CN201503005U - 一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了属于热交换设备领域的用于核电站一二回路的枢纽设备的一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器。在下封头水室内设置的“十”字型隔板将下封头水室均分为相互交替的冷热水四腔室，在下封头水室管板上表面连接由2-N根倒U型管组成的倒U型管管束，并按照第一热水室和第一冷水室、第二热水室和第二冷水室分半安置，同一半部分倒U型管管束中冷却剂流向相同，两半部分倒U型管管束中冷却剂流向相反；因此管板上表面相连接的倒U型管管束中冷却剂流向是双向的，形成双向流动换热管压水堆蒸汽发生器；使得倒U型管管束外表面的二次侧冷却剂流场的温度分布更均匀，提高了蒸汽发生器自身的安全性，为蒸汽发生器大型化奠定了基础。

Description

一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器

技术领域

本实用新型属于热交换设备领域，特别涉及应用于核电站一二回路的枢纽设备的一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器。

背景技术

目前广泛应用于核电站一回路系统的U型管蒸汽发生器，其一次侧冷却剂包容边界的主要构件包括：一回路进出口、隔板、管板、U型管管束。其中蒸汽发生器的下封头由一块隔板分割成热冷两个水室，它们通过蒸汽发生器一次侧的进出口分别与一回路冷却剂热、冷段管道相连接；从蒸汽发生器入口接管进入热室的一次侧冷却剂经由下封头的热室侧管板上升进入倒U型管管束的上升段，循环至U型管顶端后一次侧冷却剂进入U型管下降段，并在冷室侧管板的U型管连接处进入冷室，因此U型管管束内的一次侧冷却剂流向都是一致的；而U型管束外侧的二次侧冷却剂在管束间横向冲刷管束，并折流向上成为纵向流，这样二次侧冷却剂接受了一次侧冷却剂的热量而成为汽液混合物，最终将一次侧的热量传输出去。

但是，这种蒸汽发生器的下封头水室结构，不但制约了蒸汽发生器的一次侧进出口接管数和核电站一回路系统的布置方式及经济性，而且这种水室结构下的U型管管束内单一流向的一次侧冷却剂也不利于管束外侧的二次侧冷却剂的流动换热，进一步影响到U型管管束的二次侧冷却剂温度分布及U型管的安全；其次，这种蒸汽发生器结构不利于自身的大型化。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术中蒸汽发生器的下封头水室结构，不但制约了蒸汽发生器的一次侧进出口接管数和核电站一回路系统的布置方式及经济性，冷却剂在U型管管束内单流向的流动换热，进一步影响到U型管管束的二次侧冷却剂温度分布及U型管的安全的不足，提出核电站厂用改进型的一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括下封头水室、回路进出口、隔板、管板、U型管管束，其特征在于，在下封头水室内“十”字型隔板将水室均分为第一热水室和第一冷水室、第二热水室和第二冷水室；冷热水室相互交替，即一次侧四水室；在下封头水室管板上表面连接由2-N根倒U型管组成管束，在下封头水室底部与第一热水室和第一冷水室对应的安装第一冷却剂进口和第一冷却剂出口，与第二热水室和第二冷水室对应的安装第二冷却剂进口和第二冷却剂出口。

所述在第一热水室和第一冷水室上面对应的管板上表面安装一半数量的倒U型管管束，在第二热水室和第二冷水室上面对应的管板上表面安装安装另一半倒U型管管束，同一半数量的倒U型管管束内冷却剂的流向是一致的，而两半倒U型管管束内冷却剂的流向是相反的，形成双向流动换热管压水堆蒸汽发生器的结构。

所述由2-N根的倒U型管组成管束N为12000根.。

所述第一冷却剂出口和第二冷却剂出口分别连接第一冷却剂泵和第二冷却剂泵。

本实用新型的有益效果是：

从结构力学的角度考虑，本实用型的“十”字型隔板相较传统蒸汽发生器的单隔板，它的厚度相对更薄，应力集中效应更弱；本实用型因为采用的是十字型隔板，十字型隔板对管板及焊接在管板上的倒U型管管束的良好支撑效果，避免由于管板自重及U型管束重量使管板受压而引起屈曲变形破坏，因此水室上面的管板机构由此隔板支撑时更容易满足管板的刚度要求；从根本上解决了增大蒸汽发生器一次侧冷却剂流量时蒸汽发生器大型化所需满足的结构力学性能之一。

从热工水力角度考虑，本实用新型的隔板、管板温度分布梯度更小，而且U型管束内冷却剂的双向流动，优化了管束二次侧冷却剂的换热环境，使二次侧冷却剂的温度分布更均匀，减弱U型管管束二次侧所受的热应力冲击。

从整个核电站的一回路系统布置方式考虑，本实用新型降低了核电站的厂建和维护成本。

本实用新型从根本上解决了制约核电机组单机功率大型化及环路布置的经济性问题之一，并且提高了高温高压运行工况下蒸汽发生器自身的安全性。为了进一步提高核电站建设、维护的经济性和蒸汽发生器自身的安全性，

附图说明

图1是双向流动换热管压水堆蒸汽发生器的结构示意图。

图2是图1中下封头的结构示意图。

图3是图2的仰视图。

图4是现有技术和本发明的隔板的纵切面上，温度梯度比较曲线图，x轴表示隔板厚度，y轴表示隔板厚度上的温度。

图5是现有技术和本发明的管板纵切面上，温度梯度较大处的纵切线上的温度梯度分布比较曲线图，x轴表示管板厚度，y轴表示管板厚度上的温度。

具体实施方式

本实用新型为应用于核电站一二回路枢纽设备的一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

在图1、2、3所示的双向流动换热管压水堆蒸汽发生器的结构示意图中，在下封头水室3内设置的“十”字型隔板16将下封头水室3均分为第一热水室4和第一冷水室10、第二热水室5和第二冷水室11；冷热水室相互交替，即一次侧四水室；在下封头水室管板6上表面连接由2-N(N＝12000)根的倒U型管7组成的管束，在下封头水室3底部与第一热水室4和第一冷水室10对应的安装第一冷却剂进口1和第一冷却剂出口12，与第二热水室5和第二冷水室11对应的安装第二冷却剂进口2和第二冷却剂出口13(如图2、3所示)。

其中第一热水室4和第一冷水室10上面安装一半数量的倒U型管管束，在第二热水室5和第二冷水室11上面安装另一半倒U型管管束，同一半数量的倒U型管管束内冷却剂的流向是一致的，而两半倒U型管管束内冷却剂的流向是相反的(如图1所示的两组倒U型管内冷却剂流向为上升箭头8方向和下降箭头9方向所示)，形成双向流动换热管压水堆蒸汽发生器的结构。

在图1中，一次侧冷却剂分别从位置相对称的两个入口第一冷却剂进口1和第二冷却剂进口2进入下封头3的两个热室第一热水室4和第二热水室5，继续向上流经管板6，进入2-N根的倒U型管7组成的管束，顺着冷却剂流向上升箭头8方向上升至顶端位置后，进入倒U型管管束二次侧，顺着冷却剂流向下降箭头9方向循环至第一冷却剂出口12和第二冷却剂出口13，分别进入第一冷却剂泵和第二冷却剂泵。其中倒U型管管束7的外表面与二次侧冷却剂接触，二次侧冷却剂被汽化，完成一、二次侧间的热交换；然后冷却剂泵再将热交换后冷却剂返回冷却剂进口，形成循环。

在图4中，实线表示现有技术条件下两出口一进口Delt-125型蒸汽发生器的单隔板纵切面上，温度梯度较大处所在的横切线上的温度梯度分布情况，；这里以曲线形式说明图1所示的蒸汽发生器与现有技术的蒸汽发生器的某些结构特点。虚线表示本实用新型的“十”字型隔板的纵切面上，温度梯度较大处的横切线上的温度梯度分布情况，由于此两种结构蒸汽发生器的水室水力直径基本相等，在水室内流体的物性参数及相应的流量相等的条件下，它们的温度梯度也基本相同。这也表明本实用新型的隔板满足热力学的安全要求。

在图5中，实线表示现有技术条件下两出口一进口Δ-125型蒸汽发生器和虚线表示本实用新型下的管板纵切面上，温度梯度较大处的纵切线上的温度梯度分布情况，后者的温度梯度明显要低于前者，这证实了本实用新型更安全。

Claims (3)

1.一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括下封头水室、进出口、隔板、管板、倒U型管管束，其特征在于，在下封头水室内设置的“十”字型隔板将下封头水室均分为第一热水室和第一冷水室、第二热水室和第二冷水室；冷热水室相互交替，即一次侧四水室；在下封头水室管板上表面连接由2-12000根倒U型管组成的倒U型管管束，在下封头水室底部与第一热水室和第一冷水室对应的安装第一冷却剂进口和第一冷却剂出口，与第二热水室和第二冷水室对应的安装第二冷却剂进口和第二冷却剂出口。

2.根据权利要求1所述一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器，其特征在于，所述在第一热水室和第一冷水室上面对应的管板上表面安装一半数量的倒U型管管束，在第二热水室和第二冷水室上面对应的管板上表面安装安装另一半倒U型管管束，同一半数量的倒U型管管束内冷却剂的流向是一致的，而两半倒U型管管束内冷却剂的流向是相反的，形成双向流动换热管压水堆蒸汽发生器的结构。

3.根据权利要求1所述一次侧四腔室双向流动换热管压水堆蒸汽发生器，其特征在于，所述第一冷却剂出口和第二冷却剂出口分别连接第一冷却剂泵和第二冷却剂泵。

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