction est excessif, dans le cas d'une fuite correspondant par exemple à la rupture totale d'un tube, puisque la quantité d'eau qui passe dans le sodium liquide est alors considérable ce qui conduit à une surpression très élevée dans le circuit secondaire et à une pollution importante de ce circuit.
  • Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif d'obturation de secours en cas de fuite d'un tube d'un générateur de vapeur comportant une enveloppe renfermant un faisceau tubulaire, à l'intérieur de laquelle un métal liquide circule en contact avec la surface externe de tubes du faisceau et apporte la chaleur de vaporisation à l'eau alimentaire circulant dans chacun des tubes dont les deux parties terminales traversent l'enveloppe et sont reliées, l'une à un dispositif d'alimentation en eau et l'autre à un collecteur recueillant la vapeur formée dans le tube, disposés à l'extérieur de l'enveloppe, ce dispositif d'obturation devant permettre d'éviter l'introduction dans le métal liquide d'une quantité d'eau importante, en cas de fuite ou de rupture d'un tube du générateur de vapeur.
  • Dans ce but, il comporte :
    • - Sur la partie terminale du tube reliée au dispositif d'alimentation en eau, une douille tubulaire interposée sur le parcours de l'eau alimentaire, entre le dispositif d'alimentation et la partie du tube pénétrant dans l'enveloppe, comportant des ouvertures d'entrée et de sortie de l'eau et renfermant un clapet relié à la douille par une pièce susceptible de se rompre, en cas de fuite sur le tube se traduisant par un débit d'eau accru à travers la douille, ce clapet étant alors entrainé en position de fermeture de la sortie d'eau alimentaire de la douille,
    • - et sur la partie terminale du tube reliée au collecteur de vapeur, une seconde douille tubulaire interposée sur le parcours de la vapeur entre l'enveloppe du générateur de vapeur et le collecteur de vapeur, comportant des ouvertures d'entrée et de sortie de la vapeur et renfermant un clapet libre et mobile dans l'alésage de la douille, entre une position d'ouverture où le clapet est placé entre deux ensembles d'ouvertures de passage de la vapeur communiquant avec le collecteur de vapeur et une position de fermeture de l'ouverture d'entrée de la vapeur dans la douille, par déplacement sous l'effet de la différence de pression apparaissant entre le volume interne du collecteur de vapeur et l'intérieur de la douille, en cas de fuite sur le tube.
  • Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire, à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation d'un dispositif d'obturation desecours suivant l'invention dans le cas d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides dont le fluide secondaire est du sodium liquide.
    • La figure 1 est une vue en perspective avec parties arrachées d'un générateur de vapeur disposé sur le circuit secondaire d'un réacteur nucléaire à neutrons rapides comportant des boites d'alimentation en eau et des boites de collecte de vapeur.
    • La figure 2a représente une vue en coupe de la partie du dispositif d'obturation disposée au niveau d'une boite à eau du générateur de vapeur.
    • La figure 2b représente une vue en coupe suivant AA de la figure 2a.
    • La figure 2c représente une vue en coupe suivant BB de la figure 2a.
    • La figure 3a représente une vue en coupe de la partie du dispositif d'obturation disposée au niveau du collecteur de vapeur.
    • La figure 3b représente une vue en coupe suivant CC de la figure 3a.
    • La figure 4 est une vue en coupe par un plan vertical de symétrie d'un générateur de vapeur comportant des collecteurs toriques d'alimentation en eau et de récupération de la vapeur.
    • La figure 5 est une vue en coupe de la partie du dispositif d'obturation associée à la partie terminale d'un tube reliée au tore d'alimentation en eau.
    • La figure 6 est une vue en coupe de la partie du dispositif d'obturation associée à la partie terminale d'un tube reliée au collecteur de vapeur torique.
  • Sur la figure 1, on voit le générateur de vapeur qui comporte une enveloppe 1 cylindrique et de grande hauteur reliée à sa partie supérieure à des conduites 2 et 3 d'arrivée du sodium liquide secondaire échauffé par le sodium liquide primaire dans des échangeurs de chaleur intermédiaires disposés sur le circuit secondaire du réacteur.
  • L'enveloppe 1 renferme un faisceau tubulaire 5 constitué par des tubes 6 de grande longueur enroulés en hélice et maintenus en position dans l'enveloppe par des grilles de maintien 8 et 9. Les tubes 6 traversent l'enveloppe 1 du générateur de vapeur à sa partie supérieure et à sa partie inférieure ; les parties terminales de chacun des tubes 6 sont engagées, à cette fin, dans des manchons thermiques fixé dans l'enveloppe 1.
  • L'eau alimentaire circule de bas en haut dans les tubes 6 du faisceau, chacun des tubes étant relié à une boite à eau 10 à son extrémité inférieure et à un collecteur de vapeur 11 à son extrémité supérieure, disposés à l'extérieur de l'enveloppe 1.
  • L'ensemble des tubes du faisceau est divisé en quatre sous-ensem- blés comportant un même nombre de tubes et dans lequel les tubes 6 sont reliés à une même boite à eau et à un même collecteur de vapeur, par leurs parties terminales.
  • Chacune des quatre boites à eau 10ai lOb, 10c et 10d de forme cylindrique est reliée par sa paroi latérale à une conduite d'alimentation en eau 12. Les tubes 6 du sous-ensemble relié à la boite à eau sont reliés à celle-ci par sa paroi supérieure plane constituant une plaque tubulaire.
  • Les collecteurs 11 sont reliés deux à deux à des conduites d'évacuation de vapeur 14.
  • L'eau circulant de bas en haut dans le faisceau est donc échauffée par le sodium liquide chaud circulant de haut en bas en contact avec la surface extérieure des tubes du faisceau.
  • L'eau se vaporise et la vapeur est recueillie par le collecteur 11 correspondant.
  • Sur les figures 2a, 2b, 2c, on voit la paroi supérieure plate 15 de la boite à eau 10 constituant une plaque tubulaire dans laquelle sont fixées les extrémités inférieures des tubes 6 au niveau d'alésages 16 usinés dans la plaque tubulaire 15.
  • Dans le prolongement de l'alésage 16, est usiné un alésage de plus grand diamètre 17 débouchant dans le volume intérieur de la boite à eau.
  • La surface interne de cet alésage 17 est taraudée sur une partie au moins de sa hauteur et une douille filetée 18 est fixée par vissage à l'intérieur de cet alésage 17. La douille 18 est également maintenue à l'intérieur de la boite à eau grâce à une plaque d'écartement 20 fixée sur la plaque tubulaire 15 grâce à des vis 21 et centrée à l'intérieur de la boite à eau grâce à des coins 22 de forme trapèzoîdale.
  • La douille peut être fixée sur la plaque 20 par soudage après mise en place.
  • La douille tubulaire 18 comporte un alésage intérieur 24 de plus grand diamètre que l'alésage 16 dans lequel est introduit le tube 6. Les alésages 24 et 16 sont reliés par un passage 25 comportant des portées tronconiques.
  • A l'intérieur de l'alésage 24 est placé un clapet 26 comportant deux extrémités coniques se raccordant à une partie centrale prismatique à section triangulaire comme représenté sur la figure 2b. Le clapet 26 est centré à l'intérieur de l'alésage 24 par les arêtes du prisme constituant sa partie centrale.
  • L'extrémité inférieure du clapet 26 est solidaire d'une tige 27 disposée suivant l'axe de l'alésage 24. A sa partie inférieure la tige 27 est solidaire d'une barrette de fixation 28 engagée dans des ouvertures latérales 30 traversant la surface latérale de la douille 18.
  • Le clapet 26 est ainsi maintenu en position telle que représentée sur la figure 2a, grâce à la tige 27.
  • Dans cette position, l'eau amenée dans la boite à eau vient alimenter chacun des tubes 6 reliés à cette boite à eau après passage dans l'alésage 24 des douilles 18 suivant la direction indiquée par les flèches 32. L'eau peut en effet parvenir jusqu'à l'alésage 16 à l'intérieur duquel est placé le tube 6, en passant autour du corps prismatique et des extrémités coniques du clapet 26. La tige 27 a une résistance suffisante pour maintenir le clapet malgré la force verticale dirigée vers le haut exercée par l'eau alimentaire en circulation, lorsque le débit de cette eau alimentaire correspond au débit normal d'alimentation des tubes 6, pendant le fonctionnement du générateur de vapeur.
  • En cas de rupture sur un des tubes 6 ou d'une fuite importante sur ce tube, le débit d'eau alimentaire dans ce tube passe très rapidement à une valeur très élevée, par exemple dix ou vingt fois supérieure à la valeur normale puisque cette eau s'écoule librement dans le sodium liquide entourant le faisceau.
  • L'effort dQ à la perte de charge exercé verticalement et de bas en haut sur le clapet 26 augmente considérablement ce qui a pour effet de casser latige de maintien 27 dont la résistance à la rupture a été calculée en conséquence. Le clapet 26 se déplace vers le haut et vient obstruer le passage 25 dans lequel il est maintenu par l'eau sous pression remplissant le volume intérieur de la boite à eau. L'alimentation en eau du tube 6 est alors coupée.
  • Sur la figure 3a on voit la plaque supérieure plane 35 d'un collecteur 11 percée d'un alésage 36 dans lequel est fixée l'extrémité supérieure du tube 6.
  • Une douille 38 est vissée à l'intérieur d'un alésage 37 de plus grand diamètre que l'alésage 36.
  • L'alésage intérieur 34 de la douille 38 de plus grand diamètre que l'alésage 36 est relié à celui-ci par une portée tronconique 40.
  • La paroi latérale de la douille 38 est percée d'ouvertures 41 pour la sortie de la vapeur (flèches 42).
  • La partie inférieure de la douille 38 est fermée par une paroi 43 percée d'un trou 44. Sur cette paroi 43 repose un clapet 45 fermant l'ouverture 44 et entièrement disposé en-dessous des ouvertures 41.
  • Le clapet 45, intercalé entre les ouvertures 44 d'une part et 41 d'autre part, comporte deux extrémités coniques et une partie centrale cylindrique.
  • En fonctionnement normal du générateur de vapeur, la vapeur arrivant dans le tube 6 passe dans la chambre intérieure du collecteur 11 par l'intermédiaire de l'alésage 34 et des ouvertures 41. Le clapet 45 reste en position centrée à l'intérieur de la partie inférieure de la douille 38 et ferme l'ouverture 44.
  • Dans le cas d'une rupture ou d'une fuite importante sur le tube 6, la pression tombe très rapidement à l'intérieur du tube 6, l'eau et la vapeur s'échappant dans l'enveloppe du générateur de vapeur. La vapeur sous pression se trouvant dans le collecteur 11 exerce une force verticale dirigée vers le haut sur le clapet 45 au niveau de l'ouverture 44.
  • Le clapet est propulsé à la partie supérieure de la douille 38 et vient obstruer le passage 40 où il est maintenu par la pression de la vapeur dans le collecteur 11.
  • Aussitôt après l'apparition d'une rupture ou d'une fuite importante sur le tube 6, le dispositif d'obturation suivant l'invention permet donc d'obtenir unisolement complet de ce tube 6 aussi bien par rapport à la boite à eau que par rapport au collecteur de vapeur.
  • Les clapets 26 et 45 sont maintenus en position de fermeture par l'eau sous pression de la boite à eau et par la vapeur sous pression du collecteur. On évite ainsi l'envoi à l'intérieur du sodium liquide remplissant l'enveloppe du générateur de vapeur de grandes quantités d'eau, la période de temps s'écoulant entre l'apparition de la rupture et la fermeture du tube par les clapets étant extrêmement brève.
  • Sur la figure 4, on voit un générateur de vapeur qui comporte comme le générateur de vapeur représenté à la figure 1, une enveloppe 51, des arrivées de sodium chaud 52 et 53 et un faisceau tubulaire 55. Le faisceau 55 est constitué par des tubes 56 dont les parties terminales inférieures et supérieures traversent l'enveloppe 51 dans des manchons thermiques 57.
  • Les parties terminales sont raccordées à un tore d'alimentation en eau 58 et à un tore collecteur de vapeur 59, respectivement. Les tores 58 et 59 sont disposés à l'extérieur de l'enveloppe 51 et coaxialement à celle-ci.
  • Le tore collecteur de vapeur 59 est de plus relié à un tore 60 de plus grand diamètre recueillant la vapeur avant son transport vers la turbine alimentée par le générateur de vapeur.
  • Les parties terminales des tubes 56, entre les manchons 57 de traversée de l'enveloppe d'une part et le tore d'alimentation en eau 58 et le tore collecteur de Zapeur 59, respectivement d'autre part, comportent chacune un raccord en T 64 et 65 respectivement.
  • En se reportant aux figures 5 et 6, on voit que les deux parties du dispositif d'obturation sont disposées à l'intérieur des raccords en T 64 et 65 interposés sur les parties terminales des tubes 56.
  • Sur la figure 5, on voit le raccord en T 64 de la partie terminale d'un tube 56 reliée au tore d'alimentation en eau 58. Cette partie terminale comporte le manchon 57, le raccord 64 et la partie du tube 56b soudée sur le tore d'alimentation 58. Le manchon 57 est soudé d'une part à l'enveloppe 51 par sa partie 57a et d'autre part au raccord 64 et à la partie du tube 56a disposée dans l'enveloppe 51, par sa partie 57b.
  • Dans le prolongement de la partie 57b du manchon 57, le raccord 64 comporte une ouverture 66 fermée par un bouchon 67 fixé sur le raccord 64, de façon démontable, grâce à un écrou 69 vissé sur une partie filetée du raccord 64. L'ouverture 66 permet l'accès à l'entrée du tube 66 dans le générateur de vapeur.
  • Le raccord 64 comporte également une branche 64b perpendiculaire à la branche 64a prolongeant la partie 57b du manchon 57 et raccordée par soudure à la partie 56b du tube 56.
  • La douille 68 du dispositif d'obturation similaire au dispositif représenté aux figures 2a, 2b et 2c est fixée sur le bouchon 67 avec lequel elle peut être montée sur le raccord 64. Cette douille 68 a un diamètre extérieur inférieur au diamètre intérieur de la branche 64a du raccord. A son extrémité antérieure, elle présente une ouverture calibrée 70 délimitée par deux portées tronconiques 70a et 70b, faisant communiquer l'alésage de la douille avec le manchon 57 et la partie 56a du tube 56 intérieure à l'enveloppe 51 du générateur de vapeur.
  • La douille 68 comporte également des ouvertures 71 dans sa paroi latérale, en vis à vis de l'embranchement 64b. L'extrémité antérieure de la douille 68 est engagée sans jeu dans la portion de raccord 64 assurant la fixation sur la partie 57b du manchon 57. L'eau venant du tore d'alimentation 58 par le tube 56b et l'embranchement 64b traverse donc le raccord 64, à l'intérieur de la douille 68 interposée sur son parcours.
  • A l'intérieur de la douille 68, un clapet 76 est monté solidaire d'une tige de rupture 77 fixée sur le bouchon 67.
  • Le clapet 76 a la même forme que le clapet 26 représenté aux figures 2a, 2b et 2c. La tige 77 a une résistance suffisante pour maintenir le clapet 76 contre la force exercée par l'eau alimentaire à son débit normal. En cas de fuite, le débit accru d'eau alimentaire provoque la rupture de la tige 77 et l'entrainement du clapet 76 en position de fermeture de l'ouverture 70a-70.
  • Le maintien en position de fermeture du clapet 76 est assuré par la pression de l'eau alimentaire dans la partie terminale du tube en amont de l'ouverture 70a-70.
  • En se reportant à la figure 6, on voit la partie terminale correspondant à l'extrémité supérieure d'un tube 56 comportant la partie 56a du tube intérieur à l'enveloppe 51 du générateur de vapeur par laquelle sort de la vapeur surchauffée, le manchon 57, le raccord 65 et la partie 56b du tube 56 reliée au collecteur torique de vapeur 59.
  • A l'une de ses extrémités, le raccord 65 comporte une ouverture 86 dans le prolongement de la partie 57b du manchon 57 et de la sortie de vapeur du tube 56a disposée dans l'enveloppe 51. L'ouverture 86 est fermée par un bouchon 79 formant écrou et serrant un joint d'étanchéité 80 pour éviter la sortie de vapeur surchauffée sous pression. La partie antérieure du raccord 65 soudée à la partie 57b du manchon 57 présente un diamètre intérieur inférieur au diamètre intérieur de la branche 65a du raccord. Une portée tronconique 84 assure la jonction entre ces deux parties du raccord.
  • Une douille 78 est vissée, par son extrémité taraudée 84 sur le bouchon 79. La douille comporte une ouverture frontale 83 d'arrivée de la vapeur communiquant avec la sortie 57b du manchon 57 et du tube 56a par la portée conique 84. La paroi latérale de la douille 78 est percée d'ouvertures 82 en face de l'embranchement 65b et 81 au voisinage du bouchon 79, à la partie postérieure de l'embranchement 65a. Un clapet 85 similaire au clapet 45 représenté aux figures 3a et 3b est disposé libre et mobile dans l'alésage de la douille 78. Ce clapet 85 est entre les ouvertures 81 et 82 dans la position représentée sur la figure 6 qui correspond à l'ouverture du clapet 85.
  • La partie antérieure de la douille 78 s'engage sans jeu dans la branche 65a au voisinage de la portée 84. La vapeur surchauffée arrivant par le tube 56a pénètre donc dans la douille 78 qui est interposée sur son parcours, pour ressortir par les ouvertures 82, avant de parcourir le tube 56b jusqu'au collecteur de vapeur 59.
  • En cas de fuite sur le tube 56, il se produit une dépression très brutale dans le tube 56a, la partie 57b du manchon 57 et la partie avant de la douille 78. La pression de vapeur dans le collecteur 59, le tube 56b et le raccord 65 continue à s'exercer sur la partie arrière du clapet 85, par les ouvertures 81. Le clapet 85 est donc propulsé vers l'avant jusqu'à venir obstruer l'ouverture 83 en s'appuyant sur la portée tronconique 84. Le clapet 85 est maintenu dans sa position de fermeture par la pression de vapeur dans le collecteur.
  • En cas de fuite sur un tube 56, le dispositif permet donc une obturation immédiate et automatique de ce tube.
  • On voit que les principaux avantages du dispositif selon l'invention sont de permettre d'éviter l'introduction d'eau dans le circuit secondaire du réacteur nucléaire, en cas de rupture d'un tube du faisceau du générateur de vapeur, en utilisant des dispositifs extrêmement simples et ne nécessitant aucun moyen de commande et aucun dispositif de surveillance.
  • L'invention ne se limite pas au mode de réalisation qui vient d'être décrit ; elle en comporte au contraire toutes les variantes.
  • C'est ainsi qu'on peut imaginer des pièces de rupture différentes d'une tige pour le maintien du clapet en position d'ouverture dans les douilles associées au dispositif d'alimentation en eau ou à la partie terminale des tubes correspondants.
  • On peut imaginer également un clapet d'une forme différente et un moyen de fixation des douilles quelconque.
  • Au lieu de clapets à déplacement libre disposés dans l'alésage intérieur des douilles associées au collecteur de vapeur, on peut imaginer l'utilisation de clapets à dispositif de rappel.
  • Il est bien évident que le dispositif d'obturation qui vient d'être décrit est relatif à un seul tube mais que chacun des tubes du faisceau est équipé d'un dispositif semblable comportant des moyens de fermeture à chacune de ses extrémités.
  • Le dispositif d'obturation de secours suivant l'invention s'applique quelque soit le nombre de boites à eau et le nombre de collecteurs de vapeur associés au générateur de vapeur. Il s'applique également dans le cas de tous collecteurs toriques ou d'une autre forme auxquels sont reliées les parties terminales des tubes.
  • Le dispositif s'applique aussi au cas de générateurs de vapeur comportant un dispositif d'alimentation ou de récupération de la vapeur sous forme d'une boite, par exemple cylindrique, et un dispositif de récupération de vapeur ou d'alimentation en eau, respectivement, sous forme d'un conduit torique.

Claims (6)

1. Dispositif d'obturation de secours en cas de fuite d'un tube (6, 56) d'un générateur de vapeur comportant une enveloppe (1, 51) renfermant un faisceau tubulaire (5, 55), à l'intérieur de laquelle un métal liquide circule en contact avec la surface externe de tubes du faisceau (6, 56) et apporte la chaleur de vaporisation à l'eau alimentaire circulant dans chacun des tubes (6, 56) dont les deux parties terminales traversent l'enveloppe (1, 51) et sont reliées, l'une à un dispositif d'alimentation en eau (10, 58) et l'autre à un collecteur (11, 59) recueillant la vapeur formée dans le tube (6, 56), disposés à l'extérieur de l'enveloppe (1, 51) caractérisé par le fait qu'il comporte :
- sur la partie terminale du tube (6, 56) reliée au dispositif d'alimentation en eau (10, 58), une douille tubulaire (18, 68) interposée sur le parcours de l'eau alimentaire entre le dispositif d'alimentation (10, 58) et la partie du tube (6, 56) pénétrant dans l'enveloppe (1, 51), comportant des ouvertures d'entrée et de sortie (25, 70, 71) de l'eau et refermant un clapet (26, 76) relié à la douille (18, 68) par une pièce (27, 77) susceptible de se rompre, en cas de fuite sur le tube (6, 56) se traduisant par un débit d'eau accru à travers la douille (18, 68), ce clapet (26, 76) étant alors entrainé en position de fermeture de la sortie (70) d'eau alimentaire, de la douille (18, 68),
- et sur la partie terminale du tube (6, 56) reliée au collecteur de vapeur (11, 59), une seconde douille tubulaire (38, 78) interposée sur le parcours de la vapeur entre l'enveloppe (1, 51) du générateur de vapeur et le collecteur de vapeur (11, 59), comportant des ouvertures d'entrée et de sortie (40, 42, 82, 83) de la vapeur et renfermant un clapet (45, 85) libre et mobile dans l'alésage de la douille (38, 78), entre une position d'ouverture où le clapet (45, 85) est placé entre deux ensembles d'ouvertures (44-42, 81-82), de passage de la vapeur communiquant avec le collecteur de vapeur (11, 59) et une position de fermeture de l'ouverture d'entrée (83, 84) de la vapeur dans la douille (38, 78), par déplacement sous l'effet de la différence de pression apparaissant entre le volume interne du collecteur de vapeur (11, 59) et l'intérieur de la douille (38, 78), en cas de fuite sur le tube (6, 56).
2. Dispositif d'obturation de secours suivant la revendication 1, dans le cas où le générateur de vapeur est alimenté en eau et où la vapeur est récupérée par des boites (10, 11),
caractérisé par le fait que les douilles (18, 38) sont fixées dans la paroi de la boite (10, 11) recevant le tube (6), de façon que l'alésage (24, 34) de la douille communique, à l'une de ses extrémités, avec un alésage (16, 36) prévu dans la paroi et recevant l'extrémité du tube (6) et à son autre extrémité avec le volume interne de la boite (10, 11).
3. Dispositif d'obturation de secours suivant la revendication 1, dans le cas où le générateur de vapeur est alimenté en eau et où la vapeur est récupérée par des conduits toriques (58, 59) chaque tube (56) relié à ses extrémités aux conduits toriques (58, 59) comportant un raccord en T (64, 65) dans chacune de ses parties terminales,
caractérisé par le fait que la douille (68, 78) est disposée dans une des branches du raccord en T, pour chacune des parties terminales du tube (56).
4. Dispositif d'obturation suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3,
caractérisé par le fait que le clapet (26, 66) disposé à l'intérieur de la douille (18, 68) associée à la partie terminale du tube reliée au dispositif d'alimentation en eau (10, 58) comporte une extrémité de fermeture de forme conique et une partie de guidage dans l'alésage de la douille de forme prismatique et que ce clapet (26, 66) est relié par l'intermédiaire de son extrémité opposée à l'extrémité de fermeture à une tige de rupture (27, 77) disposée suivant l'axe de l'alésage de la douille (18, 68) et reliée par son extrémité opposée à l'extrémité reliée au clapet (26, 66) à la douille (18, 68).
5. Dispositif d'obturation suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la douille (18) associée à la boite à eau (10) est maintenue en position dans celle-ci, à son extrémité opposée à l'extrémité fixée dans la paroi de la boite à eau (10) par une plaque de maintien (20) percée d'ouvertures (30) pour l'engagement de l'extrémité des douilles (18) correspondant à l'ensemble des tubes (6) reliés à la boite à eau (10).
6.Dispositif d'obturation suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que la douille (38) reliée au collecteur de vapeur (11) est disposée avec son axe vertical et comporte une partie engagée dans une paroi horizontale du collecteur de vapeur (11) et une partie saillante à l'intérieur de la chambre interne du collecteur de vapeur (11) fermée par un fond comportant une ouverture centrale (44) sur laquelle repose le clapet (45) en position d'ouverture, au moins une ouverture (41) traversant la paroi latérale de la partie saillante de la douille (38) au-dessus du clapet (45), pour la sortie de la vapeur dans le volume interne du collecteur (11).
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