CN1061139C - 借助溢流道在热交换器上部供入二回路流体的热交换器 - Google Patents

Abstract

在热交换器中，例如装备原子能动力装置的蒸汽发生器中，二回路流体喷射到有同一坚直轴线的外壳(10)与束壳或芯壳(26)之间所形成的环形空间(30)的上部。流体的喷射由进入到溢流道或溢流堰(62)中的供给管(44)实现。溢流道(62)有一上部水平缘(64)，二回路流体从该缘(64)排到偏斜壁(54)上，再朝着环形空间(30)的底部方向沿该壁(54)流动。游移体捕集器(60)也设置在溢流道(62)之中或溢流道与偏斜壁(54)之间。

Description

借助溢流道在热交换器上部供入二回路流体的热交换器

本发明涉及一种热交换器，例如装备原子能动力装置的蒸汽发生器。更确切他说，本发明涉及一种具有基本呈坚直斧状圆柱形外壳的热交换器，在该外壳内，同轴地设有圆柱束或包围着热交换器管束或套座的芯壳。

在这类热交换器中，通常主回路流体在束管之内循环，而二回路流体在束管外边循环。更确切他说，通常把二回路流体射入外壳和束壳之间所形成的环形空间，而且基本上使其进入所述空间的上部，从而使二回路流体落入前述环形空间，此后，再上升到束壳之内，这样便从管内循环的主回路流体所提供的热中得到好处。

一种公知的将二回路流体射入到外壳和束壳之间所形成的环形空间上部的方案已在法国专利FR-A-2477265中公开。二回路流体经供给管进入蒸汽发生器，供给管与喇叭形的或半喇叭形的封闭供给集流器密封连接，供给集流器环绕环形空间顶部设置，在上部母面上，该喇叭形成半喇叭形集流器设有孔，若干个倒“J”形管与这些孔相连，确保二回路流体射入到环形空间。

在热换器中利用喷射二回路流体的这种方法存在着一些缺陷。

首先，由于二回路流体喷射管的特殊形状和安装这些管的环形空间上部的特殊形状以及二回路流体经过这些管高速喷出，会导致在环形空间上部产生涡流。这些涡流是有害的，因为它们会减少热交换的热效率，特别是当热交换器是预热型交换器时更是如此。

为了消除这些缺陷，法国专利FR-A-264926中提出了各种解决方案，其中的一种方案由单向板围成的部分密封的环形空间和向下延伸的倒置的“J”形管组成，倒“J”形管穿过单向板延伸，并固定在该板上。但这种系统的结构可能造成二回路流体喷入热交换器，这会使结构复杂、成本高。

而且，将这种结构结合到热交换器的生产周期中会出现一些难于解决的问题，为了使管延伸出来，需要考虑制造公差，这会引起管低端(还不具有它们的延伸部分)和单向板上所形成的相应孔之间的轴线不重合，而这对于每个倒“J”形管是不相同的。这些问题会使热交换器的生产周期过分地延长。

固定延伸到单抽板和倒“J”形管的端部，也会因交换器运行期间和停止期间二者之间所发生的不同的膨胀而产生的机械应力作用，导致延伸破裂的危险。

在美国专利US-A-3913531和US-A-3906905中，蒸发生器的二回路流体供给也借助一喇叭形的集流器装置来保证，该集流器设置在外壳和束壳之间所形成的环形空间的顶部。在喇叭口形集流器的下部母面处，该集源器没有若干孔，这些孔向下直接通入到环形空间。

尽管这种结构特别简单，但仍然在环形空间的顶部产生涡流。而且，停止二回路流体供给又会使集流器完全空着，这样在重新开始供给时会产生水锤。

本发明特别涉及到一种热交换器，在该热交换器中，由于喷射装置将二回路流体喷射到环形空间的上部，该喷射装置制造和组装简单。迅速、便宜，在运行过程中，既不会产生涡流，也不会有在不同膨胀作用下引起机械元件损坏的危险，更不会有发生任何水锤现象的危险。

本发明的上述效果通过下述方案实现：

一种热交换器，包括有一外壳和一束壳，外壳与束壳具有共同的竖直轴线，在两者之间形成了一个环形空间，一束管安装在束壳之内，二回路流体供给装置设置在环形空间的上部区域，供给管插入外壳并与二回路流体供给装置相通，其改进是，所述的供给装置包括：

一个位于所述环形空间上部区域的溢流道，在所述空间的至少一部分圆周上延伸，该溢流道具有水平上缘，供给管在所述缘高度下方的水平位置处完全通入到溢液道。

一偏斜壁，设置在所述缘的前面，并向下延伸而且在所述缘的下方呈倾斜状，以便通过供给管引入溢流道，从溢流道的缘上流出的二回路流体沿着所述偏斜壁通过细流向下流入到所述的环形空间。

在以这种方式产生的热交换器中，二回路流体从溢道或堰落到偏斜壁上，然后再沿着偏斜壁朝环形空间的底部流动。这种特殊的简单结构确保了环形空间圆周边上的流动能够较好的沿圆周分布，尤其是在低流量供给条件下会更好。而且，控制流体流动避免了涡流的产生，这样保持了热交换器的热效率。此外，没有溢流道或与溢流道相通的供给管的排水或排泄，这样，就不会有水锤的危险。

为了避免在不同膨胀影响下产生机械零件的损坏并以便简化部件，将供给管与溢流道和偏斜壁所形成的供给装置机械地分离。

在本发明的最佳实施例中，溢流道具有与偏斜壁相连的水平上部壁，所述的机械分离是通过这样的方式来实现，即供给管以一定间隙通过所述上部水平壁，并与溢流道设有刚性机械连接。

在该最佳实施例中，水平上部边缘在溢流道的侧壁上形成，并相对于外壳和束壳的共同竖直轴线朝外侧转向。

一个或多个游移体(或松脱件)捕集器有利地与二回路流体供给装置相连。如此，该捕集器可以被设置在溢流道外侧壁和偏斜壁之间。

在另一种实施例中，两个游移体捕集器设置在供给管两侧的溢流道中，溢流道包括位于所述捕集器之间的封闭段，这样，使由供给管引进的所有二回路流体通位该游移体捕集器。

每个游移体捕集器由一个网格、栅或等效结构形成。结果是，在制造或将供给管插入热交换器的过程中，当物体例如，焊条，螺钉。螺栓等不留心而引入交换器的二回路时，不会在热交换器管道之间产生填塞，不会由于损坏交换管而发生故障。在实际中，在游移体捕集器所形成的流道孔的尺寸最多等于管束或管簇中相邻管之间的最小间隙。

为了促进溢流道的通风，最佳地，在溢流道上部水平壁上随意加工有通风孔。

为了避免对本发明热交换器增加允许溢流正对着束壳或正对着在内部重复热交换器外壳的中间侧缘的支撑，中间套筒设置在外壳内部，至少在所述环形空间的一部分高度及周边范围内，中间套筒形成偏斜壁。

下面参照附图并结合非限定性的实施例对本发明进行详述。

图1是本发明所述蒸汽发生器坚直截面局部剖视正面图。

图2是把二回路流体供到本发明的第一实施例图1所示蒸汽发生器的装置的垂直截面放大图。

图3是本发明第一实施例图1Ⅲ-Ⅲ的竖直截面图。

图4是与图2相类似的本发明第二个实施例的竖直截面图。

图5是与图2和4相类似的本发明第三个实施例的竖直截面图。

图6是与图2、4和5相似的本发明第四个实施例的透视图。

图7是本发明第五个实施例二回路流体供给装置的透视图。

图1示出了特别适于本发明的预热型蒸汽发生器。但是应该指出，本发明也可用锅炉型蒸汽发生器或其它类似结构的热交换器。

在图1中，标号10表示坚直斧状，用来在主回路流体循环和加压水反应堆的二回路流体蒸汽循环之间传递热的蒸汽发生器回转外壳。更准确他说，所述外壳10有一直径较小的下部10a和一直径较大的上部10b，以及一截锥形中间部10c。外壳10形成了一个封闭的内部空间，该内部空间由水平管板12分成主回路的底部区域和二回路的上部区域，水平管板12与外壳10在下部10a和外壳半球形底部之间的结合位置处密封地连接。

坚直隔板14将通常作为水箱的主回路的底部区域分成反应堆主回路中循环水的进水集流器16和出水集流器18。管20和22焊接在蒸汽发生器外壳10的半球形底部，并分别将集流器16和18连接到所述的主回路中。

在由管板12形成的，二回路的上部区域，倒U形管束24密封地连接到管板12上，确切他说，每个管24的两端分别与进水集流器16和排水集流器18相通。

管束24由束壳26包围和覆盖着，束壳26同轴装在外壳10之内。束壳26的上壁基本与外壳10上部10b和中部10c之间结合处的位置水平。上壁与通值交叉，该通道与汽水分离器以及未示出的位于上部10b中的干燥装置相通，并且还通过蒸汽排出管28与外壳10的上端相通。管28将蒸汽发生器连接到二回路(未示)中。

束壳26与外壳10形成了环形空间30。根据本发明，二回路流体供给装置32设置在环形空间30的上部。二回路供水管44将供给装置32与前述的二回路相连，二回路供水管44还与外壳10交叉。供给装置32的各种不同实施例将在下文进行详述。

束壳26的下缘与管板12以这样的方式隔开，即使由装置32喷进环形空间30顶部的二回路流体流落入所述环形空间，然后在束管26之内所形成的空间33中绕管24上升。在该上升过程中，二回路流体在热交换效应下预热，这种热交换发生在经过管24壁的主回路流体和二回路流体之间。接着，当二回路流体到达空间33的上部时，便处于蒸汽状态。这样形成的蒸汽在由管28流出蒸汽发生器之前，先进入到位于外壳10顶部中的水汽分离器和干燥装置中。

在图1所示的预热蒸汽发生器这种情况下，半圆形套筒围绕着竖直设置的排水集流器18的部分束壳26，而在束壳26之中，设置有称作管24的冷支管的向下支管。更确切他说，套筒3至它的每个圆周端由两个径向隔板35(图3)终止，径向隔板35与束壳26蜜封连接。套筒34伸出束壳26的最高处，其下缘通过未表示出的半密封连接(未示)方式与管板12相接。

在套筒34和束壳26之间形成供给空间36，该空间通到顶部，在供给空间36底部，借助于管束壳下缘和管板12之间所形成的通道，使供给空间36与束壳26内部所形成的空间33相通。

套筒34的上部34a的形状是朝上成喇叭形的截锥形状，以便使其与外壳10的截锥形中间部分10c平行。

在预热或节热蒸汽发生器中，在热冷支管24之间，在内部空间33的下部，坚直板40固定到管板12上。

图1所示的蒸汽发生器还包括一些没表示出的水平隔板，以便用传统方式将管24保持在束壳26内成为可能。

参见图2和3可以清楚地看出，根据本发明所提供的二回路流体供给装置32主要包括溢流道或溢流堰62和偏斜壁54。

在图2和3所示的实施例中，供给管44直接从蒸汽发生器外壳10中间部10c的上方径向穿过该外壳10的上部10b。在蒸汽发生器内部，供给管44有一向下弯曲90°的弯头44a，并带有倒“T”形部分44b，其坚直支管与弯头44a相连，该下部水平支管通过在水平方向两者基本相对的位于溢流道62中的它的两端部通入溢流道62之内。倒“T”形部分44b的水平下部支管有一圆弧轴线，其圆心在外壳10和26的垂直轴线上，如图3所示。

从图3还可看出，供给管44在管24冷支管侧面位置的一点处进入蒸汽发生器，确切他说，根据蒸汽发生器中面的定向垂直轴线，将管24的热支管和冷支管分开。使供给管44进入到溢流道62的倒“T”形部分44b的水平下支管，在前述轴线的两侧圆周地延伸，延伸的范围是在所对应的约30°角相同圆周长的范围之内。

值得注意的是，倒“T”形44b的水平下支管及溢流道62和偏斜壁54位于环形空间32之内，主要处在套筒34上缘水平稍往下的位置处，并且与外壳10的上部10b和中间截锥形部分10c之间的连接一致。

溢流道62构成具有U形截面的槽或通道。在所示的涉及到预热蒸汽发生器实施例中，溢流道62延伸超过相应于供给空间36的环形空间30的半圆周范围。溢流道62每个圆周端部由坚直壁封闭，坚直壁与径向隔板35(图3)一致，它在水平位置形成了供给空间36。

在溢流道62完全不受束壳26和套筒34限制的图2和3所示的实施例中，没有表示出在这两种结构的一种或另一种结构上必须配备的支撑元件，以保证溢流道62的固定。溢流道62有坚直内侧壁52和水平底部53及外侧壁62a。

侧壁52的下部形状类似于半圆柱形，其圆心在热交换器的竖直轴线上，其直径在它于整个高度范围内是常数。在图示的实施例中，其位置很接近束壳26，并在与供给空间36相对应的半圆周上，从预热蒸汽发生器延伸。

内侧壁52向下从溢流道底部53伸出，并且还向上延伸到外侧壁62a上部水平边缘64的上方水平位置，从而支撑溢流道62的上部水平壁50。

上部水平壁50位于34上缘的水平稍偏上的位置。此外，该壁50完全覆盖着溢流道62并从溢流道的外侧壁62a径向向外伸出，从而支撑偏斜壁54。外侧壁62a的水平上缘64与壁64隔开，通过这种方式形成通过供给管44进入溢流道62的二回路流体的通道。

从图2可更清楚地看出，上部水平壁50有一环形流道56，供给管的倒“T”形部分44b的竖直支管穿过该流道56。更确切在说，环形流道56的直径比竖直支管的外径大得多，从而在两者之间形成间隙。由于在供给管44和溢流道62之间存在非刚性机械连接，因此，该间隙便于组装，并考虑了蒸汽发生器运行期间所发生的膨胀差。同样，也允许运行过程中有限的流体流道位于溢流道62之内，以便允许溢流道62通风。在上部水平壁50上还设有孔58(图3)，这些孔也有助于溢流道的通风。

使供给管44进入到溢流道62的“T”形部分44b，位于溢流道62之内，“T”形部分44b的出口完全位于上部水平缘64的高度之下的位置处。更确切他说，倒“T”形部分44b下水平支管的上母面位于缘64下方的水平位置。

考虑到这种结构，由供给管44引进蒸汽发生器的二回路流体在流到缘46之前最初充入溢流道62。

偏斜壁54从上部水平壁50的圆周缘外部向下延伸。偏斜壁54的最高位置处具有半截锥体形状，该半截锥体基本平行于在这个水平位置由外壳10中间部分10c和由套筒件上部34a所形成的截谁体。由壁54所形成的半截锥体的角度稍小于外壳10和套筒34所形成的截锥体的角度，这样，在偏斜壁54和套筒34上部34a之间所形成的流道具有朝底部方向逐渐减少的横截面。

偏斜壁54的上部54a是圆柱形的，在其整个高度有一致的直径，偏斜壁54位于溢流道62外侧壁62a的外侧并距壁62a有一定的距离。换句话说，偏斜壁54面对着溢流道外侧壁62a的上部水平边缘64，向下延伸并在所述边缘下方倾斜。

已经叙述的这种结构排列的结果是，流到上部水平边缘64的二回路流体朝着偏斜壁54方向落下，此后沿着所述的偏斜壁向下流动并进入供给空间36。在图示的预热蒸汽发生器型的实施例中，这种特点使来自管的冷支管侧壁的全部二回路流体有效喷射成为可能，它保证了蒸汽发生器的最佳效率。

这种最佳效率也可通过特殊的简单结构来获得，与现有技术结构相比较，减少了其制造费用。这样，根据本发明所提供的二回路流体供给装置在工厂中可很容易地组装，这样，在装配蒸汽发生器的过程中，在没有任何时间损失的情况下很容易实现组装。在这些组件组装过程中，溢流道62的上部水平壁50也形成了一个基板，在通过为此目的所提供检修孔离开蒸汽发生器之前，使工人们很容易将外壳10的顶部和底部组装在一起。蒸汽发生器的保养也因本发明二回路流体供给装置的简单结构而简化。

如图2和3所示，根据本发明，游移体捕集器也可与二回路流体供给装置做成整体。该游移体捕集器由栅60或任何其它有效装置例如孔板所组成。栅60或其它等效装置形成了通道，这些通道的尺寸至多等于隔开管束最近管24的尺寸。可以存在于二回路中，其大小可导致管24之间堵塞并由此导致管损坏的游移体，最后会由栅60自动的挡住。此外，所述的栅或等效装置可以进行选择，以便将二回路流体的流道截面尽可能减至最小。

在图2和3所示的实施例中，栅66或等效装置可水平地设置在从偏斜壁24分隔外侧壁62a的环形空间并占据该整个空间。栅60还处在溢流道62的下方，壁52和54之间及径向隔板35之间。

在图2和3所示的实施例中，溢流道62和偏斜壁54由支撑元件固定，根据本发明，在特殊情况下，支撑元件可以安装在束壳26上或套筒34上。二回路流体供给装置32可以进一步通过在束壳26上直接形成溢流道62的下部侧壁而使其结构得到简化，如图4所示，或者直接在套筒34上形成扁斜壁54而使结构得到简化，如图5所示。

在图4所示的溢流道62的下部侧壁，在束壳62上构成的实施例中，上部水平壁50直接固定在束壳26上。而且，供给装置32完全与上文图2和3所描述的装置相同。图4所示的实施例是本发明的最佳实施例，这是因为取消了预热空间中回收再循环水的支撑，消除了通入溢流道62的供给管44端部任何排水的危险，由此使其兼有结构简单。

在图5所示的实施例中，偏斜壁直接在套筒34的上部截锥形部分34a上构成。这样，上部34上有一上部圆柱形部分34b，在该列中，上部水平壁50直接固定在套筒上。

上文图4和5所描述的实施例其优点是，由于取消了图2和3所示实施例的将溢流道62连接到束壳26或套筒34上的支撑，因此减化了二回路流体供给装置的结构。与图5所示的实施例相比较，图4的实施例优点是，它具有图2和3所示实施例也存在的，在供给空间36中吸收很多再循环水的优点。

参见图6，在一些情况下，使供给管44与溢流道62相通的倒“T”形部分可以取消。这样，供给管44垂直向下插入溢流道62。值得注意的是，这种结构可适用于图2至5所示的任何一个实施例。

参见图7，溢流道62的外侧壁62a设置在它的上部水平缘64a上，该上部水平缘64a带有均匀间隔布置的舌状物65，舌状物65的顶端焊接在上水平壁50上。这些舌状物65有助于该结构的机械强度，也可用其它任何等效的机械连接元件代替。

图7也示出了游移体捕集器的另一种变形结构。在该实施例中，所述的装置包括直接放置在位于供给管端部每一侧(例如“T”形部分44b)溢流道62中的两个栅60。在两个栅60之间的区域中，溢流道62的外侧壁62a上升到上部壁50的位置，从而在流道中产生密封的供给区域，从该密封的供给区域，二回路流体仅能经过栅60而逸出。

为了简化结构，上部水平壁50的部分50a将上述供给区域密封，并可与所述壁的其余部分分开，而不是与供给管44相连接。这样，管44和壁50之间所形成的功能间隙在部分50a和上部水平壁50之间转换。

很明显，本发明并不限于上文所描述的实施例，而包括各种变形。象这样的以上文所描述的，本发明可用在没有预热空间或直接供给的锅炉型蒸汽发生器中，或用于具有类似结构的热交换器中。在这种情况下，溢流道62可遍布整个圆周，代替仅在环形空间32半圆周上延伸。此外，供给管44上所形成的弯头44a可以取消，在使供给管与溢流相通的“T”形部分44b位置处，供给管以一定间隙通过偏斜壁54。

Claims (13)

1．热交换器，包括一外壳(10)和一束壳(26)，外壳(10)和束壳(26)具有共同的坚直轴线，在两者之间形成了一个环形空间(30)，一束管(24)安装在束壳之内，二回路流体供给装置(32)设置在环形空间的上部区域，供给管(44)插入外壳(10)并与二回路流体供给装置(32)相通，其特征是，所述的供给装置(32)包括：

一个溢流道(62)，设置在所述环形空间(30)的上部区域并至少在所述空间的一部分圆周上延伸，所述溢流道(62)具有水平上缘(64)，供给管(44)在所述缘高度下方的水平位置处全部通入溢流道(62)。

一偏斜壁(54)，设置在所述缘(64)的外边，向下延伸并在所述缘的下方呈倾斜状，以便由供给管将二回路流体引入溢流道(62)，从溢流道的缘(64)上溢出的二回路流体，再沿着所述偏斜壁(54)向下流入所述的环形空间(30)。

2．根据权利要求1所述的热交换器，其特征是，所述的溢流道(62)有一与偏斜壁(54)连接的上部水平壁(50)。

3．根据权利要求2所述的热交换器，其特征是，横穿过上部水平壁(50)的供给管(44)与该壁(50)有间隙，并且供给管(44)与溢流道(62)非刚性机械连接。

4．权利要求2和3中的任一个所述的热交换器，其特征是，上部水平缘(64)与上部水平壁(50)通过规律间隔的连接元件(65)连接在一起。

5．根据权利要求2至3中任一个所述的热交换器，其特征是，上部水平壁(50)有通风孔(58)。

6．根据权利要求1至3中任一个所述的热交换器，其特征是，上部水平缘(64)相对于共同坚直轴线来说，在溢流道(62)的外侧壁上形成。

7．根据权利要求6所述的热交换器，其特征是，一个游移体捕集器(60)设置在溢流道(62)外侧壁和偏斜壁(54)之间。

8．根据权利要求1至3中任何一个所述的热交换器，其特征是，两个游移体捕集器(60)设置在供给管(44)的两侧的溢流道(62)中，溢流道(62)包括位于所述捕集器(60)之间的封闭段，通过这种方式允许二回路流体由供给管(44)流入游移体捕集器。

9．根据权利要求1至3中的任何一个所述的热交换器，其特征是，溢流道(62)仅在环形空间(30)的一部分圆周上延伸，供给管(44)基本插入所述部分的中心。

10．根据权利要求1至3中的任何一个所述的热交换器，其特征是，管束(24)中有位于热交换器坚直中面两侧的冷支管和热支管，供给管(44)在冷支管的侧面上引出。

11．根据权利要求1至3中的任何一个所述的热交换器，其特征是，束壳(26)形成了溢流道(62)的内壁。

12．根据权利要求1至3中的任何一个所述的热交换器，其特征是，中间套筒(34)设置在外壳(10)内部，至少在所述环形空间(32)的一部分高度及周边范围内，中间套筒(34)形成偏斜壁(54)。

13．根据权利要求1至3中的任何一个所述的热交换器，其特征是，供给管(44)有一个“T”形部分(44b)，该“T”形部分(44b)基本在两个相对的水平方向与溢流道(62)连通，并且相对于环形空间(30)的圆周方向而水平地设置。

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