JPH05172487A

JPH05172487A - 熱交換器及びその熱交換器管の振動除去方法

Info

Publication number: JPH05172487A
Application number: JP92143813A
Authority: JP
Inventors: Daniel E Ford; ダニエル・エジソン・フォード
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1991-06-06
Filing date: 1992-06-04
Publication date: 1993-07-09
Also published as: US5272739A

Abstract

(57)【要約】【目的】管支持板の開口部の大きさを管の外径に対し
てオーバーサイズにしたまま、磨耗を発生する振動を除
去しうる方法及び熱交換器を提供する。【構成】熱交換器１５の管支持板２５ａ、２５ｂの開
口部は熱交換器管の外径に対してオーバーサイズに形成
されている。蒸気発生器が運転温度及び運転圧力に達し
た場合に、熱交換器管に逆向きに当たるように管支持板
２５ａ、２５ｂを取り付けることによって、熱交換器管
に受動的で確実な予負荷を与える。これにより熱交換器
管に対する確実な接触予負荷が逆向きに発生され、その
結果、運転中に直交流によって発生される振動が除去さ
れ、熱交換器管と管支持板との間に隙間があるにもかか
わらず、周囲温度及び周囲圧力で予負荷が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力蒸気発生器の熱
交換器管の振動を除去することができる方法に関し、ま
た、熱交換器管に振動が生じない原子力蒸気発生器の熱
交換器に関するものである。

【０００２】

【発明の背景】図１及び図２は、一般的な原子力蒸気発
生器１を示す。この原子力蒸気発生器は、一次側３及び
二次側５を備えるように形成され、両者は管板７によっ
て流体的に相互から隔離されている。一次側は、一般的
に球状の外形であり、仕切板９で半分ずつに更に分割さ
れ、一方の半部分から他方の半部分に直接流れが生じな
いように、両半部分は封止されている。図２に矢印で示
すように、（入口水室と呼ばれる）入口側の半部分１０
は、水入口１１から、原子炉の中を循環してきた放射性
水を受け入れ、（出口水室と呼ばれる）出口側の半部分
１２は、水出口１３を介して蒸気発生器１から水を放出
して原子炉へ戻す。一次側３の入口側の半部分１０と出
口側の半部分１２との間で、高温の放射性水は、二次側
５内に配置されたＵ字形の熱交換器管１６の束によって
形成された一次側の熱交換器１５を通って循環する。

【０００３】Ｕ字形の熱交換器管１６からなる管束は、
典型的には約３，５００本の管を有し、各管は、高温側
管部１７、低温側管部１９及びこれ等を接続するＵ字形
の湾曲部２１を有する。高温側管部１７及び低温側管部
１９の開口した底端部は、漏れを生じない方法で管板７
の開口部内に固定され、その結果、高温側管部１７の開
口端部は入口水室１０と連通し、低温側管部の開口端部
は出口水室１２と連通する。このようにして、熱交換器
１５を通過する放射性水のＵ字形の流路が確保される。

【０００４】二次側では、熱交換器管１６の束は、軸方
向に間隔を置いた複数の支持板２５内に均等に配置され
る。幾つかの支持板は、中央仕切板２７と、熱交換器管
１６の束及び蒸気発生器１の外側胴部３１の間に設けら
れた被覆体２９とに固定することができる。従来、該支
持板用の垂直支持は、複数の支持棒とスペーサパイプ
（図示せず）とによって行われている。熱交換器管の管
部１７、１９を受け入れるため、各支持板２５には、管
用の開口部３３が設けられる。組み立てを容易にするた
めに、これ等の開口部３３の直径は、その中を延びる熱
交換器管の外径よりも少し大きい。従って、組み立て後
に、熱交換器管と支持板の間に隙間３５が存在する（図
３、図４）。

【０００５】非放射性水は、給水ノズル３６と、予熱器
となる給水分散箱３７とを介して二次側５の低温側に供
給される。この非放射性水は、幾つかの方法のいずれか
で熱交換器１５中を垂直に循環する。軸流予熱を行う場
合、支持板２５は、水が同支持板を通って自由に流れる
ことができる開孔式構造でよい。他方、直交流もしくは
横行流予熱を使用する場合、支持板２５は、図４に符号
３８で示すような流れ窓を有する漏れの少ないバッフル
でよい。

【０００６】蒸気発生器１の二次側５の上部には、熱交
換器１５内の非放射性水の沸騰によって発生する湿り蒸
気から水分を除去するため、蒸気乾燥アセンブリ３９
（図１）が設けられている。この蒸気乾燥装置３９は、
第１水分分離器４１と第２水分分離器４３とを有する。
蒸気乾燥装置３９の上方に上昇する乾き蒸気は、蒸気タ
ービン（図示せず）に導かれ、発電機（同じく図示せ
ず）を駆動する。蒸気乾燥装置３９を通過する蒸気から
抽出された水は、被覆体２９と胴部３１との間の降水路
の中へ導かれ、これを通って二次側５の底部まで下降す
ることができる。

【０００７】既に述べた通り、熱交換器１５内の非放射
性水の流れは垂直に方向付けられている。しかし、軸流
予熱を使用するにせよ、直交流予熱を使用するにせよ、
少なくとも予熱給水分散箱を含む領域の熱交換器管の低
温側管部１９に直交流が作用する可能性がある。低温側
管部１９と支持板２５の開口部３３との間にある隙間３
５のため、実質的に直交流のあるどの領域でも、望まし
くない熱交換器管の振動と磨耗を生ずる可能性がある。
また、熱交換器の効率を上げるため直交流が発生する領
域を拡大すると、この問題は更に深刻化する。

【０００８】従って、熱交換器の組み立てを容易にする
ため支持板の開口部の大きさを熱交換器管の外径に対し
て過大寸法もしくはオーバーサイズにしたままで、熱交
換器管と支持板の管用開口部との間で磨耗を発生する振
動を除去する方法及び熱交換器に対する必要性が存在す
る。

【０００９】従って、本発明の主な目的は、熱交換器の
組み立てを容易にするため、支持板の管用開口部の大き
さを熱交換器管の外径に対してオーバーサイズにしたま
まで、磨耗を発生する振動を除去することができる方法
及び熱交換器を提供することである。

【００１０】更に詳しくは、本発明の目的は、蒸気発生
器が運転温度及び運転圧力に一旦達したら、実質的に直
交流を含む流れ領域で、交互する支持板が逆方向の確実
な接触予負荷を熱交換器管に確実に発生させることがで
きるように、これ等の支持板を組み立てることによっ
て、前記目的を達成する方法を提供することである。

【００１１】本発明の他の目的は、熱交換器の組み立て
を容易にするため、支持板の管用開口部の大きさを熱交
換器管の外径に対してオーバーサイズにすると共に、熱
交換器管を逆方向に引っ張る支持板を装着することによ
って、蒸気発生器が運転温度及び運転圧力に達した場
合、逆方向への確実な接触予負荷を熱交換器管に発生す
る熱交換器を有する蒸気発生器を提供することである。

【００１２】これ等の目的及び他の目的は、本発明の好
適な実施例に従って達成される。この実施例では、支持
板用のフック状取付ブラケットを中央仕切板と被覆体に
取り付ける。これ等のフック状取付ブラケットは、交互
する支持板の両側にある支持板の内側の取付溝に嵌め込
まれる。熱交換器管は支持板のオーバーサイズの開口部
内に配設されるが、熱交換器が運転温度及び運転圧力に
達した場合に、これ等のブラケットが交互する支持板に
逆方向の引張力を生じので、これ等の支持板が移動して
熱交換器管の両側と確実に接触することによって、これ
等の開口部における熱交換器管の振動が回避される。そ
の結果、熱交換器管は交互に反対方向に予負荷されるの
で、これ等の熱交換器管は支持板の開口部内で自由に振
動できなくなる。

【００１３】本発明の種々の他の目的、特徴及び利点
は、添付図面と関連して考察した場合に、次の詳細な説
明から明らかになろう。

【００１４】

【好適な実施例の詳細な説明】図５及び６を参照して、
図１及び２に関連して説明したウェスチングハウス型原
子炉システムに見られる形式の熱交換器に使用する場合
に関連して、本発明による装置及び方法の好適な実施例
を説明する。しかし、いずれ明らかになるように、本発
明は図示の例で使用した特定の環境に限定されるもので
は決してない。更に、本発明による熱交換器は、図５及
び６に示す特定の領域を除き、全ての他の点で従来の熱
交換器と同じであるため、詳細な説明は本発明にとって
新規な特徴だけに限定する。また、分かり易くするため
に、図５及び６では支持板２５にある数個の管用開口部
３３と、熱交換器管１６の管束の内の１本の低温側管部
１９とだけを示すに留どめたが、かかる開口部及び熱交
換器管の数と配置は、従来の慣行と一致するものであ
る。

【００１５】図５は、給水ノズル（給送手段）３６の領
域にある熱交換器１５の区域を示す。この領域では、熱
交換器１５を循環する非放射性水は、被覆体２９及び胴
部３１によって形成された蒸気発生器の容器内を軸方向
に延びている熱交換器管１６の低温側管部１９に対して
直交方向の流れ成分を少なくとも部分的に含む流路を有
する。図３及び４に示すように、平行な熱交換器管は、
熱交換器の製作を容易にするため、熱交換器管と支持板
との間に隙間３５を有して同支持板２５の開口部３３を
通って延びているので、何らの補正対策が講じられなけ
れば、非放射性水流の直交成分によって、熱交換器管の
管部１９が、オーバサイズの開口部３３の中で振動する
恐れがある。しかし、本発明によれば、支持板を軸方向
に貫いて延びる熱交換器管の一部に直交成分が作用する
可能性のある全ての領域で、支持板２５を製作し装着す
る従来の方法の代わりに本発明による方法を採用する。
一般にウェスチングハウス型の原子力蒸気発生器の場
合、このような領域は、給水ノズル３６の上方及び下方
を特定の設計によって決まる範囲まで延びる該給水ノズ
ル３６の領域にあり、熱交換器の残りの領域にある支持
板は、従来通りに製作され装着されるが、設計又は環境
によって直交流が発生し、望ましくない振動や磨耗を引
き起こすような全ての種類の熱交換器の全ての箇所に対
して、本発明による製作及び装着技術を適用しうる。

【００１６】更に詳しくは、本発明は、直交方向の流れ
成分が発生する熱交換器管の部分に、同熱交換器管の振
動を防止する負荷を加える手段を提供する。蒸気発生器
が運転を開始し、熱交換器が運転温度及び運転圧力に達
した場合に、交互する支持板を熱交換器管に対して横方
向に逆向きに移動させることによってこの負荷を加え
る。

【００１７】図５及び６から分かるように、交互する支
持板２５ａ、２５ｂの一端は固定され、他端は自由であ
る。支持板２５ａの場合、同支持板の一端は被覆体２９
の壁に接続され、一方、中央仕切板２７の近傍側の他端
はこの中央仕切板に接続されず、自由である。他方、支
持板２５ｂは中央仕切板２７に接続されるが、被覆体２
９とその近傍の支持板２５ｂの端部との間には接続関係
はない。この点で、支持板２５ａ、２５ｂの自由端部と
中央仕切板２７又は予熱給水分散箱３７を含む被覆体２
９のそれぞれとの間に、約５ｉｎ(１２.７ｍｍ）の膨張
用ギャップ５４が存在するものとして図示されている
が、このような膨張用ギャップ５４は、本発明の実施上
必ずしも必要ではない。

【００１８】支持板２５ａ、２５ｂと中央仕切板２７又
は被覆体２９との接続は、複数のフック状取付ブラケッ
ト（移動手段）５０からなるブラケット型接続が好まし
く、これ等のブラケットの自由端部は、長く延びた取付
溝（移動手段）５２に嵌め込まれる。図示の実施例で
は、取付ブラケットは、取付溝を支持板２５ａ、２５ｂ
に形成して中央仕切板及び被覆体に取り付けられるもの
として図示されている。しかし、選択された接続形態
が、支持板に対して引張力を加えて、該引張力によって
これ等の支持板を中央仕切板又は被覆体に向かって移動
させることができる限り、上述の関係を逆にすることも
できるし、また、他の取付形態を使用することも可能で
ある。この点で、支持板２５ａ、２５ｂと、接続が行わ
れる中央仕切板及び被覆体のそれぞれとの間の接続は、
例えば、支持棒及びスペーサパイプによって行われる通
常の垂直方向の支持に取って代わることを意図するもの
ではなく、支持板の熱による運動と被覆体及び給水分散
箱の熱及び圧力による運動とに起因する相対変位を発生
するだけであることに留意する必要がある。これ等の運
動による相対変位の大きさが、熱交換器管と支持板との
間の隙間３５の大きさを超えれば、熱交換器管に予負荷
が発生する。１つ置きの支持板が逆向きの予負荷を加え
るので、熱交換器が運転温度及び運転圧力に達した場合
に、受動的で確実な支持が得られる。予負荷の大きさ
は、中央仕切板の剛性、熱交換器管の直径、及び業界で
標準とされる値の範囲内の熱交換器管の支持間隔を選択
することによって、調整することができる。

【００１９】図６から最も明らかに分かるように、長く
延びた各溝５２の長さは、そこに嵌め込まれる各フック
の横幅よりも長い。これは、他の熱膨張に影響を与えな
いように、溝５２内の各取付ブラケット５０の端部の横
方向への運動を許容する。更に、取付ブラケット５０を
ぴったり嵌合させるように溝５２の幅を設定することも
できるが、溝とブラケットの対向する面が係合して、支
持板に対して引張効果を発生しなければならないように
溝が位置決めされる限り、これ等の溝の幅は取付ブラケ
ット５０の厚さより大きくてもよい。図５において、こ
のことは、周辺温度及び圧力で、中央仕切板２７と対向
するブラケット５０の端部の面が、支持板２５ｂの溝の
対向する壁と係合し、被覆体２９と対向する取付ブラケ
ットの側部が、支持板２５ａの溝の対向する面と係合す
ることを意味している。更に、図６に示すように、中央
仕切板は被覆体２９を介して胴部３１にキー止めするこ
とができ、また、その取付箇所の選択と併せて、中央仕
切板は、支持板の熱による運動から、また、容器の壁部
及び給水ノズルの熱及び圧力による運動から上述の相対
変位を発生する所望の剛性を得るように、支持板につい
ての運動接続を“調整する”機能を果たすことができ
る。

【００２０】原子力蒸気発生器の二次側は、一般に底部
から上方に向かって建造されるので、フック状取付ブラ
ケット５０を上方から溝５２内に係合する図示の構成に
よって、これ等の取付ブラケットを設けることによる支
持板２５の位置に影響することなく、これ等の支持板２
５の取付後に、ブラケット５０を付加することがより容
易になる。しかし、もし他の組み立て方法を使用して熱
交換器を製作する必要があれば、フック状ブラケット５
０を下方から支持板２５の溝５２に係合することもでき
る。同様に、支持板２５は、内部に開口部が形成された
中実板として示したが、格子状の構造のもの或は任意の
既知の支持板形式のもののように、流れのために開放し
ている支持体でよい。同様に、循環経路は、支持板にあ
る垂直方向即ち軸流貫通孔でよく、或は支持板に沿って
これ等の支持板の切り抜き開口部を通る強制的に前後運
動(forced back-and-forth motion)を行なうことができ
る。従って、容器内の複数の支持板を介して延びるよう
に取り付けられた複数の平行な熱交換器管によって構成
される一般的な種類の熱交換器に使用する全ての種類の
熱交換器の流路に対して基本的に適用することができ
る。

【００２１】前記に鑑みて、本発明は、ここで開示した
以外に多数の変更、変形及び実施例を受け入れることが
可能であって、ここで開示された特定の実施例に限定さ
れるものではなく、本願特許請求の範囲の全てを包含す
ることを意図するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のウェスチングハウス型の原子力蒸気発生
器の部分切断斜視図。

【図２】図１の線２−２の下部にあり線２−２を含む面
で切断した部分を示す蒸気発生器の部分側部断面図。

【図３】図４の線３Ａ−３Ａに沿って見られる支持板及
び熱交換器管の一部の側部断面図。

【図４】支持板内を通る熱交換器管の断面を示す支持板
の一部の平面図。

【図５】本発明による熱交換器の流入領域の部分断面
図。

【図６】図５の線５−５で切断した横断面図。

【符号の説明】

１蒸気発生器５二次側１５熱交換器１６熱交換器管１９低温側管部２５支持板２５ａ交互する支持板２５ｂ交互する支持板２９被覆体（容器）３１胴部（容器）３５隙間３６給水ノズル（給送手段）３７予熱給水分散箱（流路）５０取付ブラケット（移動手段）５２取付溝（移動手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器を有し、該容器内に、同容器を横方
向に横断して延びる複数の支持板を隙間を有して貫いて
延びる複数の平行な熱交換器管が装着されていると共
に、該熱交換器管を循環する熱交換媒体から伝達された
熱によって加熱されるべき流体を、前記容器を軸方向に
通って延びる前記熱交換器管の部分に対する横行流成分
を少なくとも部分的に有する流路を前記流体に与えるよ
うな仕方で、前記容器内に給送する給送手段とを有する
形式の熱交換器において、該熱交換器が運転温度及び運
転圧力に達すると、横行流成分を有する前記流路の部分
を含む領域で、前記流体の横行流成分により前記熱交換
器管が振動するのを防止する負荷を前記熱交換器管の前
記部分に加えるような仕方で、前記支持板の内の交互す
るものを前記熱交換器管の前記部分に対して横方向に逆
向きに移動させる移動手段を有するように改良した熱交
換器。
【請求項２】熱交換器が胴部内に被覆体を有する容器
の二次側に配置され、複数の平行な熱交換器管が隙間を
有して複数の支持板を貫いて延びるよう装着され、前記
支持板が前記容器を横断して延び、前記熱交換器管中を
循環する放射性の熱交換媒体から伝達される熱によって
加熱されるべき非放射性水が、前記容器内を軸方向に延
びる前記熱交換器管の部分に対して横行流成分を少なく
とも部分的に有する流路を前記非放射性水に与えるよう
な仕方で、前記容器内に給送される、形式の原子力蒸気
発生器の熱交換器で横行流によって生ずる熱交換器管の
振動を除去する方法であって、前記熱交換器が運転温度
及び運転圧力に達すると、横行流成分を有する前記流路
の部分を含む領域で、前記流体の横行流成分により前記
熱交換器管が振動するのを防止する負荷を前記熱交換器
管の前記部分に加えるような仕方で、前記支持板の内の
交互するものを前記熱交換器管の前記部分に対して横方
向に逆向きに移動させるステップを含む熱交換器管の振
動除去方法。