PANTALLA DE PROTECCION TERMICA PARA UN ARBOL ROTATORIO.

Pantalla de protección térmica para un árbol rotatorio (1), especialmente para un árbol de bomba primaria de central nuclear,

caracterizada porque comprende, en la zona de transición térmica entre el fluido caliente y el fluido frío, un anillo (11) de aleación de níquel zunchado a dicho árbol (1) rodeado por un anillo externo (15) de acero inoxidable austenítico zunchado a cada una de sus extremidades en este anillo (11) de aleación de níquel y que comprende, entre las dos extremidades zunchadas, un hueco cilíndrico (16) para formar un juego con la superficie externa de dicho anillo (11) de aleación de níquel

Pantalla de protección térmica para un árbol rotatorio.

La presente invención se refiere a una pantalla de protección térmica para un árbol rotatorio, especialmente para un árbol de bomba primaria de central nuclear tal como se ha descrito en la patente EP0844399 que se considera como el estado de la técnica.

Muchas instalaciones industriales comprenden árboles rotatorios que están sometidos a diferenciales de temperatura entre dos zonas que provocan en estos árboles variaciones de tensiones térmicas importantes.

Es el caso especialmente para las bombas primarias de central nuclear que transportan agua caliente a elevada temperatura.

En su parte alta, estas bombas primarias comprenden un intercambiador de calor denominado barrera térmica, que enfría el agua que alimenta un cojinete hidrodinámico y las juntas rotatorias de estanqueidad con el árbol longitudinal. Por lo tanto, existe una zona de transición entre el agua caliente y el agua fría situada en la parte baja de la barrera térmica.

La parte del árbol situada en esta zona de transición está sometida por consiguiente a un importante gradiente térmico que favorece las inestabilidades térmicas que pueden crear fisuras en el árbol.

Con el fin de reducir este riesgo de fisuraciones, se dispone una pantalla térmica en el árbol en la zona donde el gradiente térmico es más importante.

Hasta ahora, esta pantalla térmica está formada por un anillo de acero inoxidable que rodea el árbol en dicha zona de transición. Esta solución no basta para prevenir totalmente el riesgo de fisuración, ya que tras algunos años de funcionamiento, las fisuras pueden aparecer en diferentes lugares en el árbol por debajo de este anillo.

La invención tiene por objeto proponer una pantalla de protección térmica que permita mejorar la eficacia de la protección y, por lo tanto, disminuir los riesgos de fisuración en el árbol.

La invención tiene por lo tanto por objeto una pantalla de protección térmica para un árbol rotatorio, especialmente para un árbol de bomba primaria de central nuclear, caracterizado porque comprende, en la zona de transición térmica entre el fluido caliente y el fluido frío, un anillo de aleación de níquel zunchado a dicho árbol rodeado por un anillo externo de acero inoxidable austenítico zunchado a cada una de sus extremidades en este anillo de aleación de níquel y que comprende, entre las dos extremidades zunchadas, un hueco cilíndrico para formar un juego con la superficie externa de dicho anillo de aleación de níquel.

Según otras características de la invención:

Las características y ventajas de la invención aparecerán a lo largo de la descripción que sigue a continuación, dada a título de ejemplo y hecha en referencia a los dibujos anejos, en los que:

la Fig. 1 es una semivista esquemática en sección axial de una parte de una bomba primaria equipada con una pantalla de protección térmica según la invención,

la Fig. 2 es una vista esquemática en sección axial y a una escala mayor de un primer modo de realización de la pantalla de protección térmica según la invención,

la Fig. 3 es una vista a una mayor escala del detalle A de la Fig.2,

la Fig. 4 es una vista esquemática en sección axial y a una mayor escala de un segundo modo de realización de la pantalla de protección térmica según la invención,

la Fig. 5 es una vista parcial en sección según la línea 5-5 de la Fig. 4, según un primer modo de realización,

la Fig. 6 es una vista parcial en sección según la línea 5-5 de la Fig. 4, según un segundo modo de realización.

En la Fig. 1, se ha representado esquemáticamente una parte de una bomba primaria de una central nuclear y que está destinada a transportar agua caliente a una temperatura del orden de 300ºC.

De manera clásica, esta bomba comprende una parte inferior A llamada caliente por la cual circula el agua caliente a la temperatura de alrededor de 300ºC y una parte superior B llamada fría por la que circula el agua fría a alrededor de 40ºC.

Las zonas A y B son atravesadas por un árbol 1 y la parte inferior comprende, de manera clásica, una rueda 2 y una voluta de bomba 3.

La parte superior B comprende un cárter 4, un cojinete hidrodinámico 5 y unas juntas rotatorias de estanqueidad 6.

El cárter 4 está fijado a la voluta 3 por medio de elementos de unión 7 desmontables, tal como por ejemplo unos pasadores.

Entre la parte inferior A y la parte superior B, la bomba comprende un intercambiador de calor 8 denominado barrera térmica, que enfría el agua que alimenta el cojinete hidrodinámico 5 y las juntas rotatorias de estanqueidad 6.

Entre la parte inferior A llamada caliente y la parte superior B llamada fría, existe una zona de transición C entre el agua caliente y el agua fría en la parte baja del intercambiador de calor 8 y en la cual la zona del árbol está sometida a un importante gradiente térmico de alrededor de 260ºC.

En esta zona de transición C, el árbol 1 está equipado con una pantalla de protección térmica designado en su conjunto por la referencia 10.

Según un primer modo de realización representado en la Fig. 2, la pantalla de protección térmica 10 comprende, en la zona de transición térmica C entre el fluido caliente y el fluido frío, un anillo 11 de aleación de níquel zunchado sobre toda su longitud sobre dicho árbol 1.

La aleación de níquel que constituye el anillo 11 se elige para que el contacto metal/metal entre el árbol 1 que es de acero inoxidable austenítico y este anillo 11 de aleación de níquel se conserve en las situaciones normales de funcionamiento.

Las características de la aleación de níquel permiten asegurar este contacto gracias a su coeficiente de dilatación más pequeño que el del metal que constituye en árbol 1 y también por su capacidad para soportar las oscilaciones térmicas sin plastificarse.

Una de las aleaciones con mejores resultados para esta función es por ejemplo "el inconel 718".

El anillo 11 de aleación de níquel está rodeado por un anillo externo 15 de acero inoxidable austenítico.

Este anillo externo 15 está zunchado en cada una de sus extremidades al anillo 11 de aleación de níquel y comprende entre las dos extremidades zunchadas, un hueco cilíndrico 16 para formar un juego con la superficie externa de dicho anillo 11.

Así, el anillo externo 15 protege el anillo 11 de aleación de níquel de las inestabilidades de la zona de transición entre el agua caliente y el agua fría.

El juego formado por el hueco 16 está fijado de tal manera que el anillo externo 15 deformado por el gradiente térmico en situación nominal de funcionamiento entra en contacto con la superficie externa del anillo 11 de aleación de níquel.

Esta deformación permite eliminar o minimizar la película de agua que puede circular entre los dos anillos 11 y 15 ya que la circulación del agua entre dichos anillos favorece la fatiga térmica.

El aislamiento térmico es igualmente mejorado gracias a la presencia del anillo 11 de aleación de níquel que presenta una baja conductividad.

Preferentemente, la longitud total de las extremidades zunchadas del anillo externo 15 sobre el anillo 11 de...

1. Pantalla de protección térmica para un árbol rotatorio (1), especialmente para un árbol de bomba primaria de central nuclear, caracterizada porque comprende, en la zona de transición térmica entre el fluido caliente y el fluido frío, un anillo (11) de aleación de níquel zunchado a dicho árbol (1) rodeado por un anillo externo (15) de acero inoxidable austenítico zunchado a cada una de sus extremidades en este anillo (11) de aleación de níquel y que comprende, entre las dos extremidades zunchadas, un hueco cilíndrico (16) para formar un juego con la superficie externa de dicho anillo (11) de aleación de níquel.

2. Pantalla según la reivindicación 1, caracterizada porque la pared del hueco cilíndrico (16) del anillo externo (15) comprende unas partes anulares (16a) salientes de reducción del juego entre dicha pared y la cara externa del anillo (11) de aleación de níquel.

3. Pantalla según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la longitud total de las extremidades zunchadas del anillo externo (15) representa alrededor del 20% de la longitud de este anillo (15).

4. Pantalla según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque comprende un pasador transversal (17) de acero inoxidable austenítico de unión del anillo (11) de aleación de níquel y del anillo externo (15) de acero inoxidable austenítico con el árbol (1), estando montado dicho pasador (17) en un orificio (18) dispuesto en el árbol (1) y los anillos (11; 15) y estando soldada la extremidad libre (17a) de este pasador (17) sobre el anillo externo (15).

5. Pantalla según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el árbol (1) comprende, a nivel de la parte inferior del anillo (11) de aleación de níquel, un hueco en el cual está montado un anillo ranurado (20).

6. Pantalla según la reivindicación 5, caracterizada porque el anillo ranurado (20) está fabricado con un material cuyo coeficiente de dilatación es idéntico al del material del árbol (1).