CA1162494A - Dispositif de separation d'eau et de vapeur a la sortie d'enceinte de vaporisation d'un generateur de vapeur - Google Patents
Dispositif de separation d'eau et de vapeur a la sortie d'enceinte de vaporisation d'un generateur de vapeurInfo
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de séparation d'eau et de vapeur à la sortie d'une enceinte de vaporisation d'un générateur de vapeur à recirculation. Le dispositif est constitue par un ensemble de tubes cylindriques verticaux renfermant des éléments déflecteurs permettant la séparation de l'eau et de la vapeur. Ces séparateurs verticaux ou cyclones sont groupés par sous-ensembles. Chacun des cyclones d'un sous-ensemble est fixé à la partie supérieure d'une structure de support commune, comportant de bas en haut, une colonne tubulaire fixée verticalement sur la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation et une structure en forme d'enceinte évasée vers le haut en communication d'une part avec la colonne tubulaire et d'autre part avec les cyclones fixés à sa partie supérieure. Le dispositif de réparation est ainsi réalisé sous forme modulaire. L'invention s'applique en particulier aux générateurs de vapeur des réacteurs nucléaires à eau sous pression.
Description
L'invention concerne un dispositif de separation d'eau et de vapeur à la sortie d'un génerateur de vapeur à
recirculation, tel qu'un generateur de vapeur utilise dans une centrale nucleaire.
Les générateurs de vapeur utilises dans les cen-trales nucleaires par exemple dans les centrales nucleaires à eau sous pression, sont generalement constitues par une enveloppe resistant à la pression cylindrique de grande hauteur à l'interieur de laquelle est disposee une enceinte secon-daire coiffant un faisceau tubulaire parcouru par l'eau sous pression qui constitue le fluide d'echange amenant la chaleur du coeur du reacteur au generateur de vapeur, pour la produc-tion de vapeur.
L'eau alimentaire est amenee dans le generateur de vapeur au-dessus de l'enceinte secondaire ou enceinte de vaporisation, circule vers le bas à :L'extérieur de cette en-ceinte avant de penétrer dans l'enceinte de vaporisation par sa partie inférieure pour entrer en contact avec le faisceau tubulaire et être vaporisée.
Un melange d'eau et de vapeur de plus en plus riche en vapeur circule à l'intérieur de l'enceinte de vaporisation vers le haut et sort par la partie superieure de cette enceinte de vaporisation pour penetrer dans le dôme de vapeur du gene- -rateur de vapeur compris entre la partie superieure de l'enceinte de vaporisation et la partie superieure de l'èn-veloppe en pression du genérateur de vapeur.
Dans ce dôme de vapeur, sont places des dispositifs -de séparation de l'eau et de la vapeur permettant de secher la vapeur produite dans l'enceinte de vaporisation au contact du faisceau tubulaire avant sa sortie du generateur de vapeur par la partie superieure du dôme de vapeur.
Ces dispositifs de séparation d'eau et de vapeur 24~
comportent generalement un premier etage dispose en sortie de l'enceinte de vaporisation constitué par des tubes cylin-driques verticaux renfermant des deflecteurs permettant de donner un mouvement helicoidal à la vapeur à l'interieur des tubes lorsque cette vapeur chargee d'eau sort de l'en-ceinte de vaporisation, si bien que l'eau presente dans la vapeur est separee par force centrifuge et réincorporée à
l'eau alimentaire amenée dans le générateur de vapeur au-dessus de l'enceinte de vaporisation.
Au-dessus de ces dispositifs de séparation primaires, dans la partie supérieure du dome de vapeur sont également disposes des séparateurs secondaires ou sècheurs realises à
l'aide de toles à chevrons qui achèvent de secher la vapeur avant sa sort:ie du genérateur de vapeur par une conduite reliee à ce generateur à la partie la plus haute du d8me.
Les tubes cylindriques à deflecteur en spirale encore appelés cyclones, permettent la séparation de la plus grande partie de l'eau entra~nee par la vapeur et la recir-culation de cette eau avec l'eau alimentaire amenée par un tore disposé à un niveau légèrement inferieur au niveau des cyclones.
En marche normale, le niveau de l'eau alimentaire dans le generateur de vapeur est tel que le tore d'alimenta-tion est entièrement noye dans l'eau alimentaire cependant que les cyclones emergent au-dessus de cette eau alimentaire.
Des études recentes ont montre qu'il etait très avan~ageux d'utiliser des separateurs cyclones de faible diametre ce qui permet d'accroître les performances du separateur et de mieux utiliser le volume disponible dans le dome de vapeur.
Pour une section donnee de ce dome, on obtient des performances de separatlon plus elevees ou encore, ~ perfor-
recirculation, tel qu'un generateur de vapeur utilise dans une centrale nucleaire.
Les générateurs de vapeur utilises dans les cen-trales nucleaires par exemple dans les centrales nucleaires à eau sous pression, sont generalement constitues par une enveloppe resistant à la pression cylindrique de grande hauteur à l'interieur de laquelle est disposee une enceinte secon-daire coiffant un faisceau tubulaire parcouru par l'eau sous pression qui constitue le fluide d'echange amenant la chaleur du coeur du reacteur au generateur de vapeur, pour la produc-tion de vapeur.
L'eau alimentaire est amenee dans le generateur de vapeur au-dessus de l'enceinte secondaire ou enceinte de vaporisation, circule vers le bas à :L'extérieur de cette en-ceinte avant de penétrer dans l'enceinte de vaporisation par sa partie inférieure pour entrer en contact avec le faisceau tubulaire et être vaporisée.
Un melange d'eau et de vapeur de plus en plus riche en vapeur circule à l'intérieur de l'enceinte de vaporisation vers le haut et sort par la partie superieure de cette enceinte de vaporisation pour penetrer dans le dôme de vapeur du gene- -rateur de vapeur compris entre la partie superieure de l'enceinte de vaporisation et la partie superieure de l'èn-veloppe en pression du genérateur de vapeur.
Dans ce dôme de vapeur, sont places des dispositifs -de séparation de l'eau et de la vapeur permettant de secher la vapeur produite dans l'enceinte de vaporisation au contact du faisceau tubulaire avant sa sortie du generateur de vapeur par la partie superieure du dôme de vapeur.
Ces dispositifs de séparation d'eau et de vapeur 24~
comportent generalement un premier etage dispose en sortie de l'enceinte de vaporisation constitué par des tubes cylin-driques verticaux renfermant des deflecteurs permettant de donner un mouvement helicoidal à la vapeur à l'interieur des tubes lorsque cette vapeur chargee d'eau sort de l'en-ceinte de vaporisation, si bien que l'eau presente dans la vapeur est separee par force centrifuge et réincorporée à
l'eau alimentaire amenée dans le générateur de vapeur au-dessus de l'enceinte de vaporisation.
Au-dessus de ces dispositifs de séparation primaires, dans la partie supérieure du dome de vapeur sont également disposes des séparateurs secondaires ou sècheurs realises à
l'aide de toles à chevrons qui achèvent de secher la vapeur avant sa sort:ie du genérateur de vapeur par une conduite reliee à ce generateur à la partie la plus haute du d8me.
Les tubes cylindriques à deflecteur en spirale encore appelés cyclones, permettent la séparation de la plus grande partie de l'eau entra~nee par la vapeur et la recir-culation de cette eau avec l'eau alimentaire amenée par un tore disposé à un niveau légèrement inferieur au niveau des cyclones.
En marche normale, le niveau de l'eau alimentaire dans le generateur de vapeur est tel que le tore d'alimenta-tion est entièrement noye dans l'eau alimentaire cependant que les cyclones emergent au-dessus de cette eau alimentaire.
Des études recentes ont montre qu'il etait très avan~ageux d'utiliser des separateurs cyclones de faible diametre ce qui permet d'accroître les performances du separateur et de mieux utiliser le volume disponible dans le dome de vapeur.
Pour une section donnee de ce dome, on obtient des performances de separatlon plus elevees ou encore, ~ perfor-
-2-.
~6~
mances constantes, on peut obtenir une réduction du diamètre du dôme de.vapeur.
Cependant, une diminution de la taille des separa-teurs cyclones s'accompagne d'une augmentation-de leur -.
nombre. Par exemple, pour un genérateur de.vapeur de 900 MWth fonctlonnant à 75 bars, il faut environ 120 a 140 séparàteurs d'un diamètre de 200 mm.
Par ailleurs, pour des considérations de charge :~
motrice dans la boucle de.recirculation ou de reserve d'eau dan~ les generateurs de.vapeur, on peut etre amene à fixer le niveau libre de l'éau alimentaire dans le dôme de vapeur ;
à environ 2 ou 3 mètres au-dessus d~ faisceau tubulaire.
Comme les separateurs cyclones doivent être au- ~:
dessus de ce niveau il faut alors disposer ces separateurs cyclones à l'extrémité d'un conduit d'entrée vertical de :.
g:rande hauteur reliant le s~parateur à l'enceinte de vapori-sation. .
-~: L'emploi de separateurs de petit diam~tre complique ~:
: donc la construction du generateur de vapeur à cause du : 20 nombre ~leve des conduits d'entree d'autre part, si l'oh veut conserver la structure compacte du dispositif installe dans :.
: le dome de vapeur, l'accessibilite aux dlferents dispositifs .
separateurs,-par exemple pour leur entretien ou-leur.repa-.ration est extremement difficile.- Enfin, l:'utilisation d:'un .grand nombre de tubes de-petit diamètre et de grande longueur n'est pas Eavorable en ce qui concerne la tenue mecanique et impose une structure de maintien.
Selon la presente inventlon, il est pre~u un dis-positif de separation d'eau et de.vapeur à la sortie d'une enceinte de.vaporisation d'un gen.erateur de.vapeur A:recir culation tel qu'un generateur de:vapeur utilise dans-une ~:s -3-1~6~
centrale nucleaire, constitue par un ensemble de tubes cylin-driques verticaux à l'i~terieur desquels sont disposes des élements deflecteurs, appeles cyclones, donnant à la vapeur un parcours helicoidal permettant la separation de l'eau par force centrifuge lorsque la.vapeur, chargee d'eau avant sa sortie à la partie superieure du generateur, parcourt ces tubes disposés au-dessus d'une enceinte de.vaporisation placee dans l'enveloppe exterieure resistant à la pression du genfirateur de vapeur, à llinterieur de laquelle se produit la.vaporisation de l'eau. ~Ce dispositif est.caracterise par le fait que les cyclones sont groupes par sous ensembles, chacun des cyclones d'un sous-ensemble etant fixe à la partie supfirieure d'une structure de support commune a tous les cyclones du sous-ensemble comportant: de bas en haut, une colonne ~tubulaire fixee.verticalement sur la partie superieure de l'enceinte de vaporisation prolongeant celle-ci.vers le haut et en communication par sa part:ie interne avec l'interieur de.cette enceinte et une structure en forme d'enceinte evasee : ~ .vers le haut, en communication d'une part avec la partie ~ :
20 ~ interne de la colonne tubulaire et d'autre part avec les cyclones flxes à sa partie superieure, l'enceinte evasee .
~ :et les:a~clones du sous-ensemble correspondant constituant :~ un module unitaire du dispositif de separation.
Le dispositif de separation de la presente invention permet une construction faallitee.du generateur de.vapeur, une meilleure accessibilite aux dispositifs de separation pour leur.reparation ou leur entretien et ameliore la tenue mecanique de l'ensemble constltue par.les tubes separateurs de.vapeur.
Afin de bien faire comprendre l'invention on.va maintenant decrire, en se referant aux figures jointes en .
~, _~_ . , ' ````` ~1~6:~4~i4 annexe un modè de réalisation d'un dispositif de separation suivant l'invention, dans le cas d'un genérateur de.vap~ur- --d'un.reacteur nucleaire a eau sous pression.
La figure 1 represente une vue en coupe par un plan :
.
:: `
.
~ ' : ~ .
;24;~4 vertical de symétrie d'un générataur de vapeur comportant des dispositifs séparateurs d'eau et de vapeur suivant l'art antérieur.
La figure 2 represente une vue en coupe analogue à la vue de la figure 1 d'un génerateur de vapeur comportant des separateu:rs eau-vapeur suivant l'invention.
La figure 3 represente une vue agrandie de la partie du dôme de vapeur du genérateur de vapeur representé à la figure 2, contenant le dispositif de séparation d'eau et de vapeur suivant l'invention.
La figure 4 représente une vue suivant A-A de la figure 3.
Sur la figure 1, on voit un générateur de vapeur dont l'enveloppe externe 1 résistant à la pression renferme dans sa partie inferieure de plus faible diamètre, un faisceau tubulaire 2 comportant un ensemble cle tubes coudés parcourus par l'eau sous pression introduite clans le générateur de vapeur sous la plaque tubulaire 3 par une tubulure d'entrée : 4, l'eau sous pression parcourant les tubes du faisceau tubu-laire puis revenant sous la plaque tubulaire 3 pour sortir du générateur de vapeur par la tu,bulure 5. ~ , .
Le ~aisceau tubulaire 2 est entouré jusqu'au voisinage de sa partie inférieure par une enveloppe secondaire 6 consti-tuant l'enceinte de vaporisation a l'intérieur de laquelle l'eau alimentaire en contact avec le faisceau tub`ulaire par-couru par l'eau sous pression~à haute température venant du coeur du réacteur, se vaporise progressivement en s'élevant à l'intérieur de l'enceinte de vaporisation 6 jusqu'à son extrémité supérieure, ~ la base du d~me de vapeur de diam~tre plus important que la partie inférieure du generateur de vapeur.
A la partie la plus haute du dôme de vapeur lb est prévue une tubulure 7 permettant la sortle de la vapeur vers la turbine.
Un dispositif d'amenée d'eau alimentaire non repre-sente permet de maintenir le niveau 8 de l'eau alimentaire dans le generateur de vapeur à une certaine distance au-dessus du faisceau tubulaire 2, cette distance etant de l'Ordre de 2 ~ 3 mètres, et en dessous des cyclones 10 constitués par des tubes verticaux à l'intérieur desquels sont disposes des déflecteurs helicoidaux permettant de faire effectuer un parcours tourbillonnant a la vapeur amenee depuis la partie superieure de l'enceinte de vaporisation 6 jusqu'à ces cyclones `
10 par des colonnes tubulaires 11 de faible diamètre et de grande hauteur.
~ sa sortie du cyclone 10, la vapeur qui a abandonné
la plus grande partie de l'eau entra~née en sortie de l'en-ceinte 6, passe dans des séparateurs secondaires 12 constitués par des chicanes permettant un sechage plus complet de la vapeur avant sa sortie par la tubulure 7.
Les colonnes tubulaires 11 sont fixees ri~idement au sommet de l'enceinte de vaporisation 6 et mettent en com-munication les tubes cylindriques 1~ constituant les cyclones avec la partie interne de 1'enveloppe 6 à l'interieur de laquelle l'eau allmentaire est vaporisée.
Sur la figure 1, il apparait tout à fait clairement que l'accessibilité des colonnes tubulaires 11 disposees en très grand nombre les unes au voisinage des autres est mauvaise et qu'en consequence les operatlons de montage, d'entretien et de reparation de ces colonnes tubulaires sont assez difficile. De meme, la construction de cette partie du generateùr de vapeur suppose un grand nombre d'operations de mise en place et de fixation par soudage et il est tres difficile d'assurer une tenue mecanique suffisante de l'en~
. .
L6~
semble de ces générateurs de vapeur fixés a l'extrémité supé-rieure de colonnes de grande hauteur et de faible diamètre.
Sur la Eigure 2 on a représente un generateur de vapeur o~ les differents élements identiques aux eléments représentés sur la figure 1 portent les mêmes reperes.
On voit que les séparateurs cyclones 10 sont dans ce mode de réalisation correspondant à l'invention fixés a la partie supérieure d'un ensemble comportant une colonne 14 fixée à la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation lQ 6 et une structure 15 de forme évasée vers le haut qui sera décrite plus en détails en se réferant aux figures 3 et 4.
Sur les figures 3 et 4, on voit que les separateurs cyclones 10 sont groupés par sous-ensembles comportant 7 unités fixés a la partie supérieure d'une structure 15 consti-tuée par une enceinte évasée vers le haut dont la section par un plan de section droite est hexagonale.
Les tubes constituant les séparateurs sont fixes par soudage à la partie superieure cle ces enceintes 15 de façon que le volume interne de l'enceinte 15 communique avec l'alésage interne des tubes 10 renfermant les dispositifs déflecteurs permettant de donner un parcours hélicoidal à la vapeur.
Chaque enceinte 15 sur laquelle sont fixes 7 sépa-rateurs à cyclone constitue un module qui peut etre fabriqué
séparément avant monta~e du générateur de vapeur.
D'autre part, les colonnes tubulaires 14 sont disposées à la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation 6 de façon que leur alésage intérieur soit en communication avec le volume interne de cette enceinte secondaire 6.
Au moment, du montage final du générateur de vapeur, on relie la partie inférieure de chacune des enceintes 15 avèc la partie supérieure d'une colonne 14.
~6~ 4 . ~
L'ensemble des colonnes 14 peut etre maintenu à
l'interieur du génera-teur de vapeur par une ossature de main-tien 18 fixee aux colonnes au niveau de leur partie supe-rieure.
De cette facon llensemble de la structure de support des cyclones 10 est susceptible de resister aux sollicitations mecaniques rencontrees dans le generateur de vapeur.
La section droite de chacune des colonnes 14 est d'autre part inferieure à la somme des sections droites des tubes 10, si bien qu'il est possible de prevoir un très bon remplissage de la section droite du generateur de vapeur par des separateurs à cyclone tout en menageant entre les colonnes 14 de soutien des modules un espace suffisant permettant par exemple de disposer le tore d'alimentation d'eau 19 entre ces colonnes.
Pour permettre la disposition du tore d'alimentation d'eau, on pourra par exempl.e provoquer une legère deflection dans un sens et dans l'autre des colonnes au voisinage desquelles passe le tore d'alimenta~ion 19. ~-En fonctionnant le syst~me de regulation du gene~
rateur de vapeur permet de maintenir le niveau de l'eau dans le generateur un peu en-dessous des separateurs 10, c'ést-à-dire au niveau de la partie superieure des enceintes 15.
: .
Ce niveau~8 a ete representé sur la figure 3.
Le fait que la section de la colonne 14 soit infe- ~
rieure à la section totale des separateurs 10 qu'elle alimente, n'introduit pas une perte de charge supplementaire notable car la perte de charge est principalement due au deflecteur ~ `
en helice sltue à l'interieur du cyclone.
La diminutlon de l'encombrement des colonnes permet `
d'ameliorer l'accessibilite dans la zone comprise entre les '"
-8- ~`
. ~ . ' .
.. . . . . . . .
~IL6~4Q4 modules constitués par les enceintes 15 et les séparateurs 10 et le sommet de l'enceinte de vaporisation 6.
D'autre part, la diminution du diamètre des colonnes augmente la section disponible pour l'eau de recirculation dans le générateur de vapeur si bien qu'on augmente la masse d'eau totale dans le générateur de vapeur ce qui est bénéfique pour le comportement de ce génerateur de vapeur en cas d'ac-cident.
La section disponible pour l'eau de recirculation dans le générateur de vapeur étant augmentée, la vitesse de ~ ;
descente de cette eau est plus faible ce qui améliore le dégazage dans le cas d'entrainement de vapeur a la sortie des separateurs par l'eau recyclee.
Enfin, les mesures de niveau sont plus facilement interprétables car on diminue les effets perturbateurs de la vitesse sur les prises de pression permettant le contrôle du niveau dans le générateur de vapeur.
On voit donc que les principaux avantages du dispo-sitif selon l'invention sont de permettre d'augmenter les performances du générateur de vapeur sans modifier ses dimensions, de faciliter la const,ruction du générateur de vapeur, grace ~ la réalisation sous forme modulaire des dis-posltifs de séparation d'eau et de vapeur et de permettre une meilleure accessibilité dans l'espace compris entre le sommet de l'enceinte de vaporisation et les modules comportant les separateurs cyclones.
Mais l'invention ne se limite pas au mode de réali-sation qui vient d'etre décrit elle en comporte au contraire toutes les variantes.
C'est ainsi qu'on peut imaginer des enceintes évasées vers le haut constituant la partie des modules sur laquelle sont fixas les saparateurs cyclones d'une forme et d'une 4~9~
construction tout a fait differente de celle qui a ete decrite. La section de ces modules peut en particulier etre differente d'une section hexagonale et le nombre de separateurs associes à chacun des modules peut etre different de 7.
La position et la repartition des colonnes à la partie superieure de l'enceinte de vaporisation 6 peut-être tout à fait different de celle qui a ete representee.
Les separateurs ~ cyclone constituant le dispositif de separation de l'eau et de la vapeur peuvent être associes à
un dispositif de separation secondaire different d'un secheur a chicane, comme dans l'exemple qui a ete decrit.
Enfin, le dispositif selon l'invention s'applique non seulement dans le cas des generateurs de vapeur des reacteurs nucleaires à eau sous pression mais également dans le cas d'autres generateurs utilisant un ensemble de cyclones disposés verticalement au~dessus d'une enceinte de vaporisa-tion, pour la separation primaire de~ la vapeur et de l'eau entra~née par cette vapeur. i : ,;,, `
~10 - .
.
.. . . .
- ~ .
~6~
mances constantes, on peut obtenir une réduction du diamètre du dôme de.vapeur.
Cependant, une diminution de la taille des separa-teurs cyclones s'accompagne d'une augmentation-de leur -.
nombre. Par exemple, pour un genérateur de.vapeur de 900 MWth fonctlonnant à 75 bars, il faut environ 120 a 140 séparàteurs d'un diamètre de 200 mm.
Par ailleurs, pour des considérations de charge :~
motrice dans la boucle de.recirculation ou de reserve d'eau dan~ les generateurs de.vapeur, on peut etre amene à fixer le niveau libre de l'éau alimentaire dans le dôme de vapeur ;
à environ 2 ou 3 mètres au-dessus d~ faisceau tubulaire.
Comme les separateurs cyclones doivent être au- ~:
dessus de ce niveau il faut alors disposer ces separateurs cyclones à l'extrémité d'un conduit d'entrée vertical de :.
g:rande hauteur reliant le s~parateur à l'enceinte de vapori-sation. .
-~: L'emploi de separateurs de petit diam~tre complique ~:
: donc la construction du generateur de vapeur à cause du : 20 nombre ~leve des conduits d'entree d'autre part, si l'oh veut conserver la structure compacte du dispositif installe dans :.
: le dome de vapeur, l'accessibilite aux dlferents dispositifs .
separateurs,-par exemple pour leur entretien ou-leur.repa-.ration est extremement difficile.- Enfin, l:'utilisation d:'un .grand nombre de tubes de-petit diamètre et de grande longueur n'est pas Eavorable en ce qui concerne la tenue mecanique et impose une structure de maintien.
Selon la presente inventlon, il est pre~u un dis-positif de separation d'eau et de.vapeur à la sortie d'une enceinte de.vaporisation d'un gen.erateur de.vapeur A:recir culation tel qu'un generateur de:vapeur utilise dans-une ~:s -3-1~6~
centrale nucleaire, constitue par un ensemble de tubes cylin-driques verticaux à l'i~terieur desquels sont disposes des élements deflecteurs, appeles cyclones, donnant à la vapeur un parcours helicoidal permettant la separation de l'eau par force centrifuge lorsque la.vapeur, chargee d'eau avant sa sortie à la partie superieure du generateur, parcourt ces tubes disposés au-dessus d'une enceinte de.vaporisation placee dans l'enveloppe exterieure resistant à la pression du genfirateur de vapeur, à llinterieur de laquelle se produit la.vaporisation de l'eau. ~Ce dispositif est.caracterise par le fait que les cyclones sont groupes par sous ensembles, chacun des cyclones d'un sous-ensemble etant fixe à la partie supfirieure d'une structure de support commune a tous les cyclones du sous-ensemble comportant: de bas en haut, une colonne ~tubulaire fixee.verticalement sur la partie superieure de l'enceinte de vaporisation prolongeant celle-ci.vers le haut et en communication par sa part:ie interne avec l'interieur de.cette enceinte et une structure en forme d'enceinte evasee : ~ .vers le haut, en communication d'une part avec la partie ~ :
20 ~ interne de la colonne tubulaire et d'autre part avec les cyclones flxes à sa partie superieure, l'enceinte evasee .
~ :et les:a~clones du sous-ensemble correspondant constituant :~ un module unitaire du dispositif de separation.
Le dispositif de separation de la presente invention permet une construction faallitee.du generateur de.vapeur, une meilleure accessibilite aux dispositifs de separation pour leur.reparation ou leur entretien et ameliore la tenue mecanique de l'ensemble constltue par.les tubes separateurs de.vapeur.
Afin de bien faire comprendre l'invention on.va maintenant decrire, en se referant aux figures jointes en .
~, _~_ . , ' ````` ~1~6:~4~i4 annexe un modè de réalisation d'un dispositif de separation suivant l'invention, dans le cas d'un genérateur de.vap~ur- --d'un.reacteur nucleaire a eau sous pression.
La figure 1 represente une vue en coupe par un plan :
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~ ' : ~ .
;24;~4 vertical de symétrie d'un générataur de vapeur comportant des dispositifs séparateurs d'eau et de vapeur suivant l'art antérieur.
La figure 2 represente une vue en coupe analogue à la vue de la figure 1 d'un génerateur de vapeur comportant des separateu:rs eau-vapeur suivant l'invention.
La figure 3 represente une vue agrandie de la partie du dôme de vapeur du genérateur de vapeur representé à la figure 2, contenant le dispositif de séparation d'eau et de vapeur suivant l'invention.
La figure 4 représente une vue suivant A-A de la figure 3.
Sur la figure 1, on voit un générateur de vapeur dont l'enveloppe externe 1 résistant à la pression renferme dans sa partie inferieure de plus faible diamètre, un faisceau tubulaire 2 comportant un ensemble cle tubes coudés parcourus par l'eau sous pression introduite clans le générateur de vapeur sous la plaque tubulaire 3 par une tubulure d'entrée : 4, l'eau sous pression parcourant les tubes du faisceau tubu-laire puis revenant sous la plaque tubulaire 3 pour sortir du générateur de vapeur par la tu,bulure 5. ~ , .
Le ~aisceau tubulaire 2 est entouré jusqu'au voisinage de sa partie inférieure par une enveloppe secondaire 6 consti-tuant l'enceinte de vaporisation a l'intérieur de laquelle l'eau alimentaire en contact avec le faisceau tub`ulaire par-couru par l'eau sous pression~à haute température venant du coeur du réacteur, se vaporise progressivement en s'élevant à l'intérieur de l'enceinte de vaporisation 6 jusqu'à son extrémité supérieure, ~ la base du d~me de vapeur de diam~tre plus important que la partie inférieure du generateur de vapeur.
A la partie la plus haute du dôme de vapeur lb est prévue une tubulure 7 permettant la sortle de la vapeur vers la turbine.
Un dispositif d'amenée d'eau alimentaire non repre-sente permet de maintenir le niveau 8 de l'eau alimentaire dans le generateur de vapeur à une certaine distance au-dessus du faisceau tubulaire 2, cette distance etant de l'Ordre de 2 ~ 3 mètres, et en dessous des cyclones 10 constitués par des tubes verticaux à l'intérieur desquels sont disposes des déflecteurs helicoidaux permettant de faire effectuer un parcours tourbillonnant a la vapeur amenee depuis la partie superieure de l'enceinte de vaporisation 6 jusqu'à ces cyclones `
10 par des colonnes tubulaires 11 de faible diamètre et de grande hauteur.
~ sa sortie du cyclone 10, la vapeur qui a abandonné
la plus grande partie de l'eau entra~née en sortie de l'en-ceinte 6, passe dans des séparateurs secondaires 12 constitués par des chicanes permettant un sechage plus complet de la vapeur avant sa sortie par la tubulure 7.
Les colonnes tubulaires 11 sont fixees ri~idement au sommet de l'enceinte de vaporisation 6 et mettent en com-munication les tubes cylindriques 1~ constituant les cyclones avec la partie interne de 1'enveloppe 6 à l'interieur de laquelle l'eau allmentaire est vaporisée.
Sur la figure 1, il apparait tout à fait clairement que l'accessibilité des colonnes tubulaires 11 disposees en très grand nombre les unes au voisinage des autres est mauvaise et qu'en consequence les operatlons de montage, d'entretien et de reparation de ces colonnes tubulaires sont assez difficile. De meme, la construction de cette partie du generateùr de vapeur suppose un grand nombre d'operations de mise en place et de fixation par soudage et il est tres difficile d'assurer une tenue mecanique suffisante de l'en~
. .
L6~
semble de ces générateurs de vapeur fixés a l'extrémité supé-rieure de colonnes de grande hauteur et de faible diamètre.
Sur la Eigure 2 on a représente un generateur de vapeur o~ les differents élements identiques aux eléments représentés sur la figure 1 portent les mêmes reperes.
On voit que les séparateurs cyclones 10 sont dans ce mode de réalisation correspondant à l'invention fixés a la partie supérieure d'un ensemble comportant une colonne 14 fixée à la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation lQ 6 et une structure 15 de forme évasée vers le haut qui sera décrite plus en détails en se réferant aux figures 3 et 4.
Sur les figures 3 et 4, on voit que les separateurs cyclones 10 sont groupés par sous-ensembles comportant 7 unités fixés a la partie supérieure d'une structure 15 consti-tuée par une enceinte évasée vers le haut dont la section par un plan de section droite est hexagonale.
Les tubes constituant les séparateurs sont fixes par soudage à la partie superieure cle ces enceintes 15 de façon que le volume interne de l'enceinte 15 communique avec l'alésage interne des tubes 10 renfermant les dispositifs déflecteurs permettant de donner un parcours hélicoidal à la vapeur.
Chaque enceinte 15 sur laquelle sont fixes 7 sépa-rateurs à cyclone constitue un module qui peut etre fabriqué
séparément avant monta~e du générateur de vapeur.
D'autre part, les colonnes tubulaires 14 sont disposées à la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation 6 de façon que leur alésage intérieur soit en communication avec le volume interne de cette enceinte secondaire 6.
Au moment, du montage final du générateur de vapeur, on relie la partie inférieure de chacune des enceintes 15 avèc la partie supérieure d'une colonne 14.
~6~ 4 . ~
L'ensemble des colonnes 14 peut etre maintenu à
l'interieur du génera-teur de vapeur par une ossature de main-tien 18 fixee aux colonnes au niveau de leur partie supe-rieure.
De cette facon llensemble de la structure de support des cyclones 10 est susceptible de resister aux sollicitations mecaniques rencontrees dans le generateur de vapeur.
La section droite de chacune des colonnes 14 est d'autre part inferieure à la somme des sections droites des tubes 10, si bien qu'il est possible de prevoir un très bon remplissage de la section droite du generateur de vapeur par des separateurs à cyclone tout en menageant entre les colonnes 14 de soutien des modules un espace suffisant permettant par exemple de disposer le tore d'alimentation d'eau 19 entre ces colonnes.
Pour permettre la disposition du tore d'alimentation d'eau, on pourra par exempl.e provoquer une legère deflection dans un sens et dans l'autre des colonnes au voisinage desquelles passe le tore d'alimenta~ion 19. ~-En fonctionnant le syst~me de regulation du gene~
rateur de vapeur permet de maintenir le niveau de l'eau dans le generateur un peu en-dessous des separateurs 10, c'ést-à-dire au niveau de la partie superieure des enceintes 15.
: .
Ce niveau~8 a ete representé sur la figure 3.
Le fait que la section de la colonne 14 soit infe- ~
rieure à la section totale des separateurs 10 qu'elle alimente, n'introduit pas une perte de charge supplementaire notable car la perte de charge est principalement due au deflecteur ~ `
en helice sltue à l'interieur du cyclone.
La diminutlon de l'encombrement des colonnes permet `
d'ameliorer l'accessibilite dans la zone comprise entre les '"
-8- ~`
. ~ . ' .
.. . . . . . . .
~IL6~4Q4 modules constitués par les enceintes 15 et les séparateurs 10 et le sommet de l'enceinte de vaporisation 6.
D'autre part, la diminution du diamètre des colonnes augmente la section disponible pour l'eau de recirculation dans le générateur de vapeur si bien qu'on augmente la masse d'eau totale dans le générateur de vapeur ce qui est bénéfique pour le comportement de ce génerateur de vapeur en cas d'ac-cident.
La section disponible pour l'eau de recirculation dans le générateur de vapeur étant augmentée, la vitesse de ~ ;
descente de cette eau est plus faible ce qui améliore le dégazage dans le cas d'entrainement de vapeur a la sortie des separateurs par l'eau recyclee.
Enfin, les mesures de niveau sont plus facilement interprétables car on diminue les effets perturbateurs de la vitesse sur les prises de pression permettant le contrôle du niveau dans le générateur de vapeur.
On voit donc que les principaux avantages du dispo-sitif selon l'invention sont de permettre d'augmenter les performances du générateur de vapeur sans modifier ses dimensions, de faciliter la const,ruction du générateur de vapeur, grace ~ la réalisation sous forme modulaire des dis-posltifs de séparation d'eau et de vapeur et de permettre une meilleure accessibilité dans l'espace compris entre le sommet de l'enceinte de vaporisation et les modules comportant les separateurs cyclones.
Mais l'invention ne se limite pas au mode de réali-sation qui vient d'etre décrit elle en comporte au contraire toutes les variantes.
C'est ainsi qu'on peut imaginer des enceintes évasées vers le haut constituant la partie des modules sur laquelle sont fixas les saparateurs cyclones d'une forme et d'une 4~9~
construction tout a fait differente de celle qui a ete decrite. La section de ces modules peut en particulier etre differente d'une section hexagonale et le nombre de separateurs associes à chacun des modules peut etre different de 7.
La position et la repartition des colonnes à la partie superieure de l'enceinte de vaporisation 6 peut-être tout à fait different de celle qui a ete representee.
Les separateurs ~ cyclone constituant le dispositif de separation de l'eau et de la vapeur peuvent être associes à
un dispositif de separation secondaire different d'un secheur a chicane, comme dans l'exemple qui a ete decrit.
Enfin, le dispositif selon l'invention s'applique non seulement dans le cas des generateurs de vapeur des reacteurs nucleaires à eau sous pression mais également dans le cas d'autres generateurs utilisant un ensemble de cyclones disposés verticalement au~dessus d'une enceinte de vaporisa-tion, pour la separation primaire de~ la vapeur et de l'eau entra~née par cette vapeur. i : ,;,, `
~10 - .
.
.. . . .
- ~ .
Claims (5)
1. Dispositif de séparation d'eau et de vapeur à
la sortie d'une enceinte de vaporisation d'un générateur de vapeur à recirculation tel qu'un générateur de vapeur utilisé
dans une centrale nucléaire, constitué par un ensemble de tubes cylindriques verticaux à l'intérieur desquels sont dis-posés des éléments déflecteurs, appelés cyclones, donnant à
la vapeur un parcours hélicoidal permettant la séparation de l'eau par force centrifuge lorsque la vapeur, chargée d'eau avant sa sortie à la partie supérieure du générateur, parcourt ces tubes disposés au-dessus d'une enceinte de vaporisation placée dans l'enveloppe extérieure résistant à la pression du générateur de vapeur, à l'intérieur de laquelle se produit la vaporisation de l'eau, caractérisé par le fait que les cyclones sont groupés par sous ensembles, chacun des cyclones d'un sous-ensemble étant fixé à la partie supérieure d'une structure de support commune à tous les cyclones du sous-ensemble comportant de bas en haut, une colonne tubulaire fixée verticalement sur la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation prolongeant celle-ci vers le haut et en communication par sa partie interne avec l'intérieur de cette enceinte et une structure en forme d'enceinte évasée vers le haut, en communication d'une part avec la partie interne de la colonne tubulaire et d'autre part avec les cyclones fixés à sa partie supérieure, l'enceinte évasée et les cyclones du sous-ensemble correspondant constituant un module unitaire du dispositif de séparation.
la sortie d'une enceinte de vaporisation d'un générateur de vapeur à recirculation tel qu'un générateur de vapeur utilisé
dans une centrale nucléaire, constitué par un ensemble de tubes cylindriques verticaux à l'intérieur desquels sont dis-posés des éléments déflecteurs, appelés cyclones, donnant à
la vapeur un parcours hélicoidal permettant la séparation de l'eau par force centrifuge lorsque la vapeur, chargée d'eau avant sa sortie à la partie supérieure du générateur, parcourt ces tubes disposés au-dessus d'une enceinte de vaporisation placée dans l'enveloppe extérieure résistant à la pression du générateur de vapeur, à l'intérieur de laquelle se produit la vaporisation de l'eau, caractérisé par le fait que les cyclones sont groupés par sous ensembles, chacun des cyclones d'un sous-ensemble étant fixé à la partie supérieure d'une structure de support commune à tous les cyclones du sous-ensemble comportant de bas en haut, une colonne tubulaire fixée verticalement sur la partie supérieure de l'enceinte de vaporisation prolongeant celle-ci vers le haut et en communication par sa partie interne avec l'intérieur de cette enceinte et une structure en forme d'enceinte évasée vers le haut, en communication d'une part avec la partie interne de la colonne tubulaire et d'autre part avec les cyclones fixés à sa partie supérieure, l'enceinte évasée et les cyclones du sous-ensemble correspondant constituant un module unitaire du dispositif de séparation.
2. Dispositif de séparation suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que las colonnes des structures de support des sous-ensembles de cyclones présente une section inférieure à la somme des sections des cyclones tubulaires du sous-ensemble correspondant.
3. Dispositif de séparation suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que le dispositif d'alimentation d'eau du générateur de vapeur est constitué par une conduite torique disposée entre certaine des colonnes de support des séparateurs cyclones.
4. Dispositif de séparation suivant la revendi-cation 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que les enceintes de forme évasée sur lesquelles sont fixés les séparateurs cyclones ont une section hexagonale par un plan de section droite du générateur de vapeur, les séparateurs-cyclones étant disposés suivant un réseau à maille hexagonale à
l'intérieur de la section droite du générateur de vapeur.
l'intérieur de la section droite du générateur de vapeur.
5. Dispositif de séparation suivant la revendi-cation 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que chaque sous-ensemble comporte sept séparateurs-cyclones.
Applications Claiming Priority (2)
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