Dispositif d'injection d'un liquide dans un tube et générateur de vapeur comportant ce dispositif

Description

[0001] La présente invention a pour objet un dispositif d'injection d'un liquide dans un tube comportant une canule disposée dans ledit tube, cette canule comportant, dans le sens d'injection du fluide, un passage de section rétrécie suivi d'un divergent. Elle s'applique particulièrement à l'injection d'eau dans un générateur de vapeur, notamment du type simple passe à pénétration verticale.

[0002] Les générateurs de vapeur en hélice du type simple passe comportent une enveloppe résistante à la pression contenant des tubes bobinés. Un premier fluide caloporteur appelé fluide primaire circule à l'extérieur de ces tubes. Un fluide secondaire parcourt le réseau de tubes. Il pénètre à travers le couvercle de l'enveloppe dans les tubes par des manchons thermiques qui traversent une plaque à tubes, puis descend par des faisceaux de tubes droits placés dans la zone centrale du générateur de vapeur jusqu'à la base des tubes bobinés par lesquels il remonte et ressort sous forme de vapeur par des manchons qui traversent le couvercle à sa périphérie.

[0003] Dans un tel générateur de vapeur, le débit du fluide secondaire peut être le siège d'instabilités qui apparaissent particulièrement en régime de faible puissance et qui perturbent gravement le fonctionnement de l'appareil.

[0004] On connaît déjà (US-A-4191 246) un dispositif d'injection d'un liquide dans un tube du type défini ci-dessus. Ce dispositif comporte une canule disposée dans le tube, et qui présente, dans le sens d'injection du fluide, un passage de section rétrécie suivi d'un divergent.

[0005] Toutefois, ce dispositif ne s'applique pas au problème qui est à la base de l'invention. Il a pour but de diminuer le transfert de chaleur entre le fluide secondaire qui circule à l'extérieur des tubes de l'échangeur et le fluide primaire qui circule à l'intérieur de ces tubes au niveau des orifices de passage des plaques à tubes. La canule est seulement un manchon qui a pour fonction d'isoler partiellement la paroi du tube du fluide primaire qui y circule.

[0006] L'invention a pour objet un dispositif d'injection d'un fluide dans un tube qui remédie à ces inconvénients. Ce dispositif se caractérise en ce qu'il comporte une canule disposée dans ledit tube, ladite canule comportant, dans le sens d'injection du fluide, un passage de section rétrécie par rapport au diamètre du tube suivi d'un divergent à sa partie basse, et en ce que les moyens pour centrer et immobiliser en translation la canule sur le tube sont constitués par une partie cylindrique de centrage pour centrer le fourreau dans le tube, au moins une fente et un cône intérieur formés dans le fourreau à sa partie basse, par un cône extérieur formé à la partie basse de la canule, le cône intérieur et le cône extérieur étant adaptés à coopérer, des moyens étant prévus pour appliquer élastiquement le cône extérieur sur le cône intérieur.

[0007] Les essais ont montré que l'utilisation d'un tel dispositif d'injection permet de supprimer les instabilités constatées.

[0008] De préférence, la section de passage du fluide dans la canule est déterminée de manière telle que la vitesse de ce fluide soit supérieure à 0,7 m/s.

[0009] Par ailleurs, l'invention concerne un générateur de vapeur. Ce générateur comporte une enveloppe, une plaque à tubes, située à l'intérieur de l'enveloppe et divisant l'enveloppe en une boîte à eau et une zone d'échange thermique, une entrée, et une sortie pour un fluide primaire, situées dans la zone d'échange thermique de l'enveloppe, une entrée et une sortie pour un fluide secondaire, situées dans la boîte à eau, une pluralité de tubes verticaux présentant une extrémité d'admission et une extrémité de sortie pour le fluide secondaire, lesdites extrémités d'admission et de sortie étant fixées à la plaque à tubes, chaque tube comportant une partie rectiligne du côté de son extrémité d'admission, un dispositif d'injection du fluide secondaire dans un tube comportant une canule disposée à l'intérieur de l'extrémité d'admission d'un tube et comportant une section de passage rétrécie par rapport au diamètre du tube pour le fluide secondaire. Ladite section de passage de la canule est suivie, dans le sens de la circulation du fluide secondaire, d'un divergent à sa partie basse, un fourreau étant coaxialement disposé entre ladite canule et la partie rectiligne du tube, des moyens étant prévus pour centrer la canule par rapport à cette partie rectiligne du tube.

[0010] Les moyens pour centrer et immobiliser en translation la canule sur le tube sont constitués par une partie cylindrique de centrage, pour centrer le fourreau dans le tube, au moins une fente et un cône intérieur formés dans le fourreau . à sa partie basse, par un cône extérieur formé à la partie basse de la canule, le cône intérieur et le cône extérieur étant adaptés à coopérer, des moyens étant prévus pour appliquer élastiquement le cône extérieur sur le cône intérieur.

[0011] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit des exemples de réalisation donnés à titre illustratif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :

- La figure 1 est une vue en coupe et en perspective d'un générateur de vapeur du type simple passe, dans lequel est installé un dispositif d'injection conforme à l'invention ;

- La figure 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation de l'invention.

[0012] La figure 1 est une vue en coupe et en perspective d'un générateur de vapeur du type simple passe à pénétration verticale équipé d'un dispositif d'injection réalisé conformément à la présente invention ; ce générateur, désigné par la référence générale 2, comporte une enveloppe 4 résistant à la pression, de forme générale cylindrique allongée et d'axe vertical. L'enveloppe 4 présente un fond bombé 11. Elle est fermée à sa partie supérieure par un couvercle 6. Entre le couvercle et l'enveloppe se trouve une plaque épaisse 8 appelée plaque à tubes. Le couvercle 6 présente une forme bombée qui délimite un volume 7 appelé « boîte à eau •. La boîte à eau 7 est divisée en deux zones par la virole 16, une zone centrale circulaire pour l'entrée de l'eau et une zone annulaire de sortie de vapeur. Une canalisation 18 évacue la vapeur. A l'intérieur de l'enveloppe 2, on trouve un réseau de tubes 10. Chaque tube comporte une partie droite 10a disposée verticalement et fixée à la plaque à tubes. La partie droite 10a se termine par un coude qui la raccorde à une partie en spirale 10b raccordée à la zone périphérique de la plaque à tubes 8. Une entrée 4a et une sortie 4b sont aménagées dans l'enveloppe 4 pour permettre la circulation d'un fluide primaire. Un fluide secondaire circule à l'intérieur du réseau des tubes 10. Le fluide secondaire, par exemple de l'eau, pénètre selon le sens indiqué par la flèche 14 puis dans la boîte à eau 7 dans la partie droite 10a des tubes 10.

[0013] Dans un générateur de vapeur de ce type, le débit du fluide secondaire peut être le siège d'instabilités en régime de faible puissance. La demanderesse a pu établir que pendant sa chute dans les tubes droits, l'eau se réchauffe et a le temps d'atteindre sa température de saturation. Par conséquent, il se forme des bulles de vapeur qui ont tendance à remonter le courant trop faible pour les entraîner. Ces bulles viennent s'accumuler à l'entrée du générateur de vapeur dans la zone centrale de la boîte à eau 7 et y former un matelas de vapeur, lequel se condense brusquement au contact de l'eau froide qui pénètre dans le générateur de vapeur. Cette condensation brutale produit une dépression qui provoque une inversion du débit en aspirant vers le haut l'eau qui vient d'être injectée. Ce phénomène transitoire est suivi d'un retour aux conditions normales et la séquence recommence périodiquement.

[0014] L'invention a pour objet un dispositif d'injection d'un fluide dans une tubulure qui supprime ce phénomène. Ce résultat est obtenu par l'augmentation de la vitesse d'injection de manière que l'eau n'ait pas le temps d'atteindre sa température de saturation pendant son passage dans les tubes droits 10a. Des essais ont montré que pour un générateur de vapeur tel que celui qui est représenté sur la figure 1, la vitesse d'injection doit être supérieure à 0,7 m/s.

[0015] On a représenté sur la figure 2 une vue en coupe d'un mode de réalisation préféré d'un dispositif d'injection de l'invention.

[0016] La référence 8 désigne la plaque à tubes et la référence 10a un tube fixé dans cette plaque à tubes.

[0017] Le tube 10a est surmonté par une pièce de tête 228. Cette pièce est fixée au tube par emmanchement forcé ou par soudage.

[0018] Le dispositif d'injection comporte une canule 220 constituée par un tube comportant un conduit central 238 de section réduite et dont le diamètre a été déterminé de manière que la vitesse du fluide secondaire soit toujours supérieure à 0,7 m/sec.

[0019] L'homme du métier, connaissant les caractéristiques du générateur de vapeur, et notamment le débit de l'eau secondaire, est facilement à même de déterminer cette section du fait que le produit du débit par la section de passage est constant.

[0020] A son extrémité inférieure, la canule 220 comporte un divergent 222 permettant d'augmenter la section de passage offerte au fluide et par conséquent de réduire sa vitesse à une valeur faible, de manière à ne pas produire d'érosion dans le coude du tube situé immédiatement à l'aval de la canule. La pièce rapportée par soudage, dans laquelle est réalisé le divergent 222 comporte extérieurement une partie conique 250 destinée au centrage et à l'immobilisation de la canule par rapport au tube 10a. A sa partie supérieure, la canule présente une partie filetée 260.

[0021] Une bague de serrage 262 est vissée sur la partie filetée 260. La bague 262 est immobilisée par un contre-écrou 264 arrêté en rotation de manière connue.

[0022] La canule 220 est entourée par un fourreau 220' qui comporte un épaulement extérieur 221'. Dans l'exemple représenté, la pièce sur laquelle est réalisé l'épaulement 221' est rapportée par soudage sur la partie principale du fourreau.

[0023] A sa partie inférieure, le fourreau comporte une partie cylindrique de centrage 226' dont le diamètre extérieur est voisin du diamètre intérieur du tube 10a. Le fourreau comporte encore un cône femelle 250' adapté à coopérer avec le cône mâle 250 de la canule. Des fentes longitudinales 224' sont pratiquées afin de donner une élasticité et permettre l'expansion de la partie conique 250'.

[0024] La pièce de tête 228 comporte un épaulement intérieur destiné à l'appui de l'épaulement 221' du fourreau. Un bouchon 230 est vissé dans une partie filetée intérieure de la pièce de tête. Ce bouchon serre l'épaulement 221' sur la pièce de tête. Intérieurement, le bouchon comporte un logement pour un ressort hélicoïdal 266 qui entoure la canule 220 et qui est situé entre le bouchon 230 et la bague de serrage 262. Le ressort 266 a pour fonction d'assurer le serrage et l'expansion de la partie conique 250' du fourreau.

[0025] Ce mode de réalisation présente l'avantage de permettre le rattrapage des dilatations différentielles entre la canule et le fourreau au moment de l'injection d'eau froide. De plus, le déplacement relatif de la canule par rapport au fourreau se fait librement au niveau des pièces de tête et non pas sous contrainte de frottement dans le tube 10a.

Revendications

1. Dispositif d'injection d'un fluide dans un tube (10) vertical comportant une canule (220) disposée dans ledit tube, cette canule comportant, dans le sens d'injection du fluide, un passage de section rétrécie (238) par rapport au diamètre du tube suivi d'un divergent (222) à sa partie basse, la canule (220) comportant des moyens situés à sa partie basse pour la centrer et l'immobiliser en translation par rapport au tube (10), caractérisé en ce qu'un fourreau (220') fixé coaxialement dans le tube (10) entoure la canule et en ce que les moyens pour centrer et immobiliser en translation la canule sur le tube (10) sont constitués par une partie cylindrique de centrage (226') pour centrer le fourreau dans le tube, au moins une fente (224') et un cône intérieur (250') formés dans le fourreau (220') à sa partie basse, par un cône extérieur (250) formé à la partie basse de la canule (220), le cône intérieur (250') et le cône extérieur (250) étant adaptés à coopérer, des moyens étant prévus pour appliquer élastiquement le cône extérieur (250) sur le cône intérieur (250').

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la section du passage de section rétrécie (238) du fluide dans la canule (220) est telle que la vitesse dudit fluide est supérieure à 0,7 m/sec.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens pour appliquer le cône extérieur (250) sur le cône intérieur (250') sont constitués par des moyens d'arrêt situés à l'extrémité supérieure de la canule (220) et par un ressort (266) interposé entre lesdits moyens d'arrêt et un bouchon (230) vissé sur une pièce de tête (228).

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens d'arrêt sont constitués par une bague de serrage (262) vissée sur une partie filetée (260) de la canule (220) et par un contre-écrou (264).

5. Générateur de vapeur comportant un dispositif d'injection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.

6. Générateur de vapeur comportant une enveloppe (4), une plaque à tubes (8), située à l'intérieur de l'enveloppe (4) et divisant l'enveloppe en une boîte à eau (7) et une zone d'échange thermique, une entrée (4a), et une sortie (4b) pour un fluide primaire, situées dans la zone d'échange thermique de l'enveloppe, une entrée (14), et une sortie (18) pour un fluide secondaire, situées dans la boîte à eau, une pluralité de tubes (10) verticaux présentant une extrémité d'admission et une extrémité de sortie pour le fluide secondaire, lesdites extrémités d'admission et de sortie étant fixées à la plaque à tubes, chaque tube (10) comportant une partie rectiligne (10a) du côté de son extrémité d'admission, un dispositif d'injection du fluide secondaire dans un tube (10) comportant une canule (220) disposé à l'intérieur de l'extrémité d'admission d'un tube (10) et comportant une section de passage rétrécie par rapport au diamètre du tube pour le fluide secondaire suivie, dans le sens de la circulation du fluide secondaire, d'un divergent (222) à sa partie basse, caractérisé en ce qu'un fourreau (220') est coaxialement disposé entre ladite canule (220) et la partie rectiligne (10a) du tube (10), des moyens étant prévus pour centrer la canule (220) par rapport à la partie rectiligne (10a) du tube (10) et en ce que les moyens pour centrer et immobiliser en translation la canule sur le tube (10) sont constitués par une partie cylindrique de centrage (226') pour centrer le fourreau dans le tube, au moins une fente (224') et un cône intérieur (250'), formés dans le fourreau (220') à sa partie basse, par un cône extérieur (250) formé à la partie basse de la canule (220), le cône intérieur (250') et le cône extérieur (250) étant adaptés à coopérer, des moyens étant prévus pour appliquer élastiquement le cône extérieur (250) sur le cône intérieur (250').

Claims

1. Device for injecting a fluid into a vertical tube 10 having a cannula 220 disposed in said tube, said cannula having, in the fluid injection direction, a passage with a contracted section 23 compared with the diameter of the tube in accordance with a divergent portion 222 in its lower part, the cannula 220 having means located in its lower part for centering and fixing in translation with respect to tube 10, characterized in that a sleeve 220' coaxially fixed in tube 10 surrounds the cannula and in that the means for centering and fixing in translation the cannula on the tube 10 are constituted by a cylindrical centering part 226' for centering the sleeve in the tube, at least one slot 224' and an internal cone 250' formed in the lower part of the sleeve 220' and with an external cone 250 formed in the lower part of cannula 220, the internal cone 250' and the external cone 250 being matched to cooperate, means being provided for elastically applying the external cone 250 to the internal cone 250'.

2. Device according to claim 1, characterized in that the section of the contracted section passage 238 for the fluid into cannula 220 is such that the speed of said fluid exceeds 0.7 m/sec.

3. Device according to claims 1 or 2, characterized in that the means for applying the external cone 250 to the internal cone 250' are constituted by stopping means located at the upper end of the cannula 220 and by a spring 266 placed between said stopping means and a plug 230 screwed onto a top part 228.

4. Device according to claim 3 characterized in that said stopping means are constituted by a collet 262 screwed onto a threaded part 260 of cannula 220 and by a lock nut 264.

5. Steam generator having an injection device according to any one of the claims 1 to 3.

6. Steam generator having an envelope 4, a tube plate 8 located within the envelope 4 and sub-dividing the envelope into a water box 7 and a heat exchange zone, an inlet 4a and an outlet 4b for a primary fluid located in the heat exchange zone of the envelope, an inlet 14 and an outlet 18 for a secondary fluid, located in the water box, a purality of vertical tubes 10 having an admission end and a discharge end for the secondary fluid, said admission and discharge ends being fixed to the tube plate, each tube 10 having a linear part 10a on the side of its admission end, a device for injecting secondary fluid into a tube 10 having a cannula 220 located within the admission end of a tube 10 and having a contracted passage section compared with the diameter of the tube for the secondary fluid, followed in the secondary fluid circulation direction by a divergent portion 222 in its lower part, characterized in that a sleeve 220' is coaxially arranged between said cannula 220 and the linear part 10a of tube 10, means being provided for centering the cannula 220 with respect to the linear part 10a of the tube 10 and in that the means for centering and fixing in translation the cannula to the tube 10 are constituted by a cylindrical centering part 226' for centering the sleeve in the tube, at least one slot 224' and an internal cone 250' formed in the lower part of the sleeve 220', with an external cone 250 formed on the lower part of the cannula 220, the internal cone 250' and the external cone 250 being matched so as to cooperate, means being provided for elastically applying the external cone 250 to the internal cone 250'.

Ansprüche

1. Einrichtung zur Injektion eines Fluids in ein vertikales Rohr (10), welches eine in dem genannten Rohr angeordnete Kanüle (220) aufweist, die in Fluidinjektionsrichtung einen Durchlaß mit in bezug auf den Durchmesser des Rohres verengtem Querschnitt (238) aufweist, dem an seinem unteren Abschnitt eine Aufweitung (222) folgt, wobei die Kanüle (220) sich an ihrem unteren Abschnitt befindende Mittel zur Zentrierung und Verschiebungssicherung in bezug auf das Rohr (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine koaxial in dem Rohr (10) befestigte Hülse (220') die Kanüle umgibt und daß die Mittel zur Zentrierung und Verschiebungssicherung der Kanüle an dem Rohr (10) von einem zylindrischen Zentrierungsabschnitt (226') zur Zentrierung der Hülse in dem Rohr, wenigstens einem Spalt (224') und einem inneren Konus (250'), die am unteren Abschnitt in der Hülse (220') ausgebildet sind, sowie von einem an dem unteren Abschnitt der Kanüle (220) ausgebildeten äußeren Konus (250) gebildet sind, wobei der innere Konus (250') und der äußere Konus (250) zusammenarbeiten können und Mittel vorgesehen sind, um den äußeren Konus (250) elastisch auf den inneren Konus (250') zu drücken.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Fluiddurchlasses (238) mit verengtem Querschnitt in der Kanüle (220) derart ist, daß die Geschwindigkeit des genannten Fluids größer als 0,7 m/sec. ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, um den äußeren Konus (250) auf den inneren Konus (250') zu drücken, von Anschlagmitteln, die sich am oberen Ende der Kanüle (220) befinden, und einer Feder (266) gebildet sind, die zwischen die genannten Anschlagmittel und einen Stopfen (230) zwischengefügt ist, der auf ein Kopfteil (228) geschraubt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Anschlagmittel von einem Spannring (262), der auf einen Gewindeabschnitt (260) der Kanüle (220) geschraubt ist, und einer Gegenmutter (264) gebildet sind.

5. Dampferzeuger mit einer Injektionseinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3.

6. Dampferzeuger mit einem Mantel (4), einer Rohrplatte (8), die sich im Inneren des Mantels (4) befindet und den Mantel in einen Wasserkasten (7) und eine Wärmetauscherzone unterteilt, einem Einlaß (4a) und einem Auslaß (4b) für ein Primärfluid, die sich in der Wärmetauscherzone des Mantels befinden, einem Einlaß (14) und einem Auslaß (18) für ein Sekundärfluid, die sich in dem Wasserkasten befinden, einer Vielzahl von vertikalen Rohren (10), die ein Einlaßende und ein Auslaßende für das Sekundärfluid aufweisen, wobei die genannten Einlaß- und Auslaßenden an der Rohrplatte befestigt sind und jedes Rohr (10) einen geradlinigen Abschnitt (10a) auf der Seite seines Einlaßendes aufweist, einer Injektionseinrichtung für das Sekundärfluid in ein Rohr (10), welches eine Kanüle (220) aufweist, die im Inneren des Einlaßendes eines Rohres (10) angeordnet ist und einen Durchlaßquerschnitt, der in bezug auf den Rohrdurchmesser verengt ist, für das Sekundärfluid aufweist, der in Strömungsrichtung des Sekundärfluids gefolgt ist von einer Erweiterung (222) an ihrem unteren Abschnitt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hülse (220') koaxial zwischen der genannten Kanüle (220) und dem geradlinigen Abschnitt (10a) des Rohres (10) angeordnet ist, Mittel zur Zentrierung der Kanüle (220) in bezug auf den geradlinigen Abschnitt (10a) des Rohres (10) vorgesehen sind und daß die Mittel zur Zentrierung und Verschiebungssicherung der Kanüle bei dem Rohr (10) von einem zylindrischen Zentrierungsabschnitt (226') zur Zentrierung der Hülse in dem Rohr, wenigstens einem Schlitz (224') und einem inneren Konus (250'), die in der Hülse (220') an ihrem unteren Abschnitt ausgebildet sind, sowie von einem äußeren Konus (250) gebildet sind, der an dem unteren Abschnitt der Kanüle (220) ausgebildet ist, wobei der innere Konus (250') und der äußere Konus (250) zusammenarbeiten können und Mittel vorgesehen sind, um den äußeren Konus (250) elastisch auf den inneren Konus (250') zu drücken.

Dessins