Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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F~isceau tubulaire pour condenseur de vapeur
La présente invention concerne un faisceau tubulaire pour condenseur
de vapeur, dans lequel le tracé, dans un plan perpendiculaire à l'axe des tubes,de l'enveloppe des zones tubées du faisceau, est un tracé du type formant des
épis rayonnants.
Le brevet français n 1 391 661 décrit un faisceau tubulaire de ce type.
Dans un tel faisceau, il existe, entre chaque épi rayonnant, qui constitue
une zone tubée, une saignée non tubée de forme triangulaire. Une telle saignée
est nécessaire pour le passage de la vapeur vers les tubes des deux épis situés
10 de part et d'autre de la saignée. Ainsi, une saignée "alimente" les tubes d'un
demi-épi de part et d'autre de la saignée.
La section totale occupée par un faisceau est fonction:
- de la section de la zone tubée qui dépend du nombre des tubes et du
pas des tubes,
- de la section requise pour lesdites saignées de passage de vapeur
entre les épis,
- de la section de zones non tubées résultant de contraintes du tracé:
par exemple autour de la zone tubée, appelée réfrigérant d'air.
Or, pour une vitesse V(m/s) donnée de vapeur, constante le long d'une
20 saignée de passage entre deux épis, une longueur L(m) des tubes et un débit qj
en m3/s de vapeur condensée par tube, uniforme pour tous les tubes, on montre
par calcul que la section S nécessaire d'une saignée triangulaire qui est égale a
I x 2~ (I étant la largeur de la saignée: distance séparant deux épis a leur
extrémité et H la hauteur de la saignée, correspondant à la hauteur des deux
demi-épis encadrant la saignée) a également pour valeur S = NH 2 LV avec N =
le nombre de tubes des deux demi-épis alimentés par la saignée triangulaire de
hauteur H.
On voit donc que la section requise pour une saignée, qui est une
surface non tubée nécessaire pour le passage de la vapeur vers les deux demi-
30 épis encadrant la saignée, est proportionnelle au nombre N de tubes des deuxdemi-épis adjacents et à la hauteur H de la saignée.
Il est donc clair que les grands faisceaux ayant de longs épis, donc de
longues saignées requierent, par tube, une surface non tubée plus grande que
les faisceaux plus petits ayant des épis moins longs.
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Ainsi, pour une vitesse V de vapeur donnée, le nombre de tubes qui peut
être installé par unité de surface sera donc d'autant plus faible que la hauteur H
des saignées triangulaires de vapeur sera plus grande.
Or, la puissance échangée dans un faisceau tubulaire est proportionnelle
à la surface d'échange et donc au nombre de tubes.
La présente invention a donc pour but de permettre un meilleur
coefficient de remplissage de la zone tubée par rapport à la section totale du
faisceau réduisant ainsi les dimensions du faisceau tubulaire pour un même
nombre de tubes et améliorant les performances d'échange du faisceau et ceci
10 par un tracé nouveau du faisceau.
L'invention a ainsi pour objet un faisceau tubulaire pour condenseur de
vapeur dans lequel le tracé, dans un plan perpendiculaire à l'axe des tubes, de
l'enveloppe des zones tubées du faisceau, est un tracé du type formant des épis
rayonnants, caractérisé en ce que au moins certains des épis comportent au
moins une ramification et en ce que lesdits épis rayonnants rayonnent à partir
d'une surface tubée formant un anneau sensiblement circulaire.
Selon une autre caractéristique, les épis qui se ramifient comportent à
leur base un tronc qui va en s'élagissant et se ramifie en deux branches d'égaleépaisseur dès que l'epaisseur du tronc de l'épi atteint entre une fois et demie et
20 le double de son épaisseur a sa base.
Avantageusement, I'epaisseur de ladite surface tubée formant un anneau
est sensiblement constante.
Selon une autre caractéristique, une surface tubée de forme
trapézoïdale, appelée refroidisseur d'air, entourée d'un capotage, excepté sur la
face inférieure dudit refroidisseur d'air, est situee a l'interieur dudit anneau tubé,
une surface annulaire non tubée séparant ladite surface trapézoïdale dudit
anneau tubé, ledit anneau tubé comportant une interruption dans laquelle
pénètre l'extrémité supérieure dudit capotage et laissant un jeu de
communication entre l'anneau non tubé et une saignée non tubée de passages
30 de vapeur séparant deux épis, ledit capotage communiquant avec quelques
tubulures d'extraction passant dans ladite saignée.,
On va maintenant donner la description de quelques exemples de mise
en oeuvre de l'invention en se reportant au dessin annexé dans lequel:
La figure 1 représente le tracé d'un faisceau tubulaire de condenseur de
vapeur selon l'art antérieur connu.
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Les figures 2, 3 et 4 représentent le tracé de trois faisceaux tubulaires
selon l'invention dans trois cas de rapport hauteur sur largeur.
Ainsi, la figure 1 montre le tracé d'un faisceau tubulaire pour un
condenseur de vapeur. Il s'agit d'un faisceau de l'art antérieur connu du type dit à
épis rayonnants.
Ce tracé constitue, dans un plan perpendiculaire à l'axe des tubes 50 qui
sont tous parallèles, les enveloppes des zones tubées. Ce plan est parallèle auxplaques tubulaires d'extrémités.
Ce faisceau comporte une première zone tubée 1, appelée refroidisseur
10 d'air, en forme de trapèze isocèle, entourée d'un capotage, schématisé par lesimple trait 51, excepté sur la face inférieure du refroidisseur d'air. Autour de ce
refroidisseur d'air est située une seconde zone tubée formant une pluralité d'épis
rayonnants 2.
A l'extérieur de ces tracés fermés, la surface est non tubée, en particulier
les saignées 3 de section sensiblement triangulaire de passage de vapeur entre
deux épis consécutifs ainsi que la zone 4 autour du refroidisseur d'air 1 entre
celui-ci et la base des épis 2.
Le refroidisseur d'air 1 assure la concentration des incondensables (air)
en vue de leur extraction par des pompes à vide. A cet effet, le capotage 51
20 communique avec quelques tubulures d'extraction 52 passant dans la saignée
supérieure 3.
Sur le tracé figure 1, ainsi que dans les autres figures, on n'a représenté,
dans chaque zone tubée, que quelques tubes 50 seulement et le reste de ces
zones tubées en trame grisée.
Chaque demi-épi 2 est "alimenté" en vapeur par la saignée 3 qu'ils
encadrent. Les épis 2 comportent d'ailleurs une étroite saignée 5 non tubée
(généralement la largeur d'une seule rangée de tube) partageant l'épi en deux
demi-épis.
On voit que certains épis 2, en particulier les épis supérieurs, sont très
30 longs et alimentés par de profondes saignées 3 de passage de vapeur, ce qui
est défavorable comme on l'a vu puisque la section triangulaire 3 nécessaire,
non tubée, de passage de vapeur est proportionnelle à la hauteur H des
saignées donc à la longueur des épis.
La figure 2 montre un tracé d'un faisceau tubulaire selon l'invention dans
le cas d'un rapport Hauteur sur largeur égal à un.
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Ce faisceau est également du type à épis rayonnants, mais comporte
essentiellement la particularité propre à l'invention que certains épis, pas tous,
mais la plupart, se divisent en ramifications.
Ainsi, on voit que l'épi 6 par exemple possède un tronc 7 qui va en
s'élargissant à partir de sa base, puis se ramifie en deux branches 8 et 9. La
ramification en deux branches se fait lorsque le tronc 7 atteint une largeur e1
comprise entre une fois et demi et deux fois l'épaisseur e à sa base. L'épaisseur
des deux branches 8 et 9 est égale, et reste à peu près constante. ll en est de la
même façon pour les épis 10, 11, 12, 13 et les épis symétriques de l'axe ~.
Les épis inférieurs 14, 15 et 16 ne sont pas divisés, mais ils sont très
courts. De même, les deux épis supérieurs 17 et 18 ne sont pas divisés et sont
séparés par une saignée 19 rectangulaire non tubée.
Les autres saignées, non tubées, de passage de vapeur sont
triangulaires. Par exemple, la saignée 20 entre l'épi 18 et l'épi 6 ainsi que lasaignée 21 entre les deux branches 8 et 9 de l'épi 6.
Une autre particularité de l'invention consiste en ce que les épis
rayonnants rayonnent à partir d'une surface également tubée formant un anneau
22. Un trait pointillé 23 permet simplement de visualiser cet anneau entre ce trait
et le trait 24 qui lui fait partie du tracé de l'enveloppe des tubes. Cet anneau a
20 une épaisseur sensiblement constante, un peu plus forte cependant à sa partie inférieure.
Comme dans l'art antérieur de la figure 1, il existe une zone tubée de
forme trapézoïdale 27 constituant le refroidisseur d'air (1 dans la figure 1). Ce
refroidisseur d'air est entouré d'un capotage, schématisé par un simple trait 51,
excepté à la face intérieure du refroidisseur d'air. L'anneau tubé 22 comporte une
interruption 25 dans laquelle pénètre l'exllé",ilé supérieure du capotage 51. Unjeu entre ce capotage 51 et l'anneau tubé 22 permet la communication de
passage de vapeur entre la saignée 19 et une surface annulaire non tubée 26
située entre le refroidisseur d'air 27 et l'anneau tubé 22. Le capotage 51
30 comporte quelques tubulures d'extraction 52 passant dans la saignée 19 et
reliées à des pompes à vide pour l'extraction des incondensables.
On note une surépaisseur telle que e1 au départ des ramifications. Les
ramifications conduisent à des saignées longues 20 et à des saignées courtes 21
réduisant ainsi la section requise pour le passage de la vapeur.
Il est ainsi possible, du fait de ces divisions des épis tubés 6, 10, 11, 12,
etc... de réduire l'épaisseur des épis sans réduction du nombre de tubes, donc
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d'accroître les échanges thermiques. Cette réduction d'épaisseur des épis
permet d'accepter la surépaisseur e1 à l'endroit des embranchements.
Le tracé selon l'invention permet ainsi d'installer, en conservant les
mêmes critères de dimensionneme"l, un plus grand nombre de tubes dans une
section de plaque tubulaire donnée: entre 5 et 10% de tubes supplg",entaires
par rapport au tracé de l'art antérieur, figure 1.
On note également que l'efficacité des tubes est plus homogène, on
évite en particulier les bourrages importants à la base des épis. Une réduction de
la pression de condensation de l'ordre de 2 à 3 mbar peut être obtenue sur un
10 condenseur de 1000 MW.
La figure 3 montre un autre exemple de faisceau dans le cas d'un rapport
hauteur sur largeur égal à 0,6. Là on voit que les épis 11 et 12, ainsi que leurs
symétriques par rapport à l'axe ~ se divisent respectivement, d'abord en deux
branches 28, 29 et 30, 31, puis une nouvelle fois en deux branches 32, 33 pour
la branche 28 et 34, 35 pour la branche 29. La branche 31 de l'épi 12 se divisant
une nouvelle fois en deux branches 36 et 37. Entre toutes ces branches, on a
des saignées de longueurs variables: 38 à 45.
La figure 4 montre un autre exemple dans lequel le rapport hauteur sur
largeur du faisceau est ici de 1,7. Dans cet exemple, I'épi 6, ainsi que son
20 symétrique se ramifie en deux branches 46 et 47, puis la branche 46, de
nouveau en deux branches 48 et 49.
D'une manière générale, les tubes sont mieux répartis dans la plaque
tubulaire puisque la partie périphérique a un coefficient de remplissage supérieur
évitant ainsi les bourrages ou concentrations de tubes, défavorables aux
échanges thermiques.
Ainsi, un calcul a montré que, dans le cas de l'art antérieur, pour les epis
supérieurs, les tubes situés entre la mi-hauteur et l'extrémité des épis constituent
49,3% du total des tubes, alors que dans le cas de l'invention, on arrive à 54,6%.
La périphérie de la plaque est ainsi mieux occupée.
