KR101910681B1 - Steam generator tube lane flow buffer - Google Patents

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로버트 엠 웨퍼
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웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨
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Abstract

튜브 레인 내에서 열교환 튜브로부터의 유동을 버퍼링하여 튜브 레인에 인접하는 열교환 튜브의 처음의 수개의 열 상에서 난류 힘을 약화시키기 위해, 튜브 번들 내의 열교환 튜브의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 갖는 일련의 로드가 튜브 레인의 양측에 배치되는 튜브 엔드 쉘 스팀 발생기가 개시된다.Having a diameter substantially equal to the diameter of the heat exchange tubes in the tube bundle, for buffering the flow from the heat exchange tubes in the tube lanes to weaken the turbulent forces on the first several rows of heat exchange tubes adjacent the tube lanes, A tube end shell steam generator is disposed on both sides of the tube lane.

Figure R1020137026151
Figure R1020137026151

Description

스팀 발생기 튜브 레인 유동 버퍼{STEAM GENERATOR TUBE LANE FLOW BUFFER}STEAM GENERATOR TUBE LANE FLOW BUFFER [0002]

관련 출원의 상호 참조Cross reference of related application

본 출원은 스팀 발생기 튜브 레인 유동 버퍼라는 명칭으로 2011년 4월 4일에 출원된 가출원 제61/471,328호의 우선권을 주장한다.This application claims priority to Provisional Application No. 61 / 471,328, filed April 4, 2011, entitled " Steam Generator Tube Lane Flow Buffer. &Quot;

본 발명은 일반적으로 U자형 튜브 엔드 쉘 스팀 발생기(U-tube and shell steam generator)에 관한 것이고, 더 구체적으로는 튜브 레인 내의 순환 유체 및 공급수의 고속 유동으로부터 열교환 튜브를 버퍼링(buffer)하는 이와 같은 스팀 발생기에 관한 것이다.The present invention relates generally to a U-tube and shell steam generator, and more particularly to a U-tube and shell steam generator for buffering a heat exchange tube from a high velocity flow of circulating fluid and feed water in a tube lane, To the same steam generator.

가압수형 원자로 스팀 발생기는 수직으로 방향설정된 쉘, 튜브 번들(bundle)을 형성하기 위해 쉘 내에 배치되는 복수의 U자형 튜브, U자형 굴곡부의 양단부에서 튜브를 지지하기 위한 튜브 시트, 튜브 시트와 협력하는 칸막이판, 및 튜브 번들의 일단부에서 1차 유체 유입 헤더를, 그리고 튜브 번들의 타단부에서 1차 유체 유출 헤더를 형성하는 채널 헤드를 전형적으로 포함한다. 1차 유체 유입 노즐은 1차 유체 유입 헤더와 유체 연통 상태에 있고, 1차 유체 유출 노즐은 1차 유체 유출 헤더와 유체 연통 상태에 있다. 스팀 발생기 2차 측은 외측 상의 쉘 및 내측 상의 래퍼(wrapper)로 구성되는 환형 챔버를 형성하도록 튜브 번들과 쉘 사이에 배치되는 래퍼 및 튜브 번들의 U자형 굴곡부 상측에 배치되는 공급수 링을 포함한다.The pressurized water reactor steam generator includes a vertically oriented shell, a plurality of U-shaped tubes disposed within the shell to form a tube bundle, a tube sheet for supporting the tubes at both ends of the U-shaped bend, A partition plate, and a channel head forming a primary fluid inlet header at one end of the tube bundle and a primary fluid outlet header at the other end of the tube bundle. The primary fluid inlet nozzle is in fluid communication with the primary fluid inlet header and the primary fluid outlet nozzle is in fluid communication with the primary fluid outlet header. The steam generator secondary includes a wrapper disposed between the tube bundle and the shell to form an annular chamber comprised of a shell on the outside and a wrapper on the inside, and a feedwater ring disposed above the U-shaped bend of the tube bundle.

원자로를 통한 순환에 의해 가열되는 1차 유체는 1차 유체 유입 노즐을 통해 스팀 발생기로 유입된다. 1차 유체는 1차 유체 유입 노즐로부터, 1차 유체 유입 헤더를 통해, U자형 튜브 번들을 통해, 1차 유체 유출 헤더의 외부로, 그리고 1차 유체 유출 노즐을 통해, 원자로 냉각제 시스템의 잔부까지 안내된다. 동시에, 공급수는, 스팀 발생기의 내측의 공급수 링에 연결되는 공급수 노즐을 통해, 스팀 발생기 2차 측 내에, 즉 튜브 시트의 상측에서 튜브 번들의 외측과 인터페이스를 형성하는 스팀 발생기의 측면에 도입된다. 하나의 실시형태에서, 공급수는, 스팀 발생기 내로 유입되는 즉시, 수분 분리기로부터 복귀하는 물과 혼합된다. 다운카머 플로(downcomer flow)라고 부르는 이 혼합물은, 환형 챔버의 저부에 위치되는 튜브 시트로 인해 물이 U자형 튜브의 외측과 열 전달 관계로 래퍼의 내측까지 통하는 방향을 변화시킬 때까지, 쉘에 인접한 환형 챔버의 하방으로 안내된다. 물이 튜브 번들과 열 전달 관계로 순환하고 있는 동안에, 열은 튜브 내의 1차 유체로부터 튜브 주위의 물로 전달됨으로써 튜브 주위의 물의 일부를 스팀으로 변환시킨다. 이 스팀/물 혼합물을 단일 상의 다운카머 플로로부터 구별하기 위해, 튜브의 주위의 유체 유동은 튜브 번들 유동이라고 부른다. 다음에 스팀은 상승하여 스팀으로부터 혼입된 물을 분리하는 복수의 수분 분리기를 통해 안내되고, 다음에 스팀은 스팀 발생기로부터 배출되고, 터빈을 통해 순환됨으로써 종래기술에 주지되어 있는 방식으로 전기를 발생시킨다.The primary fluid heated by the circulation through the reactor flows into the steam generator through the primary fluid inflow nozzle. The primary fluid flows from the primary fluid inlet nozzle, through the primary fluid inlet header, through the U-shaped tube bundle, to the exterior of the primary fluid outlet header, and through the primary fluid outlet nozzle to the remainder of the reactor coolant system Guidance. At the same time, the feed water is supplied to the side of the steam generator which forms an interface with the outside of the tube bundle in the secondary side of the steam generator, i.e., above the tube sheet, through the feed water nozzle connected to the feed water ring inside the steam generator . In one embodiment, the feed water is mixed with the water returning from the water separator as soon as it enters the steam generator. This mixture, referred to as downcomer flow, is introduced into the shell until the tube sheet located at the bottom of the annular chamber changes the direction in which the water travels to the inside of the wrapper in a heat transfer relationship with the outside of the U- And is guided downwardly of the adjacent annular chamber. While water circulates in a heat transfer relationship with the tube bundle, the heat is transferred from the primary fluid in the tube to the water around the tube, thereby converting part of the water around the tube to steam. To distinguish this steam / water mixture from a single phase downcomerflow, the fluid flow around the tube is called the tube bundle flow. The steam is then guided through a plurality of water separators which ascend and separate the water entrained from the steam and then steam is discharged from the steam generator and circulated through the turbine to generate electricity in a manner known in the art .

1차 유체는 방사성 물질을 포함하고 또한 U자형 튜브 벽에 의해서만 공급수로부터 격리되어 있으므로, U자형 튜브 벽은 이러한 방사성 물질을 격리시키기 위한 1차 경계부의 일부를 형성한다. 그러므로, 바람직하지 않은 결과를 초래할 수 있는 방사성 물질을 1차 유체로부터 2차 측으로 유입시키는 원인이 되는 파열이 U자형 튜브 내에 발생하지 않도록 U자형 튜브를 양호하게 지지시킴으로써 결함이 없도록 U자형 튜브를 유지하는 것이 중요하다. U자형 튜브를 위한 지지는 나란히 이격된 복수의 횡방향 튜브 지지판에 의해 달성되는데, 이들 튜브 지지판은 튜브 번들의 높이를 따라 축방향으로 위치되며, 이들 튜브 지지판을 통해 열교환 튜브의 단부가 연장되어 튜브 시트에 고정된다. 전형적으로, 지지판 내의 구멍은 열교환 튜브를 횡방향으로 지지하는 랜드(land) 및 튜브 번들 유동과 스팀의 통과를 허용하는 랜드들 사이의 로브(lobe)를 가진다. 그러나, 장기간의 가동 후에 스팀 발생기 유닛의 튜브 지지판에서의 튜브 마모, 및 튜브 및/또는 튜브 지지판의 파울링(fouling)의 가능성이 보고되었다. 최대의 인디케이션(indication)은 28% 깊이를 갖는다. 하나의 스팀 발생기(58)에서 보고되는 79개의 총 인디케이션 중에서, 인디케이션의 총 수의 73%에 해당하는 것이 열교환 튜브의 1 내지 5 열에서 발생한다. 이러한 79개의 총 인디케이션 중 34%는 1 열의 튜브에서 발생한다. 이들 중 대부분은, 댐핑이 감소되고 속도는 증가되는, 더 높은 튜브 지지판 높이에서 발생한다. 이들 열은 튜브의 핫 레그(hot leg)와 콜드 레그(cold leg) 사이에 중심을 둔 튜브 레인 영역에 인접해 있으므로, 난류에 의해 유발되는 타격을 겪을 수 있다. 난류의 힘은 열교환 튜브의 처음 몇 개의 열 내에서 급격히 약화되는 것은 주지된 것이며, 데이터는 마모 인디케이션의 분포에 의해 이러한 현상의 존재를 입증한다.Since the primary fluid contains radioactive material and is isolated from the feedwater only by the U-shaped tube wall, the U-shaped tube wall forms part of the primary boundary for isolating such radioactive material. Therefore, by holding the U-shaped tube well so that a rupture that may cause undesirable results to flow from the primary fluid to the secondary side does not occur in the U-shaped tube, the U- It is important to do. The support for the U-shaped tube is achieved by a plurality of laterally spaced transverse tube support plates which are positioned axially along the height of the tube bundles and through which the ends of the heat exchange tubes extend, And is fixed to the seat. Typically, the holes in the backing plate have a land that supports the heat exchange tubes in a transverse direction and a lobe between the tubes that allows passage of the tube bundle flow and steam. However, the possibility of tube abrasion at the tube support plate of the steam generator unit and fouling of the tube and / or tube support plate after a long period of operation has been reported. The maximum indication has a depth of 28%. Of 79 total indications reported by one steam generator 58, 73% of the total number of indications occurs in columns 1 to 5 of the heat exchange tubes. Of these 79 total indications, 34% occur in one row of tubes. Most of these occur at higher tube support plate heights, where damping is reduced and speed is increased. These rows are adjacent to the tube lane region centered between the hot leg and the cold leg of the tube, so that they may experience blows caused by turbulence. It is well known that the forces of turbulence are rapidly attenuated within the first few rows of heat exchange tubes and the data demonstrate the presence of this phenomenon by the distribution of wear indications.

따라서, 본 발명의 목적은 튜브 엔드 쉘 스팀 발생기 내의 튜브 레인에 인접하는 튜브 지지판에서 열교환 튜브의 마모를 감소시키는 것이다.It is therefore an object of the present invention to reduce the wear of the heat exchange tubes at the tube support plates adjacent to the tube lanes in the tube end shell steam generator.

나아가, 본 발명의 목적은 스팀 발생기의 효율을 감소시키지 않고 튜브 레인에 인접하는 튜브 지지판의 인접부 내에서 열교환 튜브의 마모를 감소시키는 것이다.Furthermore, it is an object of the present invention to reduce the wear of the heat exchange tubes within the vicinity of the tube support plate adjacent to the tube lane without reducing the efficiency of the steam generator.

또한, 본 발명의 목적은 튜브 레인에 인접하는 열교환 튜브의 처음 몇 개의 열 내에서 상측 튜브 지지판의 인접부 내에서 열교환 튜브의 마모를 감소시키는 것이다.It is also an object of the present invention to reduce the wear of the heat exchange tubes within the first few rows of heat exchange tubes adjacent to the tube lanes within the vicinity of the upper tube support plates.

이러한 목적 및 다른 목적은, 튜브 시트의 제 1 측면에 의해 일단부가 폐쇄되고 또한 칸막이판에 의해 유입 플리넘(plenum)과 유출 플리넘으로 분리되는 유체 헤더를 갖는 튜브 엔드 쉘 스팀 발생기에 의해 달성된다. 이 스팀 발생기는 콜드 레그 및 핫 레그를 각각 갖는 복수의 U자형 중공 열교환 튜브를 갖고, 콜드 레그 및 핫 레그는 일단부에서 U자형 굴곡 부분에 의해 연결되고, 타단부에서는 핫 레그의 유입 부분 및 콜드 레그의 유출 부분에서 각각 종단되며, 핫 레그의 유입 부분은 튜브 시트를 관통하도록 연장하여 유입 플리넘 내로 개방되고, 콜드 레그의 유출 부분은 튜브 시트를 관통하도록 연장하여 유출 플리넘 내로 개방된다. 스팀 발생기는 제 1 측면에 반대되는 튜브 시트의 쉘 측에 있는 튜브 레인을 추가로 구비하는데, 이 튜브 레인은 복수의 U자형 중공 열교환 튜브의 핫 레그와 콜드 레그 사이에 중심이 설정되고, 이들 핫 레그 및 콜드 레그에 각각 인접하는 측면을 갖는다. 전술한 요소와 함께, 튜브 시트에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 튜브 레인 내에서 그리고 튜브 레인의 양측에서 연장하는 복수의 세장형 버퍼 로드(elongated buffer rod)에 의해 개선이 달성된다. 버퍼 로드는 1차 유체 헤더 내의 1차 유체와 연통하지 않는 방식으로 지지된다.This and other objects are achieved by a tube end shell steam generator having a fluid header with one end closed by a first side of the tubesheet and separated by an inflow plenum and an outlet plenum by a partition plate . The steam generator has a plurality of U-shaped hollow heat exchange tubes each having a cold leg and a hot leg, the cold leg and the hot leg being connected by U-shaped bent portions at one end, The inlet portions of the hot legs extend through the tubesheet to open into the inlet plenum and the outlet portions of the cold legs extend into the outlet sheet and open into the outlet plenum. The steam generator further comprises a tube lane at the shell side of the tube sheet opposite the first side, the tube lane being centered between the hot leg and the cold leg of the plurality of U-shaped hollow heat exchange tubes, Legs and cold legs, respectively. An improvement is achieved with a plurality of elongated buffer rods extending in the tube lane and on both sides of the tube lane in a direction substantially perpendicular to the tube sheet with the elements described above. The buffer load is supported in a manner not in communication with the primary fluid in the primary fluid header.

하나의 실시형태에서, 버퍼 로드의 최대 외경은 U자형 중공 열교환 튜브의 외경과 실질적으로 동일하다. 다른 실시형태에서, 버퍼 로드는 축방향 길이를 갖고, 버퍼 로드의 외경은 축방향 길이를 따라 변화된다. 바람직하게, 축방향 길이는 계단형으로 변화되고, 스팀 발생기는, 나란히 적층되고 또한 버퍼 로드의 축방향 길이에 대해 횡단하도록 각각 위치되는 복수의 이격된 튜브 지지판을 포함하며, 버퍼 로드의 최대 직경은, 버퍼 로드가 연장되는 튜브 지지판으로서, 튜브 시트로부터 가장 멀리 이격되어 있는 튜브 지지판에 위치한다.In one embodiment, the maximum outer diameter of the buffer rod is substantially the same as the outer diameter of the U-shaped hollow heat exchange tube. In another embodiment, the buffer rod has an axial length and the outer diameter of the buffer rod varies along the axial length. Preferably, the axial length is varied stepwise, and the steam generators comprise a plurality of spaced apart tube support plates which are stacked side by side and are each positioned transverse to the axial length of the buffer rod, the maximum diameter of the buffer rod being , A tube support plate on which the buffer rod extends, and a tube support plate spaced farthest from the tube sheet.

또 다른 실시형태에서, 버퍼 로드는 일단부에서 튜브 시트에 연결된다. 바람직하게, 버퍼 로드는 튜브 시트를 관통하여 연장하는 일 없이 튜브 시트 내로 연장한다.In another embodiment, the buffer rod is connected to the tube sheet at one end. Preferably, the buffer rod extends into the tube sheet without extending through the tube sheet.

추가의 실시형태에서, 스팀 발생기는, 튜브 시트에 수직이며 1차 유체 헤더로부터 멀어지는 방향으로 연장하는 축방향 치수를 갖고, 축선에 대해 횡단하도록 각각 방향설정되며 또한 나란히 적층되는 복수의 이격된 튜브 지지판을 추가로 포함하는데, 핫 레그 및 콜드 레그가 이 복수의 이격된 튜브 지지판을 통과한다. 버퍼 로드는 튜브 지지판의 적어도 일부 사이에서 연장한다. 바람직하게, 버퍼 로드는 튜브 시트로부터 실질적으로 모든 튜브 지지판을 관통하여 연장한다.In a further embodiment, the steam generator comprises a plurality of spaced apart tube supports, each having an axial dimension perpendicular to the tubesheet and extending in a direction away from the primary fluid header, each being oriented transverse to the axis, Wherein hot legs and cold legs pass through the plurality of spaced apart tube support plates. The buffer load extends between at least a portion of the tube support plate. Preferably, the buffer rod extends through substantially all of the tube support plates from the tubesheet.

하나의 실시형태에서, 버퍼 로드의 축방향 길이 중 적어도 일부분은 중공이고, 버퍼 로드의 중공 부분은 복수의 U자형 중공 열교환 튜브의 벽 두께와 적어도 동일하거나 더 큰 벽 두께를 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 버퍼 로드는 중실체(solid)이다.In one embodiment, at least a portion of the axial length of the buffer rod is hollow and the hollow portion of the buffer rod has a wall thickness that is at least equal to or greater than the wall thickness of the plurality of U-shaped hollow heat exchange tubes. In yet another embodiment, the buffer load is solid.

선택적으로, 버퍼 로드는 튜브 시트 위의 높이로부터 연장하기 시작할 수도 있으며, 또한 버퍼 로드는 최상측 튜브 지지판의 아래에서 종단될 수도 있다. 추가적으로, 버퍼 로드는 적어도 2개의 인접한 지지판 내의 구멍들을 통해 연장할 수 있고, 2개의 인접한 지지판 중 하나의 튜브 지지판 내의 버퍼 로드가 통과하는 구멍 중 적어도 일부는 2개의 인접한 지지판 중 다른 하나의 튜브 지지판 내의 대응하는 구멍으로부터 오프셋(offset)된다. 바람직하게, 오프셋은 최대 약 4mm이다.Optionally, the buffer load may start to extend from a height above the tubesheet, and the buffer rod may also be terminated below the uppermost tube support plate. In addition, the buffer rod may extend through the apertures in the at least two adjacent support plates, and at least a portion of the holes through which the buffer rod in one of the two adjacent support plates pass may be in the other of the two adjacent support plates And is offset from the corresponding hole. Preferably, the offset is at most about 4 mm.

본 발명의 추가의 이해는 이하에서 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 실시형태의 설명으로부터 얻어질 수 있다.A further understanding of the invention may be obtained from the following description of a preferred embodiment with reference to the attached drawings.

도 1은 수직형 튜브 엔드 쉘 스팀 발생기의 부분 절제 사시도이고;
도 2는 튜브 레인의 양측에 연장하는 유동 구멍을 통해 버퍼 로드가 삽입된 상태에서, 튜브 레인 영역의 주위의 튜브 지지판 중의 하나의 일부를 보여주는 평면도이고;
도 3은 튜브 시트로부터 상측 튜브 지지판을 관통하여 연장하는 본 발명의 버퍼 로드를 보여주는, 스팀 발생기의 하측 부분의 부분 단면의 개략 측면도이고;
도 4는 튜브 시트의 상측으로부터 복수의 튜브 지지판을 통해 대부분의 상측 튜브 지지판의 하측까지 연장하는 버퍼 로드를 보여주는 스팀 발생기의 하측 부분의 개략 부분 단면도이다.1 is a partial cutaway perspective view of a vertical tube end shell steam generator;
Figure 2 is a plan view showing a portion of one of the tube support plates around the tube lane area with the buffer rod inserted through a flow hole extending on either side of the tube lane;
3 is a schematic side view of a partial section of the lower portion of the steam generator showing the inventive buffer rod extending through the upper tube support plate from the tube sheet;
Figure 4 is a schematic partial cross-sectional view of the lower portion of the steam generator showing the buffer rod extending from above the tube sheet through the plurality of tube support plates to the underside of most of the upper tube support plates.

이하에서 도면을 참조하면, 도 1은 1차 유체로부터 증발하거나 비등하는 2차 유체로 열을 전달하기 위해 요구되는 가열 표면을 제공하는 튜브 번들(12)을 형성하는 복수의 U자형 튜브를 사용하는 스팀 또는 증기 발생기(10)를 도시한다. 스팀 발생기(10)는 수직으로 방향설정된 관형 쉘 부분(14), 상단부를 포위하는 상부 포위체 또는 접시형 헤드(16) 및 하단부를 포위하는 대체로 반구형인 채널 헤드(18)를 갖는 용기를 포함한다. 하측 쉘 부분(14)은 상측 쉘 부분(15)보다 소직경을 갖고, 절두 원추형 천이부(20)가 상측 쉘 부분과 하측 쉘 부분을 연결한다. 튜브 시트(22)는 채널 헤드(18)에 부착되고 또한 U자형 튜브(13)의 양단부를 수용하도록 배치되는 복수의 구멍(24)을 갖는다. 칸막이판(26)은 채널 헤드(18) 내의 중앙에 배치되어 채널 헤드를 2개의 구획실(28, 30)로 분할하는데, 이들 구획실(28, 30)은 튜브 번들(12)을 위한 헤더로서 작용한다. 구획실(30)은 1차 유체 유입 구획실이고, 이것과 유체 연통 상태의 1차 유체 유입 노즐(32)을 갖는다. 구획실(28)은 1차 유체 유출 구획실이고, 이것과 유체 연통 상태의 1차 유체 유출 노즐(34)을 갖는다. 그러므로, 1차 유체, 즉 유체 구획실(30) 내로 유입되는 원자로 냉각제는 튜브 번들(12)을 통해 유동하여 유출 노즐(34)을 통해 외부로 배출되게 된다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring now to the drawings, FIG. 1 illustrates the use of a plurality of U-shaped tubes forming a tube bundle 12 that provides the heating surface required for transferring heat to a secondary fluid that evaporates or boils from the primary fluid Steam or steam generator (10). The steam generator 10 includes a vessel having a vertically oriented tubular shell portion 14, a top enclosure or dish-like head 16 surrounding the top portion and a generally hemispherical channel head 18 surrounding the bottom portion . The lower shell portion 14 has a smaller diameter than the upper shell portion 15 and the frustoconical transition portion 20 connects the upper shell portion and the lower shell portion. The tube sheet 22 has a plurality of holes 24 attached to the channel head 18 and arranged to receive both ends of the U-shaped tube 13. The partition plate 26 is centrally disposed within the channel head 18 to divide the channel head into two compartments 28 and 30 which act as a header for the tube bundle 12 . The compartment 30 is a primary fluid inlet compartment and has a primary fluid inlet nozzle 32 in fluid communication therewith. The compartment 28 is a primary fluid outflow compartment and has a primary fluid outflow nozzle 34 in fluid communication therewith. Therefore, the primary fluid, that is, the reactor coolant flowing into the fluid compartment 30, flows through the tube bundle 12 and is discharged to the outside through the outflow nozzle 34.

튜브 번들(12)은 각각 래퍼(36)와 쉘 사이에 환형 통로(38)를 형성하는 래퍼(36) 및 콘 부분(14, 20)에 의해 둘러싸인다. 래퍼(36)의 상부는 복수의 대형 튜브(44)와 유체 연통 상태인 복수의 개구(42)를 포함하는 하측 데크 플레이트(40)에 의해 피복된다. 스월 베인(46)은, 대형 튜브(44)를 통해 유동하는 스팀이 이러한 1차 원심 분리기를 통해 유동할 때 스팀이 회전하여 스팀 내에 포함된 수분의 일부가 원심력에 의해 제저되도록 대형 튜브(44) 내에 배치된다. 1차 분리기 내의 스팀로부터 분리된 물은 하측 데크 플레이트(40)의 상면으로 복귀된다. 원심 분리기를 통해 유동한 후, 스팀은 2차 분리기(48)를 통과한 후, 접시 헤드(16) 내의 중심에 배치되는 스팀 유출 노즐(50)에 도달한다.The tube bundles 12 are surrounded by a wrapper 36 and cone portions 14 and 20, respectively, which form an annular passage 38 between the wrapper 36 and the shell. The upper portion of the wrapper 36 is covered by a lower deck plate 40 that includes a plurality of openings 42 in fluid communication with a plurality of large tubes 44. The swirl vane 46 is connected to the large tube 44 so that when the steam flowing through the large tube 44 flows through the primary centrifuge, the steam is rotated and a part of the water contained in the steam is adjusted by the centrifugal force, . The water separated from the steam in the primary separator is returned to the upper surface of the lower deck plate (40). After flowing through the centrifugal separator, the steam passes through the secondary separator 48 and reaches the steam outlet nozzle 50 located centrally in the dish head 16.

이러한 발생기의 공급수 유입 구조는 피드링(feedring; 54)이라고 부르는 대체로 수평인 부분 및 피드링의 상측에 위치되는 복수의 배출 노즐(56)을 갖는 공급수 유입 노즐(52)을 포함한다. 공급수 유입 노즐(52)을 통해 공급되는 공급수는 공급수 링(54)을 통과 한 후, 배출 노즐(56)을 통해 배출되고, 하나의 종래 기술의 실시형태에서는 스팀으로부터 분리된 물과 혼합되어 재순환된다. 다음에, 혼합물은 상기 하측 데크 플레이트(40)로부터 환형 다운카머 통로(38) 내로 하방으로 유동한다. 다음에, 물은 래퍼(36)의 하측 부분에서 튜브 번들(12)로 유입되고, 튜브 번들 사이에서 상방으로 유동하여 가열됨으로써 스팀을 생성한다.The feed water inflow structure of this generator includes a feed water inflow nozzle 52 having a generally horizontal portion called a feed ring 54 and a plurality of discharge nozzles 56 located above the feed ring. The feed water supplied through the feed water inflow nozzle 52 passes through the feed water ring 54 and then through the discharge nozzle 56 and is mixed with water separated from the steam in one prior art embodiment And recirculated. Next, the mixture flows downward from the lower deck plate (40) into the annular downcomer passage (38). The water then flows into the tube bundle 12 from the lower portion of the wrapper 36 and flows upward between the tube bundles and is heated to produce steam.

물의 비등 작용 및 열교환 튜브를 통과하는 유체의 유동으로 인해, 열교환 튜브의 마모를 촉진할 수 있는 열교환 튜브의 진동을 초래할 수 있는 유체 탄성 여진(excitation)이 유발될 수 있다. 나란히 이격된 복수의 열교환 튜브 지지판(58)은 쉘(14)의 축방향 치수에 대해 횡단하도록 위치되고, 열교환 튜브가 연장되는 구멍을 갖는다. 구멍은 열교환 튜브를 지지하도록, 그리고 이 열교환 튜브를 통과하는 공급수 및 재순환 스팀을 위한 개구를 제공하도록 특수하게 설계된다. 도 2는 열교환 튜브의 U자형 굴곡 영역의 하측으로 연장하는 튜브 레인의 영역에서 열교환 튜브 지지판의 일부의 평면도를 도시한다. 1열, 2열 및 3열의 튜브 구멍(64) 중의 수개 내에서 튜브(13)로의 열 전달이 설명된다. 열교환 튜브(13)는 전부가 아닌 수개의 브로칭 가공된 구멍(64) 내에 도시되어 있으나, 실질적으로 각각의 도시된 브로칭 가공된 구멍을 통해 연장한다는 것이 이해되어야 한다. 튜브(13)는 구멍(64)의 랜드(70) 상에 지지되고, 냉각제 유동은 로브(66)를 통해 튜브의 주위에서 안내된다. 1열, 2열 및 3열은 중심의 튜브 레인(60)에서의 횡방향 유동으로부터 유발되는 난류에 의해 유발되는 진동 및 마모의 영향을 가장 받기 쉽다. 그러므로, 1열, 2열 및 3열 내의 열교환 튜브(13)는 난류에 의해 강화 및 유도되는 타격을 받는다. 작동하는 발생기로부터 수집되는 열교환 튜브 마모 데이터는 난류 힘이 열교환 튜브(13)의 처음의 몇 개의 열 내에서 신속하게 약화됨을 인증한다. 튜브 지지판의 중심선에 더 근접하는 유동 구멍(74)은 튜브 번들의 튜브 레인 영역을 통한 물의 유동을 제한하고, U자형 굴곡 횡단 유동 영역 내로의 유입 전에 유동을 분배한다. 하측 튜브 지지판을 위한 유동 구멍(74) 대신에 유동 슬롯이 사용된다.Due to the boiling action of the water and the flow of fluid through the heat exchange tube, fluid elastic excitation can occur which can cause vibration of the heat exchange tube which can promote wear of the heat exchange tube. A plurality of laterally spaced heat exchange tube support plates 58 are positioned transverse to the axial dimension of the shell 14 and have holes through which the heat exchange tubes extend. The holes are specially designed to support the heat exchange tubes and provide openings for feed water and recycle steam passing through the heat exchange tubes. Figure 2 shows a top view of a portion of the heat exchange tube support plate in the region of the tube lane extending downwardly of the U-shaped bend region of the heat exchange tube. Heat transfer to the tube 13 in several of the first, second and third rows of tube holes 64 is described. It is to be understood that the heat exchange tubes 13 are shown in several, but not all, broaching holes 64, but extend through substantially each of the shown broaching holes. The tube 13 is supported on the land 70 of the hole 64 and the coolant flow is guided around the tube through the lobe 66. The columns 1, 2 and 3 are most susceptible to the effects of vibration and wear caused by turbulence caused by lateral flow in the central tube lane 60. Therefore, the heat exchange tubes 13 in columns 1, 2 and 3 are subjected to a blow which is strengthened and induced by turbulence. The heat exchange tube wear data collected from the working generator certifies that the turbulence forces are rapidly attenuated within the first few rows of heat exchange tubes 13. [ A flow aperture 74, which is closer to the centerline of the tube support plate, limits the flow of water through the tube lane region of the tube bundle and distributes the flow prior to entry into the U-shaped transverse flow region. A flow slot is used instead of the flow hole 74 for the lower tube support plate.

여기서, 세장형 버퍼 로드(62)는 튜브 레인(60)의 양측에서 유동 구멍(74)을 통해 연장하고, 열교환 튜브(13)의 1열, 2열 및 3열이 유동 구멍(74)을 통하는 그리고 유동 구멍(74)을 횡단하는 방향의 물 통로에 의해 타격을 받지 않도록 실질적으로 보호한다. 그러므로, 튜브 레인 유동 버퍼(62)는 튜브 레인(60)을 따르는 유동 튜브가 없는 영역 사이에 위치되고, 튜브 레인을 통한 유동이 각각의 연속되는 튜브 지지판(58)을 통과할 때 및/또는 각각의 연속되는 튜브 지지판(58)에 충돌할 때 발생하는 횡방향 속도를 약화시키는 효과를 갖는다. 버퍼 로드(62)는 유동 구멍(74)과 같은 둥근 구멍 또는 튜브 지지 구멍(64)과 같은 브로칭 가공된 구멍에 의해 횡방향으로 지지될 수 있고, 또 스테인리스 강 또는 다른 내침식성/내부식성 재료로 제작될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 유동 버퍼 로드(62)는 튜브 시트(22)의 2차 면으로부터 최상측 튜브 지지판(68)을 몇 인치 초과하는 범위까지 연장한다. 도 3은 대표적인 개수의 U자형 튜브만이 도시된, 튜브 번들(12)을 포함하는 스팀 발생기의 하측 부분의 단면도를 개략적으로 도시한다. 이 실시예에서, 8개의 지지판(58)이 발생기의 축선을 따라 이격된 상태로 나란히 배치된다. 튜브 지지판은, 용접 또는 튜브 시트의 상면 내에서 나사산을 가진 리세스 내에 나사체결됨으로써 그 하단부가 튜브 시트(22)에 부착되는 복수의 지지 로드(72)에 의해 횡방향으로 지지된다. 지지 로드는 튜브 시트로부터 튜브 지지판(58)의 각각 내의 둥근 개구를 통해 상측 지지판(68)의 상측으로 짧은 거리만큼 돌출하도록 연장한다. 도 3에는, 설명을 위해, 단지 2개의 지지 로드(72)만이 도시되어 있으나, 실제로 튜브 지지판의 횡방향 이동을 방지하도록 지지하기 위해 열교환 튜브(13)의 핫 레그와 콜드 레그 사이에 상당수의 추가의 지지 로드가 제공된다. 유사하게, 이 바람직한 실시형태에서, 버퍼 로드(62)는 튜브 시트(22)의 상면 내의 리세스로부터 연장하고, 여기서 이 버퍼 로드(62)는 유사하게 부착될 수 있고 또 상측 튜브 지지판(68)의 상측으로 몇 인치만큼 돌출하여 연장할 수 있다. 바람직하게, 버퍼 로드(62)는 열교환 튜브(13)와 동일한 직경으로 제작되므로, 번들-내 검사 또는 슬러지 랜싱(sludge lancing)과 같은 보수 작업에 방해가 되지 않고, 로드는 2개의 추가의 튜브 열과 차이가 없다. 버퍼 로드의 존재로 인한 튜브 레인의 폭의 감소는, 튜브 레인의 폭이 가장 제한되는 스팀 발생기 유닛의 폭보다 넓게 유지되므로, 보수성에 영향을 주지 않는다.Here, the elongated buffer rod 62 extends through the flow holes 74 on both sides of the tube lane 60, and the first, second, and third rows of the heat exchange tubes 13 extend through the flow holes 74 And substantially does not receive a blow by the water passage in the direction crossing the flow hole 74. [ Thus, the tube-lane flow buffer 62 is positioned between the areas without flow tubes along the tube lane 60, and when flow through the tube lanes passes through each successive tube support plate 58 and / Which is generated when the tubular support plate 58 collides with the continuous tube support plate 58 of the tubular support plate 58. The buffer rod 62 may be laterally supported by a rounded hole such as the flow hole 74 or a broached hole such as a tube support hole 64 and may be made of stainless steel or other corrosion resistant / . In a preferred embodiment, the flow buffer rod 62 extends from the secondary side of the tube sheet 22 to a range exceeding a few inches of the uppermost tube support plate 68. 3 schematically shows a cross-sectional view of the lower portion of the steam generator including tube bundles 12, in which only a representative number of U-shaped tubes are shown. In this embodiment, eight support plates 58 are arranged side by side along the axis of the generator. The tube support plate is laterally supported by a plurality of support rods 72 whose lower ends are attached to the tube sheet 22 by screwing them into threaded recesses within the upper surface of the weld or tube sheet. The support rods extend from the tube sheet through the round openings in each of the tube support plates 58 so as to protrude a short distance above the upper support plate 68. Although only two support rods 72 are shown in FIG. 3 for the sake of illustration, a substantial number of additions between the hot legs and cold legs of the heat exchange tubes 13 to actually support the lateral support of the tube support plate Is provided. Similarly, in this preferred embodiment, the buffer rod 62 extends from the recess in the top surface of the tube sheet 22, where the buffer rod 62 can be similarly attached and the upper tube support plate 68 It is possible to extend by a few inches to the upper side of FIG. Preferably, the buffer rod 62 is fabricated to the same diameter as the heat exchange tube 13, so that it does not interfere with maintenance operations such as bundle inspection or sludge lancing, There is no difference. The decrease in the width of the tube lane due to the presence of the buffer load does not affect the water retention since the width of the tube lane is kept larger than the width of the steam generator unit in which the width of the tube lane is the most restricted.

도 4는 도 3에 이미 도시되어 있는 스팀 발생기의 개략도를 도시하는 것으로서, 버퍼 로드(62)는 튜브 시트(22) 위의 높이, 본 예에서는 최하측 열교환 튜브 지지판(76) 위의 높이로부터 최상측 열교환 지지판(68) 아래의 열교환 튜브 지지판(58) 바로 위의 높이까지 연장한다. 또한, 버퍼 로드(62)는, 더 큰 난류의 영역에서의 타격으로부터 더 우수한 보호를 제공하기 위해, 상측 열교환 튜브 지지판(58)을 관통하여 연장하는 더 큰 직경을 갖는 계단형 직경을 갖는 것으로 도시되어 있다. 나아가, 버퍼 로드(62)는 도 4에 도시된 버퍼 로드의 상측 범위에 도시된 바와 같이 열교환 튜브 벽에 비해 두꺼운 벽을 갖거나 도 3에 도시된 바와 같은 중실체(solid)일 수 있다. 추가적으로, 교대로 배치되는 튜브 지지판의 버퍼 로드 및 열교환 튜브 지지 구멍 중심선의 위치는 버퍼 로드(62)뿐만 아니라 열교환 튜브(13) 양자 모두의 진동을 더 제어하도록 4mm 정도 오프셋될 수 있다. 이것은 부식형 마모보다 큰 마모율을 갖는 충격 마모를 제거하는데 도움을 주는 경도의 예비하중(preload)을 제공한다.Figure 4 shows a schematic view of the steam generator already shown in Figure 3 in which the buffer rod 62 has a height from the height above the tubesheet 22, in this example above the lowermost heat exchange tube support plate 76, And extends to a height just above the heat exchange tube support plate 58 below the side heat exchange support plate 68. The buffer load 62 also has a stepped diameter with a larger diameter that extends through the upper heat exchange tube support plate 58 to provide better protection against striking in the region of greater turbulence. . Further, the buffer rod 62 may have a thicker wall than the heat exchange tube wall, as shown in the upper range of the buffer rod shown in Fig. 4, or may be solid as shown in Fig. In addition, the position of the buffer rod and the heat exchange tube support hole centerline of the alternately disposed tube support plate can be offset by about 4 mm to further control the vibration of both the heat exchange tube 13 as well as the buffer rod 62. This provides a preload of hardness that helps to eliminate impact wear with greater wear rate than corrosion wear.

이상에서 특정의 발명의 실시예가 상세히 설명되었으나, 본 기술분야의 당업자는 본 개시의 전체적인 사상에 비추어 이러한 세부에 대한 다양한 개조 및 변경을 개발할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서, 개시된 특정의 실시형태는 설명을 위한 것일 뿐 본 발명의 범위를 제한하는 것을 의미하지 않고, 본 발명은 첨부된 청구항 및 그것의 임의의 등가 또는 전체의 등가의 전체의 범위로서 제공된다.Although specific embodiments of the invention have been described in detail above, those skilled in the art will appreciate that various modifications and alterations may be made to these details in light of the overall teachings of the disclosure. Accordingly, the specific embodiments disclosed are illustrative only and not meant to limit the scope of the invention, which is provided as a full range of equivalents to the appended claims and any equivalents thereof or their equivalents.

Claims (15)

1차 유체로부터 2차 유체로 열을 전달하기 위한 튜브 엔드 쉘 스팀 발생기(tube and shell steam generator)에 있어서,
튜브 시트의 제 1 측면에 의해 일단부가 폐쇄되고, 칸막이판에 의해 유입 플리넘(plenum) 및 유출 플리넘으로 분리되는 1차 유체 헤더(header);
콜드 레그 및 핫 레그를 각각 갖는 복수의 U자형 중공 열교환 튜브로서, 일단부에서 콜드 레그 및 핫 레그가 U자형 굴곡 부분에 의해 연결되고, 타단부에서는 핫 레그의 유입 부분 및 콜드 레그의 유출 부분에서 각각 종단되며, 상기 핫 레그의 유입 부분은 튜브 시트를 관통하도록 연장하여 유입 플리넘 내로 개방되고, 상기 콜드 레그의 유출 부분은 튜브 시트를 관통하도록 연장하여 유출 플리넘 내로 개방되는, 상기 복수의 U자형 중공 열교환 튜브;
상기 제 1 측면에 반대되는 튜브 시트의 쉘 측에 있는 튜브 레인(tube lane)으로서, 상기 튜브 레인은 상기 복수의 U자형 중공 열교환 튜브의 핫 레그와 콜드 레그 사이에 중심이 설정되고, 상기 핫 레그 및 상기 콜드 레그에 각각 인접하는 측면을 갖는, 상기 튜브 레인; 및
상기 튜브 시트에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 튜브 레인 내에서 그리고 튜브 레인의 양측에서 연장하고, 상기 1차 유체 헤더 내의 1차 유체와 연통하지 않는 복수의 세장형 버퍼 로드(elongated buffer rod)를 포함하는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.A tube and shell steam generator for transferring heat from a primary fluid to a secondary fluid, the tube and shell steam generator comprising:
A primary fluid header at one end closed by a first side of the tubesheet and separated by an inlet plenum and an outlet plenum by a partition plate;
A plurality of U-shaped hollow heat exchange tubes each having a cold leg and a hot leg, wherein the cold leg and the hot leg are connected by a U-shaped bent portion at one end and the inlet portion of the hot leg and the outlet portion of the cold leg, Wherein the inlet portion of the hot leg extends through the tube sheet to open into the inlet plenum and the outlet portion of the cold leg extends into the tube sheet to open into the outlet plenum, Shaped hollow heat exchange tubes;
A tube lane at the shell side of the tube sheet opposite the first side, the tube lane being centered between a hot leg and a cold leg of the plurality of U-shaped hollow heat exchange tubes, And a side surface adjacent to each of the cold legs, respectively; And
A plurality of elongated buffer rods extending in the tube lane and on both sides of the tube lane in a direction substantially perpendicular to the tube sheet and not in communication with the primary fluid in the primary fluid header doing
Tube end shell steam generator. 제 1 항에 있어서,
상기 버퍼 로드의 최대 외경은 U자형 중공 열교환 튜브의 외경과 실질적으로 동일한
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.The method according to claim 1,
The maximum outer diameter of the buffer rod is substantially the same as the outer diameter of the U-shaped hollow heat exchange tube
Tube end shell steam generator. 제 2 항에 있어서,
상기 버퍼 로드는 축방향 길이를 갖고, 상기 버퍼 로드의 외경은 상기 버퍼 로드의 축방향 길이를 따라 변화하는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.3. The method of claim 2,
Wherein the buffer rod has an axial length and the outer diameter of the buffer rod varies along an axial length of the buffer rod
Tube end shell steam generator. 제 3 항에 있어서,
상기 축방향 길이는 계단형으로 변화되는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.The method of claim 3,
The axial length is varied stepwise
Tube end shell steam generator. 제 4 항에 있어서,
상기 버퍼 로드의 축방향 길이에 대해 횡단하도록 각각 위치되며 나란히(in tandem) 적층되는 복수의 이격된 튜브 지지판을 포함하고,
상기 버퍼 로드의 최대 직경은, 상기 버퍼 로드가 연장되는 튜브 지지판으로서, 상기 튜브 시트로부터 가장 멀리 이격되어 있는 튜브 지지판에 위치하는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.5. The method of claim 4,
A plurality of spaced apart tube support plates each positioned to transverse to an axial length of the buffer rod and stacked in tandem,
Wherein the maximum diameter of the buffer rod is a tube support plate on which the buffer rod extends and which is located on a tube support plate spaced farthest from the tube sheet
Tube end shell steam generator. 제 1 항에 있어서,
상기 버퍼 로드는 일단부에서 상기 튜브 시트에 연결되는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.The method according to claim 1,
The buffer rod is connected at one end to the tube sheet
Tube end shell steam generator. 제 6 항에 있어서,
상기 버퍼 로드는 상기 튜브 시트를 관통하여 연장하는 일 없이 상기 튜브 시트 내로 연장하는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.The method according to claim 6,
Wherein the buffer rod extends into the tube sheet without extending through the tube sheet
Tube end shell steam generator. 제 1 항에 있어서,
상기 스팀 발생기는, 상기 튜브 시트에 수직이며 상기 1차 유체 헤더로부터 멀어지는 방향으로 연장하는 축방향 치수를 갖고, 축선에 대해 횡단하도록 각각 위치되며 나란히 적층되는 복수의 이격된 튜브 지지판을 추가로 포함하고,
상기 핫 레그 및 콜드 레그가 상기 복수의 이격된 튜브 지지판을 통과하며, 상기 버퍼 로드는 상기 튜브 지지판의 적어도 일부 사이에서 연장하는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.The method according to claim 1,
The steam generator further includes a plurality of spaced apart tube support plates, each having an axial dimension perpendicular to the tube sheet and extending in a direction away from the primary fluid header, each positioned transverse to the axis and stacked side by side ,
Wherein the hot leg and the cold leg pass through the plurality of spaced apart tube support plates and the buffer rod extends between at least a portion of the tube support plate
Tube end shell steam generator. 제 8 항에 있어서,
상기 버퍼 로드는 상기 튜브 시트로부터 실질적으로 모든 튜브 지지판을 관통하여 연장하는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.9. The method of claim 8,
The buffer rod extends through substantially all of the tube support plates from the tubesheet
Tube end shell steam generator. 제 8 항에 있어서,
상기 버퍼 로드의 축방향 길이 중 적어도 일부분은 중공이고, 상기 버퍼 로드의 중공 부분은 상기 복수의 U자형 중공 열교환 튜브의 벽 두께와 적어도 동일하거나 더 큰 벽 두께를 갖는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.9. The method of claim 8,
At least a portion of the axial length of the buffer rod is hollow and the hollow portion of the buffer rod has a wall thickness at least equal to or greater than the wall thickness of the plurality of U-
Tube end shell steam generator. 제 8 항에 있어서,
상기 버퍼 로드는 중실체인
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.9. The method of claim 8,
The buffer rod
Tube end shell steam generator. 제 8 항에 있어서,
상기 버퍼 로드는 상기 튜브 시트 위의 높이로부터 연장하기 시작하는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.9. The method of claim 8,
Wherein the buffer rod begins to extend from a height above the tube sheet
Tube end shell steam generator. 제 8 항에 있어서,
상기 버퍼 로드의 연장부는 최상측 튜브 지지판의 아래에서 종단되는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.9. The method of claim 8,
The extension of the buffer rod is terminated below the uppermost tube support plate
Tube end shell steam generator. 제 8 항에 있어서,
상기 버퍼 로드는 적어도 2개의 인접한 튜브 지지판 내의 구멍들을 통해 연장하고, 상기 2개의 인접한 튜브 지지판 중 하나의 튜브 지지판 내의 상기 버퍼 로드가 통과하는 구멍 중 적어도 일부는 상기 2개의 인접한 튜브 지지판 중 다른 하나의 튜브 지지판 내의 대응하는 구멍으로부터 오프셋(offset)되어 있는
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.9. The method of claim 8,
Wherein the buffer rod extends through apertures in at least two adjacent tube support plates and at least a portion of the holes through which the buffer rod in one of the two adjacent tube support plates pass is defined by the other of the two adjacent tube support plates Which is offset from a corresponding hole in the tube support plate
Tube end shell steam generator. 제 14 항에 있어서,
상기 오프셋은 최대 4mm인
튜브 엔드 쉘 스팀 발생기.15. The method of claim 14,
The offset is at most 4 mm
Tube end shell steam generator.
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