CN103534549A - 蒸汽发生器管廊流缓冲件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种管壳式蒸汽发生器，在管壳式蒸汽发生器中，直径基本等于管束中的换热管的直径的一系列杆放置在管廊的任意一侧上，以便缓冲管廊中来自换热管的流，以减轻作用在毗邻管廊的第一若干行换热管上的湍流力。

Description

蒸汽发生器管廊流缓冲件

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年4月4日提交的名称为蒸汽发生器管廊流缓冲件的临时申请序列号No.61/471,328的优先权。

技术领域

本发明整体涉及一种U形管壳式蒸汽发生器，并且更加具体地涉及如下一种发生器，所述发生器减轻管廊内的再循环流体和给水的高速流动对换热管的影响。

背景技术

压水核反应堆蒸汽发生器通常包括：竖直定向的壳体；多根U形管，所述多根形状管布置在壳体中，以便形成管束；管板，所述管板用于将管支撑在与U形弯曲部相对的端部处；分隔板，所述分隔板与管板相配合；和封头，所述封头在管束的一个端部处形成一级流体进口集管，而在管束的另一个端部处形成一级流体出口集管。一级流体进口喷嘴与一级流体进口集管流体连通，而一级流体出口喷嘴与一级流体出口集管流体连通。蒸汽发生器次级侧包括：位于外侧的封套，其布置在管束和壳体之间形成由壳体构成的环形室；和位于内侧的封套；以及布置在管束的U形弯曲端部上方的给水环。

已经经由循环通过反应堆加热的一级流体通过一级流体进口喷嘴进入到蒸汽发生器中。从一级流体进口喷嘴开始，一级流体通过一级流体进口集管，通过U形管束，离开一级流体出口集管并且通过一级流体出口喷嘴抵达反应堆冷却剂系统的剩余部分。同时，将给水引入到蒸汽发生器次级侧中（即，蒸汽发生器的与管板上方的管束的外侧交界的一侧），通过连接到蒸汽发生器内部的给水环的给水喷嘴。在一个实施例中，在进入蒸汽发生器时，给水与从水气分离器返回的水相混合。该混合物（称作下水管流）沿着毗邻壳体的环形室向下，直到位于环形室底部处的管板致使水改变方向为止，从而与U形管的外侧成热传递关系，并且向上通过封套的内部。在水以与管束成热传递关系循环的同时，热量从管中的一级流体传递到环绕管的水，从而致使环绕管的水的一部分转变成蒸汽。为了区分开这种蒸汽/水混合物与单相下水管流，环绕管的流体流被称为管束流。然后蒸汽上升并且通过多个水气分离器，所述水气分离器将携带的水与蒸汽分离开，然后蒸气离开蒸汽发生器并且通常循环通过涡轮，以便以本领域中众所周知的方式发电。

因为一级流体包含辐射材料，并且仅仅通过U形管壁与给水隔离开，所以U形管壁形成用于隔离这些辐射材料的主要边界的一部分。因此重要的是，通过很好地支撑U形管以便在所述U形管中不会发生破裂来保持所述U形管没有缺陷，所述破裂将致使辐射材料从一级流体进入到次级侧，这将造成不期望的结果。主要通过多个横向间隔开的串联管支撑板来实现对U形管的支承，所述多个横向间隔开的串联管支撑板沿着管束的高度轴向定位，并且换热管穿过所述横向间隔开的串联支撑板，其中，所述换热管的端部延伸通过管板并且固定到管板。支撑板中的孔通常具有：槽脊，所述槽脊侧向支撑换热管；和位于槽脊之间的叶状部，所述叶状部允许通过管束流和蒸汽。然而，在操作延长期以及可能管和/或管支撑板积垢之后，已经在蒸汽发生器单元的管支撑板处报告出现管磨损。最大迹象具有28%的深度。在一个蒸汽发生器中报告的总计79个迹象中，在换热管的第1-5行中发生58个，其等效于迹象总量的73%。在第1行管上发生总计79个迹象中的34%。这些迹象中的大多数发生在较高的管支撑板高度处，在所述高度处，阻尼减小而速度增大。这些行毗邻居中位于管热段和管冷段之间的管廊区域，并且经受更高的速度，因此可能承受湍流引发的冲击。众所周知的是，在第一若干行换热管内湍流强度快速减弱，并且数据通过磨损迹象的分布状况证明了存在这种现象。

因此，本发明的目的是在管壳式蒸汽发生器中减小在毗邻管廊的管支撑板处发生的换热管磨损。

而且，本发明的目的是在毗邻管廊的管支撑板的附近内减小换热管磨损，同时又没有降低蒸汽发生器的效率。

因此，本发明的目的是在毗邻管廊的第一若干行换热管内减小在上管支撑板附近内发生的换热管磨损。

发明内容

通过如下的管壳式蒸汽发生器来实现这些和其它目的，所述管壳式蒸汽发生器具有流体集管，所述流体集管在一个端部处由管板的第一侧闭合，并且被分隔板分成进气室和出气室。所述蒸汽发生器具有多根U形中空换热管，所述多根U形换热管各具有冷段和热段，其中，冷段和热段在一个端部处由U形弯曲段连接，并且在另一个端部处分别终结于热段的进口段和冷段的出口段，其中，热段的进口段延伸通过管板并且开口到进气室中，而冷段的出口段延伸通过管板并且开口到出气室中。所述蒸汽发生器还具有管廊，所述管廊位于管板的与第一侧相对的壳体侧上，并且居中位于多根U形中空换热管的热段和冷段之间，并且具有分别毗邻所述热段和冷段的侧部。结合以上元件，通过如下的多根细长的缓冲杆来实现改进，所述多根细长的缓冲杆沿着基本垂直于管板的方向在管廊内且在管廊的任一侧上延伸。缓冲杆以没有与一级流体集管中的一级流体连通的方式得到支撑。

在一个实施例中，缓冲杆的最大外径基本与U形中空换热管的外径相等。在另一个实施例中，缓冲杆具有轴向长度，并且缓冲杆的外径沿着缓冲杆的轴向长度变化。优选地，轴向长度逐步变化，并且所述蒸汽发生器包括多个间隔开的管支撑板，所述管支撑板被串联地堆叠，并且分别定向成横向于缓冲杆的轴向长度，并且其中，缓冲杆的最大直径位于缓冲杆所延伸到的距离管板最远的管支撑板处。

在另一个实施例中，缓冲杆在一个端部处连接到管板。优选地，缓冲杆延伸到管板中而又没有延伸通过管板。

在其它实施例中，蒸汽发生器具有垂直于管板的远离一级流体集管延伸的轴向尺寸，并且蒸汽发生器还包括多个间隔开的管支撑板，所述管支撑板被串联地堆叠，并且分别定向成横向于轴线，管热段和管冷段穿过所述管支撑板。缓冲杆在管支撑板中的至少一些之间延伸。优选地，缓冲杆从管板延伸通过基本所有管支撑板。

在一个实施例中，缓冲杆的轴向长度的至少一部分是中空的，并且缓冲杆的中空部分的壁厚至少等于或者大于多根U形中空换热管的壁厚。在另一个实施例中，缓冲杆是实心的。

替代地，缓冲杆可以开始从位于管板上方的一定高度处延伸，并且可以终结于最上方的管支撑板下方。另外，缓冲杆可以延伸通过至少两个毗邻的支撑板中的孔，并且在所述两个毗邻的支撑板中的一个支撑板中的缓冲杆所延伸通过的孔中的至少一些与所述两个毗邻的支撑板中的另一个支撑板中的对应的孔偏离。优选地，偏移量高达大约4毫米。

附图说明

当结合附图阅读时从优选实施例的以下描述中能够进一步理解本发明，在所述附图中：

图1是竖直管壳式蒸汽发生器的局部切掉的透视图；

图2是示出了管廊区域周围的管支撑板中的一个的一部分的平面图，其中，缓冲杆插入通过在管廊的任意一侧上延伸的进出口孔；

图3是蒸汽发生器的下部分的示意图的部分以截面示出的侧视图，其示出了本发明的缓冲杆从管板向上延伸通过上管支撑板；和

图4是蒸汽发生器的下部分的部分以截面示出的示意图，其示出了缓冲杆从管板上方延伸通过位于最上方管支撑板下方的多个管支撑板。

具体实施方式

现在参照附图，图1示出了蒸汽或水蒸气发生器10，所述蒸汽或者水蒸气发生器10利用形成管束12的多根U形管来提供加热表面，所述加热表面需要从一级流体传递热量，以汽化或者沸腾次级流体。蒸汽发生器10包括容器，所述容器具有竖直定向的管状壳体部分14、和包封上端部的顶部罩或者凹状头部16、以及包封下端部的大体半球状的封头18。下壳体部分14的直径小于上壳体部分15，并且截头圆锥形状过渡部20连接上壳体部分和下壳体部分。管板22附接到封头18，并且具有多个孔24，所述孔24布置在管板22中，以便接收U形管13的端部。分隔板26居中布置在封头18内，以便将封头分成两个隔间28和30，所述两个隔间28和30用作管束12的集管。隔间30是一级流体进口隔间，且具有与其流体连通的一级流体进口喷嘴32。隔间28是一级流体出口隔间，且具有与其流体连通的一级流体出口喷嘴34。从而，致使一级流体（即，进入到流体隔间30中的反应堆冷却剂）流动通过管束12并且通过出口喷嘴34流出。

封套36环绕管束12，所述封套36形成分别位于封套36和壳体14之间以及封套36和圆锥体部分20之间的环形通道38。封套36的顶部由下盖板40所覆盖，所述下盖板40包括与多个更大的管44流体连通的多个开口42。旋流叶片46布置在更大的管44内，以致使流动通过所述管44的蒸汽在流动通过该一级离心分离机时旋转并且离心移除包含在蒸汽中的一些水分。在这个一级分离机中从蒸汽中分离出的水返回到下盖板40的顶表面。在流动通过离心分离机之后，蒸汽在抵达居中布置在封头16中的蒸汽出口喷嘴50之前通过次级分离机48。

这种发生器的给水进口结构包括给水进口喷嘴52，给水进口喷嘴52具有大体水平部分（称作环冒口54）和高于环冒口的多个排出喷嘴56。通过给水进口喷嘴52供应的给水通过给水环54，且通过排出喷嘴56离开，并且在一个现有技术实施例中与从蒸汽中分离出的水相混合而再次循环。然后混合物从下盖板40上方向下流动进入到环形下水管通道38。然后，水进入到位于封套36的下部分处的管束12并且在管束之间向上流动，在所述管束处加热所述水以产生蒸汽。

水的沸腾行为和流体流动通过换热管，这能够致使流体弹性激发（fluid elastic excitation），所述流体弹性激发能够导致换热管振动，这能够加速所述换热管磨损。多个串联间隔开的换热管支撑板58定位成横向于壳体14的轴向尺寸，并且具有换热管延伸通过的孔。所述孔具体设计成既支撑换热管，还为通过其中的给水和再循环蒸汽提供开口。图2示出了在管廊区域中的换热管支撑板的一部分的平面图，所述管廊在换热管的U形弯曲区域下方延伸。在第1、2和3等若干行管的孔64中说明了传递到管13的热传递。换热管13示出位于若干但非全部的纹孔64内，但是，应当理解的是换热管延伸通过几乎每个示出的纹孔。管13被支撑在孔64的槽脊（land）70上，并且冷却剂流围绕管通过叶状部66。第1、2和3行最易受到因湍流引发的振动并且易受磨损，这起因于中央管廊60中的横向流。因此，第1、2和3行中的换热管13经受加剧的湍流所引发的冲击。从正在运转的发生器收集的换热管磨损数据证实，湍流力在第一若干行换热管13内快速减弱。更靠近管支撑板的中心线的进出口孔74限制了通过管束的管廊区域的水流，并且在进入到U形弯曲交叉流动区域中之前分配流量。针对下管支撑板使用流槽来替代进出口孔74。

按照此方法，细长的缓冲杆62延伸通过管廊60任意一侧上的进出口孔74，并且基本保护第1、2和3行的换热管13免受被通过进出口孔74并且横向于进出口孔74的水的冲击。因此，管廊流动缓冲件62沿着管廊60位于流管自由区域之间，并且具有当通过管廊的水流经过和/或撞击在相继的每个管支撑板58上时减缓侧向速度的作用。缓冲杆62可以被圆孔（诸如进出口孔74）或者纹孔（诸如管支撑孔64）横向地支撑，并且可以由不锈钢或者另一种耐腐蚀/耐侵蚀材料制成。在优选实施例中，流动缓冲杆62将从管板22的次级面延伸越过最上方的管支撑板68几英寸。图3示意性示出了包含管束12的蒸汽发生器的下部分的横截面，其中，仅仅示出了代表性数量的U形管。在这个示例中，八个支撑板58沿着发生器的轴线串联且间隔开地布置。管支撑板由多个撑杆72侧向支撑，所述撑杆72通过焊接或者旋拧到管板的上表面内的螺纹凹陷部中而在其下端部处附接到管板22。撑杆从管板延伸通过每一个管支撑板58中的圆形开口，从而终结于上支撑板68上方的较短距离处。虽然为了图解的目的，在图3中仅仅示出了两个撑杆72，但是实际上，在换热管13的热段和冷段之间提供了大量的其它撑杆72，以便抵抗侧向运动来支撑管支撑板。类似地，在这个优选的实施例中，缓冲杆62从管板22的上表面中的凹陷部延伸，所述缓冲杆62能够类似地固定在所述凹陷部中并且在上管支撑板68上方向上延伸若干英寸。优选地，缓冲杆62制造成与换热管13具有相同的直径，因此将不会对诸如管束内检查或者高压水冲洗淤渣的维修操作构成障碍，并且杆与其它两行管无区别。缓冲杆的存在所造成的管廊宽度的减小将不会影响可服务性，这是因为管廊的宽度将保持宽于大部分限制性蒸汽发生器单元的宽度。

图4示出了在图3中先前示意性示出的蒸汽发生器，其中，缓冲杆62从管板22（在这种情况中最下方的换热管支撑板76）上方的一高度处延伸至位于最上方换热支撑板68下方的换热管支撑板58正上方的一高度处。另外，缓冲杆62示出为具有阶梯式直径，其中，最大的直径延伸通过上部换热管支撑板58，以便针对更大湍流区域中的冲击提供更多保护。此外，与如在图4中图解的缓冲杆的上延伸部或者在图3中用实线示出的换热管壁相比缓冲杆62可以具有厚壁。另外，交替的管支撑板中的缓冲杆和换热管支撑孔的中心线位置可以偏移4毫米之多，以便进一步控制缓冲杆62以及换热管13的振动。这将提供轻预载，所述轻预载将有助于消除磨损率高于侵蚀型磨损的撞击磨损。

尽管已经详细描述了本发明的具体实施例，但是本领域中的技术人员应当理解的是根据本公开的整体教导可以针对那些细节做出多种修改方案和替代方案。因此，公开的特殊实施例并在仅仅说明而非限制本发明的范围，所述本发明的范围将被赋予所附权利要求和任何并且全部其等效物的全部范围。

Claims (15)

1.一种用于从一级流体将热量传递到次级流体的管壳式蒸汽发生器，所述管壳式蒸汽发生器包括：

一级流体集管，所述一级流体集管在一个端部处由管板的第一侧闭合，并且被分隔板分成进气室和出气室；

多根U形中空换热管，所述多根U形换热管各具有冷段和热段，其中，冷段和热段在一个端部处由U形弯曲段连接，并且在另一个端部处分别终结于热段的进口段和冷段的出口段，其中，热段的进口段延伸通过管板并且开口到进气室中，而冷段的出口段延伸通过管板并且开口到出气室中；

管廊，所述管廊位于管板的与第一侧相对的壳体侧上，并且居中位于多根U形中空换热管的热段和冷段之间，并且具有分别毗邻所述热段和冷段的侧部；和

多根细长的缓冲杆，所述多根细长的缓冲杆沿着基本垂直于管板的方向在管廊内且在管廊的任一侧上延伸，缓冲杆没有与一级流体集管中的一级流体连通。

2.根据权利要求1所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆的最大外径基本与U形中空换热管的外径相等。

3.根据权利要求2所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆具有轴向长度，并且缓冲杆的外径沿着缓冲杆的轴向长度变化。

4.根据权利要求3所述的管壳式蒸汽发生器，其中，轴向长度逐步变化。

5.根据权利要求4所述的管壳式蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括多个间隔开的管支撑板，所述管支撑板被串联地堆叠，并且分别定位成横向于缓冲杆的轴向长度，并且其中，缓冲杆的最大直径位于缓冲杆所延伸到的距离管板最远的管支撑板处。

6.根据权利要求1所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆在一个端部处连接到管板。

7.根据权利要求6所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆延伸到管板中而又没有延伸穿过管板。

8.根据权利要求1所述的管壳式蒸汽发生器，其中，蒸汽发生器具有垂直于管板的远离一级流体集管延伸的轴向尺寸，并且蒸汽发生器还包括多个间隔开的管支撑板，所述管支撑板被串联地堆叠，并且分别定位成横向于轴线，热段和冷段穿过所述管支撑板，缓冲杆在管支撑板中的至少一些之间延伸。

9.根据权利要求8所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆从管板延伸通过基本所有管支撑板。

10.根据权利要求8所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆的轴向长度的至少一部分是中空的，并且缓冲杆的中空部分的壁厚至少等于或者大于多根U形中空换热管的壁厚。

11.根据权利要求8所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆是实心的。

12.根据权利要求8所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆从位于管板上方的一定高度处开始延伸。

13.根据权利要求8所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆延伸部终结于最上方的管支撑板下方。

14.根据权利要求8所述的管壳式蒸汽发生器，其中，缓冲杆延伸通过至少两个毗邻的支撑板中的孔，并且在两个毗邻的支撑板中的一个支撑板中的缓冲杆所延伸通过的孔中的至少一些与两个毗邻的支撑板中的另一个支撑板中的对应孔偏离。

15.根据权利要求14所述的管壳式蒸汽发生器，其中，偏离的量高达大约4mm。

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