EP0568434B1 - Générateur de vapeur à dispositif de distribution et de répartition de l'eau alimentaire et de l'eau de recirculation dans la partie secondaire - Google Patents

Générateur de vapeur à dispositif de distribution et de répartition de l'eau alimentaire et de l'eau de recirculation dans la partie secondaire Download PDF

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EP0568434B1
EP0568434B1 EP93401075A EP93401075A EP0568434B1 EP 0568434 B1 EP0568434 B1 EP 0568434B1 EP 93401075 A EP93401075 A EP 93401075A EP 93401075 A EP93401075 A EP 93401075A EP 0568434 B1 EP0568434 B1 EP 0568434B1
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EP
European Patent Office
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space
tubes
annular
supply pipe
steam generator
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP93401075A
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German (de)
English (en)
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EP0568434A1 (fr
Inventor
Yves Pascal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva NP SAS
Original Assignee
Framatome SA
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Filing date
Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22D—PREHEATING, OR ACCUMULATING PREHEATED, FEED-WATER FOR STEAM GENERATION; FEED-WATER SUPPLY FOR STEAM GENERATION; CONTROLLING WATER LEVEL FOR STEAM GENERATION; AUXILIARY DEVICES FOR PROMOTING WATER CIRCULATION WITHIN STEAM BOILERS
    • F22D11/00—Feed-water supply not provided for in other main groups
    • F22D11/003—Emergency feed-water supply
    • 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
    • F22B1/023—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes, for nuclear reactors as far as they are not classified, according to a specified heating fluid, in another group
    • F22B1/025—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers with heating tubes, for nuclear reactors as far as they are not classified, according to a specified heating fluid, in another group with vertical U shaped tubes carried on a horizontal tube sheet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor

Definitions

  • the invention relates to a steam generator designed for use in a pressurized water nuclear reactor and in which means are provided for ensuring a controlled distribution of the feed water injected at the bottom of the steam generator and of the recirculation from the condensation of secondary water vapor in the upper part of the generator.
  • a steam generator equipping a nuclear power plant usually comprises an outer envelope, of vertical axis, the interior space of which is divided into two parts, in the direction of the height, by a horizontal plate called “tube plate” (in English "tube sheet”).
  • the ends of the tubes of an inverted U-shaped tube bundle are fixed on the tube plate and open below it respectively in an intake manifold and in a collector for evacuating the water circulating in the circuit.
  • reactor primary called “primary water”.
  • the water circulating in the secondary circuit of the reactor called “secondary water” or “edible water” is injected into the part of the steam generator located above the tube plate.
  • the injection of drinking water is ensured by a main supply manifold of semi-toric shape, located above a space recirculation ring formed between the outer envelope and an inner envelope covering the tube bundle and the lower edge of which is spaced from the tube plate.
  • the food water introduced into the steam generator by the main supply manifold descends into this annular space, then rises between the tubes of the bundle inside the interior envelope.
  • the heat taken from the primary water circulating inside the tubes then has the effect of vaporizing the drinking water when it reaches the upper region of the inner envelope.
  • the steam thus formed then passes through separators and dryers which lower the humidity level of the steam before it escapes towards the turbines of the secondary circuit used to drive the electric generators of the power station.
  • recirculation water The condensed water retained in the separators, generally called “recirculation water”, descends by gravity into the annular recirculation space, in order to carry out a new passage in the interior envelope of the generator.
  • migrant bodies such as objects (welding rods, screws, bolts, etc.) inadvertently introduced into the secondary circuit during their production enter the steam generator through the water intake manifold food, they can become trapped between the bundle tubes and therefore damage these tubes.
  • the invention specifically relates to a steam generator whose original design sees the main supply manifold located at the bottom of the secondary part, while ensuring a controlled distribution of the distribution of drinking water and recirculating water on the periphery of the secondary part of the generator and allowing possible trapping of migrant bodies from the food water circuit, likely to enter the bundle of tubes and damage them.
  • the perforated flange which is placed in the annular recirculation space above the supply manifold generates a flow limitation or a pressure loss high enough to impose on the drinking water which enters the annular space a movement down and to control the proportion of recirculating water that enters this space, especially in the region located above the supply manifold.
  • first means for trapping migrant bodies are placed in the annular recirculation space, at a level lower than that of the supply pipe.
  • a deflector is advantageously placed inside the annular recirculation space, in the extension of this supply pipe.
  • the invention can be applied equally to economizer steam generators or to boiler-type steam generators.
  • the supply pipe opens into the first region and the perforated flange is placed above this first region.
  • the supply manifold opens into the annular recirculation space, on the side of the cold branches of the tubes, the perforated flange extending over the entire circumference of this annular space.
  • a distribution flange having perforations of variable section then extends over the entire circumference of the annular space, at a level lower than that of the supply manifold.
  • the perforated collar can also perform the function of trapping the migrant bodies introduced into the steam generator by the emergency power collector.
  • This flange then has perforations having a maximum diameter less than a minimum distance between the tubes of the beams.
  • the distribution flange used in the case of a steam generator of the boiler type can also optionally provide the trapping function for migrant bodies.
  • the perforations of this distribution collar then have a maximum diameter less than the minimum distance between the tubes of the bundle.
  • the reference 10 designates the outer envelope of revolution, of vertical axis, of a steam generator intended to ensure the transfer of heat between the primary water circuit and the secondary water-steam circuit of a pressurized water nuclear reactor. More precisely, the steam generator illustrated diagrammatically in FIG. 1 is a steam generator with an economizer and an intermediate skirt.
  • the external envelope 10 defines an enclosed internal space which is separated into a primary lower zone and a secondary upper zone by a horizontal tube plate 12 tightly connected to the external envelope 10.
  • a vertical partition 14 divides the primary lower zone, usually called a "water box", into an intake manifold 16 and an evacuation manifold 18 of the water circulating in the primary circuit of the reactor.
  • Tubing 20 and 22 are part of the water box and connect the collectors 16 and 18 respectively to this primary circuit.
  • each of the tubes comprises a hot vertical branch whose lower end opens into the intake manifold 16 and a cold vertical branch whose lower end opens into the exhaust manifold 18.
  • the bundle of tubes 24 is surrounded and capped by an interior envelope 26 arranged coaxially in the exterior envelope 10.
  • the upper part of this interior envelope 26 communicates with water-vapor separators 28, which open at their ends.
  • upper in dryers (not shown) connected to a steam exhaust pipe (not shown) located at the top of the outer casing 10.
  • the lower edge of the inner casing 26 is placed at a determined distance above the tube plate 12, so as to form a passage between an annular recirculation space 32 delimited between the envelopes 10 and 26 and the space 27 inside the interior envelope 26.
  • Horizontal spacer plates 34 regularly spaced over the entire height of the bundle of tubes 24, maintain these tubes inside the inner casing 26.
  • a vertical partition 36 rises in the bundle of tubes, from the tube plate 12, between the hot and cold branches of the tubes 24 , so as to physically separate these two branches over the entire lower part of the space 27 delimited in the inner envelope 26.
  • a distribution plate 38 having a different permeability on the side of the hot branches and on the side of the cold branches, so as to ensure effective scanning of the tube plate 12 and a distribution as homogeneous as possible of the drinking water, mixed with the recirculating water, which rises inside the interior envelope 26.
  • the steam generator of FIGS. 1 and 2 further comprises an intermediate skirt 40 which at least partially encircles the inner envelope 26, on the side of the cold branches of the tubes 24, as illustrated in FIG. 2.
  • the two circumferential ends of this skirt 40 are connected to the inner casing 26 by two end partitions 42 ( Figure 2), so as to form in the annular recirculation space 32 an overheating zone 44, delimited between the inner casing 26, the skirt 40 and the partitions 42.
  • the intermediate skirt 40 is connected at its lower end to the tube plate 12 and preferably has, near this plate, openings 45, as shown schematically in Figure 1. We also see in this figure, that the skirt 40 can support immediately above the openings 45 a horizontal deflector 46 allowing the stream of food water descending inside the overheating zone 44 to be diverted towards the central part of the steam generator, when it reaches near the tube plate 12.
  • the intermediate skirt 40 rises in the annular recirculation space 32 to a sufficient level above the tube plate 12, as illustrated in FIG. 1.
  • the entry of drinking water into the steam generator takes place, on the side of the cold branches of the bundle of tubes 24, by at least one supply tube 48 connected to the outer casing 10 of the steam generator and extended by a thermal sleeve 50 connected directly to the intermediate skirt 40.
  • the supply pipe 48 opens directly into the overheating zone 44.
  • the steam generator also comprises an emergency supply manifold 52, of toroidal shape, placed around the internal envelope 26, in the upper part of the annular recirculation space 32.
  • This emergency collector 52 can be supplied, in the event of an incident in the secondary circuit, by a supply pipe (not shown) which passes through sealingly the outer envelope 10. It opens inside the steam generator by perforations formed on its upper generator.
  • a perforated flange 56 is placed in the overheating zone 44, near the upper edge of the intermediate skirt 40, that is to say at a level substantially higher than that of the supply pipe. 48.
  • the perforated collar 56 is a flat and horizontal collar which extends over the entire section of the overheating zone 44.
  • this collar can take any shape and orientation, such as '' a curvilinear shape and / or an inclined orientation.
  • the perforated collar 56 has perforations 57 (FIG. 2) whose shape, number and distribution make it possible to control the distribution of the distribution of drinking water and recirculating water in the secondary part of the steam generator.
  • this limitation of flow rate or this pressure drop also has the effect of lowering the recirculated water preferentially. in the part of the annular recirculation space 32 external to the overheating zone 44 rather than in this overheating zone. This promotes, in combination with the openings 45 formed in the bottom of the skirt 40, the flow of warmer recirculation water along the outer casing 10 and the tube plate 12, which improves the thermal balance of the outer casing and the tube plate.
  • the limitation of flow rate or the pressure drop induced by the perforated flange 56 can result in allowing only about 10% of the recirculating water to pass into the overheating zone 44.
  • the steam generator also comprises a first device 58 for trapping migrant bodies, placed in the overheating zone 44, at a level lower than that of the supply pipe 48.
  • the main function of device 58 is to prevent migrant bodies which risk being blocked between the tubes 24 of the bundle from entering these tubes.
  • this device can in particular be in the form of a grid or an equivalent system, providing a very large number of passages whose dimensions are less than the minimum distance separating the tubes 24.
  • a second device for trapping migrant bodies 60 is placed at the top of the annular recirculation space 32, below the emergency supply manifold 52, in order to prevent migrant bodies being introduced into the generator vapor by this collector can not get caught between the tubes 24 of the bundle.
  • the characteristics and structure of this device 60 are moreover comparable to those of the device 58.
  • inspection openings can be made in the pressure envelope 10 and in the skirt 40 in order to collect any trapped migrant objects.
  • the drinking water which enters the superheating zone 44 through the supply pipe 48 descends into this zone, in particular under the effect of limiting the flow rate or the pressure drop induced by the perforated flange 56, as illustrated by the arrows in FIG. 1.
  • the food water then rises around the tubes 24, inside the inner envelope 26, by mixing with the recirculation water which mostly descends in the regions of the annular space 32 distinct from the overheating zone 44, again under the effect of the flow limitation or the pressure drop induced by the perforated collar 56.
  • the permeability of the perforated flange 56 can vary circumferentially, so as to allow precise local control of the flows.
  • FIGS. 3 and 4 a steam generator with an economizer is shown, devoid of an intermediate skirt.
  • This steam generator has many characteristics identical to the previous one, so that only the characteristics which differ from it will now be described.
  • the vertical partition 36 which separates the hot and cold branches of the tubes 24 from the bundle above the tube plate 12 is extended in the intermediate recirculation space 32, by two complementary vertical partitions 62.
  • the supply pipe (s) 48 open directly into the annular recirculation space 32, on the side of the cold branches of the tubes 24.
  • the perforated collar 56 is placed directly in the annular recirculation space 32, at a level substantially higher than that of the supply pipe 48.
  • the perforated collar 56 extends over the entire width of the space 32 and over half of the circumference of this space situated on the side of the cold branches of the tubes 24, as shown in FIG. 3, up to the vertical partitions 62, which rise for this purpose over a height greater than that of the vertical partition 36 separating the hot and cold branches from the tubes.
  • the perforated flange 56 induces a flow limitation or a pressure drop sufficient to prevent the food water introduced by the supply pipe 48 from rising above the upper edges of the partitions 62.
  • the pressure drop or flow limitation may however be slightly less than the previous case, so that the sweeping of the external enclosure 10 by the recirculating water is sufficient on the side of the cold branches to avoid thermal stresses too large are generated between this side and the opposite side of the steam generator.
  • a migrant trapping device 58 is placed at a level lower than that of the supply pipe 48, in the part of the annular recirculation space 32 surrounding the cold branches of the tubes 24, between the partitions 62.
  • a second device for trapping migrant bodies 60 is also placed at the top of the annular recirculation space 32, over the entire periphery of this space, just below the emergency power collector 52.
  • the characteristics and structures of the trapping devices for migrant bodies 58 and 60 are identical to those which have been described in the first embodiment.
  • FIGS. 5 and 6 of a steam generator of the boiler type produced in accordance with the invention.
  • This steam generator differs essentially from that which has just been described with reference to FIGS. 3 and 4 by the fact that it does not include any of the partitions 36 and 62.
  • the steam generator of the boiler type illustrated in FIGS. 5 and 6 essentially presents characteristics similar to those of the steam generators described above, so that only the characteristics which distinguish this generator from the preceding will now be described.
  • the supply pipe 48 opens directly into the annular recirculation space 32.
  • a deflector 64 has been placed in the extension of this pipe 48, in order to d bending downwards as soon as it enters the space 32 the flow of food water introduced through the tube 48.
  • the perforated flange 56 which is placed at the top of the annular recirculation space, at a level higher than that of the supply pipe 48, occupies the entire periphery of this space.
  • the perforated flange 56 mainly has the function of ensuring the desired distribution of the recirculated water which flows in the space 32, between the parts of this space surrounding the cold branches of the tubes 24 and the parts of this space surrounding the hot branches.
  • the perforations made in the perforated flange 56 can ensure a preferential distribution of the recirculating water on the side of the hot branches or, on the contrary, a substantially uniform distribution of the recirculating water over the entire periphery of the annular space 32.
  • a first device for trapping migrant bodies 58 is placed in the annular recirculation space 32, at a level lower than that of the supply pipe 48. In this case, this device 58 however extends over the entire periphery of the space 32.
  • this device for trapping migrant bodies 58 is advantageously in the form of a distribution flange, the perforations of which have a maximum diameter less than the minimum distance between the tubes 24 of the bundle.
  • these perforations have variable sections over the entire periphery of the device 58, so as to generate flow limitations or variable pressure losses allowing the distribution of the feed water and recirculating water flows penetrating to be controlled. inside the inner casing 26, at the base of the tube bundle.
  • the perforated collar 56 which is placed below the emergency power collector 52, can also constitute a second device for trapping migrant bodies possibly introduced by this collector 52.
  • the perforations which are produced in the collar 56 have a maximum diameter less than the maximum distance between the tubes 24 of the beam.
  • the combined effect of the deflector 64 and the distribution flange forming the device for trapping migrant bodies 58 can result in distributing the food water introduced into the generator through the supply pipe 48 according to a proportion of about 80% on the side of the cold branches of the tubes 24 and about 20% on the side of the hot branches.
  • the deflector 64 described with reference to FIG. 6 can be used in the other embodiments.
  • the steam generator can comprise several supply pipes 48 without departing from the scope of the invention.

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Description

  • L'invention concerne un générateur de vapeur conçu pour être utilisé dans un réacteur nucléaire à eau pressurisée et dans lequel sont prévus des moyens pour assurer une répartition contrôlée de l'eau alimentaire injectée dans le bas du générateur de vapeur et de l'eau de recirculation provenant de la condensation de la vapeur d'eau secondaire, dans la partie supérieure du générateur.
  • Comme l'illustre notamment le document FR-A-2 477 265, un générateur de vapeur équipant une centrale nucléaire comprend habituellement une enveloppe extérieure, d'axe vertical, dont l'espace intérieur est divisé en deux parties, dans le sens de la hauteur, par une plaque horizontale appelée "plaque à tubes" (en anglais "tube sheet"). Les extrémités des tubes d'un faisceau de tubes en U inversé sont fixées sur la plaque à tubes et débouchent en dessous de celle-ci respectivement dans un collecteur d'admission et dans un collecteur d'évacuation de l'eau circulant dans le circuit primaire du réacteur, appelée "eau primaire". L'eau circulant dans le circuit secondaire du réacteur, appelée "eau secondaire" ou "eau alimentaire" est injectée dans la partie du générateur de vapeur située au-dessus de la plaque à tubes.
  • Dans le générateur de vapeur décrit plus précisément dans le document FR-A-2 477 265, l'injection de l'eau alimentaire est assurée par un collecteur d'alimentation principale de forme semi-torique, situé au-dessus d'un espace annulaire de recirculation formé entre l'enveloppe extérieure et une enveloppe intérieure coiffant le faisceau de tubes et dont le bord inférieur est espacé de la plaque à tubes.
  • L'eau alimentaire introduite dans le générateur de vapeur par le collecteur d'alimentation principal descend dans cet espace annulaire, puis remonte entre les tubes du faisceau à l'intérieur de l'enveloppe intérieure. La chaleur prélevée à l'eau primaire circulant à l'intérieur des tubes a alors pour effet de vaporiser l'eau alimentaire lorsqu'elle parvient dans la région supérieure de l'enveloppe intérieure. La vapeur ainsi formée traverse alors des séparateurs et des sécheurs qui abaissent le taux d'humidité de la vapeur avant que celle-ci ne s'échappe vers les turbines du circuit secondaire servant à entraîner les générateurs électriques de la centrale.
  • L'eau de condensation retenue dans les séparateurs, généralement appelée "eau de recirculation", redescend par gravité dans l'espace annulaire de recirculation, afin d'effectuer un nouveau passage dans l'enveloppe intérieure du générateur.
  • La localisation du collecteur d'alimentation principal du générateur de vapeur au-dessus de l'espace annulaire de recirculation conduit, comme l'illustre le document FR-A-2 477 265, à équiper ce collecteur de tubes en forme de J inversé, pour éviter des sautes de pression et des coups de bélier qui pourraient se produire lors du redémarrage des pompes du circuit secondaire, par suite d'un dénoyage du collecteur d'alimentation. Cependant, cette technique a pour inconvénient de compliquer la fabrication du générateur de vapeur et, par conséquent, d'allonger la durée et le coût de cette fabrication.
  • Par ailleurs et comme l'illustrent notamment les documents US-A-3 804 069, 3 896 770, 3 916 843, et FR-A-2 244 129 on a aussi envisagé d'assurer l'alimentation en eau alimentaire d'un générateur de vapeur en raccordant directement une tubulure d'admission de l'eau alimentaire sur une partie basse de l'enveloppe intérieure, de façon à faire pénétrer l'eau alimentaire directement à la base des branches froides des tubes du faisceau. Des déflecteurs placés en face de la tubulure d'admission et autour des branches froides forment alors un dispositif de préchauffage de l'eau alimentaire circulant entre les tubes.
  • Si la solution décrite dans ces derniers documents évite les inconvénients posés par l'implantation du collecteur d'alimentation principal en partie haute, elle a pour inconvénient de soumettre les parties basses des branches froides des tubes à des écoulements transverses importants et de ne pas permettre une répartition contrôlée du débit de l'eau alimentaire sur la section du générateur de vapeur.
  • De plus, si des corps migrants tels que des objets (baguettes de soudure, vis, boulons, etc.) introduits par inadvertance dans le circuit secondaire lors de leur fabrication pénètrent dans le générateur de vapeur par la tubulure d'admission de l'eau alimentaire, ils peuvent rester coincer entre les tubes du faisceau et donc endommager ces tubes.
  • En outre, les générateurs de vapeur existants dans lesquels l'introduction de l'eau alimentaire s'effectue dans le bas de la partie secondaire ne permettent pas d'effectuer une répartition contrôlée de la distribution d'eau alimentaire et d'eau de recirculation sur la périphérie du générateur de vapeur, alors que cette répartition contrôlée serait souhaitable pour concilier au mieux certains impératifs contradictoires parmi lesquels on citera principalement :
    • l'obtention d'un rendement maximal du générateur de vapeur en fonctionnement normal ;
    • la nécessité d'assurer un fonctionnement satisfaisant du générateur de vapeur lors d'un incident nécessitant l'utilisation d'un collecteur d'alimentation de secours, généralement placé au-dessus de l'espace annulaire de recirculation ; et
    • la limitation à des valeurs aussi faibles que possible des contraintes thermiques subies notamment par l'enveloppe extérieure et la plaque à tubes du générateur de vapeur.
  • L'invention a précisément pour objet un générateur de vapeur dont la conception originale voit le collecteur d'alimentation principal localisé dans le bas de la partie secondaire, tout en assurant une répartition contrôlée de la distribution d'eau alimentaire et d'eau de recirculation sur la périphérie de la partie secondaire du générateur et en permettant un piégeage éventuel des corps migrants issus du circuit d'eau alimentaire, susceptibles de pénétrer dans le faisceau de tubes et d'endommager ces derniers.
  • Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu au moyen d'un générateur de vapeur comportant :
    • une enveloppe extérieure, d'axe vertical ;
    • une plaque tubulaire horizontale fixée de façon étanche à l'intérieur de l'enveloppe extérieure ;
    • un faisceau de tubes en U inversé comprenant des branches chaudes et des branches froides et ayant chacun deux extrémités fixées sur la plaque à tubes et débouchant en dessous de cette dernière, respectivement dans un collecteur d'admission et dans un collecteur d'évacuation de fluide primaire ;
    • une enveloppe intérieure coiffant le faisceau de tubes, dont un bord inférieur est espacé de la plaque à tubes, et formant avec l'enveloppe extérieure un espace annulaire de recirculation ;
    • des moyens d'alimentation en eau secondaire ; et
    • des moyens de séparation d'eau de recirculation apte à redescendre par ledit espace et de vapeur secondaire apte à être extraite du générateur de vapeur, ces moyens de séparation étant situés au-dessus de l'enveloppe intérieure ;
    caractérisé par le fait que les moyens d'alimentation en eau secondaire comprennent au moins une tubulure d'alimentation débouchant directement dans l'espace annulaire de recirculation, au moins une collerette perforée étant placée dans l'espace annulaire de recirculation, à un niveau supérieur à celui de la tubulure d'alimentation, de façon à s'opposer à une remontée d'eau secondaire dans ledit espace et à assurer une répartition circonférentielle contrôlée de l'eau de recirculation descendant dans cet espace.
  • La collerette perforée qui est placée dans l'espace annulaire de recirculation au-dessus de la tubulure d'alimentation engendre une limitation de débit ou une perte de charge suffisamment élevée pour imposer à l'eau alimentaire qui pénètre dans l'espace annulaire un mouvement descendant et pour contrôler la proportion d'eau de recirculation qui pénètre dans cet espace, notamment dans la région située au-dessus de la tubulure d'alimentation.
  • De préférence, afin d'éviter que des corps migrants issus du circuit secondaire et pénétrant dans le générateur de vapeur par la tubulure d'alimentation ne parviennent jusqu'au tube du faisceau, des premiers moyens de piégeage de corps migrants sont placés dans l'espace annulaire de recirculation, à un niveau inférieur à celui de la tubulure d'alimentation.
  • Dans le même esprit, lorsqu'un collecteur d'alimentation de secours est placé au-dessus de l'espace annulaire de recirculation, des deuxièmes moyens de piégeage de corps migrants sont placés dans l'espace annulaire de recirculation, en dessous de ce collecteur d'alimentation de secours.
  • Afin de contribuer à l'orientation vers le bas de l'eau alimentaire qui pénètre dans le générateur de vapeur par la tubulure d'alimentation, un déflecteur est avantageusement placé à l'intérieur de l'espace annulaire de recirculation, dans le prolongement de cette tubulure d'alimentation.
  • L'invention peut s'appliquer indifféremment à des générateurs de vapeur à économiseur ou à des générateurs de vapeur de type bouilleur.
  • Dans le cas d'un générateur de vapeur à économiseur comprenant une jupe intermédiaire doublant au moins en partie l'enveloppe intérieure autour des branches froides des tubes, de façon à délimiter avec l'enveloppe intérieure une zone de surchauffe appartenant à l'espace annulaire de recirculation, la tubulure d'alimentation débouche directement dans cette zone de surchauffe et la collerette perforée est également placée dans cette zone de surchauffe.
  • Dans le cas d'un générateur de vapeur à économiseur dépourvu de jupe intermédiaire et dans lequel l'espace annulaire de recirculation est séparé en une première région entourant les branches froides des tubes et une deuxième région entourant les branches chaudes des tubes par des cloisons verticales, la tubulure d'alimentation débouche dans la première région et la collerette perforée est placée au-dessus de cette première région.
  • Enfin, dans le cas d'un générateur de vapeur de type bouilleur ne comportant aucune séparation entre les branches chaudes et froides des tubes, la tubulure d'alimentation débouche dans l'espace annulaire de recirculation, du côté des branches froides des tubes, la collerette perforée s'étendant sur toute la circonférence de cet espace annulaire. Une collerette de distribution présentant des perforations de section variable s'étend alors sur toute la circonférence de l'espace annulaire, à un niveau inférieur à celui de la tubulure d'alimentation.
  • De façon optionnelle, la collerette perforée peut également assurer la fonction de piégeage des corps migrants introduits dans le générateur de vapeur par le collecteur d'alimentation de secours. Cette collerette présente alors des perforations ayant un diamètre maximal inférieur à une distance minimale entre les tubes des faisceaux.
  • De façon comparable, la collerette de distribution utilisée dans le cas d'un générateur de vapeur de type bouilleur peut aussi assurer de façon optionnelle la fonction de piégeage des corps migrants. Les perforations de cette collerette de distribution ont alors un diamètre maximal inférieur à la distance minimale entre les tubes du faisceau.
  • On décrira à présent, à titre d'exemples non limitatifs, différents modes de réalisation de l'invention, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe verticale illustrant schématiquement un générateur de vapeur à économiseur et à jupe intermédiaire réalisé conformément l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II de la figure 1 ;
    • la figure 3 est une vue en coupe verticale comparable à la figure 1, illustrant un générateur de vapeur à économiseur dépourvu de jupe intermédiaire et réalisé conformément à l'invention ;
    • la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3 ;
    • la figure 5 est une vue en coupe verticale comparable aux figures 1 et 3, représentant schématiquement un générateur de vapeur de type bouilleur réalisé conformément à l'invention ; et
    • la figure 6 est une ligne en coupe selon la ligne VI-VI de la figure 5.
  • Sur la figure 1, la référence 10 désigne l'enveloppe extérieure de révolution, d'axe vertical, d'un générateur de vapeur prévu pour assurer le transfert de chaleur entre le circuit d'eau primaire et le circuit secondaire eau-vapeur d'un réacteur nucléaire à eau pressurisée. De façon plus précise, le générateur de vapeur illustré schématiquement sur la figure 1 est un générateur de vapeur à économiseur et à jupe intermédiaire.
  • L'enveloppe extérieure 10 délimite un espace intérieur clos qui est séparé en une zone inférieure primaire et une zone supérieure secondaire par une plaque à tubes horizontale 12 raccordée de façon étanche sur l'enveloppe extérieure 10.
  • Une cloison verticale 14 divise la zone inférieure primaire, habituellement appelée "boîte à eau", en un collecteur d'admission 16 et un collecteur d'évacuation 18 de l'eau circulant dans le circuit primaire du réacteur. Des tubulures 20 et 22 font partie de la boîte à eau et raccordent respectivement les collecteurs 16 et 18 à ce circuit primaire.
  • Un faisceau de tubes en U inversé 24 est raccordé de façon étanche sur la plaque à tubes 12, dans la zone supérieure secondaire délimitée par cette dernière. Plus précisément, chacun des tubes comprend une branche verticale chaude dont l'extrémité inférieure débouche dans le collecteur d'admission 16 et une branche verticale froide dont l'extrémité inférieure débouche dans le collecteur d'évacuation 18.
  • Le faisceau de tubes 24 est entouré et coiffé par une enveloppe intérieure 26 disposée coaxialement dans l'enveloppe extérieure 10. La partie supérieure de cette enveloppe intérieure 26 communique avec des séparateurs eau-vapeur 28, qui débouchent à leurs extrémités supérieures dans des sécheurs (non représentés) raccordés sur une tubulure d'évacuation de vapeur (non représentée) située au sommet de l'enveloppe extérieure 10. Le bord inférieur de l'enveloppe intérieure 26 est placé à une distance déterminée au-dessus de la plaque à tubes 12, de façon à former un passage entre un espace annulaire de recirculation 32 délimité entre les enveloppes 10 et 26 et l'espace 27 intérieur à l'enveloppe intérieure 26.
  • Des plaques entretoises horizontales 34, régulièrement espacées sur toute la hauteur du faisceau de tubes 24, assurent le maintien de ces tubes à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 26.
  • Dans le générateur de vapeur à économiseur et à jupe intermédiaire illustré sur les figures 1 à 2, une cloison verticale 36 s'élève dans le faisceau de tubes, à partir de la plaque à tubes 12, entre les branches chaudes et froides des tubes 24, de façon à séparer physiquement ces deux branches sur toute la partie inférieure de l'espace 27 délimité dans l'enveloppe intérieure 26.
  • De part et d'autre de cette cloison verticale 36 et en dessous des plaques entretoises 34 est placée une plaque de distribution 38 présentant une perméabilité différente du côté des branches chaudes et du côté des branches froides, de façon à assurer un balayage efficace de la plaque à tubes 12 et une répartition aussi homogène que possible de l'eau alimentaire, mélée à l'eau de recirculation, qui remonte à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 26.
  • Le générateur de vapeur des figures 1 et 2 comprend de plus une jupe intermédiaire 40 qui encercle au moins en partie l'enveloppe intérieure 26, du côté des branches froides des tubes 24, comme l'illustre la figure 2. Les deux extrémités circonférentielles de cette jupe 40 sont reliées à l'enveloppe intérieure 26 par deux cloisons d'extrémité 42 (figure 2), de façon à former dans l'espace annulaire de recirculation 32 une zone de surchauffe 44, délimitée entre l'enveloppe intérieure 26, la jupe 40 et les cloisons 42.
  • La jupe intermédiaire 40 est raccordée à son extrémité inférieure sur la plaque à tubes 12 et comporte de préférence, à proximité de cette plaque, des ouvertures 45, comme l'illustre schématiquement la figure 1. On voit également sur cette figure, que la jupe 40 peut supporter immédiatement au-dessus des ouvertures 45 un déflecteur horizontal 46 permettant au courant d'eau alimentaire descendant à l'intérieur de la zone de surchauffe 44 d'être dévié vers la partie centrale du générateur de vapeur, lorsqu'il arrive à proximité de la plaque à tubes 12.
  • La jupe intermédiaire 40 s'élève dans l'espace annulaire de recirculation 32 jusqu'à un niveau suffisant au-dessus de la plaque à tubes 12, comme l'illustre la figure 1.
  • Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, l'entrée de l'eau alimentaire dans le générateur de vapeur s'effectue, du côté des branches froides du faisceau de tubes 24, par au moins une tubulure d'alimentation 48 raccordée sur l'enveloppe extérieure 10 du générateur de vapeur et prolongée par une manchette thermique 50 raccordée directement sur la jupe intermédiaire 40. Ainsi, la tubulure d'alimentation 48 débouche directement dans la zone de surchauffe 44.
  • Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, le générateur de vapeur comprend également un collecteur d'alimentation de secours 52, de forme torique, placé autour de l'enveloppe intérieure 26, dans la partie haute de l'espace annnulaire de recirculation 32. Ce collecteur de secours 52 peut être alimenté, en cas d'incident dans le circuit secondaire, par une tubulure d'alimentation (non représentée) qui traverse de façon étanche l'enveloppe extérieure 10. Il débouche à l'intérieur du générateur de vapeur par des perforations formées sur sa génératrice supérieure.
  • Conformément à l'invention, une collerette perforée 56 est placée dans la zone de surchauffe 44, à proximité du bord supérieur de la jupe intermédiaire 40, c'est-à-dire à un niveau sensiblement supérieur à celui de la tubulure d'alimentation 48. Dans le mode de réalisation représenté, la collerette perforée 56 est une collerette plate et horizontale qui s'étend sur toute la section de la zone de surchauffe 44. En variante, cette collerette peut prendre une forme et une orientation quelconques, telles qu'une forme curviligne et/ou une orientation inclinée.
  • La collerette perforée 56 présente des perforations 57 (figure 2) dont la forme, le nombre et la répartition permettent de contrôler la répartition de la distribution de l'eau alimentaire et de l'eau de recirculation dans la partie secondaire du générateur de vapeur.
  • Ainsi, dans le cas d'un générateur de vapeur à économiseur tel qu'illustré sur les figures 1 à 3, on peut donner à la collerette perforée 56 des caractéristiques permettant de contenir dans l'espace 44 la totalité de l'eau alimentaire du côté des branches froides du faisceau de tubes 24, ce qui assure l'obtention d'un rendement maximal pour le générateur de vapeur. Ce résultat est obtenu en donnant à la limitation de débit ou à la perte de charge induite par la collerette perforée 56 une valeur suffisante pour empêcher pratiquement que l'eau alimentaire introduite dans la zone de surchauffe 44 ne puisse remonter au-delà du bord supérieur de la jupe intermédiaire 40.
  • Par ailleurs, cette limitation de débit ou cette perte de charge a également pour conséquence de faire redescendre préférentiellement l'eau recirculée dans la partie de l'espace annulaire de recirculation 32 extérieure à la zone de surchauffe 44 plutôt que dans cette zone de surchauffe. Cela favorise, en combinaison avec les ouvertures 45 ménagées dans le bas de la jupe 40, l'écoulement de l'eau de recirculation plus chaude le long de l'enveloppe extérieure 10 et de la plaque à tubes 12, ce qui améliore l'équilibre thermique de l'enveloppe extérieure et de la plaque à tubes. Concrètement et uniquement à titre d'exemple, la limitation de débit ou la perte de charge induite par la collerette perforée 56 peut conduire à ne laisser passer dans la zone de surchauffe 44 qu'environ 10 % de l'eau de recirculation.
  • Enfin, ces mêmes caractéristiques ne sont pas contradictoires avec la nécessité d'assurer une circulation vers le bas de l'eau alimentaire du côté des branches froides des tubes 24 lorsqu'un incident conduit à introduire l'eau alimentaire dans le générateur de vapeur par le collecteur d'alimentation de secours 52.
  • Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le générateur de vapeur comprend également un premier dispositif 58 de piégeage des corps migrants, placé dans la zone de surchauffe 44, à un niveau inférieur à celui de la tubulure d'alimentation 48. Ce dispositif 58 a essentiellement pour fonction d'empêcher que des corps migrants risquant de se bloquer entre les tubes 24 du faisceau ne pénètrent jusqu'à ces tubes. A l'inverse de la collerette perforée 56, il est conçu de façon à entraîner une limitation de débit ou une perte de charge aussi faible que possible, afin de ne pas réduire le rendement de l'appareil. A cet effet, ce dispositif peut notamment se présenter sous la forme d'une grille ou d'un système équivalent, ménageant un très grand nombre de passages dont les dimensions sont inférieures à la distance minimale séparant les tubes 24.
  • De façon comparable, un deuxième dispositif de piégeage de corps migrants 60, comparable à ce dispositif 58, est placé dans le haut de l'espace annulaire de recirculation 32, en dessous du collecteur d'alimentation de secours 52, afin d'empêcher que des corps migrants introduits dans le générateur de vapeur par ce collecteur ne puissent venir se coincer entre les tubes 24 du faisceau. Les caractéristiques et la structure de ce dispositif 60 sont par ailleurs comparables à celles du dispositif 58. Au droit de ces dispositifs de piégeage des corps migrants 58 et 60, des ouvertures de visite peuvent être pratiquées dans l'enveloppe de pression 10 et dans la jupe 40 afin de prélever les éventuels objets migrants piégés.
  • Dans le générateur de vapeur qui vient d'être décrit en se référant aux figures 1 à 3, l'eau alimentaire qui pénètre dans la zone de surchauffe 44 par la tubulure d'alimentation 48 descend dans cette zone, notamment sous l'effet de la limitation de débit ou de la perte de charge induite par la collerette perforée 56, comme l'illustrent les flèches sur la figure 1. L'eau alimentaire remonte ensuite autour des tubes 24, à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 26, en se mélangeant à l'eau de recirculation qui descend en majorité dans les régions de l'espace annulaire 32 distinctes de la zone de surchauffe 44, là encore sous l'effet de la limitation de débit ou de la perte de charge induite par la collerette perforée 56.
  • Il est à noter que la perméabilité de la collerette perforée 56 peut varier circonférentiellement, de façon à permettre un contrôle local précis des écoulements.
  • Sur les figures 3 et 4, on a représenté un générateur de vapeur à économiseur, dépourvu de jupe intermédiaire. Ce générateur de vapeur présente de nombreuses caractéristiques identiques au précédent, de sorte que seules les caractéristiques qui en diffèrent vont à présent être décrites.
  • Tout d'abord et comme l'illustre la figure 4, la cloison verticale 36 qui sépare les branches chaudes et froides des tubes 24 du faisceau au-dessus de la plaque à tubes 12 est prolongée dans l'espace intermédiaire de recirculation 32, par deux cloisons verticales complémentaires 62.
  • Par ailleurs, en raison de la disparition de la jupe intermédiaire, la ou les tubulures d'alimentation 48 débouchent directement dans l'espace annulaire de recirculation 32, du côté des branches froides des tubes 24.
  • Dans ce cas, la collerette perforée 56 est placée directement dans l'espace annulaire de recirculation 32, à un niveau sensiblement supérieur à celui de la tubulure d'alimentation 48. La collerette perforée 56 s'étend sur toute la largeur de l'espace 32 et sur la moitié de la circonférence de cet espace située du côté des branches froides des tubes 24, comme le montre la figure 3, jusqu'aux cloisons verticales 62, qui s'élèvent à cet effet sur une hauteur supérieure à celle de la cloison verticale 36 séparant les branches chaudes et froides des tubes.
  • Comme précédemment, la collerette perforée 56 induit une limitation de débit ou une perte de charge suffisante pour éviter que l'eau alimentaire introduite par la tubulure d'alimentation 48 ne remonte au-dessus des bords supérieurs des cloisons 62.
  • Dans ce cas, la perte de charge ou limitation de débit peut cependant être légèrement inférieure au cas précédent, afin que le balayage de l'enceinte extérieure 10 par l'eau de recirculation soit suffisant du côté des branches froides pour éviter que des contraintes thermiques trop importantes ne soient engendrées entre ce côté et le côté opposé du générateur de vapeur.
  • Comme dans le premier mode de réalisation, un dispositif de piégeage des corps migrants 58 est placé à un niveau inférieur à celui de la tubulure d'alimentation 48, dans la partie de l'espace annulaire de recirculation 32 entourant les branches froides des tubes 24, entre les cloisons 62.
  • Un deuxième dispositif de piégeage des corps migrants 60 est également placé dans le haut de l'espace annulaire de recirculation 32, sur toute la périphérie de cet espace, juste en dessous du collecteur d'alimentation de secours 52.
  • Les caractéristiques et les structures des dispositifs de piégeage des corps migrants 58 et 60 sont identiques à celles qui ont été décrites dans le premier mode de réalisation.
  • Enfin, on décrira à présent en se référant aux figures 5 et 6 un générateur de vapeur de type bouilleur réalisé conformément à l'invention. Ce générateur de vapeur se distingue essentiellement de celui qui vient d'être décrit en se référant aux figures 3 et 4 par le fait qu'il ne comporte aucune des cloisons 36 et 62.
  • Le générateur de vapeur de type bouilleur illustré sur les figures 5 et 6 présente pour l'essentiel des caractéristiques similaires à celles des générateurs de vapeur décrits précédemment, de sorte que seules les caractéristiques qui distinguent ce générateur des précédents vont à présent être décrites.
  • Comme dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, la tubulure d'alimentation 48 débouche directement dans l'espace annulaire de recirculation 32. Cependant, on a placé dans ce cas un déflecteur 64 dans le prolongement de cette tubulure 48, afin d'infléchir vers le bas dès son entrée dans l'espace 32 l'écoulement de l'eau alimentaire introduite par la tubulure 48.
  • Par ailleurs, étant donné que l'espace annulaire de recirculation 32 n'est pas séparé en deux parties semi-annulaires comme dans le cas des figures 3 et 4, la collerette perforée 56 qui est placée dans le haut de l'espace annulaire de recirculation, à un niveau supérieur à celui de la tubulure d'alimentation 48, occupe toute la périphérie de cet espace.
  • Dans ce cas, la collerette perforée 56 a principalement pour fonction d'assurer la répartition souhaitée de l'eau recirculée qui s'écoule dans l'espace 32, entre les parties de cet espace entourant les branches froides des tubes 24 et les parties de cet espace entourant les branches chaudes. A cet effet, les perforations réalisées dans la collerette perforée 56 peuvent assurer une distribution préférentielle de l'eau de recirculation du côté des branches chaudes ou, au contraire, une distribution sensiblement uniforme de l'eau de recirculation sur toute la périphérie de l'espace annulaire 32.
  • Comme dans le mode de réalisation des figures 3 et 4, un premier dispositif de piégeage des corps migrants 58 est placé dans l'espace annulaire de recirculation 32, à un niveau inférieur à celui de la tubulure d'alimentation 48. Dans ce cas, ce dispositif 58 s'étend cependant sur toute la périphérie de l'espace 32.
  • En outre, ce dispositif de piégeage des corps migrants 58 se présente avantageusement sous la forme d'une collerette de distribution dont les perforations ont un diamètre maximal inférieur à la distance minimale entre les tubes 24 du faisceau. De plus, ces perforations présentent des sections variables sur toute la périphérie du dispositif 58, de façon à engendrer des limitations de débit ou des pertes de charge variables permettant de contrôler la répartition des débits d'eau alimentation et d'eau de recirculation pénétrant à l'intérieur de l'enveloppe intérieure 26, à la base du faisceau de tubes.
  • Dans ce cas, la collerette perforée 56, qui est placée en dessous du collecteur d'alimentation de secours 52, peut également constituer un deuxième dispositif de piégeage des corps migrants éventuellement introduits par ce collecteur 52. Pour cela, les perforations qui sont réalisées dans la collerette 56 présentent un diamètre maximal inférieur à la distance maximale entre les tubes 24 du faisceau.
  • A titre d'illustration non limitative, l'effet combiné du déflecteur 64 et de la collerette de distribution formant le dispositif de piégeage des corps migrants 58 peut conduire à distribuer l'eau alimentaire introduite dans le générateur par la tubulure d'alimentation 48 selon une proportion d'environ 80 % du côté des branches froides des tubes 24 et d'environ 20 % du côté des branches chaudes. Le déflecteur 64 décrit en se référant à la figure 6 peut être utilisé dans les autres modes de réalisation. Par ailleurs, le générateur de vapeur peut comprendre plusieurs tubulures d'alimentation 48 sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (9)

  1. Générateur de vapeur comportant :
    - une enveloppe extérieure (10), d'axe vertical ;
    - une plaque tubulaire horizontale (12) fixée de façon étanche à l'intérieur de l'enveloppe extérieure ;
    - un faisceau de tubes en U inversé (24) comprenant des branches chaudes et des branches froides et ayant chacun deux extrémités fixées sur la plaque à tubes et débouchant en dessous de cette dernière, respectivement dans un collecteur d'admission (16) et dans un collecteur d'évacuation (18) de fluide primaire ;
    - une enveloppe intérieure (26) coiffant le faisceau de tubes, dont un bord inférieur est espacé de la plaque à tubes, et formant avec l'enveloppe extérieure un espace annulaire de recirculation (32) ;
    - des moyens d'alimentation en eau secondaire ; et
    - des moyens (28,30) de séparation d'eau de recirculation apte à redescendre par ledit espace et de vapeur secondaire apte à être extraite du générateur de vapeur, ces moyens de séparation étant situés au-dessus de l'enveloppe intérieure ;
    des moyens d'alimentation en eau secondaire comprennent au moins une tubulure d'alimentation (48) débouchant directement dans l'espace annulaire de recirculation, caractérisé par le fait que au moins une collerette perforée (56) est placée dans l'espace annulaire de recirculation, à un niveau supérieur à celui de la tubulure d'alimentation, de façon à s'opposer à une remontée d'eau secondaire dans ledit espace et à assurer une répartition circonférentielle contrôlée de l'eau de recirculation descendant dans cet espace.
  2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des premiers moyens de piégeage de corps migrants (58) sont placés dans l'espace annulaire de recirculation (32) à un niveau inférieur à celui de la tubulure d'alimentation (48).
  3. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un collecteur d'alimentation de secours (52) est placé au-dessus de l'espace annulaire de recirculation (32), des deuxièmes moyens de piégeage de corps migrants (60) étant placés dans l'espace annulaire de recirculation, en dessous du collecteur d'alimentation de secours.
  4. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'un déflecteur (64) est placé à l'intérieur de l'espace annulaire de recirculation (32), dans le prolongement de chaque tubulure d'alimentation, afin de dévier vers le bas l'eau secondaire.
  5. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'une jupe intermédiaire (40) doublant au moins en partie l'enveloppe intérieure (26) autour des branches froides des tubes, pour délimiter avec l'enveloppe intérieure une zone de surchauffe (44) appartenant à l'espace annulaire de recirculation (32), la tubulure d'alimentation (48) débouche dans cette zone de surchauffe et ladite collerette perforée (56) est placée dans la zone de surchauffe (44).
  6. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, une partie inférieure de l'espace annulaire de recirculation (32) étant séparée en une première région entourant les branches froides des tubes et une deuxième région entourant les branches chaudes des tubes par des cloisons verticales (62), la tubulure d'alimentation (48) débouche dans la première région et la collerette perforée (56) est placée au-dessus de cette première région.
  7. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la tubulure d'alimentation (48) débouche dans l'espace annulaire de recirculation, du côté des branches froides des tubes, la collerette perforée (56) s'étendant sur toute la circonférence de cet espace annulaire, et une collerette de distribution (58) présentant des perforations de section variable s'étendant sur toute la circonférence de l'espace annulaire, à un niveau inférieur à celui de la tubulure d'alimentation.
  8. Générateur de vapeur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la collerette perforée (56) présente des perforations ayant un diamètre maximal inférieur à une distance minimale entre les tubes du faisceau.
  9. Générateur de vapeur selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les perforations de la collerette de distribution (58) ont un diamètre maximal inférieur à une distance minimale entre les tubes du faisceau.
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