La présente invention concerne un dispositif destiné à maintenir en place un ensemble de tubes formant un faisceau tout en limitant au maximum la possibilité de vibrations de ces tubes. Ce dispositif peut être appliqué notamment au maintien d'un faisceau de tubes constituant le circuit eau-vapeur d'un générateur de vapeur du type sodium-eau qui est utilisé en particulier dans les centrales nucléaires du type à neutrons rapides.
L'invention concerne aussi le procédé de montage d'un tel dispositif.
Dans les échangeurs de chaleur dont l'un des circuits est constitué d'un faisceau de tubes il est courant de rencontrer des difficultés dans le positionnement et le maintien en place de ces tubes. Une difficulté réside dans le fait qu'il existe bien souvent des dilatations différentielles entre les tubes ce qui interdit toute fixation absolument rigide en différents points des tubes. Une autre difficulté réside dans le fait que les tubes se trouvant dans un écoulement fluide à grande vitesse il en résulte des phénomènes de vibrations dans les tubes, et il faut donc préoir des supports qui amortissent ces vibrations et qui soient répartis de façon telle que les tronçons libres des tubes ne présentent pas une fréquence propre proche de la fréquence des vibrations.
Un tel problème de fixation d'un faisceau de tubes est tout particulièrement important et délicat dans le cas d'un générateur de vapeur du type sodium-eau dans lequel le circuit eau-vapeur est constitué d'un faisceau de tubes s'étendant à l'intérieur d'une enceinte dans laquelle circule le sodium liquide chaud. La difficulté essentielle inhérente au générateur de vapeur du type sodiumeau provient du fait que le sodium liguide possède une excellente conductibilité thermique qualité très appréciée mais qui présente tout même l'inconvénient d'infliger au faisceau de tubes des variations de température violentes en fonctionnement transitoire entrainant les dilatations différentielles importantes dans ces tubes.
On connait dans le DE-C-2-16.732 un dispositif de maintien d'un faisceau de tubes logés dans une enceinte dans laguelle un fluide circule autour de ces tubes disposes en rangées comportant de part et d'autre de chaque rangée au moins une paire de bandes métalliques présentant chacune des ondulations adaptées à recevoir les tubes.
Le FR-A-2.198.289 se rapporte à un support de lignes de transport d'énergie comportant deux longerons entre lesguels sont placées. à intervalles déterminés, des entretoises transversales comportant deux pièces de section présentant des parties en creux destinées à recevoir les lignes de transport d'énergie.
Dans ces dispositifs les ondulations des supports sont adaptées au contour de la ligne de transport à supporter, si bien que les contacts entre les différents éléments s'effectuent selon des surfaces de telle sorte qu'il se produit une usure importante et un matage excessif desdites lignes de transport.
Dans le FR-A-2.336.621 et le US-A-4.156.299 les contacts entre les supports et les tubes à maintenir s'établissent dans le plan transversal ou dans le plan longitudinal suivant une ligne entrainant également un matage excessif.
De plus ces divers dispositifs de maintien du faisceau de tubes présentent d'autres inconvénients, notamment une complexité relativement grande, un risque de déformation des tubes au niveau de son serrage par le support, un manque de contrôle du niveau des contraintes internes se développant dans les tubes du fait de leurs dilatations différentielles et un manque de constance dans le temps des caractéristiques de fixation et d'antivibrations.
La présente invention a pour objet un dispositif qui assure le maintien de tubes avec une élasticité au moyen de bandes métalliques. Les dimensions et formes de ces bandes procurent un contact ponctuel sur les tubes ce qui permet les mouvements (rotations et glissements axiaux) de ces tubes au cours du fonctionnement. L'agencement du dispositif contribue à éloigner les bandes de fréquence oDD les tubes pourraient être excités sur un mode commun. 11 permet l'écoulement de fluide autour des tubes. L'éla;ticité des bandes permet d'accepter des écarts de position au moment du montage.
La présente invention a pour objet un dispositif de maintien d'un faisceau de tubes logés dans une enceinte dans laquelle un fluide circule autour de ces tubes disposes en rangées comportant de part et d'autre de chaque rangée au moins une paire de bandes métalliques présentant chacune des ondulations adaptées à recevoir les tubes, les ondulations des deux bandes disposées de part et d'autre d'une rangée étant situées en vis-à-vis de manière gue les tubes soient enserrés sous l'action d'éléments de serrage disposés entre lesdites ondulations et serrant lesdites bandes l'une vers l'autre.
Selon l'invention, chaque bande métallique dont les extrémités sont aptes à être fixées aux parties fixes de l'enceinte présente au niveau de de chaque ondulation au contact d'un tube d'une part dans le sens longitudinal un rayon de courbure plus grand que le rayon du tube et d'autre part, dans le sens transversal une légère courbure continue de façon gue le contact entre chague bande métallique et le tube s'établisse selon une zone quasi-ponctuelle.
Selon une caractéistique préférentielle les bandes metalliques sont en acier à haute limite élastique.
D'autres avantages et caractéristiques propres à l'invention apparaitront lors de l'exemple de réalisa-tion qui va suivre. illustré par les figures annexées.
En se reportant à la figure 1 ndistingue la partie supériaura d'una structure ou enceinte de générateur de vapeur qui est constitué ssentiellement d'une enveloppe cylindrique verticale extérieure 1 et d'un tube cylindrique central 2 ménageant entre aux un espace annulaire.
Des tubes 3 sont logés dans cet espace annulaire séparant le tube 2 et l'enveloppe 1. Du sodium liquide chaud circule dans l'espace annulaire compris entre l'enveloppe 1 et le tube 2 qui confinent le courant de sodium. Ce courant est parallèla à l'axe des cylindres 1 et 2 et va de bas en haut. Le sodium cèda au passage sa chaleur à de l'eau sous pression qui circul dans les tubes 3 et qui se transforme alors en vapeur.
Les tubes 3 sont disposés ainsi enroulés dans la plus grande partie du générsteur de vapeur et leurs extrémités inférieures et supéreures débouchent de façon connue à l'extérieur de l'enveloppe 1 du générstur de vapeur.
Sur la figure 1 on voit le raccordement avec l'extérieur de l'extrété supérieure des tubes 3. Après la fin de la zone d'enroulement 4 des tubes 3 constituant le faisceau tubulsire proprement dit, ces tubes sont disposés longitudinalement dans leur partie 5, puis rassemblés et recourés en forme de lyres dans leur partie 6 avant de traverser l'enveloppe 1 et de se prolonger à l'extérieur de l'enveloppe 1 d'où ils sont collectés de façon connue et non représentée ici. L'ensemble des parties longitudinales 5 des tubes sera appelé Par la suite le faisceau de tubes et les parties recourbées 6 des tubes seront appelées par la suite les lyres.
Dans le générateur de vapeur que nous avons pris en exemple de réslisation, les tubes, sprès svoir terminé leur phase d'enroulement 4 sont recourbés de manière à former les parties 5 s'étendant longitudinalent et se situant toutes selon des rayons 9a et 9b répartis régulièrement dans le générateur de vapeur.
L'invention concerne particulièrement les dispositifs 7 et 8 servant su maintien et à l'amortissement des vibrations des extrémités des tubes 3. Le dispositif 7 est disposé au niveau des parties longitudinales de tubes 5 et le dispositif 8-plus éloignée du faisceau est disposé pré des lyres 6. Sur la figure 2, on s représenté, en vue de dessus, les disposiifs de maintien du faisceau et sur la figure 3 on a représenté, en vue de dessus, le dispositif de maintien des lyres. On remarque que les dispositifs de maintien de ces deux types sont construits de façon tout-à-fait semblabl.
Chaque dispositif comporte des bandes de tôle d'épaisseur constante 7a, 7b, 8a, 8b, qui forment chacune des ondulations 16 adaptées aux tubes et entre lesquelles s'étendent des zones 17. Les bandes s'étendent transversalement aux tubes 5 - et perpendiculairement au courant de sodium et elles sont montées par paires de part et d'autre de chaque rangée 9a,9b de tubes 5 de manière à enserrer les tubes comme dans un collier et à les maintenir en place.
Pour décrire de façon plus détaillée la forme des bandes méta11i-ques 7 ou 8, on se référera maintenant aux figures 5, 6 et 7. On voit sur les figures 6 ou 7 que les bandes métalliques ondulées 7a, 7b sont incurées au en formant les ondulstions 16 au niveau de chaque tube. Les deux bandes associées à une même rangée de tubes forment des logements dans lesquels passent les tubes. Les bandes sont incurvées dans les zones 17 s'étendant entre lesndes et correspondant aux intervalles séparant les tubes. Sur la figure 7,on distingue les zones 17 des bsndes 7a et 7b au niveau desquelles elies sont le plus rapprochées de manière à ménager un espace 18 relstivement fible. Dans chacune de ces zones 17 sont ménagés des orifices au travers desquels passent des boulons 19, 21 destinés à rapprocher les bandes métalliques 7a et 7b sfin de provoquer au niveau des zones 16 de ces bandes métalliques un pincement des tubes et d'obtenir ainsi un maintien en place de l'ensemble des tubes autorisant toutefois une certaine élasticité dans le montage ainsi qu'un certain glissement longitudinal des tubes du fait des dilststions différentielles et un certain amortissement des vibrstions dsns l'ensemble du faiscsau de tubes.
Chaque bande métallique est appliquée contre les tubes d'un seul côté. De la sorte deux bandes métalliques adjacentes appliquées contre les tubes de deux rangées adjacentes sont séparées et ménagent un espace pour la circulation du sodium.
Les extrémités des deux bandes 7a, 7b montées de part et d'autre d'une même rangée de tubes sont réunies entre elles. De plusles extrémités des bandes associées aux différentes rangées sont réunies entre elles. A ct effet, les extrémités des bandes sont fixées par des moyens connus à des pi54ces 12, 13, 14, 15 circulaires qui sont solidaires des composants 1 et 2 Ce l'enceine.
L'effort de pincement des tubes doit être- suffisamment fort pour être efficace, sans toutefois provoquer un matage ou une entaille de ces tubes. 11 est d'ailleurs prévu, dans ce but, de donner aux bandes métalliqes, au niveau des zones de pinçage 16 une légère courbure dans le sens transversal, comme il est visible sur la figure 5, de faç on que les parties latérales de la bande soient légèrement éloignée du tube sur lequel la bande vient en contact, et que seule la partie cnetrale 20 de la bande soit en contact avec e tube. Il est par ailleurs préférable de prévoir pour la zone incurvée 16 de la bande nétallique un rayon de courbure R1 légèrement plus grand que le rayon R2 du tube 5 ou de la pièce 11 afin que le montage des bandes métalliques sur les tubes admette de légères variations des distrances séparant les tubes sans crée dans ceux-ci des contraintes anormales.
Tous les détails de 1a forme des bandes 7a et 7b exposés précédemment sont applicables aux bandes métalliques 8a, 8b qui forment le dispositif de support des lyres 6.
Les parties de tubes 5 n'occupent pas la totalité des emplacements possibles sur les différents rayons 9a, 9b,etc... Ceci est bien sûr uniquement lié au mode de construction de ce générateur de vapeur qui à été pris en exemple de réalisation. On voit par conséquent, sur les figures 1 et 2, des emplacements 10 qui ne sont pas occupés par l'un des tronçons 5 des tubes. Comme la répartition des tubes 5 sur rayon 9 est différente pour tours ces rayons, au lieu de constituer des tûles métalliques support différentes adaptée à chacune des rangées tubes disposées sur 1 es différents rentes adaptées à chacune des rangées de tubes disposées sur les différents rayons 9a, 9b. etc, les bandes métalliques ont été construites toutes identiques, de forme ondulée et les emplacements 10 dépourvus de tubes sont occupés par des pièces cylindriques de diamètre égal à celui des tubes. Sur la figure 4, qui est une vue agradie latérale de la figure 2, on distingue de telles pièces cylindriques 11 destingées à remplacer les tubes manquants 5.
Comme dans cet exemple de réalisation tous les tubes disposés sur un même rayon 9a, 9b, etc, sont ensuite rassemblés de façon équidistante pour former les lyres 6, au dispositif de support des lyres 6 qui est représenté en figure 3, il n'existe plus tubes manquants, et par conséquent il n'y a plus besion de disposer des pièces cylindriques 11. Les bandes métalliques ondulées 8a, 8b, etc, sont de ce fait tout-à-fait semblables aux bandes métalliques 7a et 7b. Elles sont simplement plus courtes.
Il est souhaitable que cet effort de pincement des tubes reste constant dans le temps. Dans le cas d'un générateur de vapeur sodium-eau, qui doit fonctionner plusieurs dizaines d'années, et qui est soumis à une température avoisin ant 525°, ainsi qu'à des chocs thermiques importants, le choix du matériau composant les bandes métalliques devient délicat. La présente invention résoud ce problème par le choix du matériau compsant les bandes métalliques qui est un à haute limite élastique à chaud. Un acier approprié est un acier allié austéntitque à durcissement structural comprenant de préférence du titane et de l'aluminium. Un tel acier est tout-à-fait adapté à l'usage qui en est fait ici dans un généraceur de vapeur du type sodium-eau parce qu'il comporte à la fois une limite élastique élevée comparable à celle d'un acier trempé et un grand coefficient d'allongement ou une ductilité importante ce qui est la caractéristique des aciers inoxydables. Il peut par conséquent conserver à 525° Cet même davantage une contrainte élastique élevée sans pratiquement aucun fluage, même après un temps relativement long.
L'invention concerne également le procédé de montage du dispositif de support antivibratoire décrit précédemment. 11 est en fait important que l'effort de pincement des tubes qui est établi au niveau des zones 20 des bandes métalliques ait une valeur sensiblement constante pour tous les tubes. Cet effort de pincement est réalisé par le vissage des boulons 19. En bonséquence, le procédé de montage propre à l'invention consiste à disposer les bandes métalliques 7a et 7b, ou 8a et 8b, de part et d'autre des tubes. à installer le boulon 19 en y vissant son écrou 21 avec un couple minimum de façon que la rotation de l'écrou soit interrompue aussitût que les bandes métalliques commencent à exercer un effort de pinçage sur les tubes voisins, puis à continuer de visser l'écrou 21 sur le boulon 19 selon un angle de rotation constant prédéterminé, de façon à créer dans les bandes, entre chaque tube, une fléche constante prédéterminée, et par conséquent à créer un effort de pincement du tube lui-mçme relativement constant et prédéterminé, puis enfin à immobiliser l'écrou 21 sur le boulon 19 par tout moyen approprié par exemple en effectuant un macage important, un goupillage, ou un point de soudure.