EP0027094B1 - Perfectionnements à la réalisation des boîtes à eau de générateur de vapeur - Google Patents

Perfectionnements à la réalisation des boîtes à eau de générateur de vapeur Download PDF

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EP0027094B1
EP0027094B1 EP80401440A EP80401440A EP0027094B1 EP 0027094 B1 EP0027094 B1 EP 0027094B1 EP 80401440 A EP80401440 A EP 80401440A EP 80401440 A EP80401440 A EP 80401440A EP 0027094 B1 EP0027094 B1 EP 0027094B1
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partition plate
hemispherical bottom
plate
groove
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Michel Batistoni
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B37/00—Component parts or details of steam boilers
    • F22B37/02—Component parts or details of steam boilers applicable to more than one kind or type of steam boiler
    • F22B37/22—Drums; Headers; Accessories therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02—Header boxes; End plates
    • F28F9/0202—Header boxes having their inner space divided by partitions

Definitions

  • the invention relates to improvements in the production of water boxes for heat exchangers and in particular steam generators.
  • the tubes of the primary circuit each form a U, the ends of which are fixed to a tubular plate provided with two series of orifices corresponding respectively to the inlet and the outlet of the primary fluid.
  • the water box used for the supply and evacuation of the primary fluid is limited to its upper part by the tubular plate on which is fixed a hemispherical bottom separated into two parts by a semi-circular partition plate placed in a plane diametrical.
  • the water box is thus divided into two chambers, supply and discharge respectively, and the hemispherical bottom is therefore provided with pipes for connection of the pipes, respectively for the arrival and exit of the primary fluid.
  • the hemispherical bottom is also provided with manholes allowing access to each of the two chambers of the water box.
  • the tubular plate is made of carbon steel coated with stainless steel
  • the hemispherical bottom is of cast or forged steel
  • the partition plate is made of solid stainless steel.
  • the division of the hemispherical bottom into two chambers has another drawback. Indeed, it is sometimes necessary to access the interior of the water box for checking or maintenance operations. In this case, it is imperative to completely empty the water box of the contaminated water it contains. For this purpose, it is necessary, in each chamber to drill at the lower part of the hemispherical bottom of the bleed orifices which open into the inlet or outlet manifold of the primary fluid. But it is also necessary to drill other drain holes in the internal wall of the manhole so as to completely empty the space limited by the manhole closing plate and its cylindrical internal face placed in the thickness of the hemispherical background.
  • the partition plate fits with play over its entire periphery in a circular groove and a diametrical groove formed respectively on the internal walls of the hemispherical bottom and of the tubular plate and the hemispherical bottom is crossed by at least a purge orifice opening at the lowest point of the circular groove for fitting the plate, said orifice being capable of communicating with the two chambers of the water box.
  • the partition plate is mounted so as to be able to expand freely without interfering with the differential deformations of the tubular plate and of the hemispherical bottom. It has in fact been found that it is possible to keep the function of the separating plate of the water box into two chambers, by reducing by-pass to a minimum, without rigidly fixing it to the walls of the water box. In this way, the deformations of the water box are much easier to predict, and all the difficulties inherent in the production of welds are eliminated.
  • the water box is shown in section limited to its upper part by the tubular plate 1 and to its lower part by the hemispherical bottom 2.
  • the partition plate which has been removed in FIG. 2, divides the water box into two chambers 21 and 22, respectively for admission and discharge of the primary fluid. This circulates from one chamber to another in U-tubes not shown, the ends of which correspond to orifices 10 formed in the tube plate.
  • the hemispherical bottom is provided, for each of the chambers 21 and 22, with a tube 23 to which the primary fluid circulation pipe is connected and with a manhole 24 allowing access to the interior of the chamber corresponding.
  • FIG. 2 For the convenience of the drawing, there is shown in arbitrary positions, in FIG. 2, the supply tube 23 opening into the chamber 21 and a manhole 24 opening into the chamber 22.
  • the partition plate is shown from the front in FIG. 3. It has, conventionally, the shape of a semicircle, and as can be seen in FIG. 4, it is preferably provided with a thinning over its whole periphery. In this way, it can penetrate with play in the grooves made on the tube plate 1 and on the hemispherical bottom 2.
  • the upper groove 11 is constituted by a recess made in the underside of the tube plate, and in which engages the upper rectilinear edge 31 of the partition plate 3.
  • the circular groove may consist of two parallel ribs 25 spaced from each other by a distance substantially equal to the thickness of the partition plate 3 and welded to the hemispherical bottom 2.
  • the plate 3, penetrates with play between the two ribs 25.
  • the partition plate 3 is made to rest directly on the ribs 25, for example by means of shims. support 32.
  • the hemispherical bottom 2 is crossed at its lowest point, by an orifice 26 which opens in this way at the lowest point of the circular groove, between the two ribs 25.
  • These are provided with passages 27 which allow the orifice 26 to communicate with the two chambers 21 and 22 of the water box.
  • the partition plate 3 is independent of the walls limiting the water box. Indeed, it is simply supported on the hemispherical bottom 2 by the shims 32 and its upper part can slide freely inside the groove 11 of the tubular plate 1. Thus all the deformations and residual stresses due to the fixing by welding of the partition plate in the conventional embodiments. But in addition, the partition plate does not intervene in the deformations of the water box which can be calculated and therefore much easier to control.
  • the fitting of the partition plate facilitates docking of the bottom on the tubular plate.

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Description

  • L'invention a pour objet des perfectionnements à la réalisation des boîtes à eau d'échangeur de chaleur et notamment de générateur de vapeur.
  • On sait que dans les centrales nucléaires, et en particulier dans les centrales dites à eau pressuri- sée, l'eau chauffée dans le réacteur nucléaire sert à produire de la vapeur dans des échangeurs de chaleur appelés générateurs de vapeur, qui comportent un faisceau de tubes parcouru par le circuit primaire d'eau chaude, placé dans une enceinte dans laquelle l'eau du circuit secondaire est transformée en vapeur.
  • Dans le cas le plus courant, les tubes du circuit primaire forment chacun un U dont les extrémités sont fixées sur une plaque tubulaire munie de deux séries d'orifices correspondant respectivement à l'entrée et à la sortie du fluide primaire.
  • La boîte à eau servant à l'alimentation et à l'évacuation du fluide primaire est limitée à sa partie supérieure par la plaque tubulaire sur laquelle est fixé un fond hémisphérique séparé en deux parties par une plaque de partition demi- circulaire placée dans un plan diamétral. La boîte à eau est ainsi divisée en deux chambres, respectivement d'alimentation et d'évacuation et le fond hémisphérique est donc muni de tubulures de branchement des conduites, respectivement d'arrivée et de sortie du fluide primaire. D'autre part, le fond hémisphérique est également muni de trous d'homme permettant d'accéder à chacune des deux chambres de la boîte à eau.
  • Jusqu'à présent, il a semblé nécessaire de souder la plaque de partition sur la plaque tubulaire le long de son bord rectiligne supérieur et sur le fond hémisphérique le long de son bord circulaire. Or, généralement, la plaque tubulaire est en acier au carbone revêtu d'acier inoxydable, le fond hémisphérique est en acier moulé ou forgé et la plaque de partition est en acier inoxydable massif. Il en résulte que les soudures sont difficiles à réaliser et à contrôler, le soudage génère des déformations qui rendent délicat l'accostage du fond sur la plaque tubulaire lors du montage de la boîte à eau et les contraintes résiduelles Induites ne peuvent pas toujours être éliminées par détensionnement. Jusqu'à présent, on n'a pu résoudre que partiellement ces différents problèmes, par exemple en fixant sur la face inférieure de la plaque tubulaire une attente qui facilite la soudure de la plaque de partition.
  • Mais d'autre part, en raison des déformations différentielles de la plaque tubulaire et du fond hémisphérique, le calcul du comportement mécanique de la plaque de partition liée rigidement aux deux pièces est très délicat.
  • Par ailleurs, la division du fond hémisphérique en deux chambres présente un autre inconvénient. En effet, il est parfois nécessaire d'accéder à l'intérieur de la boîte à eau pour des opérations de vérification ou d'entretien. Il est impératif dans ce cas de vider entièrement la boîte à eau de l'eau contaminée qu'elle contient. Dans ce but, il faut, dans chaque chambre percer à la partie inférieure du fond hémisphérique des orifices de purge qui débouchent dans la tubulure d'arrivée ou de sortie du fluide primaire. Mais il faut également percer d'autres orifices de purge dans la paroi interne du trou d'homme de façon à vider complètement l'espace limité par la plaque de fermeture du trou d'homme et sa face interne cylindrique placée dans l'épaisseur du fond hémisphérique.
  • Ces différents orifices de purge sont difficiles à usiner et risquent toujours d'être bouchés par des dépôts. D'autre part, ils peuvent légèrement affaiblir la paroi du fond hémisphérique à la naissance des tubulures.
  • Les perfectionnements selon la présente invention permettent de résoudre l'ensemble de ces d ifficu Ités.
  • Conformément à l'invention, la plaque de partition s'emboîte avec jeu sur toute sa périphérie dans une rainure circulaire et une rainure diamétrale ménagées respectivement sur les parois internes du fond hémisphérique et de la plaque tubulaire et le fond hémisphérique est traversé par au moins un orifice de purge débouchant au point le plus bas de la rainure circulaire d'emboîtement de la plaque, ledit orifice étant susceptible de communiquer avec les deux chambres de la boîte à eau.
  • Ainsi, on ne cherche plus maintenant à solidariser le mieux possible la plaque de partition avec le fond et la plaque tubulaire. Au contraire, la plaque de partition est montée de façon à pouvoir se dilater librement sans gêner les déformations différentielles de la plaque tubulaire et du fond hémisphérique. On a constaté en effet qu'il était possible de conserver la fonction de la plaque de séparation de la boîte à eau en deux chambres, en réduisant au minimum les by-pass, sans la fixer rigidement sur les parois de la boîte à eau. De la sorte, les déformations de la boîte à eau sont beaucoup plus faciles à prévoir, et on élimine toutes les difficultés inhérentes à la réalisation des soudures.
  • Mais en outre, en assurant une liaison avec jeu entre la plaque de partition et le fond hémisphérique, on facilite la purge de la boîte à eau. En effet, ledit jeu permet la communication des deux chambres de la boîte à eau avec un orifice de purge unique placé au point le plus bas du fond hémisphérique. On élimine donc les orifices de purge qui étaient ménagés jusqu'à présent dans les deux tubulures de branchement des conduites d'arrivée et de sortie du fluide primaire et l'orifice unique selon l'invention peut être réalisé beaucoup plus facilement.
  • L'invention sera mieux comprise en se référant à un mode de réalisation particulier représenté sur les dessins annexés.
    • La figure 1 est une vue de la boîte à eau perfectionnée selon l'invention, coupée dans le plan de la plaque de partition.
    • La figure 2 est une vue en coupe selon II-II, figure 1, la plaque de partition étant enlevée.
    • La figure 3 est une vue de face de la plaque de partition seule.
    • La figure 4 est une vue de détail, en coupe transversale, de la liaison de la plaque de partition avec la plaque tubulaire et le fond hémisphérique.
  • Sur les figures 1 et 2, on a représenté en coupe la boîte à eau limitée à sa partie supérieure par la plaque tubulaire 1 et à sa partie inférieure par le fond hémisphérique 2. La plaque de partition qui a été enlevée sur la figure 2, partage la boîte à eau en deux chambres 21 et 22, respectivement d'admission et d'évacuation du fluide primaire. Celui-ci circule d'une chambre à l'autre dans des tubes en U non représentés dont les extrémités correspondent à des orifices 10 ménagés dans la plaque tubulaire.
  • Le fond hémisphérique est muni, pour chacune des chambres 21 et 22, d'une tubulure 23 sur laquelle se branche la conduite de circulation du fluide primaire et d'un trou d'homme 24 permettant d'accéder à l'intérieur de la chambre correspondante.
  • Pour la commodité du dessin, on a représenté dans des positions arbitraires, sur la figure 2, la tubulure d'alimentation 23 débouchant dans la chambre 21 et un trou d'homme 24 débouchant dans la chambre 22.
  • La plaque de partition est représentée de face sur la figure 3. Elle a, de façon classique la forme d'un demi-cercle, et comme on le voit sur la figure 4, elle est munie de préférence d'un amincissement sur toute sa périphérie. De la sorte, elle peut pénétrer avec jeu dans des rainures ménagées sur la plaque tubulaire 1 et sur le fond hémisphérique 2. Dans l'exemple représenté la rainure supérieure 11 est constituée par un évidement pratiqué dans la face inférieure de la plaque tubulaire, et dans lequel s'engage le bord rectiligne supérieur 31 de la plaque de partition 3.
  • Pour éviter de pratiquer un évidement dans le fond hémisphérique, la rainure circulaire peut être constituée de deux nervures parallèles 25 écartées l'une de l'autre d'une distance sensiblement égale à l'épaisseur de la plaque de partition 3 et soudées sur le fond hémisphérique 2. La plaque 3, pénètre avec jeu entre les deux nervures 25.
  • Pour qu'un jeu subsiste entre le bord inférieur 30 de la plaque de partition 3 et la paroi interne 20 du fond hémisphérique, on fait reposer la plaque de partition 3 directement sur les nervures 25, par l'intermédiaire, par exemple, de cales d'appui 32.
  • D'autre part, le fond hémisphérique 2 est traversé à son point le plus bas, par un orifice 26 qui débouche de la sorte au point le plus bas de la rainure circulaire, entre les deux nervures 25. Celles-ci sont munies de passages 27 qui permettent à l'orifice 26 de communiquer avec les deux chambres 21 et 22 de la boîte à eau.
  • La disposition qui vient d'être décrite permet donc de combiner plusieurs avantages.
  • Tout d'abord, la plaque de partition 3 est indépendante des parois limitant la boîte à eau. En effet, elle s'appuie simplement sur le fond hémisphérique 2 par les cales 32 et sa partie supérieure peut coulisser librement à l'intérieur de la rainure 11 de la plaque tubulaire 1. Ainsi on supprime toutes les déformations et contraintes résiduelles dues à la fixation par soudure de la plaque de partition dans les modes de réalisation classiques. Mais en outre, la plaque de partition n'intervient pas dans les déformations de la boîte à eau qui peut être calculée et par conséquent contrôlée beaucoup plus facilement.
  • Cette solution permet également d'employer des matériaux moins coûteux, car les dilatabilités relatives des divers matériaux constituant les trois pièces de la boîte à eau n'interviennent plus dans les calculs de résistance.
  • Mais en outre le jeu existant entre la partie inférieure de la plaque de partition 3 et la paroi interne du fond hémisphérique 2 permet de faire communiquer les deux chambres 21 et 22 avec un orifice unique de purge 26 qui permet d'évacuer la totalité de l'eau contenue dans les chambres 21 et 22 au-dessous du niveau inférieur des orifices de tubulures. On évite ainsi de pratiquer, dans l'épaisseur des tubulures, des canaux assez difficiles à percer, qui devaient en outre avoir une longueur assez importante pour déboucher au point le plus bas de la boîte à eau et pouvaient par conséquent être facilement obstrués par des dépôts. Dans le mode de réalisation selon l'invention, il est seulement nécessaire de ménager des canaux de purge 28 débouchant à la partie inférieure des trous d'hommes 24 pour évacuer l'eau contenue dans l'épaisseur de la paroi du fond 2.
  • Enfin lors du montage de la boîte à eau, l'emboîtage de la plaque de partition facilite l'accostage du fond sur la plaque tubulaire.
  • Ces différents avantages du mode de réalisation selon l'invention sont obtenus en admettant simplement un faible by-pass entre les deux chambres, qui est d'ailleurs très limité du fait de l'emboîtement de la plaque de partition dans les rainures. Celles-ci doivent cependant être interrompues à certains endroits et notamment à la partie supérieure du fond hémisphérique pour la soudure de celui-ci avec la plaque tubulaire. Des couvre-joints 33 comme celui qui a été représenté sur la partie droite de la figure 1 permettent de limiter sensiblement le passage entre les deux chambres.
  • Bien entendu l'invention ne se limite pas aux détails du mode de réalisation qui vient d'être décrit, et qui pourraient être modifiés en employant notamment des moyens équivalents. C'est ainsi que les rainures dans lesquelles s'emboîte la plaque de partition pourraient être réalisées d'autre façon, de même que l'appui de la plaque de partition sur le fond hémisphérique.

Claims (4)

1. Boîte à eau de générateur de vapeur comportant un faisceau de tubes en U dont les extrémités sont fixées sur une plaque tubulaire (1), la boîte à eau comprenant un fond sensiblement hémisphérique (2) appliqué sur la plaque tubulaire et limitant un espace divisé en une chambre d'alimentation et une chambre d'évacuation (21, 22) par une plaque de partition (3) en forme de demi-cercle, caractérisé par le fait que la plaque de partition (3) s'emboîte avec jeu sur toute sa périphérie dans une rainure circulaire et une rainure diamétrale (11) ménagées respectivement sur les parois internes du fond hémisphérique (2) et de la plaque tubulaire (1) et que le fond hémisphérique (2) est traversé par au moins un orifice de purge (26) débouchant au point le plus bas de la rainure circulaire d'emboîtement de la plaque (3), ledit orifice (26) étant susceptible de communiquer avec les deux chambres (21, 22) de la boîte à eau.
2. Boîte à eau selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la plaque de partition (3) repose sur le fond hémisphérique (2) par l'intermédiaire de cales (32) de maintien d'un jeu entre le bord inférieur (30) de la plaque (3) et le fond de la rainure circulaire, le bord supérieur (31) de la plaque pouvant coulisser librement dans la rainure (11) de la plaque tubulaire en fonction des déformations différentielles des pièces constituant la boîte à eau.
3. Boîte à eau selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la rainure d'emboîtement de la plaque de partition (3) est ménagée dans l'épaisseur de la paroi correspondante de la boîte à eau.
4. Boîte à eau selon la revendication 2, caracté- risée par le fait que la rainure circulaire est délimitée par deux nervures (25) parallèles ménagées sur la face interne du fond hémisphérique (2) et à la partie inférieure desquelles sont ménagés des passages (27) communiquant avec l'orifice de purge (26) du fond hémisphérique (2).
EP80401440A 1979-10-08 1980-10-08 Perfectionnements à la réalisation des boîtes à eau de générateur de vapeur Expired EP0027094B1 (fr)

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FR7924986 1979-10-08

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EP0027094A1 EP0027094A1 (fr) 1981-04-15
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