CN110345464A - 一种核电站蒸汽发生器用挠性管板结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核电站蒸汽发生器挠性管板结构，包括热膨胀缓冲段和弹性管板，弹性管板的两端和热膨胀缓冲段之间由过渡段连接；热膨胀缓冲段整体呈筒状，由不同厚度的内外筒和连接法兰组成，且在内外筒之间形成一作为流体死区的空腔，连接法兰两端分别与内外筒一端焊接，内筒另一端与过渡段端部焊接，外筒另一端的侧壁与蒸汽发生器筒体焊接；弹性管板和过渡段为一次锻造成形，且过渡段为圆弧形回转体，在弹性管板上均匀密布有换热管管孔；弹性管板、过渡段和热膨胀缓冲段的内筒三者的有效厚度相等。该结构可减薄管板厚度，减小管板两侧热应力，且管板具有一定弹性，可在一定程度上吸收换热管与蒸汽发生器筒体热膨胀差。
Description
技术领域
本发明涉及核电站蒸发器技术领域，特别涉及一种核电站蒸汽发生器用挠性管板结构。
背景技术
核电行业蒸汽发生器形式以管壳式蒸汽发生器为主，蒸汽发生器管板是蒸汽发生器的重要零部件之一。核电站蒸汽发生器工作条件苛刻，蒸汽出口管板的设计温度可高达660℃，设计压力可高达18MPa，既要承受高压，又要承受高温和介质冲蚀。传统设计的刚性管板一方面需要增加管板厚度以承受更高的压力载荷，一方面需要管板越薄越好以减小温差热应力的影响，难以实现高温与高压的整合。因此，有必要设计一种核电站蒸汽发生器挠性管板结构，使其能够承受高温和高压的共同做用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种核电蒸汽发生器的挠性管板结构，该管板结构能够为工作在高温、高压的蒸汽发生器出口管板提供良好的解决方案。
本发明解决上述技术问题所采取的技术方案是：
本发明提出的一种核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，其特征在于，包括热膨胀缓冲段和弹性管板，所述弹性管板的两端和热膨胀缓冲段之间通过过渡段连接；其中，所述热膨胀缓冲段整体呈筒状，由不同厚度的内筒、外筒和连接法兰组成，且在内筒、外筒之间形成一作为流体死区的空腔，所述连接法兰的两端分别与内筒、外筒一端焊接，所述内筒另一端与所述过渡段端部焊接，所述外筒另一端的侧壁与蒸汽发生器筒体焊接；所述弹性管板和过渡段为一次锻造成形，且所述过渡段为圆弧形回转体，在所述弹性管板上均匀密布有换热管管孔；所述弹性管板、过渡段和热膨胀缓冲段的内筒三者的有效厚度相等。
进一步地，所述弹性管板、过渡段和热膨胀缓冲段的内筒三者的有效厚度的最小值δ按照以下公式计算：
其中：
d——所述弹性管板的最大外接圆直径，mm；
Pa——所述弹性管板的计算载荷，MPa；
——所述挠性管板结构的板材在设计温度下的许用应力强度，MPa；
且所述过渡段的转角半径不小于1/8d。
进一步地，所述热膨胀缓冲段中内筒的长度大于外筒的长度，且内筒和外筒的长度均不小于
进一步地，所述过渡段与热膨胀缓冲段中内筒对接焊接所需的最小直边长度为25～50mm。
进一步地，所述连接法兰由短臂段和长臂段一体成型，短臂和长臂一端分别与所述热膨胀缓冲段中内筒和外筒一端焊接。
进一步地，所述连接法兰的短臂和长臂的长度差不小于50mm。
进一步地，在所述内筒、外筒之间形成的空腔内填充有隔热材料。
此挠性管板结构具有可承受高压所用、可承受高温和高温差作用、结构本身具有一定的弹性，能够吸收换热管和蒸汽发生器筒体热膨胀差，具有减小温差造成的热应力的特点。
本发明的有益效果是：
1、所涉及的挠性管板厚度比普通刚性管板减小近2/3，因管板两侧温差造成的热弯曲应力显著降低，有效的节约了核级锻件的成本；
2、通过热膨胀缓冲段内外筒形成的流体死区或该流体死区及其内置的隔热材料，可有效隔绝缓冲段内筒体与弹性管板围成空间内的热流体对缓冲段外筒及筒体的热冲击，从而降低筒体设计温度，提升筒体设计经济性；此外，弹性管板及热膨胀缓冲段的结合增大了整体结构的挠性，能够自动补偿换热管与筒体的热膨胀差，无需再设置膨胀节等补偿元件。
3、挠性管板折边段采用半圆形圆弧过渡，结构简单、锻造和检验方便，与热袖内筒体对接焊接、结构可靠性高。
附图说明
图1为本发明的挠性管板与换热管和蒸汽发生器筒体连接的示意图。
图中符号说明：
1——热膨胀缓冲段
11——内筒 12——外筒 13——连接法兰
2——过渡段
3——弹性管板
4——蒸汽发生器筒体
5——换热管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的挠性管板作进一步描述。
请参阅图1为本发明的挠性管板与换热管及蒸汽发生器筒体连接的结构示意图所示，一核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，用于核电站蒸汽发生器热蒸汽出口管板，所述核电站蒸汽发生器是用于一回路与二回路介质的蒸汽发生器，设计压力可高达18MPa，设计温度可高达660℃。本实施例的挠性管板结构包括热膨胀缓冲段1和弹性管板3，热膨胀缓冲段1和弹性管板3之间通过过渡段2连接。其中，热膨胀缓冲段1整体呈筒状，由不同厚度的内外筒(11、12)和连接法兰13组成，且在内外筒之间形成一空腔，该空腔为流体死区，通过空腔或者空腔及其内置的隔热材料，可有效隔绝缓冲段内筒11与弹性管板3围成空间内的热流体对缓冲段外筒12及蒸汽发生器筒体4的热冲击，从而降低筒体设计温度，提升筒体设计经济性；所述连接法兰13由短臂段和长臂段一体成型，内筒11一端与过渡段2一端焊接，内筒11另一端与连接法兰13一端焊接，连接法兰13另一端与外筒12一端焊接，外筒12另一端的侧壁与蒸汽发生器筒体4焊接；连接法兰13除用于连接内外筒外，还用于连接蒸汽器外部热气导管(该部分管道在图中未画出)，其中，连接法兰13的短臂段用于连接外筒12和蒸汽器外部热气导管，连接法兰13的长臂段用于连接内筒11和蒸汽器外部热气导管，图1中，为了满足连接刚度要求，连接法兰13的长臂段具有变厚度，在满足连接刚度要求的前提下，长臂段也可采用等厚度。弹性管板3与其两端的过渡段2为一次锻造成形，且过渡段2为圆弧形回转体，在弹性管板3上均匀密布(如以正三角形布管方式)有换热管管孔，换热管5穿过弹性管板3的管孔并焊接固定；弹性管板3、过渡段2和热膨胀缓冲段的内筒11三者的有效厚度相等。该结构可以减薄管板厚度，减小管板两侧温差应力，使得管板具有一定的弹性，可以一定程度上吸收换热管5与蒸汽发生器筒体4热膨胀差，特别适用于高温、高压下的核电蒸汽发生器。
本发明中弹性管板3、过渡段2以及热膨胀缓冲段内筒11三者的有效厚度相等，该有效厚度的最小值δ按照以下公式计算：
其中：
d——弹性管板3的最大外接圆直径，mm；
Pa——弹性管板3的计算载荷(压力)，MPa；
——本挠性管板材料在设计温度下的许用应力强度，MPa
且过渡段2的转角半径不小于1/8d，从而使得弹性管板3、过渡段2以及热膨胀缓冲段内筒11的强度相近以保证整个管板的挠性。
参见图1，图中L1用于表示过渡段2与热膨胀缓冲段1中内筒11对接焊接所需的最小直边长度，为25～50mm；L2为弹性管板和过渡段2的总高；L3为热膨胀缓冲段1中内筒11的总长；L4为热膨胀缓冲段1中外筒12的总长；L5为连接法兰13的长臂段长度；L6为连接法兰13的短臂段长度。L2根据弹性管板3厚度及L1确定；为了进一步吸收换热管5与蒸汽发生器筒体4之间的热膨胀差，热膨胀缓冲段1中内筒11的长度L3大于外筒12的长度L4，且L3与L4的长度均不小于根据实际需要可越长越好；L5与L6的长度差不小于50mm。
在上述方案的基础上，本发明的挠性管板由锻件通过机加工和焊接成形，为本领域的常规加工工艺。
本挠性管板结构的工作原理如下：
本挠性管板结构通过相互焊接的弹性管板3、热膨胀缓冲段1、以及蒸汽发生器筒体4结构形成一侧腔室，弹性管板3与换热管5强度焊接，换热管5内部及弹性管板3、过渡段2与热膨胀缓冲段的内筒11内表面形成另一侧腔室，从而实现冷热流体的分离。当本挠性管板结构承受压力、温度以及换热管载荷共同作用时，弹性管板3发生挠性弯曲变形，释放部分热膨胀引起的热应力，与此同时，过渡段2与热膨胀缓冲段1内筒11中产生连续的一次加二次应力，以对弹性管板3的变形进行变形协调，热膨胀缓冲段内筒11与外筒12间空腔或者空腔及其内置的隔热材料，可有效隔绝缓冲段内筒11与弹性管板3围成空间内的热流体对热膨胀缓冲段的外筒12及蒸汽发生器筒体4的热冲击，使得热膨胀缓冲段的外筒12内仅承受压力产生的一次应力和少量热弯曲应力。热膨胀缓冲段的内筒11与热膨胀缓冲段的外筒12之间的变形协调由连接法兰13完成。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，其特征在于，包括热膨胀缓冲段和弹性管板，所述弹性管板的两端和热膨胀缓冲段之间通过过渡段连接；其中，所述热膨胀缓冲段整体呈筒状，由不同厚度的内筒、外筒和连接法兰组成，且在内筒、外筒之间形成一作为流体死区的空腔，所述连接法兰的两端分别与内筒、外筒一端焊接，所述内筒另一端与所述过渡段端部焊接，所述外筒另一端的侧壁与蒸汽发生器筒体焊接；所述弹性管板和过渡段为一次锻造成形，且所述过渡段为圆弧形回转体，在所述弹性管板上均匀密布有换热管管孔；所述弹性管板、过渡段和热膨胀缓冲段的内筒三者的有效厚度相等。
2.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，其特征在于，所述弹性管板、过渡段和热膨胀缓冲段的内筒三者的有效厚度的最小值δ按照以下公式计算：
其中：
d——所述弹性管板的最大外接圆直径，mm；
Pa——所述弹性管板的计算载荷，MPa；
——所述挠性管板结构的板材在设计温度下的许用应力强度，MPa；
且所述过渡段的转角半径不小于1/8d。
3.根据权利要求2所述的核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，其特征在于，所述热膨胀缓冲段中内筒的长度大于外筒的长度，且内筒和外筒的长度均不小于
4.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，其特征在于，所述过渡段与热膨胀缓冲段中内筒对接焊接所需的最小直边长度为25～50mm。
5.根据权利要求1所述的核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，其特征在于，所述连接法兰由短臂段和长臂段一体成型，短臂和长臂一端分别与所述热膨胀缓冲段中内筒和外筒一端焊接。
6.根据权利要求5所述的核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，其特征在于，所述连接法兰的短臂和长臂的长度差不小于50mm。
7.根据权利要求1～6中任意一项所述的核电站蒸汽发生器用挠性管板结构，其特征在于，在所述内筒、外筒之间形成的空腔内填充有隔热材料。
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