CN1102500A - 具有夹持插入于管束管子间抗振杆的装置的热交换器 - Google Patents

Abstract

热交换器包括有至少一个与管束管子弯曲部分 (5b)形状相似的金属止动环(20)，它的每一端固定 在最接近于管子弯曲部分(5b)两根固定杆(14)的延 伸端处隔板(10a)上，并插入于两接续的平面管排 (18)的管子之间，也包括用以紧固一组插入于两相邻 管排之间的抗振杆(13)的装置(22)。

Description

本发明是关于一种热交换器，尤其是关于一种包含用于夹持插入于热交换器管束管子之间抗振杆的装置的压力水核反应堆的蒸汽发生器。

压力水核反应堆的蒸汽发生器包括有弯成U形的管子，管子的两条直线部分或直线形支管以其端部被夹紧于一管板上。管束管子的直线形支管被一些隔板所支持，这些隔板是沿直线形支管纵长方向相互平行间隔分布，每块隔板上包含一组网格状分布的通孔，以便让管子通孔。

管板和隔板上网格状分布的通孔是相同的，这些网格孔的分布能使管束的管子构成具有小间距的平行平面排。

在每一排里，大体上呈半环状弯曲部并列设置，其曲率半径从管束外面向内是逐渐减小的，此外，每一排中具有最大曲率半径的弯曲部，从管束的中间部位向着周边部位其曲率半径是递减的。

由于如此，位于蒸汽发生器管束上部管子的弯曲部分大体上构成了被称为弯管区的半球形状。

同一排内的管子和相邻排管子都由小宽度的自由空间所间隔开，以允许蒸汽发生器的供水在管束内通过，供水与管子的外部热交换表面相接触。

蒸汽发生器工作时，高温压力水在管束的管子内流通循环，被引入与管子的外部热交换表面接触的供水沿垂直方向流动，此时被加热和蒸发，形成的蒸汽在蒸汽发生器的上部向外排出。

与管子接触的流动流体会引起振动，振动会使未有效地固定好的管子造成损坏。

管子的直线段被具有刚性板形式的一些隔板有效地夹持住，构成弯管区的管束管子的弯曲部分也必须支持住，为此目的通常使用抗振杆，它们被插入于管束的相邻管排之间并大体上沿弯管区半径方向布置，这些分隔杆呈V形，可折叠弯曲成形或装配构成。使用时，介于每对相邻的管排之间的抗振杆两段支杆朝向弯管区的半径方向。

蒸汽发生器的管束由接续的各管排装配构成，装配是在蒸汽发生器呈水平位置置放在回转装置上进行的。

蒸汽发生器构件大部分操作和安装均在蒸汽发生器处于水平位置时进行。

安装管束时，其支管已确切地沿弯管区的径向布置并介于各管排间的抗振杆可能会有滑动或倾斜，因而会引起安装不正确的危险。

管束安装结束，抗振杆相对它的位于弯管区中心部分一端的另外端，通常突出于构成弯管区外层的管子，并由贴靠在弯管区外部表面上的弧形条连接起来，抗振杆的外端部通过焊接与弧形条相连接。

也建议采用其他方式把抗振杆的外端部固定住，如使用螺钉类的可拆卸紧固件连接。

用来固定抗振杆的外端部的弧形条或其他机构仅当管束的所有管子都已安装好后再安装固定的情况下，在管束安装后的制造阶段中，例如构成水箱的蒸汽发生器的底部进行焊接时，或蒸汽发生器的最终焊接阶段，抗振杆相互之间并未固定住，从而当制造过程中可能会引起杆的倾斜或其他形式的错位，这就会导致抗振杆和管排弯曲部的偏位，从而造成存在蒸汽发生器弯管区形状不正确的缺陷。

更进一步看，蒸汽发生器工作时，抗振杆由于与调整循环流通的流体接触，可能在弯管区内产生位置上的偏移，这是因为它们之间仅依靠它们的外端部与位于弯管区表面上的连接机构连接在一起。

夹持固定蒸汽发生器管子直线部分的隔板被固定在与隔板垂直并穿过隔板内用以通过管子的网格状分布的通孔的固定杆上，穿过固定杆的通孔是以固定杆取代了管子。

每根固定杆特别是通过机械安装件固定在蒸汽发生器的上隔板上，所说上隔板即是指最接近于管束管子弯曲部的隔板。

在弯管区内固定杆的延伸部，在一排和同一排的相接续的管子之间存在有自由空间，这是因为管束内有固定杆的部位，本来可能是被管子所占据的。从而，蒸汽发生器的管束在有固定杆延伸部弯管区内具有某些不连续的区域。

迄今还没有哪种机构能实现在安装蒸汽发生器管束时能避免抗振杆的倾斜或其他错位现象发生，抗振杆是用来在管子安装后的随后制作过程中及当蒸汽发生器使用时，夹持固定住管子的弯曲部分的。

因而本发明的目的在于提供一种热交换器，它包括有一束弯成U形的热交换管，每根管子具有两段直线部分和一弯曲部分;一管板和一组隔板，这些隔板相互平行并沿管子直线部分纵向间隔分布，管束的管子穿过这些板上的通孔，这些孔支持管子使其处于彼此平行的平面排内;一些用来支持隔板的固定杆，这些杆布置在管束内并与管子的直线部分平行;和插入于管子的弯曲部分之间并沿各相邻排布置的多组抗振杆。这种热交换器的设计能改善管束安装时抗振杆和管子的安装和夹持固定，以及一方面在制造阶段，另一方面当热交换器工作时能夹持固定住抗振杆。

为此目的，按本发明的热交换器还包括至少有一个用来夹持至少一组布置在两相邻排管子之间的抗振杆的金属止动环，止动环具有与管束管子的弯曲部分相似的形状，并以其两端固定在位于最接近于管子弯曲部两根固定杆延伸端处的隔板上，止动环是置放在一管排的两根管子之间并包括有用来紧固一组介于布置有止动环的管排与至少一相邻排间的抗振杆的装置。

为更清楚地解释本发明，以下将通过对按本发明压力水核反应堆蒸汽发生器的这一非制约性的实例并参照附图进行描述。

图1是一按本发明压力水核反应堆蒸汽发生器局部剖视的分解透视图;

图2是图1所示蒸汽发生器管束上部的截面图;

图3是图2中沿箭头3所视的平面图;

图4是图2中沿4-4线所视放大比例的平面图;

图5是图2中位号5所指的在垂直平面内放大比例的截面（详）图。

图1示出了一压力水核反应堆的蒸汽发生器，总体上以位号1表示，它包括有一外壳2，其下部与一厚管板3相连接。

外壳2内包含有蒸汽发生器的管束，管束由一些弯成U形的管子所组成，管子包括有位于其上部的半圆形弯曲部分5b和两个直线部分5a。

管束中管子的直线部分5a的端部被管板3以这样的方式夹持住，即使其与一个由隔板8隔成两部分的水箱7相连通。

核反应堆的压力水通过一输入接管嘴6a灌入水箱7的一个部分内，压力水经管束的管子流通循环，随后从输出接管嘴6b排出。

管束5由一管束外封套9所包绕，外封套9与蒸汽发生器的壳体之间构成由输入接管嘴11进入的供水流通通道，蒸汽发生器的供水首先在管束外封套9周围的环形腔中向下流，接着转为向上流并与管束的管子5相接触，从而被加热蒸发，以蒸汽的形式通过蒸汽发生器上部的管嘴12向外排出。

管束5的上部是由并列设置的半圆形弯曲部分构成，从图1中可见，同一平面内的管子排列，弯曲部分的半径从外向内是递减的。

此外，具有从外向内半径递减的弯曲部分的各个接续并相互平行的管排所构成的管束的上部，实质上形成一半球形式的装配构件，可称之为管子弯曲区。

管子5的直线部分5a被一些隔板10所夹住，当蒸汽发生器工作时，在流体热交换流动的作用下，隔板10能起到防止管子的振动作用。位于蒸汽发生器最上部正好位于弯曲部5b下方的隔板10a，被称为蒸汽发生器的上隔板。

管板3和隔板10均钻有网格状通孔以便让管子5的直线形支管5a穿过，并能使各支管5a按管束轴线方向相互平行布置并被固紧或夹持住。核反应堆的蒸汽发生器1工作时，管束的轴线处于垂直位置。

此外，管子5被排列成相互平行的平面排，这是由于管板3和隔板10上的贯通孔是沿着一排接一排的直线排彼此对齐的，每根管子的两条支管插入同一排上的两组对齐的通孔内，这两组孔的位置是相对于隔板和管板的中心两侧呈对称分布。管板和隔板上的网格状通孔的分布，构成了与管子的各平行排相垂直的方向上也形成直线形的管排，从而弯管部分在与图1所示的截面相垂直的方向上也是相互对齐的。

位于管束的中央部位具有较小曲率半径的（一组）弯管，在管束的内部限定出一中央自由通道，在其两侧，管子的直管部分按对称排列。

位于管束上端的管了弯曲部分被一些抗振杆13夹持住，每根抗振杆13包含两条支杆，它们在位于管束内部抗振杆的中央部13a处连结成一体。每根抗振杆的两支杆可以是以铰结的形式连接起来因而形成双脚规的形式，也可由一杆弯成，其中央部13a形成了折叠部位。

相对于抗振杆13的中央部13a的两支杆的端部，稍稍突出于管子弯曲区管子的外层并被焊接于位于管子弯曲区表面上的环形保持件16上。

被支持于管束4中的各隔板10，沿着管束的直线形支管长度上彼此分隔开并呈平行布置，隔板10是由布置在管束4中并与管子5的直线形支管5a平行的固定杆14夹持住。

各固定杆14被固定在管板3上，并穿过每个隔板10内管子5的网格状通孔的一个孔。

固定杆14被固定于每个所穿过的隔板10上，例如可采用机械装置或/和用焊接将其固定在相应所穿过孔的平面上。

直线形的固定杆14的上部被固定于上隔板10a上，可以用机械构件诸如螺母和锁紧垫圈固紧伸出于上隔板10a上方的固定杆14的螺纹端，固定杆14用螺母拧紧后再附加焊接，以确保紧固连接部位的锁紧和不会脱开。

图1和图2中示出了位于蒸汽发生器管束中央部位附近的一个平面管排18的一些管子5以及一组4件呈V形的抗振杆13，每根杆13包含的两支杆在管束4的弯管区内大体上沿径向布置并与平面管排18的管子5相接触。

4根抗振杆13，其支杆间形成的夹角不同，构成了一组插入于管束的管子5的两相邻平面排18之间的一套或一组抗振杆。各抗振杆13伸入管束4的弯管区内的深度多少不等，从而各抗振杆的依次分布的支管之间，大体上形成相同的（间隔）角度。

所表示的实施例中，一组抗振杆包括有4根抗振杆和8根支杆。

蒸汽发生器管束安装时，蒸汽发生器的外壳2的对称轴线2′沿水平放置，把管子5插入隔板10和管板3的孔中，通过使管子5并列放置按顺序地构成了各平面排18。

一组打算用来与一平面管排18相接触的抗振管13被安装在刚构成的平面排18上，此外，因为它们之间并未通过紧固环（或保持件）16连接在一起，当蒸汽发生器在执行各种安装和焊接操作时，蒸汽发生器在回转装置的滚子上会有回绕其轴线2的转动，此时介于两管排18之间并与之相接触的抗振杆13不会发生绕其内侧部分13a倾斜的危险。

按照本发明，介于确定的管排18之间的抗振杆组13能用一金属止动环20使其固定在一精确的安装位置上，止动环20具有与管子5的弯曲部5b相似的形状，也就是说大体上呈半环状。

止动环20用机构19固定于两根固定杆14的延伸部处蒸汽发生器的上隔板10a上，固定杆14是用来夹持住隔板10的。机构19将在其余的说明部分中详细叙述。

图1和图2中表示出的管排18包括插入于隔板10和管板3的各相互对齐的通孔的一些管子5，这些孔中的两个孔是用来穿过并固定两根支持固定杆14的。

在管束4的弯管区，位于固定杆14的伸出部位的管排18的相邻两根管子之间留有一定空间，在此空间内允许放入用于固紧抗振杆13的止动环20。

止动环20由圆弧状的区段21依次接续构成，区段21′a和21′b分别位于止动环20的两端，并分别由紧固机构19使其固定在隔板10a的上平面上方。

位于区段21′a和21′b之间的止动环20的各接续的区段21端部对端部连接起来，并通过连接机构22与抗振杆13相连接，这将参阅图4进行详述。

图4示出了用以把各区段21连接在一起的区域22连接面处的止动环20的两个接续区段21a和21b，也示出了抗振杆13的两支杆插入于蒸汽发生器管束的两相邻排的管子5之间。

区段21a和21b被切成圆弧状，每个区段在其端部相对于连接区22的连接面，包括有一叉形连接部。每个区段21a和21b的叉形连接部22a、22b相对相反设置而且各自反向相对于它所要连接的区段的端部。

区段21a和21b的端部及叉形连接部22a和22b的端部贯穿有带螺纹部的通孔。

叉形连接部22a和22b各自对应于区段21a和21b的中间平面是侧向偏置的，因此，在区段21a和区段21b的装配部位，在区段21a的叉形连接部22a和区段21b之间，以及在区段21b的叉形连接部22b和区段21a之间都存在一空间，此空间允许抗振杆13的一支杆插入并被固紧。

因为止动环20布置在一管排18内，由于被存在有一固定杆而形成的空间所隔开的两根管子之间，叉形连接部22a和22b，以及止动环区段21a和21b能固紧住位于管排18的两侧插入于管排18与相邻的另一管排之间的两个空间内的抗振杆13的两支杆。

接续的区段诸如21a和21b通过螺钉诸如23a和23b装配连接在一起构成止动环20，布置在管排18两侧的抗振杆13的两支杆被紧紧地夹持和固紧在叉形连接部之间和区段的端部之间。

在图5中所示，用来紧固止动环20的端区段诸如21′a的机构19包括有一第一构件24，它有两个同轴线的接续锥形通孔24a和24b;一个与螺母26构成一体的螺杆25和一第二构件，该构件构成了区段21′a的端部，在其内部加工出一个锥形孔。

包括有第一构件24，第二构件21′a和螺杆25的机构19构成了一张紧器，它使止动环20的一端受到一张紧力并把止动环固紧在上隔板10a上。

第一构件24沿其轴线包括有第一锥形孔24a和一第二锥形孔24b，孔24b的直径比锥孔24a的直径小些并被呈光滑状的中间孔24c和一凹槽24d分隔开，孔24c的直径是孔24a和24b的直径之间的中间值。

在延伸部上装有环20的一个端部的固定杆14包括一个伸出于上隔板10a上方的螺纹端部分14a，构件24的锥孔24a的直径和螺纹能适合于把构件24通过拧紧螺纹紧固在固定杆的端部14a上，在拧紧螺纹使构件24固紧在固定杆14的端部14a上之前，在中部孔24c内放入一锁紧止挡件28，当拧紧构件24时，固定杆的端部14a就紧紧地抵靠在件28上。

杆25包括有两段具有不同旋向的螺纹部分25a和25b，此两螺纹段位于螺母26的两侧。

止动环20的端区段21′a具有一锥孔，其直径和螺纹适合于拧入杆25的螺纹部25a。

锥孔24b的直径和螺纹适合于拧入杆25的螺纹部25b。

通过把构件24的锥孔24a拧入并抵紧固定杆14的端部14a使其固紧后，杆25以其螺纹部25b拧进构件24的锥孔24b，以及以其螺纹部25a拧入止动环端区段21′a的锥孔。

止动环20借助于构成张紧器的机构19的螺母26而被拉紧和紧固住。

因而止动环20能在装配管束时安装好，通过把环的各接续区段21装配在一起，并把抗振杆布置在被安装的管排的每一侧，在止动环20的每一端部上的紧固机构19的安装和夹紧应能使止动环20张紧，并能使布置在管排18每一侧的两组抗振杆13紧固在位。

止动环被夹持和张紧后，杆25相对于件24用焊缝27使其焊死。

图3中示出了一按本发明制造的蒸汽发生器的4个止动环20a，20b，20c和20d的平面俯视图，它们对于蒸汽发生器的中心分界面（其轴线28在图3中表示出）呈对称分布，止动环20a和20b是一组，而止动环20c和20d是另一组。

为示明配置在蒸汽发生器管束弯管区内侧的止动环20a至20d，图中仅示出位于插入止动环20a的那一排18c两侧的管排18a和18b。

蒸汽发生器的上隔板10a具有排列成网格状的贯穿孔，这些孔用来穿过管束的管子和紧固隔板的固定杆。

图3仅示出固定于隔板10a上的固定杆14的端部，止动环20a，20b，20c和20d各以其端部固定于两根固定杆14的延伸部处的隔板10a上。

在其延伸端上固定有止动环的固定杆14分布在一个与隔板10a同心的圆周29上。

在如图3表示出的蒸汽发生器的情况下，分布在各管排18之间的8组抗振杆分别由位于中心界面28邻近的两个大止动环20a和20b，和位于离心中界面28较远处的两个小止动环20c和20d夹持在位。

一方面对止动环20a和20b，另一方面对止动环20c和20d的装配和固定可以在安装蒸汽发生器管子时进行，把呈圆弧状的按标准形式制造的区段连接起来并在两端部连接安装用的装置。

装配好的止动环就可安装在隔板10a上，并用与对应固定杆14端部相连接的紧固机构19使其张紧。

因而，当蒸汽发生器管束安装时，数量众多的抗振杆就能精确地安装好并被固紧，从而保证了接续的各管排以及弯管区整体上具有较大的刚度。

蒸汽发生器制造过程中当在车间内操作时，管束在绕其处于水平状态的轴线转动时会发生错位，抗振杆由于被有效地夹持固定从而不会在两管排之间产生倾斜。

抗振杆的有效固定也不会发生滑动移位和进一步伸入弯管区内的情况。

总的说来，不安装蒸汽发生器管束时，插入蒸汽发生器弯管区内的抗振杆能较容易地安装好和有效地夹持固定住。

按照本发明的用以紧固蒸汽发生器抗振杆的止动环在蒸汽发生器装配后，当然就留在弯管区原地，所以这些止动环也夹持抗振杆并当该发生器工作时起到增强弯管区刚度的作用。

在蒸汽发生器的蒸汽管嘴发生破裂情况下，按本发明的金属止动环能使连接于蒸汽发生器弯管区的构件（抗振杆）夹持在位，因而起到防止崩离的作用。

按照本发明的蒸汽发生器，发生器管束几何特性的获得和保持从而能有效地得到保证。

本发明并不受所叙述的实施例的限定和制约。

因此，可以想象止动环可以有与所叙述的不同的形式，所述的组合式实例具有可同时装配和采用止动环和紧固抗振杆的优点。

同样，把止动环紧固到固定杆延伸端处上隔板上的机构也可与以上所叙述的张紧器19有不同的形式。

很明显，任何数量的用来紧固抗振杆和起增强作用的止动环可以放入蒸汽发生器管束弯管区内，其数量取决于用以支持隔板并取代了管束中一定数量管子的固定杆的数量和位置。

在某些非常特别的情况下，可以想象到可仅采用一根紧固和增强用的止动环，通常是由于蒸汽发生器管束的对称分布，往往采用偶数的紧固和增强用止动环，对称成对地配置在管束对称平面两侧。

本发明不仅可应用于压力水核反应堆的蒸汽发生器，也可应用于包含有分布在相互平行平面内管排所组成的一组弯管的其他蒸汽发生器或热交换器中。

Claims (9)

1、热交换器包括有一束弯成U形的热交换管(5)，每根管子包括两段直线部分(5a)和一弯曲部分(5b)；一管板(3)和一组隔板(10)，相互间平行并沿管子(5)的直线部分(5a)的纵向间隔分布，管束的管子(5)穿过这些板上的通孔，这些孔能支持管子(5)使其处于彼此平行平面排(18)内；一些用来支持隔板(10)的固定杆(14)，这些杆子布置在管束内并与管子(5)的直线部分平行；和插入于管子(5)的弯曲部分(5b)之间并沿各相邻管排(18)布置的多组抗振杆(13)，其特征在于热交换器还包括至少有一个用来夹持至少一组布置在两相邻排(18)管子(5)之间的抗振杆(13)的金属止动环(20)，止动环具有与管束管子(5)的弯曲部分(5b)相似的形状，并以其两端固定安装在位于最接近于管子(5)的弯曲部(5b)两固定杆(14)延伸部处的隔板(10a)上，该止动环被置放在一管排(18)的两根管子(5)之间并包括有用来紧固一组介于布置有止动环(20)的管排(18)与至少一相邻的管排间的抗振杆(13)的装置(22)。

2、按权利要求1的热交换器，其特点在于：金属止动环（20）是由通过装配机构（22）装配在一起的各接续区段（21）构成，装配机构（22）也固定住抗振杆（13）。

3、按权利要求2的热交换器，其特点在于：具有半环状的止动环（20）是由呈圆弧形的各接续区段（21）构成。

4、按权利要求2和3任一项的热交换器，其特点在于：止动环（20）的各接续区段（21）以螺纹接合装配在一起，各区段包括有装配部（22a，22b;21a，21b），在这些装配部之间抗振杆（13）被夹持固紧。

5、按权利要求1至3任一项的热交换器，其特征在于：止动环（20）以其两端通过构成张紧器的紧固机构（19）固定在隔板（10a）上，紧固机构（19）在止动环（20）的端部作用一张紧力。

6、按权利要求5的热交换器，其特点在于：构成张紧器形式的紧固机构（19）包括有：一包含紧固在隔板（10a）上的装置（24a）和一锥孔（24b）的第一构件（24）;一根包含两段旋向相反的螺纹部（25a，25b）和在两螺纹部之间螺母（26）的杆（25），以及一构成止动环（20）端区段的第二构件（21′a），它包含一锥孔，螺杆（25）利用其旋向相反的螺纹部（25a，25b）同时拧入与隔板（10a）连接在一起的第一构件（24）的锥孔（24b）内和构成止动环（20）的端区段的第二构件（21′a）的锥孔内。

7、按权利要求6的热交换器，其特点在于：紧固第一构件（24）于隔板（10a）上的装置（24a）是一锥孔（24a），它能拧在穿过隔板（10a）的一根固定杆（14）的螺纹部（14a）上。

8、按权利要求1至3任一项的热交换器，其特点在于：它包括有至少两个相对于蒸汽发生器管束对称平面（28）呈对称分布的止动环（20a，20b，20c，20d）。

9、按权利要求1至3任一项的热交换器被用作一压力水核反应堆的蒸汽发生器。

Images