FR2637114A1

FR2637114A1 - Dispositif limiteur de debit inverse de fluide

Info

Publication number: FR2637114A1
Application number: FR8812665A
Authority: FR
Inventors: Guy-Marie Gautier
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1988-09-28
Filing date: 1988-09-28
Publication date: 1990-03-30
Anticipated expiration: 2008-09-28
Also published as: FR2637114B1

Abstract

Dispositif limiteur de débit inverse de fluide. Une canalisation d'entrée 2 débouche dans un espace de faible épaisseur garni de lames déflectrices possédant une partie incurvée 21 parallèle au périmètre 22 de la canalisation. L'écoulement inverse accidentel vers la canalisation 2 serait dévié en vortex autour de celle-ci. Des obstacles axiaux en relief peuvent être prévus dans la canalisation 2 pour briser l'écoulement. On obtient ainsi des coefficients de perte de charge très différents dans les deux sens. Application aux circuits des réacteurs nucléaires, notamment à eau pressurisée.

Description

DISPOSITIF LIMITEUR DE DEBIT INVERSE DE FLUIDE
DESCRIPTION
L' invention se rapporte à un dispositif limiteur de débit inverse de fluide.

Dans de nombreux circuits, L'écoulement est prévu en sens unique, comme dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée : L'eau pénètre dans la cuve par des canalisations d'entrée, suit un trajet en chicane dans la cuve qui la fait passer par le coeur du réacteur et quitte la cuve par des canalisations de sortie.

Toutefois, en cas de rupture d'une canalisation d'entrée, des écoulements en sens inverse du fluide se produiraient, c'est-à-dire que l'eau quitterait la cuve par la canalisation d'entrée rompue.

Comme de tels accidents peuvent avoir des conséquences sérieuses, on cherche à Limiter Le débit du fluide qui serait refoule par les canalisations d'cntrée. Il est évidemment nécessaire que Les aiénagements apportes au circuit à cette fin n'aient pas d'infLuence sensible sur L'écouLement en sens normal.

Un dispositif limiteur de débit inverse comprenant essentiellement une botte cylindrique de faible hauteur existe déjà. La canalisation amont d'après Le sens d'écouLement normal - est axiale et débouche en son centre ; La canalisation aval est tangentielle et débouche à sa périphérie. En écoulement normal, Les pertes de charge ne sont pas excessives ; en revanche, dans un écoulement inverse, un vortex se forme dans la botte, et le débit de fluide est fortement réduit par suite de l'augmentation de la perte de charge.

Ce système est toutefois encombrant et n'est donc pas d'application universelle, si bien que rien n'est actuellement utilisé pour limiter Le débit inverse dans les cuves de réacteurs nucléaires.

L'objet de l'invention est donc un dispositif limiteur de débit inverse de fluide de constitution simple, peu encombrant et adapté à un circuit de fluide comprenant un espace délimité par deux parois sensiblement parallèles, au moins une canalisation d'entrée de fluide débouchant dans L'espace sensiblement perpendiculairement aux parois et au moins un passage de sortie du fluide hors de l'espace.

Le dispositif limiteur de débit inverse de fluide comprend au moins des lames déflectrices s'étendant dans l'espace jusqu'aux deux parois. Ces lames sont situées entre les canalisations d'entrée et les passages de sortie. Elles sont par ailleurs incurvées et sensiblement parallèles au périmètre des canalisations d'entrée du côté de cel(es-ci, et sensiblement dirigées vers les passages de sortie du côté de ceux-lå.

Dans le cas où il existe plusieurs canalisations d'entrée contigues, il est avantageux de les isoler au moyen de lames séparatrices s'étendant dans l'espace jusqu'aux deux parois et séparant
L'espace en sous-espaces.

Il est possible de renforcer l'effet limiteur des lames déflectrices avec des parties axiales en relief disposées dans les canalisations d'entrée, près de leur débouche dans l'espace. Ces parties peuvent être par exemple des ondulations ou des cannelures sur le périmètre des canalisations, ou encore des ailettes.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide des figures suivantes d'une réalisation préférée de l'invention, annexées à titre illustratif et non limitatif :
- la figure 1 représente un réacteur nucléaire à eau pressurisée pouvant recevoir le limiteur de débit inverse ;
- la figure 2 représente en perspective une disposition du limiteur ;
- la figure 3 représente le limiteur en vue rabattue et illustre son fonctionnement, et
- les figures 4 et 5 représentent deux aménagements optionnels et équivatents pour compléter le Limiteur.

Un réacteur nucléaire à eau pressurisée a été représenté sur la figure 1. Il comprend une cuve cylindrique épaisse 1, des canaliations ou tubulures d'entrée d'eau 2, disposées radialement par rapport à la cuve 1 et débouchant suivant une couronne situee près de l'extrémité supérieure 3 de La cuve 1. Les canalisations de sortie d'eau 4 débouchent également dans cette couronne entre les canalisations d'entrée 2.

Une cloison 5 cylindrique est disposée dans la cuve. Elle délimite un espace central 6 d'un espace annulaire périphérique 7 et se raccorde à la cuve 1 par un rebord 8 situé à l'extrémité 3, au-dessus des canalisations d'entrée et de sortie 2 et 4. Elle ne comporte aucun autre raccordement avec l'autre extrémité 9 de la cuve 1, si bien que l'espace central 6 et l'espace périphérique 7 communiquent à cet endroit par un passage de sortie annulaire 11.

Les canalisations d'entre 2 s'arrêtent au ras de La surface interne de La cuve 1 et debouchent donc dans L'espace périphérique 7, alors que les canalisations de sortie 4 se prolongent jusqu'à la cloison 5 et débouchent dans l'espace central 6. Par conséquent, l'eau suit un trajet en chicane dans la cuve 1, d'abord vers le bas dans espace périphérique 7 puis vers le haut dans L'espace central 6. Elle passe alors autour du coeur 10 où elle est chauffée.

On se reporte maintenant indifféremment aux figures 2 et 3.

Le moyen principal pour limiter Le débit inverse d'eau qui se produirait en cas de rupture hors de la cuve d'une canalisation d'entrée 2 consiste en une série de lames 20 disposées dans t'espace périphérique 7. Les lames 20 s'étendent entre La cloison 5 et La face interne de la cuve 1.Elles sont situées non loin des canalisations d'entrée 2 et possèdent une forme incurvée, variant suivant Le nombre de lames 20, la position et le nombre des canalisations d'entrée 2 et d'une façon générale les caractéristiques géométriques du réacteur, qui comprend toujours une partie 21 du coté des canalisations d'entree 2 sensiblement parallèle au périmètre 22 de celles-ci, et une partie 23 opposee, c'est-à-dire du côté de la zone où L'espace central 6 et L'espace périphérique 7 communiquent, dirigée sensiblement vers cette zone (verticalement).

Dans le cas d'un écoulement en sens normal, illustré à droite de la figure 3, L'eau provenant des canalisations d'entrée 2 est arrêtée par La cloison 5 et prend une direction longitudinale descendante dans l'espace périphérique 7. Les lames 20 n'exercent qu'une faible action. En cas d'écoulement inverse illustré à gauche de la figure 3, L'écoulement est fortement dévié par les parties 21 du coté des canalisations d'entrée 2 et prend alors une forme de vortex autour du périmètre 22. L'eau n'est donc pas encline à pénétrer dans la canalisation d'entrée 2, dont les pertes de charge sont importantes.

Certaines des lames déflectrices 20, situées au centre dans le cas présent, possèdent une forme un peu plus compliquée et on peut y distinguer une partie centrale 24 dirigée sensiblement vers la canalisation d'entrée 2, si bien qu'elles possèdent deux concavités orientées de part et d'autre. Ceci s'explique par le fait que dans Le cas présent, la canalisation d'entrée 2 est disposée beaucoup plus près d'une des lames de séparation 30b, qui, comme on va le voir, compartimentent L'espace périphérique 7 : les lames deflectrices 20, dont les parties inférieures 22 sont réparties sur tout ou presque tout le sous-espace compris entre les deux Lames séparatrices 30a et 30b, doivent donc etre infléchies vers cette dernière pour réaliser un guidage préliminaire de L'eau.

L'action des Lames déficctrices 20 peut etre renforcée par d'autres aménagements.

Il est ainsi avantageux de compartimenter l'espace périphérique 7 en sous-espaces séparés dans lesquels une seule canalisation d'entrée 2 débouche. En cas de rupture, on évite ainsi un écoulement circonférentiel d'eau vers la canalisation d'entrée rompue. Ce but est atteint avec des lames séparatrices 30 qui s'étendent également entre la cloison 5 et la face interne de la cuve 1. Les lames séparatrices 30 s'étendent vers le haut jusqu'au rebord 8 et vers le bas sur une longueur suffisante pour rendre l'écoulement circonférentiel négligeable. Cette longueur peut etre le tiers ou la moitié de la hauteur totale de la cloison 5, comme sur la figure 1.

Dans le cas présent, où il y a deux paires diamétralement opposées de canaLisations d'entrée 2 entre lesquelles débouchent deux paires de canalisations de sortie 4, les canalisations étant à des intervalles angulaires égaux, on a donc quatre lames séparatrices 30 dont deux 30a sont situées entre deux canalisations de sortie 4 et Les deux autres 30b sont situées entre deux canalisations d'entrée 2. Alors que les lames séparatrices 30a - sont entièrement rectilignes, Les tames séparatrices 30b pressentent des raccordements incurves 31 joignant le rebord supérieur 8, au-delå des canalisations d'entrée 8 par rapport aux lames déf Lectrices 20. Les rebords incurvés 31 sont sensiblement parallèles au périmètre 22 de la canalisation d'entrée 2 associée.Ils contribuent à guider l'eau s'écoulant en sens inverse et ayant été déviée par Les lames déflectrices 20 pour renforcer sa circulation en vortex. Avec la réalisation représentée, où l'eau subissant un écoulement inverse parcourrait Le rebord incurve 31 vers le bas, on peut avantageusement munir la lame séparatrice 30b d'une lame de guidage 32 qui prolonge vers le bas le raccord incurvé 31 et s'étend parallèlement au périmètre 22 jusqu'à proximité de l'extrémité supérieure de la lame déflectrice 20 la plus proche de la lame séparatrice 30b.

Toujours afin de guider l'eau qui serait amenée à s'écouler en sens inverse et à lui imprimer une circulation en vortex, on peut prévoir des lames déflectrices supplémentaires entre la cuve 1 et la cloison 5 et en relation avec les canalisations de sortie 4.

Dans La solution retenue, ces Lames supplémentaires sont employées par paires. Une lame supérieure 33 est Légèrement incurvée et sensiblement parallèle au rebord supérieur 8. Une lame inférieure 34 est incurvée et sensiblement parallèle au périmètre 22.

les lames 33 et 34 aboutissent à une extrémité sur ou à proximité de la canalisation de sortie 4, en deux endroits de part et d'autre de celle-ci, orientés respectivement vers le rebord supérieur 8 et vers ta canalisation d'entrée 2. Les lames 33 et 34 sont de préférence tangentes au périmètre de la canalisation de sortie 4 là où elles La rejoignent.

Les lames 33 et 34 se rejoignent à Leur autre extrémité en direction de la canalisation d'entrée 2 pour former une arête 35. La lame inférieure 34 guide donc l'eau originaire des premières Lames déflectrices 20 parallèlement au rebord supérieur 8 et vers le raccord incurvé 31, et la Lame supérieure 33 délimite avec le rebord supérieur 8 un canal de guidage horizontal, vers le raccord incurvé 31, de L'eau ayant passé entre La lame séparatrice 30a et la canalisation de sortie 4.

L'écoulement en vortex une fois réalisé autour de l'embouchure de la canalisation d'entrée 2, il est avantageux d'interrompre cet écoulement pour l'eau ayant pu pénétrer dans la canalisation d'entrée 2 car le débit est alors encore réduit. C'est pourquoi l'extrémité de la canalisation d'entrée 2 débouchant dans L'espace périphérique 7 est munie de parties axiales en relief qui brisent le vortex. Diverses conceptions peuvent être proposées, en particulier, comme sur la figure 4, des ondulations ou des cannelures 41 sur tout le périmètre 22, ou encore, comme sur la figure 5-, des ailettes 42 espacées angulairement et longitudinalement. L'effet est le même dans Les deux cas et l'écoulement en sens normal n'est pas perturbé.

Le nombre et la nature de ces obstacles, de même que pour les diverses Lames déflectrices, peuvent être déterminés expérimentalement.

Bien entendu, le sens du vortex créé par l'inclinaison des lames déflectrices, peut etre inverse de celui considéré ci-dessus.

Claims

REVEND ICATIONS

1. Dispositif limiteur de débit inverse de fluide comprenant un espace (7) délimite par deux parois (1, 5) sensiblement parallèles, au moins une canalisation d'entrée (2) de fluide débouchant dans l'espace (7) sensiblement perpendiculaire aux parois, au moins un passage (11) de sortie du fluide hors de

L'espace, caractérisé en ce qu'il comprend des lames déflectrices (20) s'étendant dans L'espace (7) jusqu'aux deux parois (1, 5) et situées entre Les canalisations d'entrée et les passages de sortie du fluide, les lames étant incurvées, sensiblement parallèles au périmètre (22) des canalisations d'entrée (2) du côté des canalisations d'entrée (2) et sensiblement dirigées vers les passages de sortie du fluide du côté de ceux-ci.

2. Dispositif limiteur de débit inverse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des lames séparatrices (30a, b) s'étendant dans l'espace (7) jusqu'aux deux cloisons (1, 5) et situées au moins entre les canalisations d'entrée de fluide.

3. Dispositif Limiteur de débit inverse selon la revendication 2, caractérisé en ce que les lames séparatrices s'incurvent (31) et sont, au-delà des canalisations d'entrée par rapport aux lames déflectrices, sensiblement parallèles au périmètre (22) des canalisations d'entrée (2).

4. Dispositif limiteur de débit inverse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel

L'espace (7) est traversé par des canalisations (4), caractérisé en ce qu'il comprend des paires de lames déflectrices (33, 34) supplémentaires s'étendant dans

L'espace (7) jusqu'aux parois (1, 5) et disposées entre une canalisation d'entrée (2) et une canalisation traversante (4), les lames de chaque paire se joignant (35) vers la canalisation d'entrée et s'écartant pour aboutir de part et d'autre de La canalisation traversarte.

5. Dispositif limiteur de débit inverse selon la revendication 4, caractérisé en ce que les lames défLectrices supplémentaires (33, 34) sont tangentes à la canalisation traversante (4).

6. Dispositif limiteur de débit inverse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les canalisations d'entrée sont munies de parties axiales en relief (41, 42) près de leur débouché cans l'espace (7).

7. Dispositif limiteur de débit inverse selon la revendication 6, caractérisé en ce que les parties axiales en relief sont des ondulations ou des cannelures (41) établies sur Le périmètre des canalisations d'entrée.

8. Dispositif limiteur de débit inverse selon la revendication 6, caractérisé en ce que les parties en relief sont des ai Lettes (42).