CN103608623A - 用于蒸汽发生器的防振动管支撑板布置 - Google Patents
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Abstract
一种利用蒸汽发生器加压的动力使得半圆形管支撑板偏移的装置通常设置于诸如轴流节省器的具有交叉流阻板的热交换器中。偏移略微使得管屈曲，从而提供了预加载，所述预加载最小化了管振动和磨损的可能性。
Description
技术领域
本发明整体上涉及用于蒸汽发生器的管支撑布置，并且更加具体地涉及一种用于管壳蒸汽发生器的、将预负载施加在管上的管支撑布置。
背景技术
压水型核反应堆蒸汽发生器通常包括：竖直定向的壳体；多根U状管，所述多根U状管布置在壳体中，以便形成管束；管板，其用于在与U状弯曲部相对的端部处支撑管；分隔板，所述分隔板与管板相互配合；和通道集管，所述通道集管在管束的一个端部处形成一次流体入口集管而在管束的另一个端部处形成一次流体出口集管。一次流体入口喷嘴与一次流体入口集管流体连通，一次流体出口喷嘴与一次流体出口集管流体连通。蒸汽发生器二次侧包括布置在管束和壳体之间的包装装置，以形成环形室，所述环形室由外侧上的壳体和内侧上的包装装置构成；和给水环，所述给水环布置在管束的U状弯曲端部上方。
经由流通通过反应堆的被加热的一次流体通过一次流体入口喷嘴进入蒸汽发生器。从一次流体入口喷嘴，引导一次流体通过一次流体入口集管，通过U状管束，流出一次流体出口集管，通过一次流体出口喷嘴至反应堆冷却剂系统的其余部分。同时，给水被引入到蒸汽发生器二次侧（即，蒸汽发生器的与管板上方的管束外侧交界的侧），通过给水喷嘴，所述给水喷嘴连接到蒸汽发生器内的给水环。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。称作降液管流的混合物从毗邻壳体的环形室向下传送直到位于环形室的底部处的管板为止，致使水改变方向与U管的外侧成热交换关系地向上通过包装装置的内侧。在水以与管束成热交换关系流通的同时，将热量从管中的一次流体转移到包围管的水，从而致使包围管的水的一部分转换成蒸汽。然后蒸汽上升并且通过多个水气分离器，所述水气分离器从蒸汽分离携带的水，蒸汽然后离开蒸汽发生器而且通常流通通过涡轮机和发电设备，从而以本领域众所周知的方式发电。
因为一次流体包含放射性材料并且仅仅通过U形管壁与给水隔离开，所以U形管壁形成用于隔离这些放射性材料的一次边界的一部分。因此重要的是U形管保持无缺陷而在U形管中没有发生破裂，破裂将导致放射性材料从一次流体进入到二次侧；这是不理想的结果。
由于热交换器管的流体弹性激发而产生的振动能够导致管壁磨损和一次流体系统和二次流体系统之间在热交换器管通过支撑板中的孔的位置处的压力屏障破坏，所述支撑板沿着管束轴向间隔开，以支撑管。这在轴流预热器中是尤为严重的问题，所述轴流预热器应用隔离板，以将二次侧流分成热段侧和冷段侧，以使得较热的再流通水与较冷的给水的混合最小。这种分离对于待在单元的冷段侧上加热以增加单元传热效率的给水是必须的。然而，由于二次流体密度存在差异，因此，在隔离板的顶部发生交叉流，流动一般从冷段侧流向热段侧。该位置为在多种类型的预热蒸汽发生器中发生管磨损的位置，所述预热蒸汽发生器包括轴流、交叉流和逆流型蒸汽发生器。
因此，本发明的目的是控制管束振动，以避免热交换器管发生磨损。
而且，本发明的目的是控制管振动，而不会使得在制造期间或者冷却减压条件下将热交换器管通过支撑板装载到管板中复杂化。
发明内容
通过提供一种管壳蒸汽发生器来实现根据本发明的这些和其它目的，所述管壳蒸汽发生器具有：一次侧，所述一次侧用于使得加热的流体流通；和二次侧，所述二次侧具有轴向尺寸且用于使得要被在一次侧中流通的加热流体加热的流体流通。所述蒸汽发生器包括；通道封头，其用于接收加热的流体；和管板，所述管板使得通道封头与二次侧分离开。多根热交换器管分别从通道封头延伸通过管板并且通过二次侧的一部分。多个轴向间隔开的管支撑板大致垂直于管轴线被支撑在二次侧中并且具有贯通孔，所述贯通孔分别包围延伸到二次侧中的热交换管中的至少一些，并且对应的热交换器管穿过所述贯通孔，孔包围热交换器管中的至少一些中的每根热交换器管，当蒸汽发生器处于冷状态时所述贯通孔基本轴向对准。移动装置设置成用于在蒸汽发生器处于热状态时使得管支撑板中的至少一个从管支撑板中的另一个横向偏移，以便将足以防止升起的横向负荷置于对应的热交换器管上，由此约束管振动。
在一个实施例中，管支撑板中的至少一个包括两个半圆形支撑板半体，所述两个半圆形支撑板半体由沿着轴向方向延伸的竖直隔离件分离开。移动装置优选地由两个半圆形支撑板半体之间的竖直隔离件支撑。理想地，移动装置被支撑在竖直隔离件附近或者支撑在竖直隔离件的上端处，并且优选地支撑在上端处。在一个实施例中，移动装置是密封的挠性腔，所述密封的挠性腔容纳流体或气体/液体混合物，其中，该腔连接到半圆形支撑板半体的一个或两个并且随着蒸汽发生器二次侧内部的压力发生变化而收缩或者扩展。优选地，移动装置将相等的负荷施加在竖直隔离件的两侧上的支撑板的两个径向相对的半体上。在一个示例中，密封的挠性腔是中空的，可由两根同心的波纹状管形成，其中，在每个端部处密封的波纹状管之间具有环形开口，波纹状管具有基本垂直于管轴线延伸的中央轴线。密封的挠性腔还可以具有减压阀和/或机械止动件，以控制施加在支撑板上的压力的量。理想地，移动装置被支撑在热交换器管的管廊中并且响应于蒸汽发生器的二次侧的加压，以横向偏移管支撑板的至少一个。更加具体地，移动装置响应于蒸汽发生器的二次侧的加压挠曲，以横向偏移两个支撑板中的至少一个。
在另一个实施例中，移动装置是螺纹或者蜗轮致动的升降器。
在另一个实施例中，支撑板中的至少一些至少部分地由撑杆支撑，所述撑杆轴向延伸通过对应支撑板中的开口。优选地，撑杆开口沿着一方向开槽，移动装置沿着所述方向施加力，用于横向偏移管支撑板中的至少一个，以便当支撑板偏移时没有将应力施加到撑杆。优选地，移动装置沿着横向方向的运动受限于预定距离，以便控制由移动装置施加的力，并且理想的是将力限制在1磅和7磅之间（0.45-3.2千克）并且优选地大约2磅和5磅之间（0.9-2.3千克），其中，位移理想地介于0.12和0.5英寸（3.0和12.7毫米）之间，并且优选地为大约为0.25英寸（6.4毫米）。
在又一个实施例中，管支撑板中的至少一个包括两个支撑板半体，所述两个支撑板半体由沿着轴向方向延伸的竖直隔离件分离开，并且移动装置由竖直隔离件支撑在两个支撑板半体之间。在后一实施例中，两个支撑板半体不需要包围所有的多根热交换器管。优选地，没有被两个支撑板半体包围的管位于蒸汽发生器的二次侧的外周上。在后一实施例中，热交换器管布置成具有大体圆形的横截面的管束，并且竖直隔离件将管束分成热侧和冷侧，所述热侧和冷侧沿管束的宽度延伸，其中，两个支撑板半体在所述宽度上延伸并且沿着横向于管轴线的方向从竖直隔离件向外延伸至平行于隔离件的绳索。
在一个实施例中，移动装置施加横向偏移，所述横向偏移具有弹性，以便在移除移动装置的力时管支撑板中的至少一个返回其原始横向位置。
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获得本发明的进一步理解，其中：
图1是竖直管壳蒸汽发生器的透视图、局部剖视图；
图2是在图1中图解的管壳蒸汽发生器的管束部分的示意性表示，示出了蒸汽发生器的二次侧中的预热隔离件，所述预热隔离件包括本发明的移动机构的一个实施例；
图3是图2的移动机构部分的局部剖视的放大视图；
图3A是图3的管束的在防振动板高度处获得的示意性剖视图；
图4是图2和图3的一部分的局部剖切的另一放大视图，图解了本发明的移动机构的一个实施例；
图5是在图1中图解的具有预热器隔离件的管壳蒸汽发生器的管束部分的示意性表示，其中，预热器隔离件包括本发明的第二实施例；
图6是图5的移动机构的区域的局部剖切的放大视图；
图7是图6的移动机构部分的另一放大视图；并且
图8是在图7中图解的移动机构的夹持在管支撑板的两个半体之间的剖视图。
具体实施方式
现在参照附图，图1示出了蒸汽或者水蒸气发生器10，所述蒸汽发生器10利用形成管束12的多根U状管，以提供从一次流体传热以使二次流体蒸发或者沸腾所需的加热表面。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；包封上端的顶部包封件或者碟形封头16；和包封下端的大体半球状的通道封头18。下壳体部分14的直径小于上壳体部分15并且截头圆锥形过渡部20连接上部分和下部分。管板22附接到通道封头18并且具有布置在其中的多个孔24，以接收U状管13的端部。分隔板26居中布置在通道封头18中，以便将通道封头分成两个隔室28和30，所述两个隔室28和30用作用于管束12的集管。隔室30是一次流体入口隔室并且具有与其流体连通的一次流体入口喷嘴32。隔室28是一次流体出口隔室并且具有与其流体连通的一次流体出口喷嘴34。因此，致使进入流体隔室30的一次流体，即，反应堆冷却剂流动通过管束12并且通过出口喷嘴34流出。
管束12由包装装置36环绕，所述包装装置36形成分别位于包装装置36和壳体以及圆锥形部分14和20之间的环形通路38。包装装置36的顶部由下盖板40所覆盖，所述下盖板40包括多个开口42，所述开口42与多根升管44流体连通。回旋叶片46布置在升管中，以使流动通过其中的蒸汽在其流动通过该一次离心分离机时旋转并且离心地移除包含在蒸气中的一些水分。在该一次分离机中从蒸汽分离的水返回到下盖板的顶部表面。在流动通过一次离心分离机之后，蒸汽在抵达居中布置在碟形封头16中的蒸汽出口喷嘴50之前经过二次分离机48。
该发生器的给水入口结构包括：给水入口喷嘴52，所述给水入口喷嘴52具有称作给水环54的大体水平部分；和排放喷嘴56，所述排放喷嘴56升高到给水环上方。通过给水入口喷嘴52供应的给水经过给水环54并且通过排放喷嘴56离开，而且在一个现有技术的实施例中与从蒸汽分离的水相混合并且再流通。然后，混合物从下盖板40上方向下流动到环形降液管38中。然后水进入位于包装装置36的下部分处的管束12，并且在加热以产生蒸汽的情况中在管束之间流动并且从所述管束向上流动。
如以上提及的那样，控制管束12中的热交换管振动是蒸汽发生器和其它热交换器设计的关键要求。根据本发明，能够通过在至少一个管支撑板位置处提供足量的预负荷力以防止管升起，从而避免因流体弹性激发导致的振动。在图1中用附图标记58表示管支撑板，并且所述管支撑板通常由撑杆来支撑，所述撑杆从管板延伸（撑杆的端部旋拧到所述管板中），通过在毗邻的管支撑板之间延伸的管状间隔件并且通过轴向间隔开的支撑板中的每一个的开口。撑杆的直径通常大于热交换器管，并且在不太可能的意外事故（例如，蒸汽发生器的蒸汽管线或供料管线的断裂加载）中限制管支撑板挠曲。热交换管通过管支撑板中的每个中的另外的开口。管支撑板开口内的热交换管13的振动是先前提及的磨损的原因，该磨损如果未经检查则能够破坏热交换管道的压力屏障。
尽管本发明在多种类型的热交换器中的有用性是显而易见的，但是在此描述的优选的实施例是针对轴流预热单元，本发明对于所述轴流预热单元尤为有益。预热蒸汽发生器具有与在图1中示出的给水入口结构不同的给水入口结构，使得给水没有与从蒸汽分离的水混合。在轴流预热器中，在图2-7中示出的隔离板60用于将壳体侧流分成热段侧和冷段侧，以便使较热的再流通水与较冷的给水的混合最小化。该分离对于在单元的冷段侧上更为有效地加热给水而言是理想的。然而，由于二次流体密度有所不同，所以在隔离板60的顶部处发生交叉流动，流动通常从冷段侧流向热段侧。该位置在多种类型的预热蒸汽发生器中是发生管磨损的位置。
本发明提供了一种装置，所述装置使得防振动板64或者半圆形管支撑板66中的至少一个偏移，以在热交换器管13中的至少一些上提供预负荷。在一个优选的实施例中，用于使得防振动板64或者管支撑板66偏移的装置是在加压时变形的“箱”。可替代地，能够应用多种其它机构，诸如，通过沿着管廊定位的端口致动的机械螺栓型调整器，或者还能够使用可商业获得的波纹管布置。
在图2、3和4中示出了用于轴流型预热蒸汽发生器的根据本发明用于建立这种预负荷的一个优选构造。图2图解了在蒸汽发生器的下壳体内的防振动板64的大致高度。在本实施例中应用防振动板，以便将预负荷施加在热交换器管上。图2示例中的隔离板60延伸至半圆形管支撑板66的第五高度上方。然而，应当理解的是管支撑板的数量可以根据蒸汽发生器的尺寸变化。防振动板64在这个实施例中位于第四和第五半体管支撑板之间。半圆形管支撑板66在设有隔离板的所有高度处使用，在这个实施例中，所述隔离板通过从底部计数的第五个管支撑板。
图3是图2的近视图，应当理解的是，示出了管束14内的多根U状管13中的仅仅三个，并且图解了若干撑杆68中的仅仅两个，以便不会挡住本发明的防振动板64和移动机构62。防振动板64横向延伸，大致延伸隔离板60的整个宽度并且每个均横向延伸到平行于隔离板60的弦70（图3A中示出）。防振动板64中的每一个不需要是完整半圆形，因为交叉流速度在由防振动板64所支撑的管束12的区域中快速减小。防振动板64由撑杆68竖直支撑。如果需要，防振动板64中的孔可以开槽，用于撑杆68，如图3A中用附图标记72象征性表示的那样。除了用于撑杆68的开槽孔72之外，防振动板64具有与标准管支撑板58和半圆形板66相似的材料、孔尺寸和孔形状。隔离板60的上部分76向二次侧环境开口，并且按照需要设置有排放孔和内部加强元件等。
图4示出了防振动板64和预加载箱62的细节。预加载箱沿着周边焊接并且由空气、氮或者另一种气体或者其它可压缩流体填充，而且由隔离板60支撑。隔离板60中的槽78允许接近附接块体80。附接块体沿着预加载箱62的长度焊接，并且将横向负载从箱62的压缩传递至防振动板64。通过在管道安装之前安装的连接杆82完成横向负载的转移。连接杆82通过连接销84附接到防振动板64和附接块体80。位于箱62内的间隔件86限制挠曲，以预设限制，并且因此限制施加到防振动板64的负载的程度。优选地，焊接所有设计元件，以防止零件松脱。增强组件的多种变化是可能的。
可以包括减压阀88，以在泄漏到箱中的不期望的情况中使得箱62通风，这能够允许箱在减压瞬态期间通风。在给定的实施例中，预负载是静平衡的，即，在管的热段侧上发生的总预负载与在管13的冷段侧上发生的总预负载相等。如果稍后希望克服管的预加载，则可通过使得预加载箱62通风而容易地完成。在这个示例中，由预加载箱实施的每根管的预加载预计介于每根管大致1磅到7磅（0.45-3.2千克）之间或者优选地介于每根管大约2磅到5磅（0.9-2.3千克）之间，这应当足以防止升起。实现前述预负载的横向偏移介于大约0.12和0.5英寸（3.0和13毫米）之间并且更加优选地大约为0.25英寸（6.4毫米）。源自这种预负载的管疲劳和管弯曲应力将微不足道。
在图5中图解了本发明的另一个实施例，所述图5示意性示出了在图2中先前图解的蒸汽发生器，只是没有使用防振动板并且已经使得移动箱62向上运动。图5图解了蒸汽发生器10的下壳体14内的半圆形管支撑板66和整圆形管支撑板58的大致高度。图5中的隔离板60延伸至半圆形管支撑板66的第五高度处。防振动移动机构62定位在位于第五管支撑高度处的两个管支撑半体板66之间。如先前那样，在设置有隔离板60的所有高度处使用半圆形管支撑板66。
图6是图5的近视图，其示出了在移动箱62附近的管支撑板58。在这个实施例中，移动箱62是圆筒形，具有大约4.2英寸（107毫米）的直径和大约6英寸（150毫米）的总长度，并且这样装配到管廊区域中。移动箱的尺寸和直径允许如果需要所述移动箱能够通过管廊的每个端部处的6英寸（150毫米）直径端口安装和/或行使功能。移动箱62可以附接到隔离板60或者附接到管支撑板半体66，或者可以提供特殊构造的附接。因为移动箱62在车间组装期间没有起作用，所以热交换器管13能够成一直线安装通过所有管支撑板58，由此避免刮擦管13。
图7示出了移动箱62的轮廓的其它细节。在图7的右侧上，柱塞90接触管支撑板半体板66，而在左侧上，移动箱62本体接触管支撑板半体板66。如先前所提及的那样，半体板66中的撑杆孔可以开槽，以允许板横向运动，而同时又不会诱发撑杆68中的弯曲应力。
图8示出了移动箱62的通过管支撑板半体66的中心线的截面图。这个实施例中的移动箱具有两根同心定位的金属波纹管，即，内金属波纹管92和外金属波纹管94。在一个端部96处，金属波纹管通过焊接而附接到柱塞销90。在另一个端部98处，金属波纹管通过焊接而附接到移动箱62的包封体。这有效地密封了两个波纹管之间的由大气空气或惰性气体填充的区域。在蒸汽发生器二次侧加压时，外压力作用而压缩环形区域100内的空气，从而产生一对波纹管的轴向运动（沿着横向于管轴线的方向），并且随着所述轴向运动，柱塞90抵靠半圆形半体支撑板66。产生的力等于二次压力乘以两根波纹管之间的环形面积减去用于压缩波纹管的弹性力。
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全部教导能够发展针对那些细节的修改方案和替代方案。例如，可以在如图2所示的隔离板的不同高度处应用多于一个的移动机构。因此，公开的具体实施例旨在仅仅为解释性而非限制本发明的范围，本发明的范围将由随附权利要求和其所有等效物的所有范围给出。
Claims (15)
1.一种管壳蒸汽发生器（10），所述管壳蒸汽发生器具有：一次侧，其用于使得加热流体流通；和二次侧，所述二次侧具有轴向尺寸，用于使得要被在所述一次侧中流通的所述加热流体加热的流体流通，所述管壳蒸汽发生器包括：
通道封头（18），所述通道封头用于接收所述加热流体；
管板（22），所述管板使得所述通道封头（18）与所述二次侧分离开；
多根热交换器管（13），所述多根热交换器管分别从所述通道封头（18）延伸通过所述管板（22）并且通过所述二次侧的至少一部分；
至少两个轴向间隔开的管支撑板（58），所述管支撑板大体垂直于二次侧轴线被支撑在所述二次侧中，并且具有贯通孔，所述贯通孔分别包围延伸到所述二次侧中的所述热交换器管（13）中的至少一些，并且对应的热交换器管穿过所述贯通孔，其中，所述贯通孔包围所述热交换器管中的所述至少一些中的每根热交换器管，当所述蒸汽发生器（10）处于冷状态中时所述贯通孔基本轴向对准；和
移动装置（62），所述移动装置用于使得所述管支撑板（58）中的至少一个在所述蒸汽发生器（10）处于热状态中时从所述管支撑板中的另一个横向偏移，以将足以防止升起的横向负载置于对应的热交换器管（13）上。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述管支撑板（58）中的至少一个包括两个半圆形的支撑板半体（66），所述支撑板半体由竖直隔离件（60）分离开，所述竖直隔离件沿着轴向方向延伸，并且所述移动装置（62）由所述竖直隔离件支撑在所述两个半圆形支撑板半体之间。
3.根据权利要求2所述的蒸汽发生器（10），其中，所述移动装置（62）将相等的负载施加在所述竖直隔离件（60）的两侧上的所述支撑板（58）的两个径向相对的半体（66）上。
4.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述移动装置（62）是容纳可压缩流体的密封的挠性腔（92，94），其中，所述腔连接到所述支撑板（66）中的一个或多个，并且随着所述蒸汽发生器二次侧中的压力变化而收缩或者扩展。
5.根据权利要求4所述的蒸汽发生器（10），其中，所述密封的挠性腔（92，94）具有减压阀（88）。
6.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述移动装置（62）被支撑在所述热交换器管（13）的管廊中。
7.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述移动装置（62）响应于所述蒸汽发生器的所述二次侧的加压，以使得所述管支撑板（66）中的至少一个横向偏移。
8.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述支撑板（58）中的至少一些至少部分地由撑杆（68）支撑，所述撑杆轴向延伸通过对应的支撑板中的开口，其中，撑杆开口（72）沿着基本垂直于所述热交换器管（13）的管廊的方向开槽。
9.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，对应的热交换器管（13）上的横向负载介于大约1磅和7磅之间（0.45-3.2kg）。
10.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述管支撑板（66）中的至少一个的横向偏移介于大约0.12英寸和0.5英寸之间（3.0至13mm）。
11.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述移动装置（62）包括多个伸展件，所述伸展件作用在所述管支撑板（66）中的至少一个上，并且所述伸展件中的每一个定位在不同的热交换器管高度处。
12.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述管支撑板（58）中的至少一个包括两个支撑板半体（66），所述两个支撑板半体被沿着轴向方向延伸的竖直隔离件（60）分离开，所述移动装置（62）由两个支撑板半体之间的所述竖直隔离件支撑，其中，所述两个支撑板半体没有围绕所有的多根热交换器管（13）。
13.根据权利要求12所述的蒸汽发生器（10），其中，没有所述两个支撑板半体（66）围绕的热交换器管（13）位于所述蒸汽发生器的二次侧的外周上。
14.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述管支撑板（66）的偏移是弹性的，并且当撤回由所述移动装置（62）施加的用于横向偏移的力时返回其原始状态。
15.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（10），其中，所述移动装置（62）包括容纳可压缩流体和机械止动件的密封的挠性腔（92，94），所述机械止动件控制所述腔的屈曲程度，其中，所述腔连接到所述管支撑板（66）中的至少一个并且随着所述蒸汽发生器二次侧内的压力变化而收缩或者扩展，并且机械止动件控制由所述密封的挠性腔施加在所述管支撑板中的所述至少一个上的力的大小。
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