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La plupart des échangeurs de chaleur à faisceaux de tubes, destinés à servir de préchauffeurs d'eau d'alimentation chauffés par de la vapeur pré- levée, notamment les préchauffeurs à haute pression intercalés dans la tuyau- terie d'eau d'alimentation partant de la pompe d'alimentation, doivent être très robustes pour résister aux hautes pressions et aux hautes températùres de la vapeur utilisées dans les installations, modernes comprenant une tur- bine à vapeur, et pour tenir compte de la puissance unitaire de nombreux grou- pes modernes à turbine à vapeur.
Si on prévoit dans chaque préchauffeur un seul faisceau de tubes, ce qui est fréquemment le cas, avec des tubes sen- siblement rectilignes ou coudés en U , son diamètre devient très important et il est nécessaire de donner une forte épaisseur aux parois non seulement de l'enveloppe du préchauffaur, mais également aux chambres à eau et surtout au fond des tubes, ce qui est très coûteux et du reste très nuisible à la résistance mécanique dans le cas de contraintes thermiques brusques et non uniformes dans les différentes parties'. Il est souvent nécessaire d'utiliser pour ces préchauffeurs des chambres à eau forgées, dont la fabrication est compliquée et coûteuse.
Même la division d'un préchauffeur de ce genre en deux ou plusieurs préchauffeurs partiels usuels branchés en parallèle est peu avantageuse, étant donné que chaque élément, proportionné pour une par- tie de l'eau d'alimentation, doit être construit pour résister aux fortes pressions, et doit notamment comporter des fonds de tubes très robustes.
On connaît des préchauffeurs à haute pression équipés de faisceaux de tubes coudés en U, dans lesquels les tubes coudés sont soudés dans une cloison porteuse, tandis que l'ensemble des tubes est entouré d'une envelop- pe destinée à la circulation dela vapeur. Ce mode de réalisation exige un espace suffisant pour l'encastrement des tubes par soudure, de sorte qu'il en résulte un diamètre important pour le faisceau et pour l'enveloppe rece- vant la vapeur. Pour des raisons concernant la technique de la soudure, il est également nécessaire d'utiliser des tubes en acier qui sont exposés à la corrosion lorsque le préchauffeur n'est pas en service.
On connaît également des préchauffeurs à haute pression dont les faisceaux de tubes coudés en U sont divisés en deux branches, le faisceau de chaque branche étant alors logé dans une enveloppe à vapeur également coudée en U. Il résulte de ce mode de réalisation que l'enveloppe à vapeur ne peut être retirée du faisceau de tubes, ce qui rend impossible le contrô- le des cordons de soudure.
Il est également connu d'utiliser des chambres à eau faisant corps avec le fond porte-tubes. Dans ce cas la paroi dela cellule à eau opposée au fond porte-tubes présente une ouverture destinée à permettre le sertis- sage des extrémités des tubes et le contrôle ultérieur des parties encastrées par sertissage. Pour des raisons concernant la résistance mécanique, et pour éviter la nécessité d'un couvercle trop grand et peu maniable, il est cepen- dant indispensable que la largeur de l'ouverture soit relativement réduite, de sorte que l'appareil destiné au sertissage par laminage ne peut pas être placé dans le prolongement des tubes sur toute la surface du fond porte- tubes. Il devient ainsi impossible de sortir les tubes par voie mécanique.
Enfin, on connaît des préchauffeurs dans lesquels plusieurs serpentins tu- bulaires destinés à la circulation de l'eau sont raccordés par sertissage à des collecteurs et distributeurs, chaque point de sertissage étant alors placé en regard d'un orifice qui doit être fermé par un bouchon après le sertissage. Pour le contrôle des points de sertissage, il est donc nécessai- re de retirer un grand nombre de bouchons qui doivent être ensuite remis en place et fixés pour résister à la pression.
La présente invention concerne un préchauffeur d'eau d'alimentation à vaper'' prélevée, notamment un préchauffeur à haute pression pour instal-
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lations comprenant une turbina à vapeur, qui est équipé deplusieurs faisceaux de tubes coudés en U dans chacun desquels circule une partie de l'eau d'ali- mentattion à chauffer, et qui offre tous les avantages des préchuffeurs con- une sans en présenter les inconvénients.
Il est caractérisé par plusieurs éléments préchauffeurs formant chacun une chambre à eau avec au moins un faisceau de tubes entouré d'une enveloppe,et dont les chambres à eau à cel- lules d'entrée et de sortie de l'eau branchées en parallèle, ayant une sec- tion sensiblement cylindrique, sont disposées côte à côte et.en ligne, une partie du pourtour des parois des chambres à eau remplissant la fonction de fonds destinés à recevoir les extrémités des faisceaux de tubes coudés en Uo
Le dessin annexé représente à titre d'exemple un mode de réalisation de l'objet de l'invention; la figure 1 est une vue en élévation latérale du préchauffeur selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale suivant la ligne II-II de la figure 1;
la figure 3 est une vue én coupe à plus grande échelle suivant la ligne ITI-III de la Fig. 1; la figure 4 est également une vue en coupe à plus grande échelle des chambres à eau d'un préchauffeur suivant la ligne IV-IV de la. figure 1, cet exemple ne comprenant cependant que trois éléments au lieu de six comme dans l'exemple de la figure 1.
Sur les figures 1 il 4, les. mêmes éléments sont désignés par les mê mes caractères de référence.
La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un préchauffeur à six éléments k, k', et kilo Ainsi que le montrent les figuras 2 et 3, ces éléments préchauffeurs comportent essentiellementune chambre à eau a et au moins un faisceau de'tubes (figure 3) logé dans une cellule e.On voit par exemple sur le dessin que chaque chambre à eau a correspond à deux faisceau::: partiels superposés f' et f".
Aux cellules a sont raccordées les tuyauteries ou tubulures à vapeur et à eau de condensation g', g", h et, par ces dernières, les tuyauteries h' et m, dont l'agencement et le but seront décrits plus loin. Les extrémi- tés des tubes des faisceaux partiels f, f" coudés en U, qui sont de réfé- rence faits en alliage de cuivre-nickel, sont serties par laminage dans des fonds porte-tubes b faisant corps avec la paroi des chambres à eau, ainsi que la montre nettement la figure 3.IIh'est pas nécessaire que le diamètre intérieur des parties cylindriques des chambres à eau soit supérieur à celui des con- duits à eau d'alimentation raccordéso Le diamètre de chaque faisceau partiel et de son fond porte-tubes est inférieur à celui des chambres à eau.
Les orifices nécessaires au sertissage des extrémités des tubes, qui sont super- posés en deux paires pour chaque élément des chambres à eau, sont utilisés pour le contrôle des points de sertissage au moment des visites ultérieures.
Ces orifices sont obstruéspar des bouchons c, c" (figure 1) bloqués dans la position de fermeture par des écrous d (figure 3). La figure 3 montre éga- lement la cloison de séparation i qu'on voit également sur la figure 2, et qui sert à séparer l'une de l'autre les deux branches d'un faisceau par- tiel f coudé en U. Une tubulure d'entrée de la vapeur est prévue en , tandis que le condensat sort par une autre tubulure h.
L'agencement d"une chambre à eau à trois éléments a est représenté sur la figure 4= On voit à gauche la chambre d'entrée de l'eau et a droite la chambra de sortie de chaque élément.Les fonds porte-tubes b représentés de face montrent des extrémités serties par laminage des faisceaux partiels
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f', fil coudés en U. Les tubrulures p permettent le raccordementdes chambres à eau à la conduite d'eau. Les extrémités des chambres à eau opposées à ces tubulures sont fermées par des calottes 1.
De cette description d'un préchauffeur d'eau selon l'invention, il ressort que l'arrivée et le départ de l'eau d'alimentation à chauffer préa- lablement ont lieu par des éléments à chambres 'd'entrée et de sortie côte à côte et parallèles ayant une section sensiblement cylindrique, ces éléments étant disposés à proximité immédiate des extrémités des faisceaux de tubes et raccordés bout à bout et en ligne, les parois des chambres à eau formant sur une partie de leur pourtour les fonds porte-tubes pour l'encastrement des extrémités des faisceaux coudés en U.
Pour la division d'un faisceau de tubes, tel qu'il estfréquement utilisé, il est avantageux de diviser chaque faisceau correspondant à un élément en deux faisceaux partiels, et de choisir le diamètre extérieur de chaque faisceau partiel de façon qu'il soit possible de pratiquer dans chaque chambre à eau, et en regard de chaque fond porte-tubes, un orifice circulaire dont le diamètre est au moins égal au diamètre extérieur de chaque branche du faisceau partiel. Ceci permet de pratiquer dans chaque chambre à eau deux fois des orifices, ce qui per- met pendant la construction le sertissage des extrémités des tubes sur toute la surface des fonds présentant des orifices, et de vérifier ultérieurement les points de sertissage.
Pour empêcher la transmission de la chaleur entre les chambres à eau d'entrée et de sortie côte à côte et parallèlesil con- vient d'éviter leur réunion par une cloison commune. A cet effet, il est avantageux de couder légèrement vers l'extérieur (angle à de la figure 3) les extrémités des tubes de chaque faisceau partiel par rapport au plan con- tenant la cloison de séparation i.
Ainsi que l'indiquent les figures 1 et 4, l'eau d'alimentation à chauffer préalablement entre en n dans la chambre à eau et en sort en o.
Dans chaque élément des chambres, à eau une partie de l'eau d'alinentationentre dans les faisceaux de tubes en parallèle de chaque cellule et sort dans le sens des flèches.
Selon les figures 1 et 2, les tuyauteries pour l'arrivée de la va- peur de chauffage et pour le départ du condensat sont disposées de façon que la première cellule de chauffage préalable k, au moins, qui reçoit la va- peur en g, remplisse la fonction de refroidisseur de vapeur, et que la derni- ère cellule k", au moins que le condensat de l'ensemble quitte par la tubulu- re m, fasse office de refroidisseur de condensat. A cet effet, la totalité de la vapeur de chauffage circule dans la cellule de refroidissement k. dans laquelle sa température est abaissée à celle dela vapeur saturée.
Le con- duit g' et les tubulures " distribuent ensuite la vapeur de chauffage en pa- rallèle dans les cellules de chauffage préalable k' qui forment en quelque sorte le condensateur du préchauffeur. Les tubulures h sont destinées à la sortie du condensat formé dans les cellules k etk. Ce condensat est recueil- li dans le conduit collecteur h' qui l'introduit dans la cellule de refroi- dissement k".
La totalité du condensat refroidi par le courant partiel de 1' eau d'alimentation circulant dans le faisceau de tubes de la cellule k" sort du préchauffeur par la tubulure m. Au besoin, les tuyauteries pour l'arrivée de la vapeur de chauffage et pour le départ du condensat peuvent être faci- lement agencées de façon que plusieurs cellules du préchauffeur puissent @ servir au refroidissement de la vapeur ou au refroidissement du condensat.
L'agencement décrit du préchauffeur d'eau d'alimentation à vapeur pré- levée offre les avantages suivants : Le préchauffeur est intercalé dans.la conduite d'eau d'alimentation. Les éléments des chambres,à eau, soudés bout à bout et ayant le même diamètre que la conduite d'eau, remplacent une partie de celle-ci, ce qui permet d'économiser la matière nécessaire à la construc-
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tion de cette conduite, et simplifie également la disposition des tuyauteries.
Les différentes parties des éléments du préchauffeur, qui sont exposées à de fortes pressions de vapeur et d'eau et à des températures élevées, peuvent recevoir des parois d'une épaisseur inférieure à celle des préchauffeurs u- suels grâce au faible diamètre. Il est donc possible de construire les élé- ments pour les pressions les plus élevées sans qu'il soit nécessaire de pré- voir des épaisseurs de paroi nuisibles. Ceci est particulièrement avantageux pour l'enveloppe de la cellule de refroidissement de la vapeur, .qui peut recevoir une épaisseur relativement faible précisément à cause du petit diamètre, ce qui est capital pour sarésistance mécanique à une température élevée (jusqu'à 470 C environ), et dans le cas de variations brusques éven- tuelles de la température.
Toutes les autres parties du préchauffeur travail- lant dans la gamme de températuresde la vapeur saturée, de sorte que la tem- pérature n'exerce aucune action importante sur l'épaisseur de.la paroi des celleles. Les éléments relativement petits des chambres à eau peuvent-être faits en acier coulé, et leur forme est relativement simple au point de vue de la technique de fonderie. Ceci est essentiel, étant donné que, pour les préchauffeurs à haute pression connus (ne comprenant qu'un faisceau de tubes) destinés aux groupes à turbine à grande puissance unitaire (par exemple su- périeure à 100 MW), et pour des pressions de fonctionnement supérieures à 150 kg/cm2, par exemple, la technique actuelle de la fonderie ne permet pas de fabriquer des chambres en acier coulé, de sorte qu'on est obligé dé les faire en acier forgé, ce qui est très coûteux.
Du reste, les fonds porte-tubes deviennent très épais (jusqu'à 300 mm environ) ce qui rend diffi- cile le perçage du grand nombre de trôus destinés à recevoir les extrémités des tubes. Dans le préchauffeur selon l'invention, la division de l'ensemble du faisceau de tubes en plusieurs faisceaux partiels permet l'emploi de . fonds de petit diamètre et donc de faible épaisseur, ce qui facilite le perçage des trous recevant les extrémités des tubes. Les fonds porte-tubes ne sont du reste que des renflements des parois des chambres à eau, ce qui entraîne une simplification de la fabrication et se traduit également par un renforcement. Il est plus facile de manipuler les éléments des chambres à eau pendant la fabrication, et ils se laissent plus facilement usiner en ate- lier que les grandes chambres destinées à des faisceaux de tubes non divisés.
Il est possible d'usiner complètement tous les éléments des chambres à eau avant de les assembler par soudure. Les bouchons de contrôle des chambres à eau sont identiques et légers, de sorte qu'on peut les retirer à la main et sans le secours d'un appareil de levage pour la visite et les réparations , ce qui facilite la vérification des points de sertissage des tubes. Il n' est pas nécessaire de calorifuger séparément chaque cellule du préchauffeur.
On peut au contraire empêcher les.pertes de chaleur en appliquant sur les côtés et sur le- dessus de l'ensemble du préchauffeur des parois en matière mauvaise conductrice de la chaleur.
Un grand avantage du préchauffeur décrit réside également dans le fait qu'il est possible de choisir le nombre des cellules en fonction des condi- tions thermiques imposées, ce qui permet d'adapter la surface échangeuse aux conditions qui se présentent dans chaque cas particulier. Il est également possible de choisir à volonté le nombre des cellules de refroidissement de la vapeur et des cellules de refroidissement du condensat. Dans le cas d'une rupture accidentelle de certains tubes, qu'il est ensuite nécessaire de rem- placer, il suffit de démonter et de remplacer un petit faisceau ne compre- nant qu'un nombre relativement réduit de tubes.