CN106500939B - 一种传热管u型段等效刚度支撑结构及实现支撑的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传热管U型段等效刚度支撑结构及实现方法，所述传热管U型段等效刚度支撑结构包括弹性支撑片、连接螺栓和固定螺母，所述弹性支撑片固定在连接螺栓其中一端的端面上，固定螺母套接在连接螺栓上，所述弹性支撑片包括底片和弧形片，所述底片与连接螺栓的端面相贴，弧形片的一端固定在底片的其中一端，弧形片的自由端向底片的另一端延伸。本发明能够提供传热管的整体刚度，又不干扰外部流场，同时该支撑具有结构简单、加工方便，最大限度减少扰动流场，适用灵活可以在任意位置安装，刚度范围调节范围宽，调节容易等特点。

Description

一种传热管U型段等效刚度支撑结构及实现支撑的方法
技术领域
本发明涉及蒸汽发生器领域，具体涉及一种传热管U型段等效刚度支撑结构及实现支撑方法。
背景技术
蒸汽发生器的传热管在二次侧的两相流作用下容易发生振动，管束的振动会引起一系列传热管的力学问题。核工业的蒸汽发生器传热管束还具有一回路水的边界作用，管束一旦出现破损，带有放射性的一回路水会泄露进二回路，引起极其严重的泄露事故。因此评估蒸汽发生器传热管束的力学完整性是设计蒸汽发生器的一个重要环节。研究和评估蒸汽发生器传热管的动力学问题之一的流致振动问题往往借助于实验研究的方式进行。在蒸汽发生器管束的力学实验中，了解管束的振动特性，对管束的动力学行为的分析尤为重要。但是一个完整的蒸汽发生器往往包括几千根传热管，完全将这些管束进行实验往往是不现实的。通用的做法是进行局部的模型实验。一般取管束中间的几排作为试验模型进行试验。
蒸汽发生器的传热管由直管段和U型弯管组成。直管段由于有不同段的支撑板约束一般刚度较大。而在传热管U型弯管段，在弯管所在平面外的刚度较弱，其固有频率较低。为了防止U型弯管在面外方向发生较大幅度的振动，采用在不同排的管束之间***防振条的方式防止管束之间的碰撞磨损。防振条***管束之间的缝隙的方式，并不与管束连接，因而只能约束U型弯管的面外方向的振动。实践证明防振条方式的设计大大的减小了传热管的流致振动问题。局部模型实验中由于只取了中间的几排管，由于管束的减少，导致了局部模型的传热管在面内、外方向上的刚度减少，因而其动力学特性并不能代表真实的传热管的固有振动特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种传热管U型段等效刚度支撑结构及实现方法，解决目前在进行蒸汽发生器管束的力学试验时，由于蒸汽发生器管束很多，往往只采用管束中间的几排作为试验模型进行试验，由于管束的减少，导致局部模型的传热管在面内、外方向上的刚度减小，因而其动力学特性并不能代表真实的传热管的固有振动特性，影响试验的准确性的问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现：
一种传热管U型段等效刚度支撑结构，包括弹性支撑片、连接螺栓和固定螺母，所述弹性支撑片固定在连接螺栓其中一端的端面上，固定螺母套接在连接螺栓上。本发明针对传热管动态特性试验中的局部模型的U型弯管段的刚度较弱的特点发明了代替整体刚度的弹性支撑件。本方案的连接螺栓通过螺纹孔固定在蒸汽发生器的容器壁上，连接螺栓固定弹性支撑片的一端***容器内且该端与容器内壁齐平，并使弹性支撑片顶在防振条上，通过旋紧固定螺母，使整个支撑结构固定在蒸汽发生器的容器壁上，并使弹性支撑片提供与整体传热管束刚度等效的弹性支撑力，解决传热管U型弯管段的刚度较弱的问题，为合理地模拟传热管的整体结构动态特性提供了条件。连接螺栓既起到支撑作用，也起到密封作用，防止容器内部的流体泄漏。弹性支撑片与防振条之间的是刚好接触，对连接螺栓没有预紧力，很容易在振动试验中松动脱落，达不到提供刚度支撑的作用，固定螺母在容器外，对连接螺栓施加一个预紧力使其与容器壁紧密连接可以避免连接螺栓因为振动导致松动。
作为优选方案，所述弹性支撑片包括底片和弧形片，所述底片与连接螺栓的端面相贴，弧形片的一端固定在底片的其中一端，弧形片的自由端向底片的另一端延伸。
作为优选方案，所述弧形片包括曲面段和平面段，曲面段的一端与底片的一端齐平固定，曲面段的另一端与平面段的一端固定，平面段的另一端为自由端。
作为优选方案，所述曲面段的截面形状为圆弧形，且该圆弧所在圆的圆心位于底片所在的平面内。
作为优选方案，所述平面段的固定端到底片的距离大于平面段的自由端到底片的距离。
作为优选方案，所述平面段与底片为线接触。
作为优选方案，所述平面段的自由端向上翻折，使平面段的截面形状呈L形。
一种采用传热管U型段等效刚度支撑结构实现支撑的方法，包括以下步骤：
(a)将连接螺栓的一端拧入蒸汽发生器的容器壁上对应的螺孔，并使弹性支撑片顶在防振条上；
(b)安装好连接螺栓后，确保曲面段的曲面迎着流体流动方向；
(c)从连接螺栓的另一端旋入固定螺母，保持连接螺栓不转动，通过旋转固定螺母，使整个支撑结构固定锁死在蒸汽发生器的容器壁上，并使弹性支撑片将防振片顶紧。
将连接螺栓安装在蒸汽发生器的容器壁上时，连接螺栓与弹性支撑片接触的一端与容器内壁齐平，不能凸出高于容器壁，这样连接螺栓就不能干扰容器内的流场。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：本发明能够提供传热管的整体刚度，又不干扰外部流场，同时该支撑具有结构简单、加工方便，最大限度减少扰动流场，适用灵活可以在任意位置安装，刚度范围调节范围宽，调节容易等特点。
附图说明
图1为本发明的立体图；
图2为本发明的主视图；
图3为本发明的安装结构示意图。
图4为某核电厂蒸汽发生器传热管束流致振动试验中弹性支撑件的位置布置图。
附图中附图标记对应的名称为：1、弹性支撑片，2、连接螺栓，3、固定螺母，4、底片，5、弧形片，6、曲面段，7、平面段，8、容器壁，9、防振条。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
如图1、图2、图3所示，本实施例所述的一种传热管U型段等效刚度支撑结构，包括弹性支撑片1、连接螺栓2和固定螺母3，所述弹性支撑片1固定在连接螺栓2其中一端的端面上，固定螺母3套接在连接螺栓2上。该支撑结构简单，加工方便，适用灵活可以在任意位置安装。
实施例2：
本实施例在实施例的1的基础上对弹性支撑片1做了优化，即弹性支撑片1包括底片4和弧形片5，底片4与连接螺栓2的端面相贴，弧形片5的一端固定在底片4的其中一端，弧形片5的自由端向底片4的另一端延伸。
其中，如图1、图2所示，弧形片5包括曲面段6和平面段7，曲面段6的一端与底片4的一端齐平固定，曲面段7的另一端与平面段7的一端固定，平面段7的另一端为自由端。曲面段6的截面形状为圆弧形，且该圆弧所在圆的圆心位于底片4所在的平面内。
平面段7的固定端到底片4的距离大于平面段7的自由端到底片4的距离。
所述平面段7的自由端向上翻折，使平面段7的截面形状呈L形，L形的弯折处与底片4线性光滑接触。由于该处是弹性支撑的一个支撑点，会为整个支撑提供额外的刚度，因此需要减少摩擦，需要光滑线性接触，因而设计成L形。设计成L型相当于结构加工中的倒角，即对平面段7与底片的接触处倒角，如果不倒角则会产生很大的摩擦力给整个支撑提供额外的刚度。
如图3所示，图中D代表防振条与容器的距离，一般只有几毫米宽，安装的空间比较狭小，因此所设计的弹性结构需要小。采用该结构的弹性支撑片满足上述要求。同时传热管的U型段支撑的刚度变化范围比较大，比如本次试验用的刚度范围从4×106～21×106N/m，采用一般的螺旋式弹簧很难满足这种要求，且采用螺旋式等其他的非流线型的弹性支撑片，安装在如图3所示的位置，流体流过这种不规则的结构往往会在结构件后方形成漩涡脱落，导致给传热管一个附加的激励，影响试验的数据，而采用本实施例中的弹性支撑片，其刚度不仅可调的范围广，且不会干扰外部流场。弹性支撑片的刚度调节可通过调节а、β、δ、R、L、H等参数。具体的，刚度系数的计算公式为
其中，а表示曲面段对应的弧度；β表示平面段与底片之间的夹角；δ表示底片的厚度；R表示曲面段的直径长度；L表示底片的长度；H表示弹性支撑的宽度；E为材料的弹性模量。
下面给出一些不同参数下对刚度调节的实例，其为不锈钢材料的计算结果，计算后得到的刚度是弹性支撑的刚度。
α° β° δ(m) L(m) H(m) R(m) K(N/m)
135 45 0.001 0.015 0.01 0.005 3.16E+06
116 26 0.002 0.018 0.0045 0.005 7.76E+06
116 26 0.002 0.018 0.005 0.005 8.63E+06
120 30 0.003 0.02 0.005 0.008 1.79E+07
如图4所示，在某核电厂蒸汽发生器传热管束流致振动试验中在图中所标示的9个小黑点防振条位置布置该类型弹性支撑件，刚度范围为3×106N/m～25×106N/m，测量的管束整体固有频率在16Hz～80Hz范围变化。
实施例3
如图3所示，一种采用传热管U型段等效刚度支撑结构实现支撑的方法，包括以下步骤：
(a)将连接螺栓的一端拧入蒸汽发生器的容器壁上对应的螺孔，并使弹性支撑片顶在防振条9上；
(b)安装好连接螺栓后，确保曲面段的曲面迎着流体流动方向；
(c)从连接螺栓的另一端旋入固定螺母，保持连接螺栓不转动，通过旋转固定螺母，使整个支撑结构固定锁死在蒸汽发生器的容器壁上，并使弹性支撑片将防振片顶紧。
在步骤a中，将连接螺栓安装在蒸汽发生器的容器壁上时，连接螺栓与弹性支撑片接触的一端与容器内壁齐平。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种传热管U型段等效刚度支撑结构，其特征在于：包括弹性支撑片（1）、连接螺栓（2）和固定螺母（3），所述弹性支撑片（1）固定在连接螺栓（2）一端的端面上，固定螺母（3）套接在连接螺栓（2）上；
所述弹性支撑片（1）包括底片（4）和弧形片（5），所述底片（4）与连接螺栓（2）的端面相贴，弧形片（5）的一端固定在底片（4）的其中一端，弧形片（5）的自由端向底片（4）的另一端延伸。
2.根据权利要求1所述的一种传热管U型段等效刚度支撑结构，其特征在于：所述弧形片（5）包括曲面段（6）和平面段（7），曲面段（6）的一端与底片（4）的一端齐平固定，曲面段（7）的另一端与平面段（7）的一端固定，平面段（7）的另一端为自由端。
3.根据权利要求2所述的一种传热管U型段等效刚度支撑结构，其特征在于：所述曲面段（6）的截面形状为圆弧形，且该圆弧所在圆的圆心位于底片（4）所在的平面内。
4.根据权利要求2或3所述的一种传热管U型段等效刚度支撑结构，其特征在于：所述平面段（7）的固定端到底片（4）的距离大于平面段（7）的自由端到底片（4）的距离。
5.根据权利要求4所述的一种传热管U型段等效刚度支撑结构，其特征在于：所述平面段（7）与底片（4）为线接触。
6.根据权利要求4所述的一种传热管U型段等效刚度支撑结构，其特征在于：所述平面段（7）的自由端向上翻折，使平面段（7）的截面形状呈L形。
7.一种采用权利要求1~6任一项所述的传热管U型段等效刚度支撑结构实现支撑的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（a）将连接螺栓（2）的一端拧入蒸汽发生器的容器壁上对应的螺孔，并使弹性支撑片（1）顶在防振条（9）上；
（b）安装好连接螺栓（2）后，确保曲面段（6）的曲面迎着流体流动方向；
（c）从连接螺栓（2）的另一端旋入固定螺母（3），保持连接螺栓（2）不转动，通过旋转固定螺母（3），使整个支撑结构固定锁死在蒸汽发生器的容器壁上，并使弹性支撑片（1）将防振片顶紧。
8.根据权利要求7所述的一种采用传热管U型段等效刚度支撑结构实现支撑的方法，其特征在于：将连接螺栓（2）安装在蒸汽发生器的容器壁上时，连接螺栓（2）与弹性支撑片（1）接触的一端与容器内壁齐平。
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