CN111928716A - 一种用于反应堆热交换器的导流装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于反应堆热交换器的导流装置，所述热交换器为管壳式热交换器，包括作为壳程进口的进口接管，用于连接进口接管的筒体段，还包括设置在所述筒体段内、轴线与筒体段轴线平行的衬筒，所述衬筒的外径小于筒体段的内径，衬筒相对于筒体段间隔设置；所述进口接管的出口端朝向衬筒的侧壁；所述衬筒两端均通过中间连接件与筒体段形成固定连接关系。本导流装置结构简单，不仅可保护换热管，同时具有结构可靠性高的特点。

Description

一种用于反应堆热交换器的导流装置

技术领域

本发明涉及热交换器结构设计技术领域，特别是涉及一种用于反应堆热交换器的导流装置。

背景技术

在研究试验用堆中，需要使用热交换器带出反应堆堆芯产生的热量，其主要功能包括：利用反应堆冷却剂作为载热剂，将堆芯热量传递至二次冷却水；作为反应堆压力边界的组成部分，防止放射性物质通过二次冷却水泄漏。

研究试验堆热交换器的二次侧水通常采用河水，为避免冷却用的河水温度升高过多，冷却用的河流流量通常较大，因此造成热交换器壳程进口流量较大，如果冷却流体直接流向热交换器的传热管，会对传热管造成冲击，影响传热管的使用安全。

进一步优化热交换器的结构设计，以利于热交换器的结构可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述提出的进一步优化热交换器的结构设计，以利于热交换器的结构可靠性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题，本发明提供了一种用于反应堆热交换器的导流装置。本导流装置结构简单，不仅可保护换热管，同时具有结构可靠性高的特点。

针对上述问题，本发明提供的一种用于反应堆热交换器的导流装置通过以下技术要点来解决问题：一种用于反应堆热交换器的导流装置，所述热交换器为管壳式热交换器，包括作为壳程进口的进口接管，用于连接进口接管的筒体段，还包括设置在所述筒体段内、轴线与筒体段轴线平行的衬筒，所述衬筒的外径小于筒体段的内径，衬筒相对于筒体段间隔设置；

所述进口接管的出口端朝向衬筒的侧壁；

所述衬筒两端均通过中间连接件与筒体段形成固定连接关系。

现有技术中，管壳式热交换器中，壳程流体一般通过平行于热交换器径向方向的方式被引入热交换器中，针对热交换器的结构稳定性和保护性设计，如冷流体流量较大时，为避免冷流体直接冲刷换热管，造成换热管受到过大的冲击力而影响其使用寿命、因为如冷流体为河水时，其内颗粒杂质造成换热管因为磨损而发生管漏事故，本方案通过在热交换器的中设计导流装置，更为具体的，设置为包括位于热交换器筒体内的衬筒，以上进口接管的出口端正对所述衬筒的侧壁，衬筒与热交换器的筒体平行，通过进水直接冲刷至衬筒上，再通过衬筒与筒体段之间的间隙引流改变流体的流向，使得流体能够以趋近于与衬筒轴线平行的方式最终被引入到换热管的分布区域，达到避免壳程入口的冷却水对传热管造成冲击和产生强烈磨损的目的。

同时，本方案考虑到衬筒与筒体段连接位置的受力，设置为：所述衬筒两端均通过中间连接件与筒体段形成固定连接关系，以上提供的衬筒固定方式，可避免如衬筒作为一个悬臂梁结构，在大流量流体的长期作用下，存在疲劳损伤的问题，同时使得具体中间连接件可通过受压、受拉的方式完成衬筒在筒体段内的位置约束。

综上，采用本方案，不仅可有效实现热交换器壳程大流量流体的导流，达到保护换热管的目的；同时能够为衬筒提供有效支撑，利于热交换器结构的稳定性和使用寿命，同时还具有方便制造和安装的特点。

在具体运用时，热交换器的管束由衬筒内穿过即可。

更进一步的技术方案为：

为充分利用换热管，使得冷、热流体之间能够拥有更大的换热面积，设置为：在热交换器筒体设置进口接管的一端上，衬筒靠近该端的端部通过多块固定板与筒体段固定连接，衬筒远离该端的端部通过环形板与筒体段固定连接；

所述的多块固定板在衬筒的周向方向上间隔排布；

所述环形板的内侧通过绕衬筒周向方向的环焊缝与衬筒焊接连接，所述环形板的外侧通过绕衬筒周向方向的环焊缝与筒体段焊接连接。本方案即为：由进口接管引入的流体由衬筒更靠近热交换器进口接管所在端的端部最终被引入壳程中，达到优化换热管利用率的目的。以上设置为固定板有多块，旨在考虑：一、对衬筒提供周向方向上的多点约束，以提高约束性能；二、利于均匀热交换器筒体周向方向上管程流体各点的流量，以提高换热效率。

相较于衬筒上环形板所在的一端，在设置固定板的一端上能够形成于衬筒与筒体段之间的焊缝长度更短，为利于衬筒各端的连接强度，同时为了方便实现焊接连接，设置为：衬筒上还设置有数量与固定板数量相等的孔道，孔道与固定板一一对应，各孔道均用于一块固定板与衬筒的固定；

所述固定板均为：

在衬筒的径向方向上，固定板的外端与筒体段的内侧焊接连接；

固定板的内端穿过所述孔道后，由形成于衬筒内侧的焊缝与衬筒焊接连接。在具体运用时，由于固定板的外端嵌入所述筒体段，故固定板首先可通过与等径段直接接触的方式完成对衬筒位置的约束；同时，以上结构限定在具体制备时，如首先由衬筒与筒体段之间的间隙完成固定板外端与筒体段的焊接，而后由衬筒的内侧完成固定板内端与衬筒的焊接，这样，可有效避免形成于固定板与筒体段之间的焊缝对固定板与衬筒外侧焊接所带来的干扰。达到不仅利于焊接可靠性，同时方便实施焊接的目的。

作为一种可强化固定板连接强度，同时有效利用固定板，增加流体由衬筒与筒体段之间间隙流出阻力，以均匀流体进入壳程时在热交换器周向方向上分布均匀性的技术方案，设置为：所述固定板均为平面与所述筒体横截面平行的平板。

作为优化所述均匀性进一步的或并列的技术方案，设置为：所述间隔排布为相对于衬筒的轴线环形均布。

作为优化所述均匀性进一步的或并列的技术方案，设置为：所述衬筒的轴线与筒体段的轴线同轴。

为优化筒体段局部的受力，设置为：在衬筒的轴线方向上，进口接管位于衬筒的中部。

为使得本导流装置便于通过热变形的方式减小在使用时筒体上的热应力，设置为：在所述筒体段的轴线方向上，由筒体段的一端至另一端，依次为：变径段、等径段和变径段；

所述变径段均为曲线变径段。所述等径段可用于连接衬筒和进口接管，达到便于完成衬筒和进口接管连接的目的。

进一步的，为减小变径段上的应力水平，设置为：在所述曲线变径段的轴线方向上，曲线变径段包括多段顺序相接的曲线筒段，任意相邻两曲线筒段通过相切的方式平滑连接。所述相切的方式即为变径段在平行于其轴线的纵截面上，筒体段壁截面在沿着其延伸方向，筒体段壁截面由相切的多条曲线构成。

为使得由衬筒与筒体段之间间隙流出的流体能够以流动方向尽可能平行于热交换器轴线的方式进入壳程中，设置为：所述衬筒与筒体段之间间隙的出口端位于所述等径段的两端之间。

本发明具有以下有益效果：

现有技术中，管壳式热交换器中，壳程流体一般通过平行于热交换器径向方向的方式被引入热交换器中，针对热交换器的结构稳定性和保护性设计，如冷流体流量较大时，为避免冷流体直接冲刷换热管，造成换热管受到过大的冲击力而影响其使用寿命、因为如冷流体为河水时，其内颗粒杂质造成换热管因为磨损而发生管漏事故，本方案通过在热交换器的中设计导流装置，更为具体的，设置为包括位于热交换器筒体内的衬筒，以上进口接管的出口端正对所述衬筒的侧壁，衬筒与热交换器的筒体平行，通过进水直接冲刷至衬筒上，再通过衬筒与筒体段之间的间隙引流改变流体的流向，使得流体能够以趋近于与衬筒轴线平行的方式最终被引入到换热管的分布区域，达到避免壳程入口的冷却水对传热管造成冲击和产生强烈磨损的目的。

同时，本方案考虑到衬筒与筒体段连接位置的受力，设置为：所述衬筒两端均通过中间连接件与筒体段形成固定连接关系，以上提供的衬筒固定方式，可避免如衬筒作为一个悬臂梁结构，在大流量流体的长期作用下，存在疲劳损伤的问题，同时使得具体中间连接件可通过受压、受拉的方式完成衬筒在筒体段内的位置约束。

综上，采用本方案，不仅可有效实现热交换器壳程大流量流体的导流，达到保护换热管的目的；同时能够为衬筒提供有效支撑，利于热交换器结构的稳定性和使用寿命，同时还具有方便制造和安装的特点。

附图说明

图1为本发明所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置一个具体实施例的主视剖视图，图中箭头用于展示流体在经过导流装置时的流向；

图2为本发明所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置一个具体实施例的侧视剖视图；

图3为本发明所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置一个具体实施例的局部示意图，用于反映衬筒上孔道的设置方式。

图中标记分别为：1、变径段；2、等径段；3、进口接管；4、衬筒；5、固定板；6、环形板；7、孔道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图3所示，一种用于反应堆热交换器的导流装置，所述热交换器为管壳式热交换器，包括作为壳程进口的进口接管3，用于连接进口接管3的筒体段，还包括设置在所述筒体段内、轴线与筒体段轴线平行的衬筒4，所述衬筒4的外径小于筒体段的内径，衬筒4相对于筒体段间隔设置；

所述进口接管3的出口端朝向衬筒4的侧壁；

所述衬筒4两端均通过中间连接件与筒体段形成固定连接关系。

现有技术中，管壳式热交换器中，壳程流体一般通过平行于热交换器径向方向的方式被引入热交换器中，针对热交换器的结构稳定性和保护性设计，如冷流体流量较大时，为避免冷流体直接冲刷换热管，造成换热管受到过大的冲击力而影响其使用寿命、因为如冷流体为河水时，其内颗粒杂质造成换热管因为磨损而发生管漏事故，本方案通过在热交换器的中设计导流装置，更为具体的，设置为包括位于热交换器筒体内的衬筒4，以上进口接管3的出口端正对所述衬筒4的侧壁，衬筒4与热交换器的筒体平行，通过进水直接冲刷至衬筒4上，再通过衬筒4与筒体段之间的间隙引流改变流体的流向，使得流体能够以趋近于与衬筒4轴线平行的方式最终被引入到换热管的分布区域，达到避免壳程入口的冷却水对传热管造成冲击和产生强烈磨损的目的。

同时，本方案考虑到衬筒4与筒体段连接位置的受力，设置为：所述衬筒4两端均通过中间连接件与筒体段形成固定连接关系，以上提供的衬筒4固定方式，可避免如衬筒4作为一个悬臂梁结构，在大流量流体的长期作用下，存在疲劳损伤的问题，同时使得具体中间连接件可通过受压、受拉的方式完成衬筒4在筒体段内的位置约束。

综上，采用本方案，不仅可有效实现热交换器壳程大流量流体的导流，达到保护换热管的目的；同时能够为衬筒4提供有效支撑，利于热交换器结构的稳定性和使用寿命，同时还具有方便制造和安装的特点。

在具体运用时，热交换器的管束由衬筒4内穿过，筒体段作为热交换器筒体轴向方向上的局部，作为热交换器壳程的局部边界。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图3所示，为充分利用换热管，使得冷、热流体之间能够拥有更大的换热面积，设置为：在热交换器筒体设置进口接管3的一端上，衬筒4靠近该端的端部通过多块固定板5与筒体段固定连接，衬筒4远离该端的端部通过环形板6与筒体段固定连接；

所述的多块固定板5在衬筒4的周向方向上间隔排布；

所述环形板6的内侧通过绕衬筒4周向方向的环焊缝与衬筒4焊接连接，所述环形板6的外侧通过绕衬筒4周向方向的环焊缝与筒体段焊接连接。本方案即为：由进口接管3引入的流体由衬筒4更靠近热交换器进口接管3所在端的端部最终被引入壳程中，达到优化换热管利用率的目的。以上设置为固定板5有多块，旨在考虑：一、对衬筒4提供周向方向上的多点约束，以提高约束性能；二、利于均匀热交换器筒体周向方向上管程流体各点的流量，以提高换热效率。

相较于衬筒4上环形板6所在的一端，在设置固定板5的一端上能够形成于衬筒4与筒体段之间的焊缝长度更短，为利于衬筒4各端的连接强度，同时为了方便实现焊接连接，设置为：衬筒4上还设置有数量与固定板5数量相等的孔道7，孔道7与固定板5一一对应，各孔道7均用于一块固定板5与衬筒4的固定；

所述固定板5均为：

在衬筒4的径向方向上，固定板5的外端与筒体段的内侧焊接连接；

固定板5的内端穿过所述孔道7后，由形成于衬筒4内侧的焊缝与衬筒4焊接连接。在具体运用时，由于固定板5的外端嵌入所述筒体段，故固定板5首先可通过与等径段2直接接触的方式完成对衬筒4位置的约束；同时，以上结构限定在具体制备时，如首先由衬筒4与筒体段之间的间隙完成固定板5外端与筒体段的焊接，而后由衬筒4的内侧完成固定板5内端与衬筒4的焊接，这样，可有效避免形成于固定板5与筒体段之间的焊缝对固定板5与衬筒4外侧焊接所带来的干扰。达到不仅利于焊接可靠性，同时方便实施焊接的目的。

作为一种可强化固定板5连接强度，同时有效利用固定板5，增加流体由衬筒4与筒体段之间间隙流出阻力，以均匀流体进入壳程时在热交换器周向方向上分布均匀性的技术方案，设置为：所述固定板5均为平面与所述筒体横截面平行的平板。针对包括孔道7的方案，孔道7优选设置为宽度值与固定板5厚度值相等，长度值大于固定板5长度值的条形孔。采用本方案，孔道7的两侧均可直接与衬筒4相作用。

作为优化所述均匀性进一步的或并列的技术方案，设置为：所述间隔排布为相对于衬筒4的轴线环形均布。

作为优化所述均匀性进一步的或并列的技术方案，设置为：所述衬筒4的轴线与筒体段的轴线同轴。

为优化筒体段局部的受力，设置为：在衬筒4的轴线方向上，进口接管3位于衬筒4的中部。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图3所示，为使得本导流装置便于通过热变形的方式减小在使用时筒体上的热应力，设置为：在所述筒体段的轴线方向上，由筒体段的一端至另一端，依次为：变径段1、等径段2和变径段1；

所述变径段1均为曲线变径段。所述等径段2可用于连接衬筒4和进口接管3，达到便于完成衬筒4和进口接管3连接的目的。

进一步的，为减小变径段1上的应力水平，设置为：在所述曲线变径段的轴线方向上，曲线变径段包括多段顺序相接的曲线筒段，任意相邻两曲线筒段通过相切的方式平滑连接。所述相切的方式即为变径段1在平行于其轴线的纵截面上，筒体段壁截面在沿着其延伸方向，筒体段壁截面由相切的多条曲线构成。

为使得由衬筒4与筒体段之间间隙流出的流体能够以流动方向尽可能平行于热交换器轴线的方式进入壳程中，设置为：所述衬筒4与筒体段之间间隙的出口端位于所述等径段2的两端之间。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于反应堆热交换器的导流装置，所述热交换器为管壳式热交换器，包括作为壳程进口的进口接管(3)，用于连接进口接管(3)的筒体段，其特征在于，还包括设置在所述筒体段内、轴线与筒体段轴线平行的衬筒(4)，所述衬筒(4)的外径小于筒体段的内径，衬筒(4)相对于筒体段间隔设置；

所述进口接管(3)的出口端朝向衬筒(4)的侧壁；

所述衬筒(4)两端均通过中间连接件与筒体段形成固定连接关系。

2.根据权利要求1所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，在热交换器筒体设置进口接管(3)的一端上，衬筒(4)靠近该端的端部通过多块固定板(5)与筒体段固定连接，衬筒(4)远离该端的端部通过环形板(6)与筒体段固定连接；

所述的多块固定板(5)在衬筒(4)的周向方向上间隔排布；

所述环形板(6)的内侧通过绕衬筒(4)周向方向的环焊缝与衬筒(4)焊接连接，所述环形板(6)的外侧通过绕衬筒(4)周向方向的环焊缝与筒体段焊接连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，衬筒(4)上还设置有数量与固定板(5)数量相等的孔道(7)，孔道(7)与固定板(5)一一对应，各孔道(7)均用于一块固定板(5)与衬筒(4)的固定；

所述固定板(5)均为：

在衬筒(4)的径向方向上，固定板(5)的外端与筒体段的内侧焊接连接；

固定板(5)的内端穿过所述孔道(7)后，由形成于衬筒(4)内侧的焊缝与衬筒(4)焊接连接。

4.根据权利要求2所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，所述固定板(5)均为平面与所述筒体横截面平行的平板。

5.根据权利要求2所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，所述间隔排布为相对于衬筒(4)的轴线环形均布。

6.根据权利要求1所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，所述衬筒(4)的轴线与筒体段的轴线同轴。

7.根据权利要求1所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，在衬筒(4)的轴线方向上，进口接管(3)位于衬筒(4)的中部。

8.根据权利要求1所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，在所述筒体段的轴线方向上，由筒体段的一端至另一端，依次为：变径段(1)、等径段(2)和变径段(1)；

所述变径段(1)均为曲线变径段。

9.根据权利要求8所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，在所述曲线变径段的轴线方向上，曲线变径段包括多段顺序相接的曲线筒段，任意相邻两曲线筒段通过相切的方式平滑连接。

10.根据权利要求8所述的一种用于反应堆热交换器的导流装置，其特征在于，所述衬筒(4)与筒体段之间间隙的出口端位于所述等径段(2)的两端之间。

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