CH621616A5

CH621616A5 -

Info

Publication number: CH621616A5
Application number: CH511978A
Authority: CH
Inventors: Jean Forestier; Bernard Leblanc; Marcel Monteil; Pierre Monteil
Original assignee: Commissariat Energie Atomique
Priority date: 1977-05-16
Filing date: 1978-05-11
Publication date: 1981-02-13
Also published as: US4204502A; IT7823447A0; ES469652A1; JPS53141804A; GB1587493A; SE7805405L; DE2820638A1; FR2391421A1; FR2391421B1

Description

La présente invention est relative à un générateur de vapeur à circulation forcée et à un seul passage, comportant une enveloppe externe comprenant une virole latérale cylindrique à axe vertical, une jupe interne coaxiale à l'enveloppe externe et délimitant avec la virole latérale un espace annulaire, cette jupe présentant à son extrémité inférieure un bord libre séparé d'un fond inférieur fermant l'enveloppe externe, une plaque à tubes centrale s'étendant horizontalement au voisinage d'un fond supérieur à l'opposé du fond inférieur, une plaque à tubes périphérique, parallèle à la plaque centrale et disposée dans l'espace annulaire sous la plaque centrale, et un faisceau de tubes présentant chacun la forme d'un J.

Un tel générateur peut être associé à une installation de production d'énergie électrique par détente de la vapeur produite dans des turbines, le fluide primaire fournissant la chaleur nécessaire à la vaporisation étant de l'eau légère ou lourde pressurisée, provenant d'un réacteur nucléaire. De préférence, le fluide secondaire qui alimente le générateur est constitué par de l'eau, provenant pour partie d'un poste d'eau d'alimentation et pour une autre partie d'un circuit de prélèvement à partir du générateur lui-même, l'eau prélevée à la température de vaporisation étant utilisée pour resurchauffer la vapeur entre les corps haute pression et basse pression des turbines.

On connaît déjà diverses réalisations de générateur de vapeur à un seul passage, dits «one through», où le fluide primaire circule dans des tubes rectilignes ou légèrement ondulés, groupés en faisceau vertical, ces tubes communiquant à travers deux plaques avec deux collecteurs, respectivement d'entrée et de sortie. Le faisceau des tubes et les plaques sont disposés à l'intérieur d'une enveloppe externe comprenant également des conduits d'admission du fluide secondaire ainsi qu'un conduit d'évacuation de la vapeur produite.

La présente invention concerne un autre type de générateur de vapeur surchauffée dans lequel le faisceau des tubes est aménagé de façon nouvelle afin d'assurer un meilleur fonctionnement de l'appareil, grâce en particulier à un refroidissement plus efficace des plaques à tubes, diminuant ainsi les contraintes d'origine thermique sur ces plaques et celles s'exerçant sur les tubes par suite des dilatations différentielles.

Selon l'invention, le générateur est caractérisé en ce que les tubes régulièrement répartis dans des plans radiaux autour de l'axe de la virole latérale sont réservés à la circulation d'un fluide primaire entre un collecteur d'admission délimité par la plaque centrale et le fond supérieur d'une part, et un collecteur d'évacuation torique délimité en partie par la plaque périphérique et la virole latérale d'autre part, le collecteur d'évacuation étant prévu au-dessus de l'espace annulaire ménagé entre la virole latérale et la jupe interne, en ce qu'au moins un conduit d'alimentation pour le fluide secondaire sous forme liquide débouche dans l'espace annulaire sous la plaque périphérique et en ce qu'une chambre latérale est disposée dans l'enveloppe entre les collecteurs d'admission et d'évacuation du fluide primaire pour recueillir la vapeur du fluide secondaire produite au contact des tubes.

Dans un premier mode de réalisation les collecteurs d'admission et d'évacuation du fluide primaire ménagent entre eux un espace libre annulaire par lequel la vapeur produite au contact des tubes pénètre dans la chambre latérale. Dans une autre variante de réalisation, la jupe interne forme avec les côtés des collecteurs d'admission et d'évacuation du fluide primaire une cloison continue, munie d'ouies de passage de la vapeur du fluide secondaire au droit de la chambre latérale.

Le ou les conduits d'admission du fluide secondaire dans l'espace annulaire peuvent être associés, à l'intérieur de l'enveloppe externe, à des organes de distribution circonférentiels, aptes à répartir le débit du fluide dans cet espace.

Le fond inférieur de l'enveloppe externe peut comporter une prise permettant le prélèvement, notamment par un conduit axial ménagé dans le fond de l'enveloppe, d'une fraction du fluide secondaire liquide à la température de vaporisation. Avantageusement, la prise de fluide secondaire liquide comporte un déflecteur anti-vortex.

Les régions délimitées à l'intérieur et à l'éxterieur de la jupe interne peuvent comporter une série d'entretoises horizontales parallèles de guidage et de maintien des tubes, traversées de façon non étanche par le faisceau de ces tubes grâce à des trous brochés.

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Les caractéristiques d'un générateur de vapeur à circulation forcée établi conformément à l'invention, apparaîtront encore à travers la description qui suit d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexés qui illustrent:

- à la fig. 1, une coupe axiale d'un premier mode de réalisation du générateur;

- à la fig. 2, un second mode de réalisation.

Comme on le voit sur la fig. 1, le générateur de vapeur 1 se compose d'une enveloppe externe 2, de forme générale cylindrique et dont la virole latéralement fermée à ses extrémités supérieure et inférieure par deux fonds de forme hémisphérique, respectivement 3 et 4.

A l'intérieur de l'enveloppe 2 est montée une jupe interne 5 coaxiale à la virole latérale de cette enveloppe, cette jupe étant rendue solidaire par son extrémité supérieure 6 du fond 3. En revanche, à son extrémité inférieure 7, la jupe 5 est libre, cette extrémité étant disposé à distance convenable du fond 4 pour autoriser l'écoulement du fluide secondaire comme on le verra ci-après.

Le générateur de vapeur 1 comporte deux plaques à tubes 8 et 9, la plaque centrale 8 étant portée par la jupe interne 5 au voisinage du fond 3, tandis que la plaque périphérique 9 est montée dans l'espace annulaire compris entre la virole latérale de l'enveloppe 2 et la surface externe de la jupe 5. Entre les plaques à tubes 8 et 9 s'étend un faisceau de tubes 10 présentant chacun la forme d'un J et dont un seul a été sur la figure pour ne pas surcharger cette dernière, ces tubes s'étendant à l'intérieur de la jupe 5 à partir de la plaque centrale 8, puis, après s'être recourbés sous l'extrémité 7 de cette jupe, remontant dans l'espace annulaire vers la plaque périphérique 9.

La plaque centrale 8 délimite avec l'extrémité supérieure de la jupe 5 et le fond 3 de l'enveloppe 2 un collecteur d'admission 11 pour un fluide primaire, admis dans le générateur par un conduit 12 prévu axialement à la partie supérieure du fond 3. Ce fluide primaire est de préférence constitué par de l'eau légère ou de l'eau lourde sous pression, provenant d'un réacteur nucléaire (non représenté). A partir du collecteur 11, ce fluide s'écoule dans le faisceau des tubes 10 par l'intérieur de ces derniers, avant de se recueillir dans un collecteur d'évacuation de forme torique 13, délimité entre la plaque périphérique 9 et une cloison horizontale 14, parallèle à cette dernière et montée entre l'enveloppe 2 et la jupe 5 au-dessus de la plaque 9. Le fluide primaire s'échappe enfin du collecteur 13 par deux conduits diamétralement opposés 15. La jupe 5 qui forme une cloison continue depuis son extrémité inférieure 7 jusqu'au fond supérieur 3 de l'enveloppe 2, comporte au droit du collecteur d'admission 11 et du collecteur d'évacuation 13 une épaisseur sensiblement plus importante qu'au delà de ce dernier dans la région de l'espace annulaire prévu entre la virole de l'enveloppe et la jupe, sous la plaque périphérique 9, notamment pour résister aux efforts dus aux différences de pression à l'intérieur et à l'extérieur de ces collecteurs.

Le fluide secondaire à vaporiser à l'intérieur du générateur, constitué de façon usuelle par de l'eau, est introduit sous forme liquide dans l'enveloppe 2 à l'intérieur de l'espace annulaire délimité avec celle-ci par la jupe 5 au moyen d'une première conduite 16, associée à l'intérieur de l'enveloppe 2 à un organe de distribution 17, permettant au débit d'eau introduit d'être convenablement réparti dans cet espace annulaire au contact des jambes des tubes 10 remontant vers la plaque périphérique 9. Un deuxième conduit 18 également associé à un répartiteur annulaire 19, permet d'introduire dans le générateur un autre débit d'eau secondaire à température plus élevée que le précédent, provenant d'un circuit annexe (non représenté), après avoir assuré la resurchauffe de la vapeur des turbines utilisant la vapeur produite par le générateur. Ce conduit 18 est notamment agencé de telle sorte que le débit d'eau qui est introduit dans l'enveloppe 2 balaye convenablement la surface inférieure de la plaque périphérique 9 et limite dans celle-ci, les contraintes d'origine thermique.

L'eau secondaire provenant des conduits 16 et 18 alimentant l'espace annulaire compris entre l'enveloppe 2 et la jupe interne 5, s'écoule de haut en bas, puis après passage sous l'extrémité libre 7 de la jupe 5, remonte à l'intérieur de cette dernière au contact des jambes des tubes 10 parcourus intérieurement et à contre-courant par le fluide primaire provenant du collecteur d'admission 11. Les tubes 10 sont maintenus selon le pas de leur réseau dans le faisceau par des entretoises horizontales 20 percées de trous brochés disposés de façon à permettre par une circulation judicieuse du fluide secondaire un bon refroidissement des tubes lors de la traversée de ces entretoises.

La vapeur formée par échange de chaleur avec le fluide primaire, est recueillie sous la plaque 8 et dans l'exemple considéré, traverse des ouïes latérales 21 prévues dans la jupe 5 afin d'être collectée dans une chambre latérale 22, délimitée entre la cloison 14 formant le fond supérieur du collecteur 13 et le fond 3 de l'enveloppe 2, cette vapeur étant enfin extraite hors du générateur par deux conduits diamétralement opposés 23.

Indépendamment de la production de vapeur telle que décrite ci-dessus, le générateur permet d'assurer le prélèvement d'une fraction du débit d'eau secondaire sous forme liquide à la température de vaporisation. A cet effet, l'enveloppe 2 comporte une prise munie d'un conduit axial 16 et d'un dispositif déflecteur 24 anti-vortex, percé d'une série d'orifices 25. L'eau secondaire prélevée par le conduit 26 est acheminée vers les resurchauffeurs de vapeur (non représentés), situés entre les corps haute et basse pression des turbines d'utilisation, puis est réinjectée au moyen des pompes (également non représentées) par la conduite 18. Le fluide secondaire restant à la température de vaporisation, constitué par de l'eau enrichie en bulles de vapeur grâce au prélèvement d'eau précédent, s'élève au contact des tubes 10 à travers les entretoises horizontales 20 et continue à être vaporisé; il se surchauffe alors légèrement avant d'être recueilli dans la chambre latérale 22 et acheminé vers les turbines. Avantageusement enfin, le fond inférieur 4 comporte des orifices 27 permettant une alimentation auxiliaire du générateur de vapeur par de l'eau secondaire lorsque l'alimentation principale est, pour quelque raison que ce soit, arrêtée, ce débit d'eau auxiliaire permettant en particulier de refroidir les tubes 10 toujours parcourus par le fluide primaire.

La fig. 2 illustre un autre mode de réalisation où l'on retrouve la quasi-totalité des dispositions décrites en relation avec le premier cas, sauf en ce qui concerne la structure de la jupe interne qui ne se prolonge pas de façon continue jusqu'au fond supérieur 3 de l'enveloppe 2. Dans cette variante, en effet, la jupe 5 est rendue solidaire du bord interne de la plaque périphérique 9 qui fait partie intégrante du collecteur torique 13 réservé à la sortie du fluide primaire, ce collecteur étant délimité par une paroi de révolution 28, solidarisée au montage de la virole latérale de l'enveloppe 2. De ce fait, le collecteur d'admission 11 avec la plaque à tubes centrale 8 est lui-même délimité par une cloison cylindrique 29 de telle sorte que la communication avec la chambre 22 pour la sortie de la vapeur s'effectue non plus à travers des ouïes mais par un espace 30 totalement libre entre les collecteurs 11 et 13.

Le tableau ci-après donne les caractéristiques thermodynamiques générales du générateur de vapeur décrit associé à un réacteur nucléaire de puissance à eau légère pressurisée.

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— Puissante thermique du générateur:

1,387 MW

— Fluide primaire

Débit

6,238 kg/s

Température à l'entrée

329 °C

Température à la sortie

292°C

— Eau secondaire d'alimentation

Débit

686,7 kg/s

Température à l'entrée

232,5 °C

— Eau secondaire de resurchauffe

Débit

536,5 kg/s

Température à l'entrée

250,6°C

Température à la sortie

290°C

— Caractéristiques de la vapeur

Débit

686,7 kg/s

Pression

74 b.

Température de sortie

310°C

On réalise ainsi un générateur de vapeur à circulation forcée et à un seul passage, qui conserve, sur le plan de son fonctionnement, tous les avantages des générateurs de vapeur classique du type «one through» en y ajoutant d'autres avantages spécifiques. Notamment, la disposition en J des tubes permet de conférer à ceux-ci une souplesse individuelle largement améliorée, tout en ne compromettant pas la rigidité d'ensemble, cette forme étant par ailleurs favorable à leur bon fonctionne-s ment et à leur conservation en bon état du fait de la diminution des contraintes dues aux dilatations différentielles. La parfaite adaptation de ce type de générateur à l'utilisation d'eau pressurisée pour assurer la resurchauffe de la vapeur entre les corps haute pression et basse pression de turbines présente l'avantage de permettre une augmentation de la pression de vapeur et du rendement thermodynamique; la structure de l'appareil améliore également le fonctionnement global de l'installation, en diminuant les contraintes d'origine thermique notamment au niveau des plaques à tubes. Enfin, le prélèvement d'eau au fond du générateur améliore le fonctionnement d'ensemble de l'appareil, en permettant une certaine séparation de l'eau et de la vapeur en cours d'ébullition. De plus, la disposition des plaques tabulaires permet d'optimiser le pas du réseau des tubes dans l'espace annulaire alimenté par l'eau secondaire, notamment en donnant à ces tubes dans cet espace un pas plus resserré que dans la région en contact avec la vapeur produite.

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2 feuilles dessins

Claims

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1. Générateur de vapeur à circulation forcée et à un seul passage, comportant une enveloppe externe comprenant une virole latérale cylindrique à axe vertical, une jupe interne coaxiale à l'enveloppe externe et délimitant avec la virole latérale un espace annulaire, cette jupe présentant à son extrémité inférieure un bord libre séparé d'un fond inférieur fermant l'enveloppe externe, une plaque à tubes centrale s'étendant horizontalement au voisinage d'un fond supérieur à l'opposé du fond inférieur, une plaque à tubes périphérique, parallèle à la plaque centrale et disposée dans l'espace annulaire sous la plaque centrale, et un faisceau de tubes présentant chacun la forme d'un J, caractérisé en ce que les tubes régulièrement répartis dans des plans radiaux autour de l'axe de la virole latérale sont réservés à la circulation d'un fluide primaire entre un collecteur d'admission délimité par la plaque centrale et le fond supérieur d'une part, et un collecteur d'évacuation torique délimité en partie par la plaque périphérique et la virole latérale d'autre part, le collecteur d'évacuation étant prévu au-dessus de l'espace annulaire ménagé entre la virole latérale et la jupe interne, en ce qu'au moins un conduit d'alimentation pour le fluide secondaire sous forme liquide débouche dans l'espace annulaire sous la plaque périphérique et en ce qu'une chambre latérale est disposée dans l'enveloppe entre les collecteurs d'admission et d'évacuation du fluide primaire pour recueillir la vapeur du fluide secondaire produite au contact des tubes.

2. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les collecteurs d'admission et d'évacuation du fluide primaire ménagent entre eux un espace libre annulaire par lequel la vapeur produite au contact des tubes pénètre dans la chambre latérale.

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REVENDICATIONS

3. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le conduit d'admission du fluide secondaire dans l'espace annulaire est associé à l'intérieur de l'enveloppe externe à des organes de distribution circonférentiels, aptes à répartir le débit du fluide dans cet espace.

4. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond inférieur comporte une prise permettant le prélèvement, par un conduit axial ménagé dans le fond de l'enveloppe, d'une fraction du fluide secondaire liquide à la température de vaporisation.

5. Générateur de vapeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la prise du fluide secondaire liquide comporte un déflecteur anti-vortex.

6. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions délimitées à l'intérieur et à l'extérieur de la jupe interne comportent une série d'entretoises horizontales parallèles de guidage et de maintien des tubes traversées de façon non étanche par le faisceau de ces tubes grâce à des trous brochés.

7. Générateur de vapeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les tubes du faisceau présentent un pas resserré dans l'espace annulaire alimenté par le fluide secondaire liquide et un pas plus large dans la région centrale où est produite la vapeur.