CN104197307B - 一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于核电厂蒸汽发生器技术领域，特别涉及一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构。该支撑隔板为不完整支撑隔板，在蒸汽发生器内沿高度方向设置；最下端支撑隔板的开口正对蒸汽发生器一回路的冷段，由下至上每两层相邻支撑隔板间存在相同的偏转角；每两层相邻支撑隔板间的间距从上至下相等或依次减小。所述结构在保证固定管束、防止管束受流体流动影响产生振动的同时，改变了二次侧流体的流动方式，使流体横向流过倒U形管，从而使原有的纵向换热方式改为横向换热方式，提高了换热效率，避免了热虹吸现象；同时，二次侧的横流使得腐蚀产物和化学产物不易在支撑板和传热板之间沉积，减小腐蚀的危害，提高传热管和支撑隔板的使用寿命。

Description

一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构

技术领域

本发明属于核电厂蒸汽发生器技术领域，特别涉及一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构。

背景技术

蒸汽发生器作为核电厂的重要设备，将一回路冷却剂中的热量传递给二回路给水，使其产生饱和蒸汽供给二回路动力装置。作为连接一回路与二回路的设备，蒸汽发生器在一、二回路之间构成防止放射性外泄的第二道屏障。

在大亚湾核电站的蒸汽发生器中，共有4474根倒U形管，为固定管束，防止换热管受流体流动影响产生振动，保证管束之间不发生碰撞，沿管束直管段方向上共有9块支撑隔板。支撑隔板由不锈钢制成，厚30毫米。整齐发生器支撑隔板只具有固定防震作用。

在核电厂蒸汽发生器支撑隔板的发展过程中主要经历了三个时段。(1)在早期的蒸汽发生器中，倒U形管直接以膨胀的方式与支撑隔板的圆形孔紧密连接起来，换热管与支撑隔板圆孔之间没有间隙。为了蒸汽发生器二次侧流体可以从底部流到上方，在支撑隔板上除了用于穿过倒U形管的圆孔外，在旁边还需要有其它独立的圆孔用于工质流过。由于二次侧工质是从独立的圆孔中流过，并不能冲刷到倒U形管与支撑板连接处，造成杂质沉积容易造成腐蚀。并且这种支撑板在同横截面积的情况下，倒U形管数量较少，换热能力有限。(2)为了解决腐蚀与换热问题，之后提出了同心圆结构，不再在支撑板上单独设立通流孔，而是将通流孔与换热管孔相结合，支撑隔板上板孔的孔径要稍大于倒U形管的外径，工质直接从间隙中流过。由于间隙较小，导致工质流量小，在间隙边缘仍然有较严重的腐蚀现象；并且由于通流孔与倒U型管之间完全没有接触，使得支撑隔板对于倒U型管的固定效果很差。(3)为了改善这种现象，目前将圆孔变为四叶梅花孔。四叶梅花其形状使得支撑板处只有一小部分与管子靠近，因而围绕管子有较大的流量，减小了腐蚀产物与化学产物在支撑板与管热管间的沉积；由于此种设计的支撑隔板与倒U型管之间不是完全接触，存在一定缝隙，因此由于流致振动所产生的晃动，会使得倒U型管与四叶梅花孔产生碰撞，增加倒U型管失效概率。并且复杂的四叶梅花孔结构，使得支撑隔板的加工变得十分复杂。

上述三种方式均存在不足之处：

(1)上述三种支撑方式均使得二次侧流体沿传热管的轴向流动,换热方式为纵流，远不如横流换热效果好。

(2)传热管热侧和冷侧的温差导致二次侧工质温度不均，产生热虹吸现象，需采用不均匀分布式给水的方法来减弱该现象；

(3)上述三种支撑板结构仍存在较重腐蚀现象。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构。

本发明采用的技术方案为：

该支撑隔板结构在蒸汽发生器内沿高度方向设置，支撑隔板上设置若干组倒U形管安装孔；所述支撑隔板为不完整支撑隔板，最下端支撑隔板的缺口正对蒸汽发生器一回路的冷段，由下至上每两层相邻支撑隔板间存在相同的偏转角；每两层相邻支撑隔板间的间距从上至下相等或依次减小。

所述支撑隔板上设有一个或多个缺口，缺口的形状为两圆相交形成的纺锤形、圆形与矩形相交形成的方形、或者为扇形。

所述缺口为多个时，各缺口在支撑隔板的圆周上均匀分布，或者在支撑隔板一侧半圆内相邻分布。

所述缺口的形状为两圆相交形成的纺锤形时，支撑隔板的半径为R，以与支撑隔板圆心相距1.4R的某点为圆心，以1.2R为半径做圆，该圆与支撑隔板相交部分即为缺口形状；且该圆与支撑隔板相交的两点设置半径为0.04R的倒圆角。

所述缺口的形状为圆形与矩形相交形成的方形时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为原点做平面直角坐标系，取坐标为(0.12R，0.45R)的点A和坐标为(0.12R，-0.45R)的点B，连接点A和点B，得到线段AB，分别以点A和点B为起点向平面直角坐标系的x轴正方向做平行于x轴的直线，与支撑隔板所在圆相交于点C和点D，连接线段AC和线段BD，得到方形缺口；且点A和点B处做半径为0.1R的倒角，点C和点D处做半径为0.04R的倒角。

所述缺口的形状为单个扇形时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为原点做平面直角坐标系，取坐标为(0.1R，-0.1R)的点A，以点A以起点分别向平面直角坐标系的x轴正方向、y轴负方向做平行于x轴和y轴的直线，与支撑隔板所在圆相交于点C和点D，连接线段AC和线段AD，得到扇形缺口；且点A处做半径为0.1R的倒角，点C和点D处做半径为0.04R的倒角。

所述缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板一侧半圆内相邻分布时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做两个圆心角为45°、间隔30°的扇形；两个扇形顶点位置分别设置半径为0.15R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

所述缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板一侧半圆内相邻分布时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做三个圆心角为30°、间隔15°的扇形；三个扇形顶点位置分别设置半径为0.1R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

所述缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板圆周上均匀分布时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做两个圆心角为45°的扇形，两个扇形顶点位置分别设置半径为0.15R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角；或者做三个圆心角为30°的扇形，三个扇形顶点位置分别设置半径为0.1R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

所述支撑隔板为9块，设定蒸汽发生器的管板到顶部支撑隔板的距离为L，则从管板至顶部支撑隔板，各板间距依次为0.06L、0.08L、0.1L、0.11L、0.12L、0.13L、0.13L、0.13L、0.14L；

或者所述支撑隔板设置为12块，设定蒸汽发生器的管板到顶部支撑隔板的距离为L，则从管板至顶部支撑隔板，各板间距依次为0.06L、0.07L、0.08L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.09L、0.09L、0.1L。

本发明的有益效果为：

(1)本发明所述结构在保证固定管束、防止管束受流体流动影响产生振动的同时，改变了二次侧流体的流动方式，使流体横向流过倒U形管，从而使原有的纵向换热方式改为横向换热方式，提高了13％的换热效率。

(2)二次侧流体交替流过换热管束的热侧和冷侧，展平两侧工质的温度梯度，避免了热虹吸现象。

(3)二次侧的横流使得腐蚀产物和化学产物不易在支撑板和传热板之间沉积，减小腐蚀的危害，提高传热管和支撑隔板的使用寿命。

(4)可采用胀管技术使倒U型管与支撑隔板紧密连接，避免流致振动导致碰撞，所带来的疲劳损害。

附图说明

图1为支撑隔板的缺口形状为两圆相交形成的纺锤形时的示意图；

图2为支撑隔板的缺口形状为单个扇形时的示意图；

图3为支撑隔板的缺口形状为圆形与矩形相交形成的方形时的示意图；

图4为支撑隔板的缺口形状为在支撑隔板一侧半圆内相邻分布的两个扇形时的示意图；

图5为支撑隔板的缺口形状为在支撑隔板一侧半圆内相邻分布的三个扇形时的示意图；

图6为支撑隔板的缺口形状为在支撑隔板圆周上均匀分布的两个扇形时的示意图；

图7为支撑隔板的缺口形状为在支撑隔板圆周上均匀分布的三个扇形时的示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

该支撑隔板在蒸汽发生器内沿高度方向设置，支撑隔板上设置若干组倒U形管安装孔。所述支撑隔板为不完整支撑隔板，采用膨胀连接；最下端支撑隔板的缺口正对蒸汽发生器一回路的冷段，由下至上每两层相邻支撑隔板间存在120°的偏转角；每两层相邻支撑隔板间的间距从上至下依次相等减小。

支撑隔板上设有一个或多个缺口，缺口的形状为两圆相交形成的纺锤形、圆形与矩形相交形成的方形、或者为扇形。缺口为多个时，各缺口在支撑隔板的圆周上均匀分布，或者在支撑隔板一侧半圆内相邻分布。

支撑隔板的数量为9块或12块：

支撑隔板为9块时，设定蒸汽发生器的管板到顶部支撑隔板的距离为L，则从管板至顶部支撑隔板，各板间距依次为0.06L、0.08L、0.1L、0.11L、0.12L、0.13L、0.13L、0.13L、0.14L；此时，支撑隔板的通流面积大概占支撑隔板总面积的0.24倍，可以达到较好的换热、混合效果，同时抗震性能也得到了保证。

支撑隔板为12块时，设定蒸汽发生器的管板到顶部支撑隔板的距离为L，则从管板至顶部支撑隔板，各板间距依次为0.06L、0.07L、0.08L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.09L、0.09L、0.1L。增加支撑隔板的数量，可以增加二次侧流体在蒸汽发生器蒸发段中的流程，提高换热，提升抗震性能，增加搅浑能力。但是增加太多支撑隔板会增加蒸汽发生器的制作加工难度，并且缩小蒸发段二次侧的流体体积。因此经过计算，12块支撑隔板可以在不影响原有性能的情况下，达到更好的效果。再配合上述中的不完整隔板，适当增大通流面积(通流面积约占总面积的28％)，可以达到更好的通流效果。

实施例1

如图1所示，支撑隔板缺口的形状为两圆相交形成的纺锤形，支撑隔板的半径为R，以与支撑隔板圆心相距1.4R的某点为圆心，以1.2R为半径做圆，该圆与支撑隔板相交部分即为缺口形状；且该圆与支撑隔板相交的两点设置半径为0.04R的倒圆角。

实施例2

如图2所示，支撑隔板缺口的形状为单个扇形，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为原点做平面直角坐标系，取坐标为(0.1R，-0.1R)的点A，以点A以起点分别向平面直角坐标系的x轴正方向、y轴负方向做平行于x轴和y轴的直线，与支撑隔板所在圆相交于点C和点D，连接线段AC和线段AD，得到扇形缺口；且点A处做半径为0.1R的倒角，点C和点D处做半径为0.04R的倒角。

实施例3

如图3所示，支撑隔板缺口的形状为圆形与矩形相交形成的方形，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为原点做平面直角坐标系，取坐标为(0.12R，0.45R)的点A和坐标为(0.12R，-0.45R)的点B，连接点A和点B，得到线段AB，分别以点A和点B为起点向平面直角坐标系的x轴正方向做平行于x轴的直线，与支撑隔板所在圆相交于点C和点D，连接线段AC和线段BD，得到方形缺口；且点A和点B处做半径为0.1R的倒角，点C和点D处做半径为0.04R的倒角。

实施例4

如图4所示，支撑隔板缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板一侧半圆内相邻分布，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做两个圆心角为45°、间隔30°的扇形；两个扇形顶点位置分别设置半径为0.15R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

实施例5

如图5所示，支撑隔板缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板一侧半圆内相邻分布，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做三个圆心角为30°、间隔15°的扇形；三个扇形顶点位置分别设置半径为0.1R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

若继续增加缺口数量，会使得支撑隔板的中部间隔部分应力强度减小，对支撑隔板的稳定性产生负面影响。

实施例6

如图6所示，支撑隔板缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板圆周上均匀分布，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做两个圆心角为45°的扇形，两个扇形顶点位置分别设置半径为0.15R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

实施例7

如图7所示，支撑隔板缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板圆周上均匀分布，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做三个圆心角为30°的扇形，三个扇形顶点位置分别设置半径为0.1R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

Claims (10)

1.一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，在蒸汽发生器内沿高度方向设置，支撑隔板上设置若干组倒U形管安装孔，其特征在于，所述支撑隔板为不完整支撑隔板，最下端支撑隔板的缺口正对蒸汽发生器一回路的冷段，由上至下每两层相邻支撑隔板间存在相同的偏转角；每两层相邻支撑隔板间的间距从上至下相等或依次减小。

2.根据权利要求1所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述支撑隔板上设有一个或多个缺口，缺口的形状为两圆相交形成的纺锤形、圆形与矩形相交形成的方形、或者为扇形。

3.根据权利要求2所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述缺口为多个时，各缺口在支撑隔板的圆周上均匀分布，或者在支撑隔板一侧半圆内相邻分布。

4.根据权利要求3所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述缺口的形状为两圆相交形成的纺锤形时，支撑隔板的半径为R，以与支撑隔板圆心相距1.4R的某点为圆心，以1.2R为半径做圆，该圆与支撑隔板相交部分即为缺口形状；且该圆与支撑隔板相交的两点设置半径为0.04R的倒圆角。

5.根据权利要求3所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述缺口的形状为圆形与矩形相交形成的方形时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为原点做平面直角坐标系，取坐标为(0.12R，0.45R)的点A和坐标为(0.12R，-0.45R)的点B，连接点A和点B，得到线段AB，分别以点A和点B为起点向平面直角坐标系的x轴正方向做平行于x轴的直线，与支撑隔板所在圆相交于点C和点D，连接线段AC和线段BD，得到方形缺口；且点A和点B处做半径为0.1R的倒角，点C和点D处做半径为0.04R的倒角。

6.根据权利要求3所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述缺口的形状为单个扇形时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为原点做平面直角坐标系，取坐标为(0.1R，-0.1R)的点A，以点A以起点分别向平面直角坐标系的x轴正方向、y轴负方向做平行于x轴和y轴的直线，与支撑隔板所在圆相交于点C和点D，连接线段AC和线段AD，得到扇形缺口；且点A处做半径为0.1R的倒角，点C和点D处做半径为0.04R的倒角。

7.根据权利要求3所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板一侧半圆内相邻分布时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做两个圆心角为45°、间隔30°的扇形；两个扇形顶点位置分别设置半径为0.15R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

8.根据权利要求3所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板一侧半圆内相邻分布时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做三个圆心角为30°、间隔15°的扇形；三个扇形顶点位置分别设置半径为0.1R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

9.根据权利要求3所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述缺口的形状为多个扇形，且在支撑隔板圆周上均匀分布时，支撑隔板的半径为R，以支撑隔板的圆心为顶点，做两个圆心角为45°的扇形，两个扇形顶点位置分别设置半径为0.15R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角；或者做三个圆心角为30°的扇形，三个扇形顶点位置分别设置半径为0.1R的倒角，各扇形半径与支撑隔板相交位置分别设置半径为0.04R的倒角。

10.根据权利要求1所述的一种具有高效传热性能的蒸汽发生器支撑隔板结构，其特征在于，所述支撑隔板为9块，设定蒸汽发生器的管板到顶部支撑隔板的距离为L，则从管板至顶部支撑隔板，各板间距依次为0.06L、0.08L、0.1L、0.11L、0.12L、0.13L、0.13L、0.13L、0.14L；

或者所述支撑隔板设置为12块，设定蒸汽发生器的管板到顶部支撑隔板的距离为L，则从管板至顶部支撑隔板，各板间距依次为0.06L、0.07L、0.08L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.085L、0.09L、0.09L、0.1L。