CN101400961A - 传热管支承结构 - Google Patents

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Abstract

一种能够防止传热管的可靠性及耐久性降低的传热管支承结构。本发明的蒸汽产生器(热交换器)具有下部机身(容器)、设置在下部机身内的传热管和设置在下部机身内且沿厚度方向开口有传热管贯通插孔的管支承板，在传热管贯通插孔的内面，在传热管贯通插孔的轴线方向的中间部设置承接传热管的支承部，支承部和传热管贯通插孔的各开口端之间的区域，分别形成随着朝向开口端侧而向传热管贯通插孔的径向外侧倾斜的倾斜面。

Description

传热管支承结构
技术领域
本发明涉及一种例如原子能发电设备中所使用的蒸汽产生器等热交换器上的传热管支承结构。
背景技术
作为热交换器，往往具有容器、设置在该容器内的多个传热管和在容器内支承传热管的管支承板。该热交换器中，在传热管内流通第一流体且在容器内流通第二流体，从而使热交换在第一流体和第二流体之间进行。
在此，容器内设有支承管支承板的周缘部的封套(周缘部支承构件)和支承管支承板的内周部的撑杆(内周部支承构件)，依靠它们将管支承板固定在容器内。
作为传热管支承结构，已知例如后述专利文献1所述的支承结构。
专利文献1中，作为管支承板采用设有多个管孔的管支承板，在各管孔中贯通插入传热管，从而利用管支承板进行传热管的支承。
在此，管支承板要确保其厚度大于支承传热管所必需的厚度，以使足够承受从在容器内流通的第二流体等受到的负载，同时，管孔间区域的面积(换言之是位于管孔间的部分的体积)也要确保规定程度。
该管支承板具有从管孔内面向径向内侧突出、且具备用以将传热管支承在内侧端部上的接触面的多个突出部，在突出部端部的至少一方带有锥形，以使从内面到接触面形成圆锥形的引导结构，容易向管孔中插入传热管。即，该管支承板中，管孔的轴线方向上的突出部的长度包括锥形部分在内也比管孔的长度短，比突出部靠管孔的开口端侧的内面形成为内面平行于轴线的形状(没有锥形的形状)。
专利文献1：特公平6—63712号公报(权利要求1及图4)
蒸汽产生器中，由于制造工序中的焊接的热、焊接处理后用以确保焊接部健全性的焊接后热处理(PWHT)的热和在容器内流通的第二流体的热而使封套和撑杆被加热。此时，当在封套和撑杆的热膨胀量上产生差异、或是只有封套和撑杆中任意一方被加热并只有这一方热膨胀时，在由这些封套和撑杆所支承的管支承板上产生变形。
另外，在制造工序中变更蒸汽产生器的姿势之际，要对蒸汽产生器加载外力用以进行姿势变更，另外还要变化管支承板上加载自重的方向，因此也在管支承板上产生变形。
若在管支承板上产生变形，则管孔内面相对于贯通插入该管孔中的传热管倾斜，管孔的开口端等压接在传热管上。从而，根据在管支承板上产生的变形的大小，有可能在传热管上产生压痕和损伤等。
如上所述，由于确保管支承板的厚度大，因此，从管孔一方的开口端到另一方开口端的距离大。从而，即使管孔内面的倾斜量只有少许，管孔一方的开口端和另一方开口端的位置偏离也会很大，对传热管加载大的负载。
像这样若在传热管上产生压痕和损伤等，则会损害传热管的可靠性和耐久性，因此不作为优选。
发明内容
本发明即是鉴于这些事情而产生的，其目的在于提供一种不易在传热管上产生压痕和损伤等、能够防止传热管的可靠性及耐久性降低的传热管支承结构。
为了解决上述课题，本发明采用以下手段。
即，本发明的第一方式提供一种传热管支承结构，是使用于热交换器中的传热管的支承结构，该热交换器具有容器、设置在该容器内的传热管和设置在所述容器内且沿厚度方向开口有传热管贯通插孔的管支承板，所述传热管支承结构的特征在于，在所述传热管贯通插孔的内面，在该传热管贯通插孔的轴线方向的中间部设置有承接所述传热管的支承部，并且，该支承部和所述传热管贯通插孔的各开口端之间的区域，分别形成随着朝向所述开口端侧而向所述传热管贯通插孔的径向外侧倾斜的倾斜面。
如此构成的传热管支承结构中，贯通插入管支承板的传热管贯通插孔中的传热管由设置在传热管贯通插孔内面的支承部承接。
在传热管贯通插孔内面，承接传热管的支承部和传热管贯通插孔开口端之间的区域，形成随着朝向开口端侧而向传热管贯通插孔的径向外侧倾斜的倾斜面。
即、该传热管支承结构中，在形成于支承部和开口端之间的倾斜面部分与传热管之间确保间隙(避让)。
从而，即使在管支承板上产生倾斜，传热管贯通插孔的开口端等也不易碰到传热管，不易在传热管上产生压痕和损伤等。
另外，本发明的传热管支承结构中，即使传热管接触到传热管贯通插孔的内面，传热管和传热管贯通插孔的内面(倾斜面)也以接近平行的角度抵接。即、本发明的传热管支承结构中，由于传热管和传热管贯通插孔内面的接触面积大，因此，加载给传热管的负载被分散，不易在传热管上产生压痕和损伤等。
另外，本发明中，从管支承板的传热管贯通插孔的开口端到支承部形成倾斜面。
从而，本发明中，能够确保传热管的避让，且进一步降低传热管贯通插孔的容积，因此能够确保管支承板的强度。
另外，本发明的第二方式提供一种传热管支承结构，是使用于热交换器中的传热管的支承结构，该热交换器具有容器、设置在该容器内的传热管、设置在所述容器内且沿厚度方向开口有传热管贯通插孔的管支承板、支承该管支承板的周缘部的周缘部支承构件和支承所述管支承板的内周部的内周部支承构件，所述传热管支承结构的特征在于，在以所述内周部支承构件支承所述管支承板的支承位置中的距周缘部最近的支承位置到所述管支承板的中心位置的距离为D1，以所述周缘部支承构件支承所述管支承板的支承位置到所述管支承板的中心位置的距离为D2时，满足D1/D2<0.6。
该发明根据本发明者们通过实验等获得的以下观点而产生。
一般而言，热交换器的容器通过将多个构件、例如圆筒形的机身部分和封闭机身部分两端的拱形状水室盖焊接在一起而作成。另外，在该容器的制造工序中，也对容器实施焊接后热处理。
支承管支承板的周缘部的周缘部支承构件与支承管支承板的内周部的内周部支承构件相比，更靠近容器中实施了焊接和热处理的部位。即，周缘部支承构件比内周部支承构件容易传递焊接处理和焊接后热处理之际施加给容器的热。
因而，当对容器实施了焊接处理和焊接后热处理之际，周缘部支承构件的热膨胀量大于内周部支承构件的热膨胀量。于是，管支承板的周缘部被周缘部支承构件挤压，比管支承板的内周部支承构件所支承的支承位置更靠周缘部侧的部分(以下，称为“外周部”)朝向管支承板的一面侧翻转。
另外，当在热交换器的工作过程中，在周缘部支承构件附近流通的流体和在内周部支承构件附近流通的流体之间产生温度差时，也在周缘部支承构件和内周部支承构件之间产生热膨胀量的差，在管支承板上产生如上所述的变形。
从而，在管支承板的外周部，在传热管贯通插孔中产生倾斜，由此有可能在支承于管支承板外周部的传热管上产生压痕和损伤等。
当像这样在管支承板上产生由热膨胀引起的变形时，在管支承板上，内周部支承构件支承的支承位置成为支点，周缘部支承构件支承的支承位置成为力点。因而，内周部支承构件支承的管支承板的支承位置和周缘部支承构件支承的管支承板的支承位置的距离越小，外周部的变形量(外周部相对于内周部的倾斜角度)越大。另外，内周部支承构件支承的管支承板的支承位置和周缘部支承构件支承的管支承板的支承位置的距离越大，外周部的变形量越小。
为此，本发明中，以内周部支承构件支承的管支承板的支承位置中的距周缘部最近的支承位置到管支承板的中心位置的距离为D1，以周缘部支承构件支承的管支承板的支承位置到管支承板的中心位置的距离为D2，满足D1/D2<0.6。
通过像这样与周缘部支承构件支承的管支承板的支承位置到管支承板的中心位置的距离相比，充分确保管支承板上的支点和力点的距离，从而能够减小管支承板的外周部相对于内周部的变形量。
从而，即使在周缘部支承构件和内周部支承构件之间产生热膨胀量的差之际，只要减小设置在管支承板外周部的传热管贯通插孔的倾斜角度即可，不易在支承于管支承板外周部的传热管上产生压痕和损伤等。
在此，像这样在确保管支承板的支点和力点的距离的基础上，还可以采用以下构成。
具体地说，可以在传热管贯通插孔的内面，在传热管贯通插孔的轴线方向的中间部设置承接传热管的支承部，支承部和传热管贯通插孔的各开口端侧之间的区域分别形成随着朝向开口端侧而向传热管贯通插孔的径向外侧倾斜的倾斜面。
这种情况下，由于在形成于支承部和开口端之间的倾斜面部分与传热管之间确保间隙(避让)，因此即使在管支承板上产生倾斜，传热管贯通插孔的开口端等也很难碰到传热管，不易在传热管上产生压痕和损伤等。
另外，即使传热管接触到传热管贯通插孔的内面，传热管和传热管贯通插孔内面(倾斜面)也以更接近平行的角度抵接，传热管和传热管贯通插孔内面的接触面积大，因此施加给传热管的负载被分散，不易在传热管上产生压痕和损伤等。
再有，由于能够确保传热管的避让且能够使管支承板的容积比专利文献1所述的管支承板更进一步降低，因此能够确保管支承板的强度。
另外，在本发明的第一方式或第二方式中，可以在所述管支承板的表面和所述各倾斜面的边界部分设置有倒角部。
这种情况下，在管支承板的表面和构成传热管贯通插孔内面的各倾斜面的边界部分没有棱角，因此即使在该区域接触传热管，从该边界部分施加给传热管的负载也会被分散，而不易传热管上产生压痕和损伤等。
根据本发明的传热管支承结构，能够防止传热管的可靠性及耐久性的降低。
附图说明
图1是概略性表示适用了本发明第一实施方式的传热管支承结构的蒸汽产生器(热交换器)构成的纵剖视图。
图2是表示图1所示蒸汽产生器构成的局部剖开立体图。
图3是图1的局部放大图。
图4是适用了本发明第一实施方式的传热管支承结构的蒸汽产生器的剖视图。
图5是图4的局部放大图。
图6是表示在本发明第一实施方式的传热管支承结构中使用的管支承板的形状的俯视图。
图7是图6的A—A向视剖视图。
图8是图7的局部放大图。
图9是表示在本发明第一实施方式的传热管支承结构中使用的管支承板的形状的局部剖开立体图。
图10是概略性表示本发明第一实施方式的传热管支承结构的作用的图。
图11是概略性表示本发明第二实施方式的传热管支承结构的图。
图中，1—蒸汽产生器(热交换器)，3—下部机身(容器)，13—传热管，15—封套(周缘部支承构件)，16—撑杆(内周部支承构件)，25—管支承板，26—传热管贯通插孔，27—支承部，28—倾斜面，29—倒角部。
具体实施方式
[第一实施方式]
以下，关于本发明的第一实施方式，参照附图进行说明。
本实施方式表示在图1所示的蒸汽产生器1中适用本发明的传热管支承结构的例子。
蒸汽产生器1是在加压水型原子能发电设备中，通过在回收了原子炉炉心产生的热而成为高温高压的一次冷却水(一次冷却材料)和在与一次冷却水独立的流路中流通的二次冷却水(二次冷却材料)之间进行热交换，从而使二次冷却水沸腾，产生用来驱动发电用涡轮的高压蒸汽。
以下，关于蒸汽产生器1的具体构成进行说明。
如图1及图2所示，蒸汽产生器1具有由大致圆筒形状的下部机身3和大致圆筒形状的上部机身5构成的容器。
下部机身3具备第一水室7、第二水室9、管板11、多个传热管13和封套(管群外筒)15。
下部机身3的下端部形成大致半球拱形状，其内部划分成左右两室。这两室中、一个室作为第一水室7，另一个室作为第二水室9。第一水室7上设有一次冷却材料入口嘴17。以使通过该一次冷却材料入口嘴17向第一水室7内导入来自原子炉炉心的一次冷却水。
在第二水室9上设有一次冷却材料出口嘴19。经蒸汽产生器1热交换并回收到第二水室9中的一次冷却水，通过一次冷却材料出口嘴19向原子炉炉心送出。
如图1所示，管板11将下部机身3内划分成构成第一水室7及第二水室9的下端部和收纳传热管13的上部。
各传热管13是从管板11竖立到下部机身3的上端，在下部机身3内形成倒U字型流路。各传热管13分别是一端通过管板11与第一水室7连接，另一端通过管板11与第二水室9连接。
传热管13的直管部分由沿上下方向隔开规定间隔设有多个的管支承板25支承。
管支承板25形成大致圆板形状，如图3所示，沿厚度方向开口有多个贯通插有传热管13的传热管贯通插孔26。
管支承板25利用从管板11向上方竖立的多个撑杆16支承径向内侧的区域。本实施方式中，撑杆16在与下部机身3同轴的圆周上配置多根，配置在该同一圆周上的撑杆16的组以不同直径设置多组。即、管支承板25在径向的多个部位由撑杆16支承。
封套15是包围所有传热管13的直管部分周围的大致圆筒形的构件，利用焊接等将其上下端分别相对于下部机身3进行固定。管支承板25将周缘部相对于封套15的内周面进行固定。
如图1所示，上部机身5具备给水环31、汽水分离器33、湿存水分离器35和蒸汽室37。
给水环31是环状设置在上部机身5的下部的配管，具有将通过设置在上部机身5上的给水入口嘴39供给的二次冷却水向封套15的外侧供给的功能。
汽水分离器33将从下部机身3进送的混有水的蒸汽粗分离成蒸汽和水。经汽水分离器33分离的水作为二次冷却水再次返回到蒸汽产生器1内。
经汽水分离器33粗分离的蒸汽被导入到湿存水分离器35中，将蒸汽中含有的湿存水分离。
分离出了湿存水的蒸汽被送入蒸汽室37后，通过设置在上部机身5上的蒸汽出口嘴41，被送入发电用涡轮中。
以下，关于该蒸汽产生器1上的传热管13的支承结构，更详细地说明。
图4表示管支承板25的俯视图。在管支承板25上有规则地形成多个传热管贯通插孔26。本实施方式中，管支承板25在图4所示多条斜线的各交点部分形成传热管贯通插孔26。
关于传热管贯通插孔26的详细配置，用图5进行说明。图5是图4中以实线圈起表示的区域P的放大图。
在管支承板25上形成传热管贯通插孔26，该导热贯通插孔26形成在管支承板25上等间隔配置的多个平行线的组角度改变60°地设置2组时的各平行线的交点位置。
本实施方式中，传热管贯通插孔26的内面其构成是如图5及图6所示，在大致圆筒内面的环绕轴线的多个部位设置支承传热管13的支承部27。
如图7所示，支承部27由导热贯通插孔26内面中、从轴线方向的中间部向径向内侧突出的突起部构成。
支承部27的突出端形成与传热管贯通插孔26的轴线大致平行的圆筒面，以使用面接触承接传热管13的外周面。
本实施方式中，如图6所示，支承部27环绕传热管贯通插孔26的轴线相隔120°设置3个。从而，传热管贯通插孔26的圆筒状内面位于夹着传热管贯通插孔26的轴线与各支承部27相反侧。
在传热管贯通插孔26的内面，支承部27和传热管贯通插孔26的各开口端之间的区域，分别形成随着朝向开口端侧而向传热管贯通插孔26的径向外侧倾斜的倾斜面28。
例如，本实施方式中，传热管贯通插孔26的长度设定为35mm，传热管贯通插孔26的轴线方向上的倾斜面28的尺寸设定为7mm。另外，倾斜面28相对于传热管贯通插孔26的轴线O的倾斜角度θ(参照图8)设定为约10度。
再如图8及图9所示，在管支承板25的表面和各倾斜面28的边界部分设置倒角部29。该倒角部29优选是由例如曲率半径R为1.0mm以上(例如R＝2mm和R＝3mm等)的曲面构成。
在上述传热管13的支承结构中，贯通插入管支承板25的传热管贯通插孔26中的传热管13由设置在传热管贯通插孔25内面的支承部27承接。
在传热管贯通插孔26的内面，承接传热管13的支承部27和传热管贯通插孔26的开口端之间的区域，形成随着朝向开口端侧而向传热管贯通插孔26的径向外侧倾斜的倾斜面28。
即、该传热管13的支承结构中，在形成于支承部27和开口端之间的倾斜面28部分与传热管13之间确保间隙(避让)。
从而，如图10所示，即使在管支承板25上产生倾斜，传热管贯通插孔26的开口端等也很难碰到传热管13，不易在传热管13上产生压痕和损伤等。
在此，在专利文献1所述的管支承板中，如前所述，比突出部更靠管孔开口端侧的内面形成内面平行于轴线的形状(没有锥形的形状)。从而，若专利文献1所述的管支承板中，管支承板相对于传热管倾斜，则传热管接触到管孔开口端和管支承板的表面交叉的角部。该角部形成大致直角，因此，会集中向传热管与角部的抵接部加载力，容易在传热管上产生压痕和损伤等。
与此相对，本实施方式的传热管支承结构中，如前所述即使在管支承板25上产生倾斜，传热管贯通插孔26的开口端等也很难碰到传热管13，另外，即使传热管13接触到传热管贯通插孔26的内面，传热管13和传热管贯通插孔26的内面(倾斜面28)也以更加接近平行的角度抵接。即，本实施方式的传热管支承结构中，由于传热管13和传热管贯通插孔26内面的接触面积大，因而加载给传热管13的负载被分散，不易在传热管上产生压痕和损伤等。
另外，在专利文献1所述的管支承板中，管孔突出部的锥形部分没有达到管孔的开口端，与之相对，本实施方式的传热管支承结构中，从管支承板25的传热管贯通插孔26的开口端到支承部27形成倾斜面28。
从而，本发明中，能够确保传热管13的避让，且能够比专利文献1所述的管支承板的管孔更加降低传热管贯通插孔26的容积(换言之，能够使管支承板25的导热板贯通插孔26间的区域的体积比专利文献1所述的管支承板的管孔间的体积大)，因此，能够确保管支承板25的强度。
另外，本实施方式中，在管支承板25的表面和各倾斜面28的边界部分设置倒角部29。
从而，在管支承板25的表面和构成传热管贯通插孔26内面的各倾斜面28的边界部分没有棱角，因此即使在该区域接触传热管13，从该边界部分施加给传热管13的负载也会被分散，而不易在传热管13上产生压痕和损伤等。
如以上所述，根据本实施方式的传热管的支承结构，由于不易在传热管13上产生压痕和损伤等，因此能够防止传热管13的可靠性及耐久性的降低。
[第二实施方式]
以下，关于本发明的第二实施方式，用图11进行说明。
本实施方式的传热管支承结构，是在第一实施方式所示的蒸汽产生器1中，当以撑杆16(内周部支承构件)支承管支承板25的支承位置中的距管支承板25的周缘部最近的支承位置到管支承板25的中心位置的距离为D1，以封套15(周缘部支承构件)支承管支承板25的支承位置到管支承板25的中心位置的距离为D2时，满足D1/D2<0.6。
在此，蒸汽产生器1的下部机身3通过将圆筒形的机身部分和封闭机身部分下端的拱形状水室盖焊接在一起而作成。另外，在该下部机身3的制造工序中，为了确保焊接部的健全性而实施焊接后热处理。
如图3所示，支承管支承板25的周缘部的封套15与支承管支承板25的内周部的撑杆16相比，更靠近下部机身3实施了焊接和热处理等的部位。即，封套15与撑杆16相比，更容易传递焊接处理和焊接后热处理之际施加给下部机身3的热。
因而，当对下部机身3实施了焊接处理和焊接后热处理之际，封套15的热膨胀量大于撑杆16的热膨胀量。于是，管支承板25的周缘部被封套15朝向上方挤压，比管支承板25的撑杆16支承的支承位置更靠周缘部侧的部分(外周部)朝向管支承板25的上面侧翻转。
另外，当在热交换器1的工作过程中，在封套15附近流通的流体和在撑杆16附近流通的流体之间产生温度差时，也在封套15和撑杆16之间产生热膨胀量的差，在管支承板25上产生如上所述的变形。
从而，在管支承板25的外周部，在传热管贯通插孔26中产生倾斜。
当像这样在管支承板25上产生由热膨胀引起的变形时，在管支承板25上，撑杆16支承的支承位置成为支点，封套15支承的支承位置成为力点。因而，撑杆16支承的管支承板25的支承位置和封套15支承的管支承板25的支承位置的距离越小，管支承板25的外周部的变形量(外周部相对于内周部的倾斜角度)越大(图11中单点划线所示的状态)。另外，撑杆16支承的管支承板25的支承位置和封套15支承的管支承板25的支承位置的距离越大，外周部的变形量越小。
为此，本实施方式中，如上所述，以撑杆16支承的管支承板25的支承位置中的距周缘部最近的支承位置(配置在最外周的撑杆16的组所支承的支承位置)到管支承板25的中心位置的距离为D1，以封套15支承的管支承板25的支承位置到管支承板25的中心位置的距离为D2，满足D1/D2<0.6。
通过像这样与封套15支承的管支承板25的支承位置到管支承板25的中心位置的距离D2相比，充分确保管支承板25上的支点和力点的距离，从而能够减小管支承板25的外周部相对于内周部的变形量。
从而，即使在封套15和撑杆16之间产生热膨胀量的差之际，只要如图11中双点划线所示，减小设置在管支承板25外周部的传热管贯通插孔26的倾斜角度即可，不易在支承于管支承板25外周部的传热管13上产生压痕和损伤等。
在此，本实施方式中，示出了管支承板25的传热管贯通插孔26内面形状与第一实施方式所示的管支承板25上的传热管贯通插孔26的内面形状相同的例子，不过，当如上所述将撑杆16支承的管支承板25的支承位置和封套15支承的管支承板25的支承位置的位置关系设定在合适的范围时，管支承板25的倾斜本身受到抑制，因此在管支承板25上可以不必设置倾斜面28和倒角部29。

Claims (5)

1.一种传热管支承结构，是使用于热交换器中的传热管的支承结构，该热交换器具有容器、设置在该容器内的传热管和设置在所述容器内且沿厚度方向开口有传热管贯通插孔的管支承板，所述传热管支承结构的特征在于，
在所述传热管贯通插孔的内面，在该传热管贯通插孔的轴线方向的中间部设置有承接所述传热管的支承部，并且，
该支承部和所述传热管贯通插孔的各开口端之间的区域分别形成随着朝向所述开口端侧而向所述传热管贯通插孔的径向外侧倾斜的倾斜面。
2.一种传热管支承结构，是使用于热交换器中的传热管的支承结构，该热交换器具有容器、设置在该容器内的传热管、设置在所述容器内且沿厚度方向开口有传热管贯通插孔的管支承板、支承该管支承板的周缘部的周缘部支承构件和支承所述管支承板的内周部的内周部支承构件，所述传热管支承结构的特征在于，
在以所述内周部支承构件支承所述管支承板的支承位置中的距周缘部最近的支承位置到所述管支承板的中心位置的距离为D1，
以所述周缘部支承构件支承所述管支承板的支承位置到所述管支承板的中心位置的距离为D2时，满足D1/D2<0.6。
3.根据权利要求2所述的传热管支承结构，其特征在于，
在所述传热管贯通插孔的内面，在该传热管贯通插孔的轴线方向的中间部设置有承接所述传热管的支承部，并且，
该支承部和所述传热管贯通插孔的各开口端侧之间的区域分别形成随着朝向所述开口端侧而向所述传热管贯通插孔的径向外侧倾斜的倾斜面。
4.根据权利要求1所述的传热管支承结构，其特征在于，
在所述管支承板的表面和所述各倾斜面的边界部分设置有倒角部。
5.根据权利要求3所述的传热管支承结构，其特征在于，
在所述管支承板的表面和所述各倾斜面的边界部分设置有倒角部。
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