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Générateur de vapeur à un seul passage à module tubulaire vertical.
La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux générateurs de vapeur et plus particulièrement aux générateurs de vapeur à un seul passage qui s'appliquent en par- ticulier à des installations de réacteurs nucléaires - gêné - rateurs de vapeur monoblocs.
L'invention sera décrite ci-après avec référence à la production de vapeur mais il est à remarquer que par les ter- mes "eau" et "vapeur d'eau", on entend n'importe quel liquide et sa vapeur à moins que le contexte l'exige d'une manière spécifi- que autrement.
Dans une installation de réacteur nucléaire-générateur
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de vapeur monobloc, le noyau du réacteur et le générateur de vapeur sont tous deux contenus dans la cuve à pression du réac- teur. En général, le noyau, dans lequel le' fluide primaire est chauffé, est logé dans la partie inférieure d'une cuve à pression cylindrique verticale et le générateur de vapeur est placé au- dessus du noyau dans une chambre annulaire située dans une partie plus élevée de la cuve à pression. Le fluide primaire est mis en circulation du noyau vers le générateur de vapeur et revient en- suite dans le noyau.
Comme le générateur de vapeur est logé dans la cuve à pression, sa hauteur est limitée et il'est par consé- quent difficile d'obtenir une vapeur de bonne qualité sans la faire passer plusieurs fois en contact de chauffage avec le fluide primaire.
Suivant l'invention, 11 est prévu un générateur de vapeur dans lequel la surface chauffante comprend plusieurs fais- ceaux tubulaires à un seul passage semblables exposés à un fluide de chauffage, chaque faisceau comprenant plusieurs tubes qui s'étendent entre des collecteurs et qui constituent un montage à plusieurs parcours dans le faisceau de sorte que de'1'eau peut être introduite dans les faisceaux et être évacuée de ceux-ci sous forme de vapeur surchauffée.
Un générateur de vapeur dont la surface chauffante est disposée de cette manière produit de la vapeur surchauffée dans la hauteur limitée habituellement disponible dans la cuve à pression avec une circulation en un seul passage, c'est-à-dire qu'il n'est pas nécessaire de prévoir des bancsde tubes séparés pour préchauffer, vaporiser et surchauffer ou pour amener l'eau et la vapeur à suivre une série de parcours de circulation diffé- rents dans des bancs de tubes différents. On peut utiliser ce générateur de vapeur dans d'autres applications en plus des instel- lations de réacteurs nucléaires-générateurs de vapeur mono blocs.
Dans la forme de réalisation préférée, chaque faisceau de tubes est un faisceau à trois parcours, le préchauffage$ la
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vaporisation et le surchauffage,s'effectuant progressivement dans les trois parcours.
.Chaque faisceau tubulaire comprend plusieurs tubes droits qui sont soudés entre de petits collecteurs. La section de chaque faisceau peut avantageusement être hexagonale de sorte -que les faisceaux peuvent être disposés côte à côte pour former un nid d'abeillesquoique d'autres sections polygonales régulières ou irrégulières soient possibles, La meilleure section est habi-' tuellement celle qui permet de monter un nombre maximum de fais- caux dans la chambre annulaire de manière à obtenir la surface d'échange de chaleur la plus grande possible. Les tubes doivent également être espacés les uns des autres aussi uniformément que possible dans la section du générateur.
Dans une forme de réalisatio avantageuse, le faisceau tubulaire comprend un tube central dans lequel l'eau d'alimenta- tion est introduite vers le bas. L'eau d'alimentation est préchauf- fée dans ce tube mais n'est de préférence pas portée à sa tempé- rature d'ébullition de manoère à éviter que l'ébullition entrave l'écoulement de l'eau vers le bas. A sa sortie de ce tube, l'eau est dirigée par une chicane de répartition vers le haut dans plu- sieurs tubes évaporateurs qui entourent le tube-central. Dans ces tubes évaporateurs,l'eau est portée à l'ébullition et est vaporisée quoiqu'une vaporisation complète ne soit habituellement pas réalisée dans ces tubes dont la vapeur sort en effet à l'état encore légèrement humide.
Cette vapeur humide est alors dirigée vers le bas dans des tubes surchauffeurs qui entourent entière- ment ou au moins en partie les tubes évaporateurs et la vaporisa- tion est achevée dans ces tubes surchauffeurs et la vapeur est surchauffée. On choisit le nombre de tubes évaporatuers et celui .de tubes surchauffeurs de manière à obtenir la transmlssion de cha- leur optimum dans n'importe quelle construction particulière.
Un exemple d'un générateur de vapeur suivant l'inven-. tien sera décrit ci-après avec référence au dessin annexé dans le-
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quel : la Fig. 1 est une coupe axiale longitudinale d'une installation réacteur nucléaire-générateur de vapeur monobloc; la Fig. 2 est une coupe longitudinale d'un faisceau tubulaire du générateur de vapeur ; etla Fig. 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la Fig. 2.
L'installation réacteur nucléaire-générateur de vapeur monobloc représentée sur la Fig. 1 comprend une cuve à pression cylindrique verticale 1 contenant un noyau 2 et un générateur de vapeur 3. Le générateur de vapeur est logé dans une chambre annu- laire 4 ménagée dans la cuve. Du fluide primaire est mis en cir- culation dasn le noyau 2, monte dans un echambre annulaire intérieu- re 5, descend dans la chambre annulaire 4 et est ertsuite recueilli dans une chambre annulaire inférieure 6. A partir de bette chambre 6., le fluide primaire est soutiré par un tube 7 sortant de la cuve à pression l, amené à une pompe de circulation (non représentée) et renvoyé au noyau 2 par un tube 8 qui entoure concentriquement le tube 7.
Le générateur de vapeur 3 comprend plusieurs faisceaux tubulaires 9 qui sont alimentés d'eau par un tube d'entrée 10 et dont la vapeur surchauffée est soutirée par un tube de sortie 11 entourant concentriquemeht le tube 10.
Grâce à des tubes d'entrée et de sortie concentriques, la cuve à pression 1 ne doit être percée qu'en un seul endroits
Comme le montrent clairement les Fig.2 et 3. chaque faisceau tubulaire 9 comprend plusieurs tubes droits verticaux soudés entre un collecteur supérieur 12 et un collecteur infé- rieur 13. Chaque faisceau comporte un tube préchauffeur central 14 qui traverse le collecteur supérieur 12 et qui est raccordé, au collecteur inférieur 13. Le tube central communiqué avec une', chambre 15 dans le collecteur inférieur 13 et cette chambre 15 dirige la circulation de l'eau chauffée du tube 14 dans les tubes
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évaporateurs 16 qui communiquent également avec la chambre 15.
Dans le générateur de vapeur représenté dans le dessin, douze bubes évportateurs 16 sont prévus et entourent le tube central 14. Les tubes évaporateursl6 communiquent avec le collecteur supérieur 12 et des tubes surchauffeursl7 partent également du collecteur supérieur 12. Six tubes surchauffeurs 17 sont pré- vus dans le générateur de vapeur représenté dans le dessin et ces tubes 17 communiquent à leurs extrémités inférieures avec le collecteur inférieur 13.
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L'eau d'alimentation est introduite dans chaque faisceau
9 par des tubes d'entrée 18 communiquant avec les tùbes 10 et 14 et la vapeur surchauffée est évacuée des collecteurs inférieurs
13 par des tubes 19 qui communiquent avec le tube de sortie 11.
Comme le montre clairement la Fig. 3, en coupe, les tubes 14, 16 et 17 sont disposés en un hexagone, ce qui permet de placer les.. faisceaux 9 côte à côte en nid d'abeilles. Un ob- cient ainsi une surface chauffante relativement étendue dans un espace relativement réduit.
Chaque tube 14, 16 et 17 comporte un organe générateur de turbulence hélicoïdal intérieur qui améliore la transmission de la chaleur entre le fluide de chauffage et l'eau ou la vapeur.
En fonctionnement, le fluide primaire est chauffé dans le noyau et circule-ensuite sur les tubes 14, 16 et 17 où il est refroidi. Il est ensuite remis en circulation de manière à être réchauffé dans le noyau. L'eau d'alimentation est intro- duite dans les faisceaux de tubes 9 par les tubes d'entrée 10 et
18 et l'eau d'alimentation descend dans le tube central 14. Dans ce tube, l'eau descend à une vitesse telle qu'elle n'a pas atteint sa température d'ébullition lorsqu'elle pénètre dans la chambre 15.
On évite ainsi les difficultés résultant de l'ébullition d'un liquide qui s'écoule vers le bas. L'eau préchauffée monte ensuite dans les tubes 16 dans lesquels la majeure.partie de l'eau est vaporisée. Mais la vapeur est encore légèrement humide lorsqu'elle
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pénètre dans le collecteur supérieur 12. Cette Tapeur humide. descend alors dans les tubes 17 dans lesquels l'eau est comolètement vaporisée et dans lesquels la vapeur est surchauffée.
Les tubes 17 mènent la vapeur surchauffée.dans le collecteur inférieur d'où elle est évacuée par les tubes de sortie 19 et 11,
Afin d'éviter ou au moins de diminuer l'instabilité du débit dans les faisceaux tubulaires, chaque tube préchauffeur 14 est pourvu d'un organe en hélice générateur de turbulence dont les spires sont plus serrées qu'il ne le faudrait simplement pour ' assurer une-transmission de la chaleur. On obtient ainsi une chute de pression relativement grande ce qui diminue l'influence de toute répartition de débit inégale entre les faisceaux. La présence du collecteur supérieur 12 diminue également toute instabilité de débit résultant de vibrations produites par l'ébullition dans les tubes évaporateurs 16 car dans ce collecteur ces vibrations sont absorbées ou étouffées.
REVENDICATIONS.
1.- Générateur de vapeur, caractérisé en ce qué sa surface chauffante comprend plusieurs faisceaux tubulaires à un seul passage semblablesexposésà un fluide de chauffage, chaque faisceau comprenant plusieurs tubes qui s'étendent entre des collecteurs et qui constituent un montage à plusieurs parcours dans le faisceau de sorte que de l'eau peut être in- troduite dans les faisceaux et en être évacuée sous forme de va.. peur surchauffée.