CN103486084A - 一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构 - Google Patents

Abstract

一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，包括底板、蜗壳底座、盖板和蜗壳外壳形成的主体流道，主体流道被其内设置的两两对称的螺旋板、挡板和出口圆弧柱壳分隔成两个中心对称的分流道，每个分流道对应一个圆形出口；挡板顶部与盖板焊接，外径面与蜗壳外壳焊接；螺旋板进口端与挡板底部焊接，出口端与底板焊接，外径侧与蜗壳外壳焊接，内径侧与蜗壳底座焊接；出口圆弧柱壳设置在对应的圆形出口***，圆形出口和螺旋板在出口圆弧柱壳同一侧，底部与底板焊接，顶部与另一分流道的螺旋板焊接；本发明结构上能与高温气冷堆主氦风机密封结构配合使用，尺寸上满足蒸汽发生器压力容器的约束，功能上能以更小的流动阻力和更高的扩压效率满足高温气冷堆主氦风机的使用要求。

Description

一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构

技术领域

本发明涉及反应堆工程技术领域，具体涉及一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构。

背景技术

高温气冷堆是以石墨为慢化剂、氦气为冷却剂的高温反应堆，是一种固有安全性好、发电效率高、用途极为广泛的先进核反应堆。高温气冷堆核电站一回路总体结构如图1所示，其包括反应堆压力容器1’与蒸汽发生器压力容器5’，其间采用热气导管3’连接。反应堆堆芯由氦气冷却。氦气冷却剂额定压力7MPa，依靠主氦风机驱动，在反应堆一回路内部进行强迫循环，从堆芯带走热量而升温，流经蒸汽发生器，将热量传给二回路的水而降温，形成闭式循环。主氦风机4’为立式布置，安装在蒸汽发生器压力容器5’正上方。

由于高温气冷堆主氦风机应用领域及结构的特殊性，专门针对其检修设计了一种密封结构：该密封结构包括主氦风机进气口、蜗壳和三个相同结构的三偏心蝶阀，总体如图2所示，具体组成和结构见发明《一种用于高温气冷堆主氦风机检修的密封结构》（专利号：201110131547.1）。图2中，序号5’代表蒸汽发生器压力容器，6’代表进气口，7’代表蜗壳，8’-10’代表三个相同结构的三偏心蝶阀。这种密封结构主要具有以下两条优点：

1）防止主氦风机检修时具有放射性的一回路氦气外泄对工作人员和环境造成不利影响。

2)主氦风机检修时保持一回路氦气冷却剂纯度，缩短核电站检修时间，减少核电站检修成本。

由图2可见，为了应用图2所示的密封结构，主氦风机蜗壳必须具有两个出口，分别与三偏心蝶阀9’和10’的进口对应。也就是说，主氦风机蜗壳需要收集从叶片扩压器圆周流出的氦气，并将其引到两个出口处。第二，氦气从叶片扩压器流出时速度处于垂直于主氦风机轴的水平面，而流出蜗壳出口时速度位于平行于轴的竖平面。如果采用发明《一种用于高温气冷堆主氦风机检修的密封结构》（专利号：201110131547.1）的蜗壳结构，氦气将从叶片扩压器流出后在水平面旋转一定角度、同时轴向下降一定高度后再折转90°从竖平面流出，即氦气在蜗壳内做复杂的螺旋形运动。这儿主氦风机蜗壳内流动与常见的双蜗壳内流动存在较大的不同。对于常见的双蜗壳流动，一般是流体在垂直于叶轮机械轴的水平面流进和流出，如图3所示。这种不同的流动对应的是流动损失增加。第三，蜗壳的尺寸必须满足蒸汽发生器压力容器5’的约束，即蜗壳外径保持不变。为了保持蜗壳外径不变，很容易想到采用比较常见的内蜗壳形式。但是，由于这儿径向尺寸和轴向尺寸受限，内蜗壳设计无法实现。综上所述，对于高温气冷堆主氦风机，必须对蜗壳进行专门设计，从而减少蜗壳内流动阻力和提高主氦风机扩压器的扩压效率。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，其结构上能与高温气冷堆主氦风机密封结构配合使用，尺寸上满足蒸汽发生器压力容器的约束，功能上能以更小的流动阻力和更高的扩压效率满足高温气冷堆主氦风机的使用要求。

为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，包括底板，置于底板上的蜗壳底座，置于蜗壳底座上部的盖板，置于底板上、蜗壳底座和盖板外的蜗壳外壳，在底板上开有两个中心对称的圆形出口，所述底板的上表面、蜗壳底座的外径面以及蜗壳外壳内径面间的空腔形成主体流道；主体流道被其内设置的两两对称的螺旋板、挡板和出口圆弧柱壳分隔成两个中心对称的分流道，每个分流道对应一个圆形出口；所述挡板上轴向端面与盖板焊接，外径面与蜗壳外壳焊接；所述螺旋板的进口端与挡板下轴向端面焊接，出口端与底板焊接，螺旋板的外径侧与蜗壳外壳焊接，内径侧与蜗壳底座焊接；所述出口圆弧柱壳设置在对应的圆形出口***，圆形出口和螺旋板在出口圆弧柱壳同一侧，出口圆弧柱壳下轴向端面与底板焊接，上轴向端面与另一分流道的螺旋板焊接。

所述蜗壳外壳的外径侧为圆柱面带外法兰，用于蜗壳与蒸汽发生器压力容器连接，其外径侧尺寸受蒸汽发生器压力容器的约束；所述蜗壳外壳的内径侧为圆柱面，在轴向与水平向的拐角处修圆弧进行过渡。

所述蜗壳底座为中空柱状圆柱体，其内径面形状受叶轮盖板的形状约束，在内径面和外径面间留有空腔，中空柱状圆柱体上轴端布置底座。

所述底座的外缘修圆，通过导流斜板与蜗壳底座的外径面相连接。

所述挡板逆气流圆周运动的外周面与螺旋板的进口端端面平齐，内径面与相连接导叶的尾缘面重合。

所述螺旋板与底板之间沿圆周设置多个螺旋板支撑肋板，所述的螺旋板支撑肋板下轴端面与底板焊接，上轴端面与螺旋板焊接。

所述底板与圆形出口之间设置过渡段。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

（1）结构上包括两个圆形出口，能与高温气冷堆主氦风机密封结构配合使用。

（2）尺寸上满足蒸汽发生器压力容器的约束。

（3）通过螺旋板、导流斜板、过渡段等结构特征，能以更小的流动阻力和更高的扩压效率满足高温气冷堆主氦风机的使用要求。

（4）结构简单，易于加工。

附图说明

图1为现有技术高温气冷堆核电站一回路总体结构示意图。

图2为用于高温气冷堆主氦风机检修的密封结构示意图。

图3为常见的双蜗壳结构示意图。

图4为本发明实施例高温气冷堆主氦风机蜗壳结构主视图。

图5为本发明实施例高温气冷堆主氦风机蜗壳结构俯视图。

图6为本发明实施例高温气冷堆主氦风机蜗壳主体流道半剖面三维图。

图7为本发明实施例高温气冷堆主氦风机蜗壳结构三维图。

图8为本发明实施例高温气冷堆主氦风机蜗壳半剖面三维图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。

如图4和图5所示，本发明一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，包括底板16，置于底板16上的蜗壳底座18，置于蜗壳底座18上部的盖板17，置于底板16上、蜗壳底座18和盖板17外的蜗壳外壳13，在底板16上开有两个中心对称的圆形出口，所述底板16的上表面、蜗壳底座18的外径面以及蜗壳外壳13内径面间的空腔形成主体流道；主体流道被其内设置的两两对称的螺旋板、挡板和出口圆弧柱壳分隔成两个中心对称的分流道，每个分流道对应一个圆形出口；两个中心对称的分流道分别称为“第一流道”和“第二流道”。两个流道的结构和部件完全相同，为了区分，在第一流道的每个部件名称前添加“第一”，在第二流道的每个部件名称前添加“第二”。

下面首先介绍本发明蜗壳的主体流道结构。

如图6所示，蜗壳的主体流道由蜗壳外壳13、盖板17、底板16、导流斜板20和蜗壳底座18形成。

其中，蜗壳外壳13的外径侧为圆柱面带外法兰，用于蜗壳与蒸汽发生器压力容器5’连接；外径侧尺寸受蒸汽发生器压力容器5’的约束；蜗壳外壳13的内径侧也为圆柱面，在轴向与水平向的拐角处修圆弧进行过渡以减小流动损失。

对于有叶扩压器，盖板17与导叶1的上轴向高度面焊接。对于无叶扩压器，盖板高度应满足流道的设计要求。

蜗壳底座18为中空柱状圆柱体，其内径面形状受叶轮盖板的形状约束，在内径面和外径面间留有空腔19，其目的是减轻蜗壳重量，方便安装和检修。中空柱状圆柱体上轴端布置底座21，底座21的外缘修圆，通过导流斜板20与蜗壳底座18的外径面相连接。对于有叶扩压器，底座21上布置导叶1。

为了与高温气冷堆主氦风机用密封结构配套使用，在底板16上开有两个中心对称的第一圆形出口11与第二圆形出口10。

接下来介绍第一流道的结构。

如图7和图8所示，第一流道通过第一螺旋板2、第一一挡板4、第一二挡板6和第一出口圆弧柱壳15对主体流道进行分隔形成。

第一流道主要由第一螺旋板2引导流动。第一螺旋板2的一个轴向端靠近第一圆形出口11、与底板16焊接，将这端称为“出口端”；第一螺旋板2的另一个轴向端与第一一挡板4焊接，将这端称为“进口端”。第一螺旋板2的外径侧与蜗壳外壳13焊接，内径侧与蜗壳底座18和导流斜板20焊接。第一螺旋板2与底板16之间沿圆周设置多个螺旋板支撑肋板12，用于支撑第一螺旋板2，加强其刚度。

第一一挡板4、第一二挡板6、第一出口圆弧柱壳15与第一螺旋板2一起用于隔开第一流道与第二流道。其中，第一一挡板4的底部（下轴向端面）与第一螺旋板2的进口端焊接；顶部（上轴向端面）与盖板17焊接。对于有叶扩压器，内径侧与导叶1的其中一个叶片尾缘面焊接；外径侧与蜗壳外壳13焊接；圆周方向的一个面为与之相焊接的叶片压力面的延伸，并且与叶片压力面相切，称为“外周面”，所述“外周面”与第一螺旋板2的进口端端面平齐；圆周方向的另一个面为第一一挡板4的厚度面，厚度方向和与之相焊接的叶片尾缘厚度方向一致，称为“内周面”。

对于有叶扩压器，与第一一挡板4的内径侧相焊接的叶片选取原则：叶片尾缘位于第二圆形出口10的轴上方、逆气流圆周运动方向一定角度处，尽量保证气流从导叶1流出后按自由流动规律进入到第一流道中。

对于本实施例中的有叶扩压器型式，增加第一二挡板6引导流动，减小损失。第一二挡板6和第一一挡板4与相同的叶片尾缘焊接。第一二挡板6的底部（下轴向端面）与邻近第一螺旋板2的进口端处焊接；顶部（上轴向端面）与盖板17焊接；内径侧与焊接叶片尾缘面焊接；外径侧与蜗壳外壳13焊接；圆周方向的一个面为与之相焊接的叶片吸力面的延伸，并且与叶片吸力面相切，称之为“外周面”；圆周方向的另一个面为第一二挡板6的厚度面，厚度方向和与之相焊接的叶片尾缘厚度方向一致，称之为“内周面”。第一一挡板4和第一二挡板6之间布置多个挡板支撑肋板22，用于加强第一一挡板4和第一二挡板6的刚度。对于无叶扩压器，第一一挡板4和第一二挡板6的位置按照有叶扩压器时的位置布置即可。挡板结构不限于本实施例提到的这种结构，还可以是其它结构，例如第一一挡板4和第一二挡板6合并为一个挡板块。不论是什么结构形式，挡板位置和形状至少需保证三点：一、逆气流圆周运动方向的挡板外周面（对应第一一挡板4的外周面）与第一螺旋板2的进口端端面平齐；二、顺气流圆周运动方向的挡板外周面（对应第一二挡板6的外周面）的形状应尽量保证气流按自由流动规律流动；三、对于有叶扩压器，保证挡板的内径面与相连接导叶的尾缘面重合。

第一出口圆弧柱壳15设置在第一圆形出口11***，第一圆形出口11和第一螺旋板2在第一出口圆弧柱壳15的同一侧，第一出口圆弧柱壳15的下轴向端与底板16焊接，上轴向端与第二螺旋板3焊接。第一出口圆弧柱壳15的外径侧与蜗壳外壳13焊接，内径侧与蜗壳底座18和导流斜板20焊接。

底板16与第一圆形出口11之间采用第一过渡段9连接。第一过渡段9为倒角，使得气体从底板16流向第一圆形出口11时不是垂直换向，而是通过第一过渡段9进行缓冲，减小流动阻力。

本发明的工作原理为：由于挡板、螺旋板、出口圆弧柱壳的分隔作用，从导叶1中流出的一部分气体将通过第一流道从第一圆形出口11流出，另一部分气体将通过第二流道从第二圆形出口10流出。对于第一流道，由于第一螺旋板2的高度呈螺旋形变化，以第一一挡板4的外周面为参考，沿气体周向运动方向，随着圆周角度的变大，流量增大，对应的蜗壳过流面积也增大，尽量保证蜗壳过流端面流速大小相等。对于第二流道，原理与此完全相同。

本发明通过螺旋板逐渐改变气体流动的轴向高度，避免了突然转向，可较大地减小流动阻力；另外，蜗壳的结构中设置过渡段、导流斜板20、导叶底座21外径导圆弧等特征，也是从流体力学角度考虑，通过这些结构特征来减小流动阻力。

对于有叶扩压器，由于本发明实施例提供的蜗壳结构包括中心对称的两个流道，并且两流道的挡板分别与导叶1中的一个叶片相焊接，所以导叶1应具有偶数个叶片，以保证结构和流动的对称性。

综上所述，本发明提供的蜗壳结构，通过螺旋板实现蜗壳前流出的水平面上的气流逐渐过渡到从第一圆形出口11和第二圆形出口10轴向流出，以与高温气冷堆主氦风机用检修结构配套使用；另外，在满足蒸汽发生器压力容器5’的尺寸约束的前提下，通过螺旋板、过渡段、导流斜板20等结构特点来尽量保证流动均匀，减小流动阻力，提高扩压效果；最后，该蜗壳结构简单，易于加工。

Claims (7)

1.一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，其特征在于：包括底板，置于底板上的蜗壳底座，置于蜗壳底座上部的盖板，置于底板上、蜗壳底座和盖板外的蜗壳外壳，在底板上开有两个中心对称的圆形出口，所述底板的上表面、蜗壳底座的外径面以及蜗壳外壳内径面间的空腔形成主体流道；主体流道被其内设置的两两对称的螺旋板、挡板和出口圆弧柱壳分隔成两个中心对称的分流道，每个分流道对应一个圆形出口；所述挡板上轴向端面与盖板焊接，外径面与蜗壳外壳焊接；所述螺旋板的进口端与挡板下轴向端面焊接，出口端与底板焊接，螺旋板的外径侧与蜗壳外壳焊接，内径侧与蜗壳底座焊接；所述出口圆弧柱壳设置在对应的圆形出口***，圆形出口和螺旋板在出口圆弧柱壳同一侧，出口圆弧柱壳下轴向端面与底板焊接，上轴向端面与另一分流道的螺旋板焊接。

2.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，其特征在于：所述蜗壳外壳的外径侧为圆柱面带外法兰，用于蜗壳与蒸汽发生器压力容器连接，其外径侧尺寸受蒸汽发生器压力容器的约束；所述蜗壳外壳的内径侧为圆柱面，在轴向与水平向的拐角处修圆弧进行过渡。

3.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，其特征在于：所述蜗壳底座为中空柱状圆柱体，其内径面形状受叶轮盖板的形状约束，在内径面和外径面间留有空腔，中空柱状圆柱体上轴端布置底座。

4.根据权利要求3所述的一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，其特征在于：所述底座的外缘修圆，通过导流斜板与蜗壳底座的外径面相连接。

5.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，其特征在于：所述挡板逆气流圆周运动的外周面与螺旋板的进口端端面平齐，对于有叶扩压器，挡板内径面与相连接导叶的尾缘面重合。

6.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，其特征在于：所述螺旋板与底板之间沿圆周设置多个螺旋板支撑肋板，所述的螺旋板支撑肋板下轴端面与底板焊接，上轴端面与螺旋板焊接。

7.根据权利要求1所述的一种高温气冷堆主氦风机蜗壳结构，其特征在于：所述底板与圆形出口之间设置过渡段。

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