ES2864273T3

ES2864273T3 - Disposición antivibraciones de las placas de soporte de tubos para generadores de vapor

Info

Publication number: ES2864273T3
Application number: ES11853714T
Authority: ES
Inventors: Robert Wepfer; Padmanabha Prabhu
Original assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Current assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2021-10-13
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: CA2824614A1; CN103608623B; US20120167839A1; EP2659183A2; KR20140000314A; CN103608623A; JP5938047B2; WO2012091912A2; JP2014513785A; CA2824614C; EP2659183A4; WO2012091912A3; US9697919B2; EP2659183B1; BR112013016836B1; BR112013016836A2; KR101909307B1

Abstract

Un generador de vapor del tipo de carcasa y tubos (10) que tiene un lado primario para hacer circular un fluido calentado y un lado secundario que tiene una dimensión axial, para hacer circular un fluido a ser calentado por el fluido calentado que circula en el lado primario, que comprende: un cabezal inferior (18) para recibir el fluido calentado; una placa de tubos (22) que separa el cabezal inferior (18) del lado secundario; una pluralidad de tubos intercambiadores de calor (13) que se extienden respectivamente desde el cabezal inferior (18), a través de la placa de tubos (22) y a través de al menos una porción del lado secundario; al menos dos placas de soporte de tubos (58), axialmente espaciadas, que se apoyan en el lado secundario de forma aproximadamente perpendicular al eje del lado secundario y tienen orificios pasantes que rodean respectivamente al menos algunos de los tubos del intercambiador de calor (13) que se extienden en el lado secundario y a través de los cuales pasan los correspondientes tubos del intercambiador de calor, con los orificios que rodean cada tubo del intercambiador de calor, de los al menos algunos de los tubos del intercambiador de calor sustancialmente alineados axialmente cuando el generador de vapor (10) está en una condición fría después de haber sido puesto en servicio; y caracterizado por: un mecanismo de desplazamiento (62) que responde a un aumento de la temperatura o de la presión en el lado secundario para desplazar lateralmente al menos una de las placas de soporte de tubos (58) con respecto a otra de las placas de soporte de tubos cuando el generador de vapor (10) está en una condición caliente para colocar una carga lateral en los tubos del intercambiador de calor correspondiente (13) suficiente para evitar el despegue, en el que la al menos una de las placas de soporte de tubos (58) comprende dos mitades de las placas de soporte (66) que están separadas por una partición vertical (60) que se extiende en la dirección axial, en el que el mecanismo de desplazamiento (62) se apoya en la partición vertical y es una cavidad flexible sellada y autónoma (92, 94) que contiene un fluido compresible, en el que la cavidad está totalmente contenida dentro del lado secundario y está conectada a una o más de las placas de soporte (66) y se contrae o expande con los cambios de presión dentro del lado secundario del generador de vapor.

Description

DESCRIPCIÓN

Disposición antivibraciones de las placas de soporte de tubos para generadores de vapor

Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, a disposiciones de soportes de tubos para generadores de vapor y, más particularmente, a una disposición de soportes de tubos para un generador de vapor de carcasa y tubos que imparte una precarga a los tubos.

2. Descripción del técnica relacionada

Un generador de vapor de un reactor nuclear de agua presurizada comprende típicamente una carcasa orientada verticalmente, una pluralidad de tubos en forma de U dispuestos en la carcasa para formar un haz de tubos, una placa de tubos para soportar los tubos en los extremos opuestos a la curvatura en forma de U, una placa divisoria que coopera con la placa de tubos y un cabezal inferior que forma un cabezal primario de entrada de fluido en un extremo del haz de tubos y un cabezal primario de salida de fluido en el otro extremo del haz de tubos. Una tobera de entrada de fluido primario está en comunicación de fluido con el cabezal de entrada de fluido primario y una tobera de salida de fluido primario está en comunicación de fluido con un cabezal de salida de fluido primario. El lado secundario del generador de vapor comprende una envoltura dispuesta entre el haz de tubos y la carcasa para formar una cámara anular compuesta por la carcasa en el exterior y la envoltura en el interior, y un anillo de agua de alimentación dispuesto por encima del extremo de curvatura en forma de U del haz de tubos.

El fluido primario que ha sido calentado por la circulación a través del reactor entra en el generador de vapor a través de la tobera de entrada de fluido primario. Desde la tobera de entrada de fluido primario, el fluido primario es conducido a través del cabezal de entrada de fluido primario, a través del haz de tubos en U, fuera del cabezal de salida de fluido primario, a través de la tobera de salida de fluido primario al resto del sistema de refrigerante del reactor. Al mismo tiempo, el agua de alimentación se introduce en el lado secundario del generador de vapor, es decir, el lado del generador de vapor que interactúa con el exterior del haz de tubos por encima de la placa de tubos, a través de una tobera de agua de alimentación que está conectada a un anillo de agua de alimentación dentro del generador de vapor. En una realización, al entrar en el generador de vapor, el agua de alimentación se mezcla con el agua que regresa de los separadores de humedad. Esta mezcla, denominada flujo descendente, se conduce hacia abajo en la cámara anular adyacente a la envoltura hasta que la placa de tubos situada en el fondo de la cámara anular hace que el agua cambie de dirección pasando en relación de transferencia de calor con el exterior de los tubos en U y subiendo por el interior de la envoltura. Mientras el agua circula en relación de transferencia de calor con el haz de tubos, el calor se transfiere desde el fluido primario de los tubos al agua que los rodea haciendo que una parte del agua que rodea los tubos se convierta en vapor. A continuación, el vapor se eleva y se conduce a través de una serie de separadores de humedad que separan el agua retenida del vapor, y el vapor sale entonces del generador de vapor y se hace circular normalmente a través de la turbina y el equipo de generación eléctrica para generar electricidad, de una manera bien conocida en la técnica.

Dado que el fluido primario contiene materiales radiactivos y está aislado del agua de alimentación sólo por las paredes de los tubos en U, éstas forman parte de la frontera primaria para aislar estos materiales radiactivos. Por lo tanto, es importante que los tubos en U se mantengan libres de defectos para que no se produzcan roturas en los tubos en U que provoquen la entrada de materiales radiactivos del fluido primario en el lado secundario; un resultado indeseable.

Las vibraciones debidas a excitaciones elásticas del fluido de los tubos del intercambiador de calor pueden provocar el desgaste de las paredes de los tubos y la ruptura de la barrera de presión entre los sistemas de fluido primario y secundario en los lugares en los que los tubos del intercambiador de calor pasan a través de los orificios de las placas de soporte que están espaciadas axialmente a lo largo del haz de tubos, para soportarlos. Esto es especialmente un problema en los precalentadores de flujo axial, que emplean una placa de separación para separar el flujo del lado secundario en los lados de la rama caliente y la rama fría, para minimizar la mezcla del agua de recirculación más caliente con el agua de alimentación más fría. Esta separación es necesaria para que el agua de alimentación se caliente en el lado de la rama fría de la unidad para aumentar la eficacia de la transferencia de calor de la unidad. Sin embargo, debido a las diferencias en las densidades de los fluidos secundarios, se produce un flujo cruzado en la parte superior de la placa de separación, con un flujo que generalmente fluye desde el lado de la rama fría hacia el lado de la rama caliente. En este lugar, se ha producido el desgaste de los tubos en varios tipos de generadores de vapor de precalentamiento, incluidos los generadores de vapor de flujo axial, de flujo cruzado y de contraflujo.

El documento US 2010/0276550 A1 divulga un generador de vapor de carcasa y tubos como se define en la parte precaracterizadora de la reivindicación 1, que tiene una placa de soporte de tubos con un patrón de desplazamiento de los orificios de recepción de tubos formados en la misma, estando el patrón desplazado del eje X o Y de la placa de soporte de tubos. Una mitad del patrón de desplazamiento de los agujeros receptores está en un lado del eje seleccionado y la otra mitad está en el otro lado del eje seleccionado. El patrón de desplazamiento de los agujeros receptores de tubos es el resultado de un aumento del paso entre las mitades del patrón en el eje seleccionado. El documento US 3503 440 divulga una estructura de soporte de tubos especialmente adaptada para soportar la porción de conexión independiente, que se extiende horizontalmente, entre las ramas dependientes de los tubos en U dispuestos en el haz de tubos de un intercambiador de calor de tipo carcasa y tubos contra los efectos de las vibraciones. La estructura de soporte de tubos consiste en una pluralidad de miembros de placa que tienen proyecciones mutuamente espaciadas y formadas a lo largo de ambos bordes laterales de la misma. Las proyecciones son desplazadas de forma normal al plano de los miembros de la placa para definir receptáculos de enganche de tubos con forma de U adaptados para retener los tubos a lo largo de sus porciones de conexión. Los miembros de placa están dispuestos en una fila entre cada capa de tubos en el haz de tubos y están anclados en sus extremos superior e inferior al recinto del haz de tubos para asegurar la estructura de soporte de tubos con respecto a la carcasa.

El documento US 5272739 divulga un generador de vapor con un intercambiador de calor en el que las aberturas de los tubos de la placa de soporte están sobredimensionadas con respecto al diámetro exterior de los tubos del intercambiador de calor, para facilitar el montaje del intercambiador de calor, y en el que se produce una precarga de contacto positiva de los tubos del intercambiador de calor en direcciones opuestas, una vez que el generador de vapor alcanza las temperaturas y presiones de funcionamiento, mediante un montaje de las placas de soporte que hace que éstas traccionen los tubos del intercambiador de calor en direcciones opuestas, de manera que se produce un apoyo positivo pasivo de los tubos del intercambiador de calor por parte de las placas de soporte que elimina las vibraciones inducidas por el flujo cruzado durante las presiones de funcionamiento, a pesar de la existencia de espacios libres entre los tubos del intercambiador de calor y las placas de soporte por los que pasan a temperaturas y presiones ambientales.

En consecuencia, es un objeto de la presente invención controlar la vibración del haz de tubos para evitar el desgaste de los tubos del intercambiador de calor.

Además, es un objeto de la presente invención controlar la vibración de los tubos de una manera que no complique la carga de los tubos del intercambiador de calor a través de las placas de soporte y en la lámina de tubos durante la fabricación o en una condición fría y despresurizada.

Sumario de la invención

Estos y otros objetos se logran de acuerdo con la presente invención proporcionando un generador de vapor de carcasa y tubos como se reivindica en la reivindicación 1, que tiene un lado primario para hacer circular un fluido calentado y un lado secundario que tiene una dimensión axial, para hacer circular un fluido a ser calentado por el fluido calentado que circula en el lado primario. El generador de vapor incluye un cabezal inferior para recibir el fluido calentado y una placa de tubos que separa el cabezal inferior del lado secundario. Una pluralidad de tubos intercambiadores de calor se extiende respectivamente desde el cabezal inferior, a través de la lámina de tubos y a través de una porción del lado secundario. Una pluralidad de placas de soporte de tubo axialmente espaciadas se apoyan en el lado secundario aproximadamente perpendicular al eje del tubo y tienen agujeros pasantes que respectivamente rodean al menos algunos de los tubos del intercambiador de calor que se extienden en el lado secundario y a través de los cuales pasan los correspondientes tubos del intercambiador de calor, con los agujeros que rodean cada tubo de intercambiador de calor, de al menos algunos de los tubos del intercambiador de calor, sustancialmente alineados axialmente cuando el generador de vapor está en una condición fría. Se proporciona un medio de desplazamiento para compensar lateralmente al menos una de las placas de soporte de tubos con respecto a otra de las placas de soporte de tubos cuando el generador de vapor está en una condición bot para colocar una carga lateral en los tubos del intercambiador de calor correspondientes suficiente para evitar el despegue y, por lo tanto, restringir la vibración de los tubos.

En una realización, al menos una de las placas de soporte de tubos incluye dos mitades de la placa de soporte semicircular que están separadas por una partición vertical que se extiende en la dirección axial. El medio de desplazamiento es preferentemente soportado por la partición vertical entre las dos mitades de la placa de soporte semicircular. De forma deseable, el medio de desplazamiento está apoyado cerca o en el extremo superior de la partición vertical y preferentemente en el extremo superior. En una realización, el medio de desplazamiento es una cavidad flexible sellada que contiene un fluido o una mezcla de gas/líquido, en el que la cavidad está conectada a una o ambas de las mitades de la placa de soporte semicirculares y contrae o expande con cambios de presión dentro del lado secundario de generador de vapor. Preferentemente, el medio de desplazamiento imparte una carga igual en las dos mitades diametralmente opuestas de las placas de soporte a cada lado de la partición vertical. En un caso, la cavidad flexible sellada es un fuelle que puede estar formado por dos tubos corrugados concéntricos con una abertura anular entre los tubos corrugados sellados en cada extremo y los tubos corrugados que tienen un eje central que se extiende sustancialmente ortogonal al eje del tubo. La cavidad flexible sellada puede tener también una válvula de alivio de presión y/o un tope mecánico para controlar la cantidad de presión ejercida sobre las placas de soporte de tubos. De manera deseable, el medio de desplazamiento se apoya en el haz de tubos de los tubos del intercambiador de calor y responde a una presurización del lado secundario del generador de vapor para desplazar lateralmente al menos una de las placas de soporte de tubos. Más particularmente, el medio de desplazamiento se curva en respuesta a la presurización del lado secundario del generador de vapor paraa desplazar lateralmente al menos una de las dos placas de soporte.

En otra realización, el medio de desplazamiento es un gato activado por rosca o por tornillo sin fin.

En otra realización, al menos algunas de las placas de soporte están soportadas, al menos en parte, por tirantes que se extienden axialmente a través de aberturas en las placas de soporte correspondientes. Preferentemente, las aberturas de los tirantes están ranuradas en una dirección en la que se aplica una fuerza por el medio de desplazamiento para compensar lateralmente al menos una de las placas de soporte de tubos, de modo que no se imparte un esfuerzo a los tirantes cuando la placa de soporte se desplaza. Preferentemente, el movimiento del medio de desplazamiento en la dirección lateral está limitado a una distancia predeterminada para controlar la fuerza aplicada por el medio de desplazamiento y deseablemente esa fuerza está limitada entre 0,45-3,2 kilogramos (1 y 7 libras) y preferentemente entre aproximadamente 0,9-2,3 kilogramos (2 y 5 libras) con un desplazamiento deseablemente entre 3,0 y 12,7 milímetros (0,12 y 0,5 pulgadas) y preferentemente, aproximadamente 6,4 milímetros (0,25 pulgadas).

En otra realización, al menos una de las placas de soporte de tubos comprende dos mitades de la placa de soporte que están separadas por una partición vertical que se extiende en la dirección axial y el medio de desplazamiento se apoya en la partición vertical entre las dos mitades de la placa de soporte. En la última realización, las dos mitades de la placa de soporte no necesitan rodear toda la pluralidad de tubos del intercambiador de calor. Preferentemente, los tubos que no están rodeados por las dos mitades de la placa de soporte están en una periferia exterior del lado secundario del generador de vapor. En esta última realización, los tubos del intercambiador de calor están dispuestos en un haz de tubos que tiene una sección transversal generalmente circular y la partición vertical divide el haz de tubos en lados calientes y fríos que se extienden a lo ancho del haz de tubos con las dos mitades de la placa de soporte que se extienden sobre dicho ancho y hacia afuera de la partición vertical en una dirección transversal al eje del tubo a un cordón paralelo a la partición.

En una realización, el medio de desplazamiento imparte un desplazamiento lateral que es elástico, de modo que al menos una de las placas de soporte de tubos vuelve a su posición lateral original cuando se elimina la fuerza del medio de desplazamiento.

Breve descripción de los dibujos

Se podrá obtener una mayor comprensión de la invención a partir de la siguiente descripción de las realizaciones preferentes cuando se lea junto con los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 es una vista en perspectiva, parcialmente recortada, de un generador de vapor vertical de carcasa y tubos;

La figura 2 es una representación esquemática de la porción del haz de tubos del generador de vapor de carcasa y tubos ilustrado en la figura 1 que muestra una partición de precalentamiento en el lado secundario del generador de vapor que incorpora un ejemplo de mecanismo de desplazamiento que no forma parte de la presente invención;

La figura 3 es una vista ampliada de la parte del mecanismo de desplazamiento de la figura 2, parcialmente en sección;

La figura 3A es una vista transversal esquemática del haz de tubos de la figura 3 tomada en la elevación de la placa antivibraciones;

La figura 4 es otra vista ampliada de una parte de las figuras 2 y 3, parcialmente en sección;

La figura 5 es una representación esquemática de la porción del haz de tubos del generador de vapor de carcasa y tubos ilustrado en la figura 1 con una partición de precalentador que incorpora una realización de la presente invención;

La figura 6 es una vista ampliada de la figura 5 en la zona del mecanismo de desplazamiento, parcialmente en sección;

La figura 7 es otra vista ampliada de la parte del mecanismo de desplazamiento de la figura 6; y

La figura 8 es una vista en sección transversal del mecanismo de desplazamiento ilustrado en la figura 7, intercalado entre dos mitades de una placa de soporte de tubos.

Descripción de las realizaciones preferentes

Con referencia ahora a los dibujos, la figura 1 muestra un generador de vapor 10 que utiliza una pluralidad de tubos en forma de U que forman un haz de tubos 12 para proporcionar la superficie de calentamiento requerida para transferir calor desde el fluido primario para vaporizar o hervir el fluido secundario. El generador de vapor 10 comprende un recipiente que tiene una porción de carcasa tubular orientada verticalmente 14 y un recinto superior o cabezal abombado 16 que encierra el extremo superior y un cabezal inferior de forma generalmente semiesférica 18 que encierra el extremo inferior. La porción de carcasa inferior 14 tiene un diámetro menor que la porción de carcasa superior 15 y una transición de forma troncocónica 20 conecta las porciones superior e inferior. Una placa de tubos 22 está unida al cabezal inferior 18 y tiene una pluralidad de agujeros 24 dispuestos en la misma para recibir los extremos de los tubos en forma de U 13. Una placa divisoria 26 está dispuesta centralmente dentro del cabezal inferior 18 para dividir el cabezal inferior en dos compartimentos 28 y 30, que sirven como cabezales para el haz de tubos 12. El compartimento 30 es el compartimento primario de entrada de fluido y tiene una tobera primaria de entrada de fluido 32 en comunicación de fluido con el mismo. El compartimento 28 es el compartimento de salida de fluido primario y tiene una tobera de salida de fluido primario 34 en comunicación de fluido con el mismo. Así, el fluido primario, es decir, el refrigerante del reactor, que entra en el compartimento de fluido 30 se hace fluir a través del haz de tubos 12 y sale a través de la tobera de salida 34.

El haz de tubos 12 está rodeado por una envoltura 36 que forma un paso anular 38 entre la envoltura 36 y las porciones de carcasa y cono 14 y 20, respectivamente. La parte superior de la envoltura 36 está cubierta por una placa de cubierta inferior 40 que incluye una pluralidad de aberturas 42 en comunicación de fluido con una pluralidad de tubos ascendentes 44. Los deflectores ciclónicos 46 están dispuestos dentro de los tubos ascendentes para hacer que el vapor que fluye a través de los mismos gire y elimine centrífugamente parte de la humedad contenida en el vapor a medida que fluye a través de este separador centrífugo primario. El agua separada del vapor en este separador primario se devuelve a la superficie superior de la placa de la cubierta inferior. Después de fluir a través del separador centrífugo primario, el vapor pasa a través de un separador secundario 48 antes de alcanzar una tobera de salida de vapor 50 dispuesta centralmente en el cabezal abombado 16.

La estructura de entrada de agua de alimentación de este generador incluye una tobera de entrada de agua de alimentación 52 que tiene una porción generalmente horizontal llamada anillo de distribución del agua de alimentación 54 y toberas de descarga 56 elevadas por encima del anillo de alimentación. El agua de alimentación, que se suministra a través de la tobera de entrada de agua de alimentación 52, pasa a través del anillo de de distribución del agua de alimentación 54, y sale a través de la tobera de descarga 56 y, en una realización de la técnica anterior, se mezcla con el agua que fue separada del vapor y está siendo recirculada. La mezcla entonces fluye hacia abajo por encima de la placa de cubierta inferior 40 en el paso de la bajante anular 38. El agua entra entonces en el haz de tubos 12 en la parte inferior de la envoltura 36 y fluye entre y hacia arriba del haz de tubos donde se calienta para generar vapor.

Como se ha mencionado anteriormente, el control de la vibración del tubo de intercambio de calor en el haz de tubos 12 es un requisito clave en un generador de vapor y en otros diseños de intercambiadores de calor. Las vibraciones debidas a la excitación fluidelástica pueden evitarse de acuerdo con la presente invención proporcionando una fuerza de precarga en al menos una ubicación de la placa de soporte de tubos de magnitud suficiente para evitar el despegue de los tubos. Las placas de soporte de tubos se ilustran con el carácter de referencia 58 en la figura 1 y se apoyan típicamente en tirantes que se extienden desde la placa de tubos en la que se enroscan los extremos de los tirantes, a través de espaciadores tubulares que se extienden entre las placas de soporte de tubos adyacentes, y a través de aberturas en cada una de las placas de soporte axialmente espaciadas. Los tirantes suelen tener diámetros mayores que los tubos del intercambiador de calor y limitan la desviación de las placas de soporte de tubos en el caso improbable de que se produzca un accidente, por ejemplo, las cargas de rotura de una línea de vapor o de alimentación del generador de vapor. Los tubos de intercambio de calor pasan a través de aberturas adicionales en cada una de las placas de soporte de tubos. La vibración de los tubos de intercambio de calor 13 dentro de las aberturas de las placas de soporte de tubos es la causa del desgaste mencionado anteriormente, que si no se controla puede romper la barrera de presión de los tubos de intercambio de calor.

Aunque la utilidad de esta disposición puede ser evidente en muchos tipos de intercambiadores de calor, el ejemplo descrito en la presente memoria es para una unidad de precalentamiento de flujo axial para la que la presente invención tiene un beneficio particular. Los generadores de vapor de precalentamiento tienen una estructura de entrada de agua de alimentación diferente a la mostrada en la figura 1, de manera que el agua de alimentación no se mezcla con el agua separada del vapor. En los precalentadores de flujo axial, se utiliza una placa de separación 60, mostrada en las figuras 2-7, para separar el flujo del lado de la carcasa en lados de la rama caliente y de la rama fría, para minimizar la mezcla del agua de recirculación más caliente con el agua de alimentación más fría. Esta separación es deseable para que el agua de alimentación se caliente de forma más eficiente en el lado de la rama fría de la unidad. Sin embargo, debido a las diferencias en las densidades de los fluidos secundarios, se producen flujos cruzados en la parte superior de la placa de separación 60, con un flujo que generalmente fluye desde el lado de la rama fría hacia el lado de la rama caliente. Este lugar ha sido la ubicación del desgaste de los tubos en varios tipos de generadores de vapor de precalentamiento.

Esta disposición proporciona un medio para compensar al menos una de las placas antivibraciones 64 o las placas de soporte de tubos semicirculares 66 para proporcionar una precarga en al menos algunos de los tubos del intercambiador de calor 13. En una realización preferente, el medio para compensar las placas antivibraciones 64 o la placa de soporte de tubos 66 es una "caja" que se deforma bajo presión. Alternativamente, pueden emplearse otros mecanismos, como ajustadores mecánicos de tipo tomillo activados a través de puertos situados a lo largo del haz de los tubos, o también pueden utilizarse disposiciones de fuelle disponibles en el mercado.

En las figuras 2, 3 y 4 se muestra una configuración alternativa para establecer dicha precarga para un generador de vapor de precalentamiento de tipo flujo axial. La figura 2 ilustra la elevación aproximada de las placas antivibraciones 64 dentro de la carcasa inferior de un generador de vapor. Las placas antivibraciones se emplean en esta realización para impartir la precarga en los tubos de intercambio de calor. La placa de separación 60 en el ejemplo de la figura 2 se extiende hasta por encima de la quinta elevación de las placas de soporte de tubos semicircular 66. Sin embargo, debe apreciarse que el número de placas de soporte de tubos puede variar dependiendo del tamaño del generador de vapor. Las placas antivibraciones 64 están situadas en esta realización entre la cuarta y la quinta placa de soporte de tubos semicircular. Las placas de soporte de tubos semicirculares 66 se utilizan en todas las elevaciones en las que está presente la placa de separación, en este ejemplo, es decir, a través de la quinta placa de soporte de tubos, contando desde la parte inferior.

La figura 3 es una vista más cercana de la figura 2, aunque debe apreciarse que sólo se muestran tres de los muchos tubos en U 13 dentro del haz de tubos 14 y sólo se ilustran dos de los varios tirantes 68 para no ocultar las placas antivibraciones 64 y el mecanismo de desplazamiento 62. Las placas antivibraciones 64 se extienden lateralmente, aproximadamente en toda la anchura de la placa de separación 60 y cada una se extiende lateralmente hasta una cuerda 70 (mostrada en la figura 3A) paralela a la placa de separación 60. Cada una de las placas antivibraciones 64 no necesita ser un semicírculo completo, ya que las velocidades del flujo transversal se atenúan rápidamente en la región del haz de tubos 12 soportada por las placas antivibraciones 64. Las placas antivibraciones 64 se apoyan verticalmente en los tirantes 68. Si es necesario, los agujeros de las placas antivibraciones 64 pueden estar ranurados para los tirantes 68, como se ilustra figurativamente con el carácter de referencia 72 en la figura 3A. Aparte de los orificios ranurados 72 para los tirantes 68, las placas antivibraciones 64 tienen un material, un tamaño de orificio y una forma de orificio similares a los de las placas de soporte de tubos estándar 58 y las placas semicirculares 66. La porción superior 76 de la placa de separación 60 está abierta al entorno lateral secundario, y está provista de orificios de drenaje y elementos internos de rigidez, etc., según sea necesario.

La figura 4 muestra detalles de la placa antivibraciones 64 y de la caja de precarga 62. La caja de precarga está soldada en todo su contorno, y está llena de aire, nitrógeno u otro gas u otro fluido compresible, y se apoya en la placa de separación 60. Las ranuras 78 de la placa de separación 60 permiten el acceso a los bloques de fijación 80. Los bloques de fijación están soldados a lo largo de la caja de precarga 62 y transmiten la carga lateral de la compresión de la caja 62 a la placa antivibraciones 64. La transferencia de la carga lateral se realiza a través de las barras de conexión 82, instaladas antes de la instalación de los tubos. Las barras de conexión 82 se fijan tanto a la placa antivibraciones 64 como a los bloques de fijación 80 mediante pasadores de conexión 84. Los espaciadores 86, internos a la caja 62, limitan la deflexión a límites preestablecidos y, por tanto, limitan el alcance de la carga impartida a la placa antivibraciones 64. Preferentemente, todos los elementos del diseño están soldados para evitar piezas sueltas. Son posibles diversas modificaciones para mejorar el conjunto.

Se puede incluir una válvula de alivio de presión 88 para ventilar la caja 62 en el caso inesperado de una fuga en la caja, lo que permitiría ventilar la caja durante un transitorio de despresurización. En la realización dada, las precargas están equilibradas estáticamente, es decir, una precarga total igual ocurre en el lado de la rama de bot de los tubos, como ocurre en el lado de la rama fría de los tubos 13. Si posteriormente se desea anular la precarga de los tubos, esto puede lograrse fácilmente ventilando la caja de precarga 62. En este ejemplo, la precarga por tubo impartida por la caja de precarga se anticipa entre aproximadamente 0,45- 3,2 kilogramos (1 y 7 libras) por tubo o preferentemente entre aproximadamente 0,9-2,3 kilogramos (2 y 5 libras) por tubo, lo que debería ser suficiente para evitar el despegue. Los desplazamientos laterales para lograr las precargas anteriores están entre aproximadamente 3,0 y 13 milímetros (0,12 y 0,5 pulgadas) y más preferentemente unos 6,4 milímetros (0,25 pulgadas). La contribución a la fatiga del tubo y a los esfuerzos de flexión del tubo de esta precarga será insignificante.

Una realización de la presente invención se ilustra en la Figura 5, que muestra el esquema del generador de vapor ilustrado previamente en la Figura 2, excepto que las placas antivibraciones no se utilizan y la caja de desplazamiento 62 se ha movido hacia arriba. La figura 5 ilustra las elevaciones aproximadas de las placas de soporte de tubos semicirculares 66 y de las placas de soporte de tubos de círculo completo 58 dentro de la carcasa inferior 14 del generador de vapor 10. La placa de separación 60 de la figura 5 se extiende hasta la quinta elevación de las placas de soporte de tubos semicirculares 66. El mecanismo de desplazamiento antivibraciones 62 está situado entre las dos medias placas de soporte de tubos 66 en la quinta elevación de soporte de tubos. Como antes, las placas de soporte de tubos semicirculares 66 se utilizan en todas las elevaciones en las que está presente la placa de separación 60.

La figura 6 es una vista más cercana de la figura 5, mostrando las placas de soporte de tubos 58 en la proximidad de la caja de desplazamiento 62. En esta realización, la caja de desplazamiento 62 es cilíndrica con un diámetro de aproximadamente 107 milímetros (4,2 pulgadas), y una longitud total de aproximadamente 150 milímetros (6 pulgadas), y por lo tanto encaja en la región del haz de tubos. El tamaño y el diámetro de la caja de desplazamiento permite que pueda ser instalada y/o mantenida, si es necesario, a través de los puertos de 150 milímetros (6 pulgadas) de diámetro en cada extremo del haz de tubos. La caja de desplazamiento 62 puede fijarse a la placa de separación 60 o a las mitades de la placa de soporte de tubos 66, o pueden proporcionarse accesorios especialmente configurados. Dado que la caja de desplazamiento 62 no está activa durante el montaje en el taller, los tubos del intercambiador de calor 13 pueden instalarse a través de todas las placas de soporte de tubos 58 en línea, evitando así el rayado de los tubos 13.

La figura 7 muestra otro detalle del contorno de la caja de desplazamiento 62. En el lado derecho de la figura 7, el émbolo 90 entra en contacto con una media placa de soporte de tubos 66, y en el lado izquierdo, el cuerpo de la caja de desplazamiento 62 entra en contacto con una media placa de soporte de tubos 66. Como se ha mencionado anteriormente, los agujeros de los tirantes en la media placa 66 pueden estar ranurados para permitir el movimiento lateral de la placa sin inducir esfuerzos de flexión en los tirantes 68.

La figura 8 muestra una vista seccional de la caja de desplazamiento 62 a través de la línea central de las mitades de la placa de soporte de tubos 66. La caja de desplazamiento en esta realización tiene dos fuelles metálicos, es decir, un fuelle metálico interno 92, y un fuelle metálico externo 94, colocados concéntricamente. En un extremo 96 ambos fuelles metálicos están unidos por soldadura al vástago del émbolo 90. En el otro extremo 98 los fuelles metálicos están unidos al cuerpo de la caja de desplazamiento 62 mediante soldadura. Esto sella efectivamente la región entre los dos fuelles, que se llena con aire atmosférico o gas inerte. Al presurizar el lado secundario del generador de vapor, la presión externa actúa para comprimir el aire en la región anular 100, produciendo un movimiento axial del par de fuelles (en dirección transversal al eje del tubo) y con ello del émbolo 90 contra la media placa de soporte semicircular 66. La fuerza producida es igual a la presión secundaria multiplicada por el área anular entre los dos fuelles, menos la fuerza del muelle que actúa para comprimir los fuelles.

Aunque se han descrito en detalle realizaciones específicas de la invención, los expertos en la materia apreciarán que podrán desarrollarse varias modificaciones y alternativas a esos detalles a la luz de las enseñanzas generales de la divulgación. Por ejemplo, se puede emplear más de un mecanismo de desplazamiento en diferentes elevaciones de la placa de separación, como se muestra en la Figura 2. En consecuencia, las realizaciones particulares divulgadas pretenden ser sólo ilustrativas y no limitantes en cuanto al alcance de la invención que se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un generador de vapor del tipo de carcasa y tubos (10) que tiene un lado primario para hacer circular un fluido calentado y un lado secundario que tiene una dimensión axial, para hacer circular un fluido a ser calentado por el fluido calentado que circula en el lado primario, que comprende:

un cabezal inferior (18) para recibir el fluido calentado;

una placa de tubos (22) que separa el cabezal inferior (18) del lado secundario;

una pluralidad de tubos intercambiadores de calor (13) que se extienden respectivamente desde el cabezal inferior (18), a través de la placa de tubos (22) y a través de al menos una porción del lado secundario; al menos dos placas de soporte de tubos (58), axialmente espaciadas, que se apoyan en el lado secundario de forma aproximadamente perpendicular al eje del lado secundario y tienen orificios pasantes que rodean respectivamente al menos algunos de los tubos del intercambiador de calor (13) que se extienden en el lado secundario y a través de los cuales pasan los correspondientes tubos del intercambiador de calor, con los orificios que rodean cada tubo del intercambiador de calor, de los al menos algunos de los tubos del intercambiador de calor sustancialmente alineados axialmente cuando el generador de vapor (10) está en una condición fría después de haber sido puesto en servicio; y

caracterizado por:

un mecanismo de desplazamiento (62) que responde a un aumento de la temperatura o de la presión en el lado secundario para desplazar lateralmente al menos una de las placas de soporte de tubos (58) con respecto a otra de las placas de soporte de tubos cuando el generador de vapor (10) está en una condición caliente para colocar una carga lateral en los tubos del intercambiador de calor correspondiente (13) suficiente para evitar el despegue, en el que la al menos una de las placas de soporte de tubos (58) comprende dos mitades de las placas de soporte (66) que están separadas por una partición vertical (60) que se extiende en la dirección axial, en el que el mecanismo de desplazamiento (62) se apoya en la partición vertical y es una cavidad flexible sellada y autónoma (92, 94) que contiene un fluido compresible, en el que la cavidad está totalmente contenida dentro del lado secundario y está conectada a una o más de las placas de soporte (66) y se contrae o expande con los cambios de presión dentro del lado secundario del generador de vapor.

2. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que al menos una de las placas de soporte de tubos (58) comprende dos mitades de la placa de soporte semicircular (66) que están separadas por la partición vertical (60).

3. El generador de vapor (10) de la reivindicación 2, en el que el mecanismo de desplazamiento (62) imparte una carga igual en dos mitades diametralmente opuestas (66) de la placa de soporte (58) a cada lado de la partición vertical (60) haciendo que el mismo mecanismo de desplazamiento (62) actúe sobre las dos mitades diametralmente opuestas (66).

4. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que la cavidad flexible sellada (92, 94) tiene una válvula de alivio de presión (88).

5. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que el mecanismo de desplazamiento (62) se apoya en un haz de tubos del intercambiador de calor (13).

6. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que al menos algunas de las placas de soporte (58) están soportadas, al menos en parte, por tirantes (68) que se extienden axialmente a través de aberturas en las placas de soporte correspondientes, en el que las aberturas de los tirantes (72) están ranuradas en una dirección de las cargas laterales en los tubos del intercambiador de calor (13).

7. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que la carga lateral en los tubos del intercambiador de calor correspondiente (13) está entre aproximadamente 0,45 - 3,2 kg.

8. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que el desplazamiento lateral de la al menos una de las placas de soporte de tubos (58) está comprendido entre aproximadamente 3,0 y 13 mm.

9. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que el mecanismo de desplazamiento (62) comprende una pluralidad de separadores que actúan sobre la al menos una de las placas de soporte de tubos (66) y cada uno de los separadores está colocado a diferentes elevaciones de los tubos del intercambiador de calor.

10. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que las dos mitades de la placa de soporte no rodean toda la pluralidad de tubos del intercambiador de calor (13).

11. El generador de vapor (10) de la reivindicación 10, en el que los tubos del intercambiador de calor (13) que no están rodeados por las dos mitades de la placa de soporte (66) están en una periferia exterior del lado secundario del generador de vapor.

12. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que el desplazamiento de la mitad de la placa de soporte de tubos (66) es elástico y vuelve a su estado original cuando se retira una fuerza impartida por el mecanismo de desplazamiento (62) para el desplazamiento lateral.

13. El generador de vapor (10) de la reivindicación 1, en el que la cavidad flexible sellada y autocontenida incluye un tope mecánico que controla el alcance de una fuerza impartida por la cavidad flexible sellada sobre la al menos una de las placas de soporte de tubos.