CN1007450B - 防止给水管道中热分层的装置 - Google Patents

Abstract

在管道的向上转折(12)下游的一个固定式螺旋体(14)将其内部分隔成若干扭曲的通道，以低流率进入的冷水在到达高度(h)之前被堵塞在上游端并完全充满要保护以防热梯度的上游部分(11)。

Description

本发明涉及防止蒸汽发生器给水管道中热分层的装置，尤其是核电站的压水蒸汽发生器。

这类发电站用的蒸汽发生器常常具有一个环形分配器，其形状如同一个立式斧斩圆环体，或者带有凸角，而这种环形体基本上是由水平的管道供水的。在这种反应器的工作过程中，在外套内的水的自由表面是高于管道和分配器的，而且水在管内的速度是较高的。其工作过程是令人满意的。但是，在各种类型的异常的暂时的条件下可能受到干扰。

一个问题是当处于非常低的负载条件下工作时，由给水的热分层产生的。这种现象在一篇文章：“在热冲击和热分层作用的影响下轻水反应堆水平给水管道的负荷条件”，米克什等人著，核工程及设计1985年84期第179-187页中进行了更准确地描述。这种现象是在正常工作条件下，当蒸汽发生器配置以单一供水装置时就加重了，但是发生故障或出问题是在非常低的负载条件下出现的。后一种情况是在蒸汽发生器的工作温度下将一个较小的给水流喷射入充满水的管道中。由于流率低，冷水不能与热水相混合而是在管道的底部形成一个分离层。这种分层在管道壁的上下部分之间保持一个高的温度梯度。这种温度梯度将导致容易产生破裂包括管道与外套的连接焊缝处破裂的热应力。这种现象被各层之间的界面处的振动所引起的疲劳加重了。

被认为有助于在那些需要保护的区域内即低水平上游部分集聚冷水的弯曲管道并不能有效地降低这种分层现象，这种现象似乎显示出在占据着气球形装置的热水与管道内部之间的自然对流所造成的热交换是更 有帮助的，在英国专利GB-A-2157407公开了这一装置，该装置使用了直立部分有较大高度的给水管。消除这种分层的各种尝试都进行过。其中一种方法包括将导入管道的水经过一个环形溢流孔流入一个水箱，在那里进行一定的混合。也曾经建议过在管道的弯头的内壁上设置一个一定高度的环形或螺旋形伸出部分以便增加流动的扰动。这样一种装置仅具有有限的效果。这样当流率低时，即想得到一种混合物时，供给的水流只是绕过这样所形成的屏障。

本发明的目的在于通过采用一种简单的装置有可能消除蒸汽发生器给水管道的分层问题，这种装置仅导致有限的流动压力降，并且纯属静态性质。

其特征是用来部分阻挡冷水的给水管道双弯头向上转折和螺旋体的组合。冷水在被允许流入发生器之前充满给水管中希望防止分层的整个部分，并用作热水回流的障碍。

更详细地说本发明涉及位于给水管道向上转折下游（转折本身是在给水管中要防止热分层的一个区域的下游）的一个由中央轮毂和将轮毂连接至给水管道上的若干叶片所组成的固定式螺旋体，该叶片至少围绕着轮毂的半圈形成并以下述方式形成扭曲的通道，即在通道内藉重力流动的给水在完全充满转折上游的给水管道后才流向螺旋体的下游。

转折便利地由给水管道的两个水平部分在其中间连接一个倾斜度约为30°的转折部分构成。

下面将参照附图，结合各个非限制性的实施例进行更详细地描述，其中：

图1是本发明要防止的现象;

图2是本发明的一个实施例，它以一个给水管道的纵向截面图表示;

图3是沿图2的Ⅲ-Ⅲ线切取的一个截面图。

图1显示一个通过蒸汽发生器外套2的常规的给水管道1，该管道是 以焊缝9连接至外套2上并通向该外套的内部以便将水流入一个未显示的供水环形体内。该给水管道1可以连接至两个分离的供水装置或给水装置上。一个热水供给器4是采用正常的工作条件供水而且其流速较高，以便将给水管道1完全充满。但是当采用一个第二冷水供给器5用于对蒸汽发生器的内部3进行冷却时，通常是采用较低的流率，所以使冷水按照箭头F所指示方向在给水管道1的下部以冷水层6的形式流通，而同时被保持在给水管道1中的低密度热水层7复盖。

由于在给水管道1中的热水持久地更新或再补充使得两层6和7不能相混合，而且它们之间也不发温度的平衡。热水在向下游运动之前按照箭头C1的方向经过热水层7的顶部朝着上游侧流动，并在冷水层6的流动作用下按照箭头C2的方向流动。这就导致在冷水层6与热水层7之间的界面8处产生一个很大的温度梯度，因此在给水管道1的这一高度处存在突然膨胀的变化，从而造成很高的剪切应力，特别是靠近焊缝9附近，那里变形的可能性更减小了。由于上述欲加以防止的热分层现象，这里已经留意到疲劳破裂。

由图2中可以看出，按照本发明的给水管道分成三个部分，即通过外套2的一个上游部分11，一个在外套2内并通向供水环形体的下游部分13和一个连接上述两部分的转折部分12。

上游部分11和下游部分13都是水平的，而下游部分要位于略高的水平。它们构成一个垂直向上的转折，而该转折部分12是与水平方向成一角度A，形成一个倾斜度，这一倾斜度的选择要使其不产生一个过大的压力降，而该角度约为30°。

一个固定式的螺旋体14位于下游部分13内。它是由一个其轴线平行于下游部分13轴线的长圆柱形轮毂15以及若干叶片16组成，叶片在图3中所看到的是4个而且叶片将轮毂15连接至下游部分13上。叶片是在轮毂15的整个长度上延伸着而且其螺旋形扭曲要盖住管道的四分之三圈。 这些叶片可以是相同的而且在角向是均匀分布的。在轮毂15和管道下游部分13和各相邻叶片之间形成各通道17，该通道的截面为角环扇形。由于叶片16是螺旋形的，通道17都是扭曲的。

在此处所描述的实施例中，在紧靠着转折部分12（或上游端）的叶片16的端部18与水平方向成45°。这样可以由图3中看出一个位于轮毂15上方的上通道17s就在此位置上，一个下通道17f位于通道17s相对于轮毂15的对面，和两个左边和右边的侧通道17g和17d，它们相互处于对面位置。向下游流动的水即朝着图2的右边流动的水流经螺旋体14并在通道17内。

对于现在所描述的螺旋体14，每个通道17具有一个处于轮毂15上方的截面，上通道17s是在螺旋体14的进口处，右侧通道17d是在其长度的1/3处，下通道17f是在其长度的2/3处，而左侧通道17g是在出口处（横座标分别为1/31，2/31和1请见图2）。

该保护装置的功能如下所述。当决定供给冷水时，如图1所示，首先流入管道的下部并到达螺旋体14。逐渐地流入下通道17f，然后是两侧通道17g和17d，但不能离开这些通道，因为它们都具有一个水平高于它们进口截面的截面，因此，冷水聚集在螺旋体14的上游而且其水位不断地上升。这种情况一直持续到冷水到达相当于通道17s的最下点的高度h时，通道17s的截面有一高度，它从进口截面开始不断变小，然后管道的其余部分就要填充以热水。然后冷水就开始流过上通道17s，该通道具有一个下降的斜率，从而使水自由地流过螺旋体14。

就是这样，无论供水的流率多么低，在螺旋体14的上游都能保证形成一个最小冷水高度。假如流率合适，则在恒定的工作条件下可以超过这一高度值。假如管道的上游部分11的位置完全处于高度h以下，则保护上游部分以防热梯度就能得到，因为热水不断地从那里推回来。同时螺旋体能够阻止朝着上游侧的热水对流。

这样，本发明的正确实现是决定于螺旋体14和借助于转折部分12所产生的转折的相容性。一般来说，由螺旋体14的叶片16所形成的每个通道17必须具有一个完全处于要进行保护的给水管道的上游部分11的上方的截面。至少要在一个叶片16的上部分上设置一个孔30，这样就可以使所有通道处于相同的压力之下。

在此基础上，在不超过本发明的范围条件下可以提出该装置的许多等效物构造的建议。尤其是可以改变叶片16的数目以及它们绕着轮毂15的卷绕情况。但是，一种少于半圈的卷绕将不是很现实的。

可以有几种措施用以限制通过螺旋体14的压力降。首先可以将轮毂15设置以流线型的，倒圆的或者带锥度的端部19，这类端部在上游侧和下游侧使水更容易地流过那里。叶片的上游端部18也可以加工出一个纵向前缘20，该前缘更容易将液体流到两侧分离并有助于进入通道17内。

关于具体的结构，螺旋体14可以通过一个在轮毂15上的隔离板21焊接在下游部分13上，在焊接以后将叶片16与下游部分13之间的间隙处用焊接或钎焊填充。

这样，所得到的装置具有简单的结构而且能可靠地用于解决热分层问题。这种装置与以前的方法相比既不同于为了使要进行保护的部分与外套2的内部3顶部的蒸汽团所形成的热点隔离开关限制热水朝着上游侧对流的贯穿深度所采用的隔离弯管，也不同于总是很少有成效的将热水和冷水流相混合的混合装置。

Claims (6)

1、防止蒸汽发生器给水管道热分层的装置，其特征在于：该装置包括一个位于给水管道向上转折下游(转折本身是在给水管中要防止热分层的一个的下游部分)的一个由中央轮毂(15)和将轮毂(15)连接至给水管道上的若干叶片(16)所组成的固定式螺旋体(14)，叶片(16)至少围绕着轮毂(15)半圈形成并以下述方式形成扭曲的通道(17)，即在通道内藉重力流动的给水在完全充满转折上游的给水管道后才流向螺旋体的下游。

2、如权利要求1所述的防止蒸汽发生器给水管道热分层的装置，其中蒸汽发生器包括一个由给水管道穿过的外套（2），其特征在于：转折和螺旋体（14）都位于外套之内。

3、如权利要求1任何一项所述的防止蒸汽发生器给水管道热分层的装置，其特征在于：给水管包括用一个具有约30°的倾斜度的转折部分（12）连接起来的两个水平部分。

4、如权利要求1至3任何一项所述的防止蒸汽发生器给水管道热分层的装置，其特征在于：叶片（16）具有设置在朝着转折并位于该管道的纵向的一个前缘（20）。

5、如权利要求1至3任何一项所述的防止蒸汽发生器给水管道热分层的装置，其特征在于：该轮毂（15）具有带锥度的两端部（19）。

6、如权利要求1至3任何一项所述的防止蒸汽发生器给水管道热分层的装置，其特征在于：至少有一个叶片（16）在其上部具有一个孔（30）。