FR2844587A1 - Heat exchanger tube lengthwise traction pre-stressing procedure, for heat exchanger used in nuclear reactor, has level regulated by adjusting initial radial clearance before expanding - Google Patents
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Abstract
Description
i L'invention concerne un procédé de mise en précontrainte de tractioni The invention relates to a method of prestressing in tension
dans une direction longitudinale de tubes d'un échangeur de chaleur avec in a longitudinal direction of tubes of a heat exchanger with
un réglage précis de la précontrainte des tubes. precise adjustment of the tube preload.
On connaît des échangeurs de chaleur utilisés en particulier comme 5 générateurs de vapeur de réacteurs nucléaires qui comportent un très grand nombre de tubes qui sont fixés à leurs extrémités dans au moins une plaque Heat exchangers are known which are used in particular as steam generators for nuclear reactors which comprise a very large number of tubes which are fixed at their ends in at least one plate.
tubulaire de l'échangeur de chaleur. tubular heat exchanger.
De tels générateurs de vapeur peuvent présenter de très grandes Such steam generators can have very large
dimensions, par exemple une hauteur supérieure à 20 mètres et un diamètre 10 peu inférieur à 4 mètres. dimensions, for example a height greater than 20 meters and a diameter 10 slightly less than 4 meters.
De tels échangeurs de chaleur peuvent être en particulier des échangeurs de chaleur à tubes droits (désignés par le terme anglais "oncethrough"), chacun des tubes du faisceau étant fixé, à une première extrémité, dans une première plaque tubulaire disposée dans la partie supérieure 15 du générateur de vapeur en position de service et à une seconde extrémité, Such heat exchangers may in particular be heat exchangers with straight tubes (designated by the English term "oncethrough"), each of the tubes of the bundle being fixed, at a first end, in a first tubular plate disposed in the upper part 15 of the steam generator in the operating position and at a second end,
dans une seconde plaque tubulaire disposée à la partie inférieure du générateur de vapeur dans sa position de service. in a second tubular plate disposed at the bottom of the steam generator in its operating position.
Dans de tels générateurs à tubes droits, le faisceau de tubes peut comporter plus de quinze mille tubes d'une longueur supérieure à 15 mètres. 20 Les extrémités des tubes sont fixées dans des trous traversant les plaques In such generators with straight tubes, the tube bundle can comprise more than fifteen thousand tubes with a length greater than 15 meters. 20 The ends of the tubes are fixed in holes passing through the plates
tubulaires sur toute leur épaisseur dans la direction axiale du faisceau et débouchent à leurs extrémités dans des boîtes à eau délimitées par une paroi généralement hémisphérique et par la plaque tubulaire correspondante. tubular over their entire thickness in the axial direction of the bundle and open at their ends in water boxes delimited by a generally hemispherical wall and by the corresponding tubular plate.
Des générateurs de vapeur d'un autre type comportent un faisceau de 25 tubes pliés en forme d'U qui sont fixés à leurs deux extrémités dans deux Steam generators of another type have a bundle of 25 tubes bent into a U-shape which are fixed at their two ends in two
trous d'une même plaque tubulaire.holes in the same tube plate.
Il est connu de réaliser la fixation des extrémités des tubes des générateurs de vapeur dans les trous traversant les plaques tubulaires, par sertissage et soudage à l'intérieur des plaques tubulaires. It is known to fix the ends of the tubes of the steam generators in the holes passing through the tubular plates, by crimping and welding inside the tubular plates.
Il est connu également de réaliser, sur les parties d'extrémité des tubes des échangeurs de chaleur tels que décrits plus haut, une expansion diamétrale à l'intérieur des trous traversant la plaque tubulaire, par des moyens hydrauliques, la surface intérieure du tube étant soumise à la pres- It is also known to produce, on the end parts of the tubes of the heat exchangers as described above, a diametrical expansion inside the holes passing through the tube plate, by hydraulic means, the interior surface of the tube being subject to pres-
sion d'un fluide hydraulique, généralement de l'eau à très forte pression. sion of a hydraulic fluid, generally water at very high pressure.
Cette opération d'expansion diamétrale qui est généralement réalisée sur une partie d'extrémité du tube s'étendant suivant toute la longueur du trou traversant la plaque tubulaire peut être utilisée pour réaliser le sertissage du 5 tube dans le trou ou pour assurer un plaquage parfait de la paroi du tube contre la paroi du trou, en particulier du côté de la face intérieure de la plaque tubulaire, afin d'éviter la présence de tout interstice entre le tube et la plaque tubulaire qui pourrait être responsable d'une corrosion en crevasse, pendant le fonctionnement du générateur de vapeur, la surface extérieure 10 des tubes venant en contact avec l'un des fluides d'échange dont le pouvoir This diametrical expansion operation which is generally carried out on an end portion of the tube extending along the entire length of the hole passing through the tubular plate can be used to crimp the tube into the hole or to ensure perfect plating. of the wall of the tube against the wall of the hole, in particular on the side of the internal face of the tube plate, in order to avoid the presence of any gap between the tube and the tube plate which could be responsible for corrosion in crevice , during the operation of the steam generator, the external surface 10 of the tubes coming into contact with one of the exchange fluids whose power
corrosif peut être important au niveau des interstices entre le tube et la plaque tubulaire. corrosive can be significant at the interstices between the tube and the tube plate.
Dans tous les cas, l'expansion diamétrale d'un tube produit une rétraction du tube dans la direction axiale ou longitudinale, de telle sorte que, 15 si le tube est fixé à ses deux extrémités dans des plaques tubulaires dont In all cases, the diametrical expansion of a tube produces a retraction of the tube in the axial or longitudinal direction, so that, if the tube is fixed at its two ends in tubular plates whose
l'écartement est fixe, le tube est mis en précontrainte de traction longitudinale, du fait de l'expansion diamétrale hydraulique. the spacing is fixed, the tube is prestressed in longitudinal traction, due to the hydraulic diametral expansion.
Dans les échangeurs de chaleur tels que les échangeurs à tubes droits, il est généralement souhaitable d'imposer une certaine précontrainte 20 de traction longitudinale aux tubes, afin de limiter le flambage en service d à des dilatations différentielles de l'enveloppe de l'échangeur de chaleur et/ou des plaques tubulaires et des tubes ainsi que les vibrations produites In heat exchangers such as straight tube exchangers, it is generally desirable to impose a certain longitudinal tensile preload on the tubes, in order to limit the buckling in service due to differential expansions of the shell of the exchanger. of heat and / or tubular plates and tubes as well as the vibrations produced
par la circulation des fluides d'échange au contact des parois des tubes. by the circulation of exchange fluids in contact with the walls of the tubes.
Les tubes des échangeurs de chaleur à tubes droits sont également 25 maintenus par des plaques-entretoises transversales réparties suivant la direction longitudinale de l'échangeur de chaleur. Le flambage des tubes peut alors entraîner une détérioration des tubes par mise en contact avec The tubes of straight tube heat exchangers are also held by transverse spacer plates distributed in the longitudinal direction of the heat exchanger. The buckling of the tubes can then lead to a deterioration of the tubes by contacting with
les bords d'ouvertures des entretoises. the opening edges of the spacers.
La précontrainte de traction longitudinale des tubes doit être réglée à 30 une valeur précise déterminée pour limiter le flambage et les vibrations et The longitudinal tensile preload of the tubes must be adjusted to a precise value determined to limit buckling and vibrations and
éventuellement pour limiter et équilibrer les efforts de direction axiale exercés par les tubes sur les plaques tubulaires de l'échangeur de chaleur à tubes droits. possibly to limit and balance the axial direction forces exerted by the tubes on the tube plates of the heat exchanger with straight tubes.
Pour régler la valeur de la précontrainte de traction induite dans les To adjust the value of the induced tensile preload in the
tubes par expansion diamétrale hydraulique, on a proposé, dans le US 6, 357,114, d'ajuster la longueur de la partie d'extrémité du tube sur laquelle on applique l'expansion hydraulique, pour obtenir la rétraction et donc la pré5 contrainte axiale voulues du tube soumis à l'expansion diamétrale. Dans la mise en oeuvre de ce procédé, on règle la profondeur d'introduction de l'outil d'expansion à l'intérieur de l'une au moins des parties d'extrémité du tube, à partir de la face externe de la plaque tubulaire. L'expansion diamétrale est généralement réalisée aux deux extrémités du tube, préalablement fixé sur 10 les plaques tubulaires, de sorte que les deux opérations d'expansion hydraulique concourent à la mise en précontrainte du tube. Le réglage de la précontrainte peut être réalisé en ajustant la longueur d'expansion hydraulique d'une seule des deux extrémités du tube, dans l'une des plaques tubulaires. tubes by hydraulic diametral expansion, in US 6, 357,114, it has been proposed to adjust the length of the end portion of the tube to which the hydraulic expansion is applied, in order to obtain the desired axial shrinkage and pre-stress. of the tube subjected to diametrical expansion. In the implementation of this method, the depth of introduction of the expansion tool is adjusted inside at least one of the end parts of the tube, from the external face of the plate. tubular. The diametrical expansion is generally carried out at the two ends of the tube, previously fixed on the tubular plates, so that the two hydraulic expansion operations contribute to the prestressing of the tube. The preload adjustment can be achieved by adjusting the length of hydraulic expansion of only one of the two ends of the tube, in one of the tubular plates.
Dans tous les cas, il subsiste, au moins à l'une des extrémités du In all cases, it remains, at least at one end of the
tube, une partie de la paroi du tube qui n'est pas plaquée contre la surface intérieure du trou de la plaque tubulaire, ce qui se traduit par la présence d'un interstice générateur de corrosion en crevasse, pendant le fonctionnement du générateur de vapeur. tube, a part of the tube wall which is not pressed against the inner surface of the hole in the tube plate, which results in the presence of a crevice corrosion-generating gap, during the operation of the steam generator .
En outre, la mise en oeuvre de l'opération d'expansion hydraulique est In addition, the implementation of the hydraulic expansion operation is
complexe, du fait qu'il faut régler la profondeur d'introduction de l'outil d'expansion diamétrale dans l'une au moins des extrémités des très nombreux tubes de l'échangeur de chaleur avant de réaliser leur expansion diamétrale. complex, because it is necessary to adjust the depth of introduction of the diametral expansion tool into at least one of the ends of the very large number of tubes of the heat exchanger before carrying out their diametral expansion.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de mise en 25 précontrainte de traction longitudinale de tubes d'un échangeur de chaleur comportant au moins une partie rectiligne et fixés à leurs extrémités dans des trous traversant au moins une plaque tubulaire, dans lequel la précontrainte de traction est obtenue par expansion diamétrale hydraulique d'au moins une partie d'extrémité de chacun des tubes de l'échangeur de chaleur 30 fixé à ses deux extrémités dans l'au moins une plaque tubulaire, de manière à induire une déformation par rétraction longitudinale du tube en soumettant la surface intérieure du tube à une pression hydraulique et de telle manière que la précontrainte du tube soit réglée à une valeur précise, ce procédé The object of the invention is therefore to propose a method of prestressing the longitudinal traction of tubes of a heat exchanger comprising at least one rectilinear part and fixed at their ends in holes passing through at least one tube plate, in which the tensile preload is obtained by hydraulic diametral expansion of at least one end part of each of the tubes of the heat exchanger 30 fixed at its two ends in the at least one tubular plate, so as to induce a deformation by longitudinal shrinkage of the tube by subjecting the inner surface of the tube to hydraulic pressure and in such a way that the preload of the tube is adjusted to a precise value, this process
permettant d'éviter tout risque de corrosion en crevasse des tubes dans l'échangeur de chaleur en service et de faciliter l'opération de mise en precontrainte réglée des tubes. making it possible to avoid any risk of corrosion in the crevice of the tubes in the heat exchanger in service and to facilitate the set prestressing operation of the tubes.
Dans ce but, on règle la valeur de la précontrainte dans chacun des 5 tubes de l'échangeur de chaleur par ajustement du jeu radial initial entre la surface externe de la partie d'extrémité du tube et la surface intérieure du trou traversant la plaque tubulaire dans lequel est engagée la partie d'extrémité du tube avant de réaliser l'expansion diamétrale de la partie d'extrémité, et on réalise l'expansion diamétrale hydraulique du tube suivant toute la par10 tie d'extrémité du tube qui s'étend substantiellement sur toute la longueur du For this purpose, the value of the prestress in each of the 5 tubes of the heat exchanger is adjusted by adjusting the initial radial clearance between the external surface of the end portion of the tube and the internal surface of the hole passing through the tube plate. in which is engaged the end portion of the tube before performing the diametrical expansion of the end portion, and the hydraulic diametral expansion of the tube is carried out along the entire end portion of the tube which extends substantially over the entire length of the
trou traversant la plaque tubulaire. hole passing through the tube plate.
L'invention est également relative, de manière générale, à un procédé de mise en précontrainte de traction longitudinale de tubes de petit diamètre et de grande longueur comportant au moins une partie rectiligne, pour 15 augmenter la marge de flambage et réduire les vibrations induites et fixés à leurs extrémités dans des trous traversant au moins une plaque tubulaire, dans lequel la précontrainte de traction est obtenue par expansion diamétrale hydraulique des extrémités de chacun des tubes de manière à induire une déformation par rétraction longitudinale uniformément répartie sur la 20 longueur du tube en soumettant la surface intérieure du tube à une pression hydraulique et de telle manière que la précontrainte du tube soit réglée à une valeur précise, par expansion diamétrale prédéterminée de la partie The invention also relates, in general, to a method of prestressing longitudinal traction of tubes of small diameter and of great length comprising at least one rectilinear part, in order to increase the buckling margin and reduce the vibrations induced and fixed at their ends in holes passing through at least one tubular plate, in which the tensile preload is obtained by hydraulic diametrical expansion of the ends of each of the tubes so as to induce a deformation by longitudinal retraction uniformly distributed over the length of the tube in subjecting the inner surface of the tube to hydraulic pressure and in such a way that the preload of the tube is adjusted to a precise value, by predetermined diametral expansion of the part
d'extrémité, et qu'on réalise l'expansion diamétrale hydraulique du tube. end, and that the hydraulic diametral expansion of the tube is carried out.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va décrire, à titre 25 d'exemple, plusieurs modes de réalisation du procédé selon l'invention de mise en précontrainte de tubes d'un générateur de vapeur à tubes droits In order to clearly understand the invention, several embodiments of the method according to the invention of prestressing tubes of a steam generator with straight tubes will be described, by way of example.
d'un réacteur nucléaire.of a nuclear reactor.
La figure I est une vue en coupe axiale verticale d'un générateur de Figure I is a vertical axial sectional view of a generator
vapeur à tubes droits d'un réacteur nucléaire. straight tube steam from a nuclear reactor.
La figure 2 est une vue en plan de l'une des plaques tubulaires de Figure 2 is a plan view of one of the tubular plates of
l'échangeur de chaleur.the heat exchanger.
Les figures 3 et 4 sont des détails à plus grande échelle d'une partie Figures 3 and 4 are enlarged details of part
de la plaque tubulaire représentée sur la figure 2. of the tube plate shown in Figure 2.
La figure 3 est une vue partielle de la face interne de la plaque tubulaire, avant expansion diamétrale des tubes du générateur de vapeur. FIG. 3 is a partial view of the internal face of the tube plate, before diametrical expansion of the tubes of the steam generator.
La figure 4 est une vue partielle de la face interne de la plaque tubulaire après expansion diamétrale des parties d'extrémité des tubes du géné5 rateur de vapeur. FIG. 4 is a partial view of the internal face of the tube plate after diametrical expansion of the end parts of the tubes of the steam generator.
Les figures 5A, 5B, 5C, 5D et 5E sont des vues partielles en coupe Figures 5A, 5B, 5C, 5D and 5E are partial sectional views
axiale, au cours de cinq étapes successives d'un procédé de fixation et de mise en précontrainte d'un tube du générateur de vapeur à tubes droits, selon l'invention et suivant un premier mode de réalisation. axial, during five successive stages of a method of fixing and prestressing a tube of the steam generator with straight tubes, according to the invention and according to a first embodiment.
Les figures 6A, 6B et 6C sont des vues en coupe axiale partielle d'un tube du générateur de vapeur, au cours de trois étapes successives d'un procédé de fixation et de mise en précontrainte du tube, selon l'invention et FIGS. 6A, 6B and 6C are views in partial axial section of a tube of the steam generator, during three successive stages of a method of fixing and prestressing the tube, according to the invention and
selon un second mode de réalisation. according to a second embodiment.
Sur la figure 1, on a représenté, de manière schématique, un généra15 teur de vapeur à tubes droits désigné de manière générale par le repère 1 qui comporte une enveloppe de forme générale cylindrique 2 reliée à une première extrémité ou extrémité supérieure à une plaque tubulaire supérieure 3a et à une seconde extrémité ou extrémité inférieure à une plaque In Figure 1, there is shown, schematically, a steam generator 15 straight tubes generally designated by the reference 1 which has a generally cylindrical casing 2 connected at a first end or upper end to a tube plate upper 3a and at a second end or lower end at a plate
tubulaire inférieure 3b.lower tubular 3b.
Les plaques tubulaires 3a et 3b sont percées d'un très grand nombre d'ouvertures traversantes 5 disposées suivant un réseau à maille triangulaire, comme il est visible en particulier sur les figures 2, 3 et 4. Les ouvertures 5 pourraient être également disposées suivant un réseau à mailles carrées. Les tubes droits 4 du faisceau du générateur de vapeur sont fixés, par 25 une première partie d'extrémité, à l'intérieur de la plaque supérieure 3a et, par une seconde partie d'extrémité, dans une ouverture traversante de la The tubular plates 3a and 3b are pierced with a very large number of through openings 5 arranged in a triangular mesh network, as can be seen in particular in FIGS. 2, 3 and 4. The openings 5 could also be arranged according to a square mesh network. The straight tubes 4 of the steam generator bundle are fixed, by a first end part, inside the upper plate 3a and, by a second end part, in a through opening of the
plaque inférieure 3b.bottom plate 3b.
Les plaques 3a et 3b comportent une face interne dirigée vers l'intérieur du générateur de vapeur renfermant le faisceau de tubes 4 et une face 30 externe opposée constituant une paroi délimitant une boîte à eau du générateur de vapeur pour la distribution ou la récupération d'un fluide d'échange. The plates 3a and 3b have an internal face directed towards the inside of the steam generator enclosing the bundle of tubes 4 and an opposite external face 30 constituting a wall delimiting a water box of the steam generator for the distribution or recovery of an exchange fluid.
Sur la figure 2, on a représenté la face interne d'une plaque tubulaire de forme générale circulaire 3a (ou 3b) qui comporte un très grand nombre de trous traversants (par exemple plus de quinze mille trous). Les trous 5 sont répartis uniformément entre une zone centrale et une zone périphérique de la plaque tubulaire 3a (ou 3b). Les trous 5 traversant la plaque tubulaire suivant toute son épaisseur et disposés suivant le réseau à mailles 5 triangulaires sont visibles en particulier sur la figure 3 qui montre les parties d'extrémité de tubes 4 engagées dans les ouvertures 5 avec un certain jeu In Figure 2, there is shown the internal face of a tubular plate of generally circular shape 3a (or 3b) which has a very large number of through holes (for example more than fifteen thousand holes). The holes 5 are distributed uniformly between a central zone and a peripheral zone of the tube plate 3a (or 3b). The holes 5 passing through the tubular plate along its entire thickness and arranged along the triangular mesh network 5 are visible in particular in FIG. 3 which shows the end parts of tubes 4 engaged in the openings 5 with a certain play
radial (ou diamétral) 6.radial (or diametral) 6.
La figure 3 représente la face interne d'une plaque tubulaire dans laquelle sont engagées les extrémités de tubes, dans une étape de montage 10 du faisceau ou tubage préalable à la réalisation de l'étape d'expansion FIG. 3 represents the internal face of a tubular plate in which the ends of the tubes are engaged, in a step of mounting the bundle or casing prior to carrying out the expansion step
diamétrale du procédé suivant l'invention. diameter of the process according to the invention.
La figure 4 représente une vue partielle, analogue à la vue de la figure 3, lorsqu'on a réalisé l'opération d'expansion diamétrale suivant l'invention, le jeu 6 étant alors éliminé et les tubes étant plaqués contre la surface 15 intérieure des trous 5 correspondants. FIG. 4 represents a partial view, similar to the view of FIG. 3, when the diametrical expansion operation according to the invention has been carried out, the clearance 6 being then eliminated and the tubes being pressed against the interior surface corresponding holes 5.
On va maintenant décrire une opération de montage d'un tube d'un générateur de vapeur au cours de laquelle on effectue la mise en précontrainte du tube selon l'invention et selon un premier mode de réalisation, We will now describe an operation for mounting a tube of a steam generator during which the tube is prestressed according to the invention and according to a first embodiment,
en se référant aux figures 5A à 5E. with reference to Figures 5A to 5E.
Dans une première étape du procédé de tubage, on introduit les tubes dans les plaques tubulaires et l'enveloppe du générateur de vapeur qui ont été pré-assemblées. A l'issue de cette première étape du procédé, comme représenté sur la figure 5A, les parties d'extrémité 4a et 4b respectives des tubes 4 sont introduites dans les ouvertures 5 des plaques tubulai25 res respectives 3a et 3b. Il est à remarquer que le jeu de montage 6, entre la In a first step of the casing process, the tubes are introduced into the tubular plates and the envelope of the steam generator which have been pre-assembled. At the end of this first step of the method, as shown in FIG. 5A, the respective end portions 4a and 4b of the tubes 4 are introduced into the openings 5 of the respective tubular plates 3a and 3b. It should be noted that the mounting clearance 6, between the
surface externe de la partie d'extrémité du tube 4 et la surface du trou 5 traversant la plaque tubulaire 3a (ou 3b), permet d'effectuer facilement une introduction du tube à travers les ouvertures des plaques tubulaires, sans blesser la surface extérieure du tube qui doit présenter, en fin d'opération, 30 un état de surface parfait. external surface of the end part of the tube 4 and the surface of the hole 5 passing through the tubular plate 3a (or 3b), makes it possible to easily introduce the tube through the openings of the tubular plates, without injuring the external surface of the tube which must present, at the end of the operation, a perfect surface condition.
Selon l'invention, l'amplitude du jeu diamétral (ou radial) 6 est ajustée de manière très précise pour obtenir une mise en précontrainte du tube avec une précontrainte d'une valeur prédéterminée extrêmement précise; cette précontrainte résulte d'une rétraction longitudinale uniformément répartie sur According to the invention, the amplitude of the diametral (or radial) clearance 6 is very precisely adjusted in order to obtain a prestressing of the tube with a prestressing of a predetermined value which is extremely precise; this prestress results from a longitudinal retraction uniformly distributed over
la longueur du tube.the length of the tube.
Pour cela, tout d'abord on détermine le jeu radial nécessaire pour obtenir la valeur de la précontrainte voulue dans le tube 4. Cette valeur du jeu 5 radial est obtenue par des calculs et par des essais sur une maquette comportant des pièces de fixation de tubes d'essais analogues à des plaques tubulaires. On a pu établir une très bonne corrélation entre les résultats obtenus To do this, first of all, the radial clearance necessary to obtain the desired prestressing value in the tube 4 is determined. This value of the radial clearance is obtained by calculations and by tests on a model comprising fastening parts of test tubes similar to tubular plates. We were able to establish a very good correlation between the results obtained
par le calcul et les résultats des mesures obtenus à partir de la maquette. by the calculation and the results of the measurements obtained from the model.
Le jeu radial effectif souhaitable 6 entre le tube et les trous traversants 5 des plaques tubulaires dans lesquelles il vient se loger est obtenu en adaptant le diamètre de perçage du trou 5 au diamètre externe du tube, en tenant compte des tolérances de fabrication des tubes et en réservant le jeu The desirable effective radial clearance 6 between the tube and the through holes 5 of the tubular plates in which it is housed is obtained by adapting the drilling diameter of the hole 5 to the external diameter of the tube, taking into account the manufacturing tolerances of the tubes and by reserving the game
6 voulu.6 wanted.
Comme il sera expliqué par la suite, les jeux de montage 6 des différents tubes peuvent être prévus pour obtenir une précontrainte identique dans chacun des tubes du faisceau, quelle que soit la position du tube, ou, au contraire, pour moduler la valeur de la précontrainte en fonction de la position du tube dans le faisceau ou d'autres conditions particulières de mon20 tage des tubes. As will be explained below, the mounting clearances 6 of the different tubes can be provided to obtain an identical prestress in each of the tubes of the bundle, whatever the position of the tube, or, on the contrary, to modulate the value of the prestressing as a function of the position of the tube in the bundle or other special conditions for mounting the tubes.
Comme représenté sur la figure 5B, après avoir réalisé la mise en place du tube à l'intérieur du générateur de vapeur, les parties d'extrémité 4a et 4b du tube étant à l'intérieur des ouvertures 5 des plaques tubulaires correspondantes 3a et 3b, on réalise, à l'intérieur de l'ouverture 5 d'une pla25 que tubulaire (par exemple la plaque 3a), une expansion diamétrale d'une As shown in FIG. 5B, after having put the tube in place inside the steam generator, the end parts 4a and 4b of the tube being inside the openings 5 of the corresponding tubular plates 3a and 3b , one carries out, inside the opening 5 of a tubular plate 25 (for example the plate 3a), a diametrical expansion of
extrémité 4'a du tube dans une zone adjacente à la face externe de la plaque tubulaire 3a. L'expansion diamétrale de l'extrémité 4'a du tube 4 peut être réalisée par dudgeonnage, par exemple à l'aide d'un dudgeon à galets. end 4'a of the tube in an area adjacent to the external face of the tube plate 3a. The diametrical expansion of the end 4'a of the tube 4 can be carried out by swaging, for example using a roller bladder.
A l'issue de l'opération de dudgeonnage, l'extrémité de fixation 4'a du tube 4 30 est plaquée contre une couche externe 3'a de la plaque 3a en un matériau compatible chimiquement avec le matériau du tube 4a qui est par exemple un alliage de nickel. On réalise, après le dudgeonnage de l'extrémité 4'a du tube 4, une soudure circulaire 7, par exemple par soudage TIG sans métal d'apport pour fixer de manière définitive et étanche l'extrémité du tube 4, au At the end of the expansion operation, the fixing end 4'a of the tube 4 is pressed against an external layer 3'a of the plate 3a in a material chemically compatible with the material of the tube 4a which is example a nickel alloy. After the expansion of the end 4'a of the tube 4, a circular weld 7 is produced, for example by TIG welding without filler metal to fix the end of the tube 4 permanently and tightly, to the
niveau de la face externe de la plaque tubulaire 3a. level of the external face of the tube plate 3a.
Comme il est visible sur la figure 5C, on réalise ensuite une expansion diamétrale de la partie d'extrémité 4a du tube 4 qui s'étend sur toute la 5 longueur du trou 5 traversant la plaque tubulaire 3a. Cette opération est réalisée en introduisant un outil de mise en pression hydraulique à l'intérieur de la partie d'extrémité du tube 4, de manière que la surface intérieure du tube 4 soit soumise à la pression hydraulique d'un fluide, par exemple de l'eau, réalisant son expansion diamétrale hydraulique suivant toute la lon10 gueur axiale du trou 5. A l'issue de l'opération d'expansion diamétrale dans As can be seen in FIG. 5C, a diametrical expansion is then carried out of the end part 4a of the tube 4 which extends over the entire length of the hole 5 passing through the tube plate 3a. This operation is carried out by inserting a hydraulic pressurizing tool inside the end part of the tube 4, so that the internal surface of the tube 4 is subjected to the hydraulic pressure of a fluid, for example of water, carrying out its hydraulic diametral expansion along the entire axial length of hole 5. At the end of the diametral expansion operation in
la première plaque tubulaire 3a, la partie d'extrémité 4a du tube 4 est parfaitement plaquée contre la surface du trou 5, de sorte qu'il ne subsiste pas d'interstice sur la face interne de la plaque tubulaire 3a, entre la surface extérieure du tube et l'ouverture 5 de la plaque tubulaire 3a. the first tubular plate 3a, the end part 4a of the tube 4 is perfectly pressed against the surface of the hole 5, so that there is no gap remaining on the internal face of the tubular plate 3a, between the exterior surface of the tube and the opening 5 of the tube plate 3a.
Pendant l'opération d'expansion diamétrale de la partie d'extrémité 4a du tube, la rétraction du tube dans sa direction axiale 8 se traduit uniquement par un léger déplacement de l'extrémité inférieure 4b du tube qui est libre à l'intérieur de l'ouverture 5 de la seconde plaque tubulaire 3b. Aucune During the diametrical expansion operation of the end part 4a of the tube, the retraction of the tube in its axial direction 8 only results in a slight displacement of the lower end 4b of the tube which is free inside the opening 5 of the second tube plate 3b. Any
précontrainte n'est alors introduite dans le tube. prestressing is then introduced into the tube.
Comme il est visible sur la figure 5D, on effectue, dans une étape ultérieure du tubage, le dudgeonnage d'une partie d'extrémité de fixation 4'b du tube 4 au voisinage de la face externe de la seconde plaque tubulaire 3b, puis le soudage circulaire 9 de cette extrémité 4'b du tube 4 au voisinage de As can be seen in FIG. 5D, in a subsequent tubing step, the expansion of an attachment end portion 4'b of the tube 4 is carried out in the vicinity of the external face of the second tube plate 3b, then circular welding 9 of this end 4'b of the tube 4 in the vicinity of
la face externe de la plaque tubulaire 3b. the external face of the tubular plate 3b.
Comme il est visible sur la figure 5E, on réalise alors une expansion As can be seen in FIG. 5E, an expansion is then carried out
diamétrale de la seconde partie d'extrémité 4b du tube 4 à l'intérieur de l'ouverture 5 de la seconde plaque tubulaire 3b, sur toute la longueur axiale de l'ouverture 5. La partie 4b du tube est parfaitement plaquée sur la paroi de l'ouverture 5 et il ne subsiste aucun interstice entre la surface extérieure du 30 tube et le trou 5, au voisinage de la face interne de la plaque tubulaire 3b. diametral of the second end part 4b of the tube 4 inside the opening 5 of the second tube plate 3b, over the entire axial length of the opening 5. The part 4b of the tube is perfectly pressed against the wall of the opening 5 and there remains no gap between the outer surface of the tube and the hole 5, in the vicinity of the internal face of the tube plate 3b.
Pendant cette seconde opération d'expansion diamétrale hydraulique au cours de laquelle on utilise un outil d'expansion hydraulique, comme dans le cas de la première partie d'extrémité 4a du tube à l'intérieur de la première plaque tubulaire 3a, on produit une déformation par rétraction du tube dans la direction axiale, cette déformation du tube fixé à ses extrémités sur les plaques tubulaires 3a et 3b produisant une précontrainte de traction se répartissant suivant toute la longueur de la paroi du tube 4 entre les plaques tubulaires 3a et 3b. En outre, du fait que le jeu 6 initial entre la surface extérieure de la During this second hydraulic diametral expansion operation during which a hydraulic expansion tool is used, as in the case of the first end portion 4a of the tube inside the first tubular plate 3a, a deformation by retraction of the tube in the axial direction, this deformation of the tube fixed at its ends on the tubular plates 3a and 3b producing a tensile preload distributed along the entire length of the wall of the tube 4 between the tubular plates 3a and 3b. Furthermore, since the initial clearance 6 between the outer surface of the
partie d'extrémité 4b du tube 4 et l'ouverture 5 de la plaque tubulaire 3b a été ajusté pour obtenir une déformation par rétraction d'une amplitude voulue, la précontrainte dans le tube est elle-même à une valeur parfaitement 10 déterminée qui a été obtenue par le calcul et vérifiée par des essais sur maquette. end part 4b of the tube 4 and the opening 5 of the tube plate 3b has been adjusted to obtain a deformation by retraction of a desired amplitude, the preload in the tube is itself at a perfectly determined value which has was obtained by calculation and verified by model tests.
Selon l'invention, une précontrainte d'une valeur précise prédéterminée est donc obtenue par contrôle du jeu et réalisation de l'expansion radiale sur toute la longueur des trous traversant les plaques tubulaires, de 15 sorte qu'aucun interstice générateur de corrosion en crevasse ne se trouve According to the invention, a prestressing of a predetermined precise value is therefore obtained by checking the clearance and carrying out the radial expansion over the entire length of the holes passing through the tubular plates, so that no crevice-generating gap is not found
présent aux extrémités du tube.present at the ends of the tube.
Sur les figures 6A, 6B et 6C, on a représenté trois étapes successives In FIGS. 6A, 6B and 6C, three successive stages have been shown.
d'une opération de mise en place d'un tube lors du tubage du générateur de vapeur au cours duquel on réalise une mise en précontrainte du tube selon 20 le procédé de l'invention et suivant un second mode de réalisation. of an operation of placing a tube during the casing of the steam generator during which a prestressing of the tube is carried out according to the method of the invention and according to a second embodiment.
La figure 6A est analogue à la figure 5A et ne sera pas décrite à nouveau. A l'issue de l'opération représentée sur la figure 6A, le tube 4 est en place à l'intérieur du générateur de vapeur, ses parties d'extrémité 4a et 4b se trouvant engagées à l'intérieur des ouvertures 5 des plaques tubulaires 25 correspondantes 3a et 3b. Figure 6A is similar to Figure 5A and will not be described again. At the end of the operation shown in FIG. 6A, the tube 4 is in place inside the steam generator, its end parts 4a and 4b being engaged inside the openings 5 of the tubular plates 25 correspondents 3a and 3b.
Le jeu de montage 6 des extrémités 4a et 4b du tube 4 à l'intérieur The mounting clearance 6 of the ends 4a and 4b of the tube 4 inside
des ouvertures 5 des plaques tubulaires 3a et 3b a été déterminé et fixé de manière à produire, lors des opérations d'expansion diamétrale ultérieures qui seront décrites ci-après, la déformation voulue du tube en rétraction 30 axiale et un niveau de précontrainte prédéterminé voulu. openings 5 of the tubular plates 3a and 3b have been determined and fixed so as to produce, during the subsequent diametral expansion operations which will be described below, the desired deformation of the tube in axial retraction and a desired predetermined level of prestressing .
Comme représenté sur la figure 6B, dans une seconde étape du procédé de tubage, on réalise un dudgeonnage des extrémités 4'a et 4'b du tube au voisinage des faces externes des plaques tubulaires 3a et 3b, de manière à plaquer les extrémités du tube 4 contre les couches externes des plaques tubulaires. On réalise ensuite les soudures circulaires de liaison 7 et 9 entre les extrémités respectives 4'a et 4'b du tube 4 et les faces externes As shown in FIG. 6B, in a second step of the casing process, the ends 4'a and 4'b of the tube are expanded in the vicinity of the external faces of the tubular plates 3a and 3b, so as to press the ends of the tube 4 against the outer layers of the tube plates. The circular connection welds 7 and 9 are then produced between the respective ends 4'a and 4'b of the tube 4 and the external faces.
respectives des plaques 3a et 3b.respective plates 3a and 3b.
Le tube 4 est alors fixé à ses deux extrémités sur les plaques 3a et 3b dont l'écartement est fixe du fait du montage des plaques sur la structure du The tube 4 is then fixed at its two ends to the plates 3a and 3b, the spacing of which is fixed due to the mounting of the plates on the structure of the
générateur de vapeur.steam generator.
Comme représenté sur la figure 6C, on réalise, dans une étape finale As shown in FIG. 6C, a final step is carried out
du procédé, l'expansion diamétrale hydraulique des deux parties d'extrémité 10 4a et 4b du tube 4, dans les ouvertures 5 correspondantes des plaques tubulaires 3a et 3b, sur toute la longueur axiale des ouvertures 5, de manière qu'à l'issue des opérations d'expansion hydraulique, les parties 4a et 4b soient parfaitement plaquées sur toute la longueur des trous 5, aucun interstice résiduel n'étant présent au niveau des faces internes des plaques tubu15 laires 3a et 3b. of the method, the hydraulic diametrical expansion of the two end portions 10 4a and 4b of the tube 4, in the corresponding openings 5 of the tubular plates 3a and 3b, over the entire axial length of the openings 5, so that at the after the hydraulic expansion operations, the parts 4a and 4b are perfectly flattened over the entire length of the holes 5, no residual interstice being present at the level of the internal faces of the tubular plates 3a and 3b.
Pendant l'opération d'expansion diamétrale de la partie d'extrémité 4a During the diametrical expansion operation of the end part 4a
au niveau de la plaque tubulaire 3a et de la partie d'extrémité 4b au niveau de la plaque tubulaire 3b, le tube 4 qui est fixé à ses deux extrémités subit une déformation par rétraction dans la direction axiale 8, de sorte que le 20 tube est mis en précontrainte au cours de l'une et de l'autre opérations d'expansion diamétrale. at the tube plate 3a and the end portion 4b at the tube plate 3b, the tube 4 which is fixed at its two ends undergoes a deformation by retraction in the axial direction 8, so that the tube is prestressed during both diametrical expansion operations.
Les effets de la mise en précontrainte du tube 4 au cours de la première opération d'expansion diamétrale de la première partie d'extrémité 4a du tube 4 et de la seconde opération d'expansion diamétrale de la seconde 25 partie d'extrémité 4b du tube 4 se combinent, de sorte que la précontrainte The effects of prestressing the tube 4 during the first diametrical expansion operation of the first end portion 4a of the tube 4 and the second diametrical expansion operation of the second end portion 4b of the tube 4 combine, so that the preload
finale résulte des deux opérations additives d'expansion diamétrale. final results from the two additive operations of diametrical expansion.
Le jeu initial de montage 6 des extrémités du tube 4 dans les ouvertures des plaques tubulaires est déterminé, par le calcul et par des essais sur maquette, pour que la précontrainte totale obtenue par les deux expansions 30 diamétrales soit, de manière précise, la précontrainte recherchée. The initial assembly clearance 6 of the ends of the tube 4 in the openings of the tube plates is determined, by calculation and by tests on a model, so that the total prestressing obtained by the two diametrical expansions is, precisely, the prestressing. sought.
Dans le cas du premier mode de réalisation, seule la seconde opération d'expansion diamétrale génère la déformation par rétraction du tube et la précontrainte alors que dans le cas du second mode de réalisation les il In the case of the first embodiment, only the second diametral expansion operation generates the deformation by retraction of the tube and the prestressing whereas in the case of the second embodiment the
deux opérations d'expansion diamétrale concourent pour générer la précontrainte. two diametral expansion operations work together to generate the prestress.
Le procédé suivant l'invention permet donc de régler de manière très The method according to the invention therefore makes it possible to adjust very
précise le niveau de précontrainte axiale des tubes d'un faisceau d'échan5 geur de chaleur tout en évitant la présence d'interstices au niveau des faces internes de la ou des plaques tubulaires. specifies the level of axial prestressing of the tubes of a heat exchanger bundle while avoiding the presence of gaps at the internal faces of the tubular plate or plates.
En outre, la précontrainte requise des tubes ou la répartition des précontraintes des tubes dans le faisceau peuvent être obtenues de manière simple en réalisant un perçage des trous des plaques tubulaires à un diamè10 tre ou à des diamètres parfaitement définis et programmés, par exemple en fonction de la position des trous dans le plan des plaques tubulaires, compte tenu des tolérances de fabrication des lots de tubes utilisés pour le tubage In addition, the required prestressing of the tubes or the distribution of the prestresses of the tubes in the bundle can be obtained in a simple manner by drilling the holes of the tubular plates to a diameter or diameters perfectly defined and programmed, for example according to the position of the holes in the plane of the tube sheets, taking into account the manufacturing tolerances of the batches of tubes used for casing
de l'échangeur de chaleur,.of the heat exchanger ,.
Le procédé suivant l'invention permet en particulier d'obtenir facile15 ment une précontrainte parfaitement constante pour l'ensemble des tubes The method according to the invention makes it possible in particular to easily obtain a perfectly constant prestress for all of the tubes.
de l'échangeur de chaleur.of the heat exchanger.
Le procédé suivant l'invention permet également de moduler les précontraintes des tubes, en particulier en fonction de leur position dans le faisceau déterminée par la position des ouvertures de réception du tube dans 20 les plaques tubulaires. The method according to the invention also makes it possible to modulate the prestresses of the tubes, in particular as a function of their position in the bundle determined by the position of the openings for receiving the tube in the tubular plates.
Une répartition adéquate des précontraintes des tubes dans le faisceau permet en particulier de limiter la déformation des plaques tubulaires sous l'effet des forces de traction exercées par les tubes sur les plaques tubulaires. Une précontrainte constante dans l'ensemble des tubes du fais25 ceau peut se traduire par une déformation en flexion des plaques tubulaires An adequate distribution of the prestresses of the tubes in the bundle makes it possible in particular to limit the deformation of the tube plates under the effect of the tensile forces exerted by the tubes on the tube plates. Constant prestressing in all tubes of the beam can result in a bending deformation of the tube plates
soumises à des forces importantes dans leur partie périphérique. Cet effet peut être corrigé en adoptant une répartition adéquate des précontraintes dans les tubes du faisceau. De même, les déformations en service des différentes parties de l'échangeur de chaleur, par exemple sous l'effet des dilata30 tions différentielles peuvent être limitées en adoptant une répartition adéquate des précontraintes dans les tubes du faisceau. subjected to significant forces in their peripheral part. This effect can be corrected by adopting an adequate distribution of the prestresses in the bundle tubes. Likewise, the deformations in service of the different parts of the heat exchanger, for example under the effect of differential expansion, can be limited by adopting an adequate distribution of the prestresses in the tubes of the bundle.
En outre, pour limiter les déformations des plaques tubulaires pendant le montage du faisceau qui peut être effectué par montage successif des tubes depuis la partie centrale vers la périphérie ou inversement depuis la périphérie vers la partie centrale, on peut adopter un plan de perçage des différentes parties des plaques tubulaires permettant d'augmenter les niveaux des précontraintes et donc les forces exercées par les tubes au cours 5 du montage. On réalise ainsi une pré-charge des plaques tubulaires à un In addition, to limit the deformations of the tube plates during assembly of the bundle which can be carried out by successive assembly of the tubes from the central part towards the periphery or vice versa from the periphery towards the central part, it is possible to adopt a drilling plan for the different parts of the tubular plates making it possible to increase the levels of the prestresses and therefore the forces exerted by the tubes during assembly. This produces a preload of the tubular plates at a
niveau inférieur pendant les premières étapes du montage, ce qui procure un certain raidissement des plaques tubulaires qui sont plus à même de supporter des précontraintes et des forces supérieures exercées par les tubes montés dans des étapes ultérieures du tubage. lower level during the first stages of assembly, which provides a certain stiffening of the tubular plates which are more able to support prestresses and higher forces exerted by the tubes assembled in later stages of casing.
De telles répartitions des précontraintes exercées dans les tubes Such distributions of prestresses exerted in the tubes
peuvent être réalisées en ajustant les diamètres de perçage des trous traversant les plaques tubulaires. En particulier, les diamètres des trous traversant les plaques tubulaires pour le montage des tubes au début du tubage peuvent être généralement plus faibles que les diamètres des trous pour le 15 montage des tubes en fin de tubage. can be made by adjusting the drilling diameters of the holes passing through the tubular plates. In particular, the diameters of the holes passing through the tubular plates for mounting the tubes at the start of casing can generally be smaller than the diameters of the holes for mounting the tubes at the end of casing.
Dans le cas de plaques tubulaires circulaires, on pourra réaliser le perçage de telle manière que les trous traversant les plaques tubulaires à leur partie centrale aient des diamètres différents des trous traversant les In the case of circular tubular plates, drilling can be carried out in such a way that the holes passing through the tubular plates at their central part have diameters different from the holes passing through the
plaques tubulaires dans leur partie périphérique. tubular plates in their peripheral part.
L'invention ne se limite pas strictement aux modes de réalisation qui The invention is not strictly limited to the embodiments which
ont été décrits.have been described.
Le montage et l'expansion diamétrale des tubes peuvent être réalisés The assembly and the diametrical expansion of the tubes can be carried out
en utilisant tout type d'outil adapté aux dimensions des tubes et aux caractéristiques du faisceau du générateur de vapeur. using any type of tool suitable for the dimensions of the tubes and the characteristics of the steam generator harness.
L'invention peut être appliquée à des échangeurs de chaleur différents d'échangeurs de chaleur à tubes droits, à partir du moment o ces tubes présentent au moins une partie rectiligne qui peut être soumise à une The invention can be applied to heat exchangers different from heat exchangers with straight tubes, from the moment when these tubes have at least one rectilinear part which can be subjected to a
précontrainte longitudinale.longitudinal prestress.
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