CN1099473A - 包括u形管束和管弯曲部分间抗振杆的热交换器 - Google Patents

Abstract

在蒸汽发生器管束的中央自由区域，与管束的管 的小弯曲部分(10″c)对准，一长形件(18)固定在离 管束的管(10)的弯曲部分(10′c，10″c，10′″c)最 近的管支承板(8a)上。放在任意相临管排(20)间的 一组抗振杆(15)的内端紧固在燕尾形连接件(16) 上。连接件(16)包括连接于长形件(18)相应装置上 的装置。因此，准备放入热交换器管束的两相邻管排 (20)间的空间的所有抗振杆都以单一操作装配。本 发明特别适用于压水核反应堆的蒸汽发生器。

Description

本发明涉及一种包括弯成U形的管束和管的弯曲部分之间的抗振杆的热交换器。本发明特别适用于压水核反应堆的蒸汽发生器。

压水核反应堆的蒸汽发生器包括弯成U形的管，U形的两个直线部分的端部装入管板。管的直线部分由沿直线部分的长度间隔分布的管支承板固定，直线部分穿过管支承板。这样使管束的管保持规则布置，使直线部分全都相互平行，且管以相互平行的平面管排布置，在每个平面管排中，管的弯曲部分的曲率半径从管排外侧向内侧逐渐减小，这些管是并置的，一个管排的管的端部与排成一条直线的穿过管板的孔口接合。

在一个管排和相邻管排中的管都由小宽度的自由空间所分离，从而使蒸汽发生器的给水可在管束内穿过，接触管束的管的热交换外表面。

另外，位于每个管排中央部分且包括最小曲率半径的弯曲部分的管是对准的，从而在其间限定一自由空间，在该自由空间下部，蒸汽发生器的管板上方，构成蒸汽发生器的管通路。

管束的每个管排的管的弯曲部分具有不同的曲率半径，且相互并置，从而在蒸汽发生器管束的上部构成一个基本呈半球形的结构，称为管弯曲区域。

在蒸汽发生器运转期间，加压和高温的水流过管束的管，给水则与管的热交换外表面接触，沿管以垂向移动，同时被加热蒸发，在蒸汽发生器的上部以蒸汽的形式输出。

流体接触管的流动会引起振动，如果管不有效地固定，振动可能导致管的损坏。接合在管支承板中的管的直线部分由刚性的管支承板有效地固定。构成管弯曲区域的管的弯曲部分也应加以固定，为此一般使用抗振杆，抗振杆设在管束相邻管排之间，在管弯曲区域基本呈径向布置。例如美国专利第3，007，679号所述的抗振杆可弯折或组装成V形，在使用中，V形的两分支沿每对相邻管排间的管弯曲区域的径向设置。

抗振杆分支的，与其共同端相对的端部一般相对于构成管弯曲区域外层的管突出，并由弯杆连接在一起，弯杆设置在管弯曲区域的外表面，抗振杆的外端部焊接在弯杆上。

最近也有人提出过抗振杆外端的其它紧固方式，例如采用所卸式紧固件如螺纹件。

也已证明，必须在抗振杆的弯折处或关节部位附近设置用于将抗振杆的内端紧固并连接于蒸汽发生器一结构件上的装置。

在专利文件FR-A-91-14655中，设置了用于紧固抗振杆以防在蒸汽发生器使用中管束弹出的装置，该装置具有固定于离构成管弯曲区域的管的弯曲部分最近的管支承板上的长形结构。该长形结构一般为轨条形式，固定在管支承板的上表面，其方向垂直于管排，在构成蒸汽发生器管通路的中央自由空间内。该紧固用的长形结构在每两相邻管排之间的空间中包括至少一个凹部，其中可接合抗振杆的内端。

在管束的相邻管排之间，一般设置三个V形抗振杆，一共有六根应径向分布在管弯曲区域中的分支，分支间具有一定角度。

因此，在管束的每两个相邻管排之间必须放置三双抗振杆，可能还要紧固于长形结构上的凹部中，在各分支间具有角距。

这种紧固用的长形件的结构和设计相当复杂，因为蒸汽发生器包括大量的管排，其数目例如可达130左右。

因此在长形紧固件上必须加工大量凹部。

在专利文件FR-A-2，603，364中提出一种在接续的管排中装配蒸汽发生器的管的方法，其中，使抗振杆抵靠在已装配的最后一排管的弯曲部分上，抵靠的力基本相当于在安装中为安置管排的管排支承力。经检查，承受该支承力的抗振杆实际上与管排的所有管接触，这样就可以消除不能受到抗振杆支承的有缺陷的管。因此实现了蒸汽发生器的无缺陷安装，具体来说，使抗振杆完好地支承于构成接续管排的管的弯曲部分上。

当采用了紧固抗振杆的内部构件，如一根包括凹部的，固定于蒸汽发生器上部管支承板上的长形件时，显然简化并完善了蒸汽发生器管束的安装。但是，由于每根抗振杆必须分别地固定在长形件上，因此抗振杆的装配工作仍然相当费时，这是由于在蒸汽发生器的管束中有大量的管排和抗振杆。

因此，本发明的目的是提供一种热交换器，它具有弯成U形的管的管束，U形管具有两直线部分和两直线部分之间的弯曲部分，管支承板沿管的直线部分的长度间隔分布，并且直线部分从中穿过，以便将管束的管保持于规则的分布，使直线部分相互平行，管按照相互平行的平面管排布置，多根抗振杆夹在每两个相邻管排的弯曲部分之间，以及用于紧固和连接抗振杆的装置，包括至少一个固定在离管的弯曲部分最近的管支承板上，其方向垂直于管排，处于管排中央部分，管的直线部分之间的自由空间中，这种热交换器包括用于紧固抗振杆的形式简单的装置，使管束的安装简化而迅速。

为此目的：

-抗振杆为简单的直线杆，以及

-用于紧固抗振杆的装置，在每两相邻管排间包括一燕尾形连接件，该连接件包括用于连接多根径向布置的抗振杆的装置和用于将上述连接件装在长形件上的装置。

为了更好地描述本发明，现对照以下附图，以非限定性的举例方式，详述构成压水核反应堆的蒸汽发生器的，按照本发明的热交换器的一个实施例。

图1是压水核反应堆蒸汽发生器的局部剖开的视图;

图2是图1所示蒸汽发生器的管束的上部即管弯曲区域的示意剖视图;

图3是在图1和2所示蒸汽发生器的管束的两相邻管排之间的空间中布置的抗振杆的视图;

图4是图3所示用于连接抗振杆的装置的局部放大视图;

图5是按照本发明的蒸汽发生器的用于连接和固定抗振杆的装置的部分视图和垂直于管的轴线的剖视图;

图6与图4基本相似，但表示用于紧固抗振杆的装置的一个变型实施例;

图7是沿图6中7-7线的剖视图;

图8是蒸汽发生器的管弯曲区域的部分立体图，表示所有用于紧固和连接抗振杆的装置。

图1表示压水核反应堆的蒸汽发生器1。该蒸汽发生器包括外壳2，其下部2a为圆筒形壳体，其内的管束壳4内分布蒸汽发生器的管束3。外壳2的上部2b，其直径大于下部2a的直径，它包围着用于使接触管束3而生成的蒸汽分离和干燥的装置。

外壳2的下部的下端部分牢固地连接于一厚的管板5，管束3的各管插过管板5上的通孔，并通过膨胀滚压（expansion-rolling）和焊接固定。由隔板7分成两部分的，限定蒸汽发生器的水箱的半球壳6也固定于管板5，与外壳2的下部2a相对。

水箱两部分的每一部分都由管连接于核反应堆的主***，加压水借此冷却反应堆堆芯。

管束3由弯成U形的管10构成。每根管10包括直线部分10a，10b和直线部分10a和10b之间的基本半圆形部分10c。

部分10a，10b的端部，在隔板7两侧，通过管板5的开口处接合并经过膨胀滚压。

管束的管10的直线部分10a，10b也接合在通过管支承板8的开口中，各个管支承板8沿管束高度间隔分布。每个管支承板8的开口网络与管板5的开口网络相同，因此部分10a，10b保持平行分布。

另外，管板5和管支承板8的开口网络包括接合管10的直线部分的直线，管10的弯曲部分10c的曲率半径由管束外部向内部逐渐减小。因此，管束的管构成接续的排12，如图2所示。在每排中，管的弯曲部分的曲率半径由外向内即由上到下逐渐减小;另外，具有最大曲率半径的每排外部管的曲率半径由管束的内部中央部分向外部逐渐减小。

因此，由管10的并置的弯曲部分10c构成的弯曲区域9基本呈半球形。管板5和管支承板8的管孔网络在板直径方向的中央部分被阻断，从而限定在管束中央部分的自由空间即管通路11，在具有最小曲率半径的管的直线部分之间，上述管的弯曲部分沿管通路11的直径方向对准。

蒸汽发生器1包括设置在管束壳4上部的上方的给水环13，在管束壳4的上部中放置弯曲区域9。

当蒸汽发生器工作时，冷却反应堆的加压水进入水箱的一个室内，从而分配在这个进口室中的管束的管的直线部分内。加压水在这些管内流动，在水箱的第二室通过管10的第二直线部分10b流出。在管束的管出口收集到的水通过主***的一条管路送回核反应堆容器。

通过给水环3送入蒸汽发生器外壳2中的给水在管束壳4和蒸汽发生器外壳2之间形成的环形空间内从上至下流动，然后进入管束壳4内与管板5上表面上方的管10接触。给水在管束内从下向上流动，与管接触，通过与管内流动的加压水热交换而受热蒸发。与管束的管接触而形成的蒸汽被送入蒸汽发生器的上部2b中干燥，然后通过蒸汽发生器的上端14送出。

在管的每个平面排12中的管束的管在排列时有一定的间距，这些排之间也有一定间距。因此，蒸汽发生器的给水可以流动而与管的整个外表面区域接触。

以高速流动的水在与管面接触时使管10产生振动，因此，管10的直线部分最好由管支承板8支承。

为了保持管的弯曲部分10c的稳固，在管的弯曲区域9中在两相邻管排12之间设置支承用的抗振杆15，因此，这些抗振杆的分支径向分布，沿弯曲部分10外部相随的两分支间有着基本恒定的夹角。

下面将要详述，在本发明中，抗振杆15都是简单的直线杆，因而每根只有一个分支。

另外，抗振杆15在其位于弯曲区域9的内端部固定在一连接件16上，连接件16固定在一长形件18上，长形件18则牢固连接于离管弯曲区域9最近的管支承板8a，即管束的上部管支承板上。

下面将详述，长形件18在构成管通路11的自由空间的上部，在蒸汽发生器管束的对准的小的弯曲部分的下面，沿直径方向固定在管支承板8a上。

如图3所示，蒸汽发生器管束的管10的三个弯曲部分10′c，10″c和10′″c位于同一管排上。

弯曲部分10′c是管弯曲区域9外侧的管排的大的弯曲部分，弯曲部分10″c是管弯曲区域9内部的小弯曲部分，而弯曲部分10′″c是中弯曲部分，其曲率半径介于大弯曲部分10′c和小弯曲部分的曲率半径之间。

包括弯曲部分10′c，10″c和10′″c的管排的标号为20。

六根抗振杆15沿管弯曲区域的径向布置在管排20和一相邻平行管排间的自由空间内，任意两根沿管弯曲区域9的弯曲方向相邻的抗振杆15之间的夹角基本恒定不变，例如为20°左右。

轨条形状的长形件18借助紧固件17固定在离管束弯曲部分最近的管支承板8a的上表面。长形件18固定于管支承板8a，是在管束圆形截面的直径方向上，在沿自由空间11直径方向对准的管束的小弯曲部分如10″c下面的自由空间11的上部。

抗振杆15是简单的直线杆，其横截面形状可以为矩形。抗振杆15在其内端固定于一个半圆形或燕尾形连接件16上，连接件16则连接于长形件18，例如借助接合于在长形件18上加工的榫舌的孔口而连接在长形件18上。

抗振杆15的另一端以普通的方式焊接在一弯杆19上，弯杆19位于管弯曲区域9的上部，与大的弯曲部分10′c接触或通过机械方式固定。

在图4和5中，长形件18沿直径方向，在管束的管10穿过的孔之间，在管支承板8a的中央部分固定于管支承板8a的上表面。

长形件18具有一跟部18a，通过螺钉螺母紧固组件17固定在管支承板8a上。紧固螺钉***穿过管支承板8a和跟部18a的重合的孔口中。在另一个未画出的实施例中，长形件18也可直接焊在管支承板8a上，如果构成两零件的材料允许这种焊接的话。

长形件18包括一个梳状上部连接件18b，其接续的齿21具有平行于跟部18a和管支承板8a的连接凸缘22。齿21和连接凸缘22的分离相应于相邻管排如图5中管排20′和20″间两接续的自由空间之间的距离。

在两接续管排之间的自由空间的每一个中设有燕尾连接件16，在其上固定抗振杆的内端。

燕尾连接件16包括一个跟部，孔口23从中穿过，孔口23可接合长形件18梳状连接部分18b的齿21的连接凸缘22。

连接件16还包括一个由基本半圆形轮廓界定的零件，其中制成凹部24，其指向为相对于连接件16外廓而言的径向，其形状及横截面尺寸相应于抗振杆15矩形横截面的形状和尺寸。

凹部24在连接件16的外表面上是敞开的，且接续地布置，其相对于连接件16径向的轴线间的夹角基本是恒定不变的。

在图4和5所示实施例中，连接件16有六个用于装纳六个抗振杆15的内端的凹部24，但是显然连接件16可以具有不同数目的凹部，例如五个凹部以便装纳在两接续管排间的空间的五根抗振杆。

另一方面，在具有两分支的V形抗振杆的情形中，使用奇数的抗振杆分支实际上也是可能的，这样可更好地保证抗振杆在蒸汽发生器的管端区域的对称分布。

两个孔25在抗振杆15的每个凹部24处穿透连接件16的两壁。抗振杆15被孔穿透，该孔在抗振杆15的端部接合在凹部24中时与连接件16的孔25对准。

抗振杆15被销26固定，销26接合在连接件16和抗振杆的对准的孔中。

因此，在安装蒸汽发生器管束的过程中，在将连接件16装在长形件18的凸缘22上之前，可以容易地将抗振杆15安装在连接件16上，这一点下文还要详述。

在安装包括抗振杆15和连接件16的组件的过程中，驱出销26以便从凹部24中取出损坏了的抗振杆，可以很方便地更换损坏的抗振杆。

在管排之间抗振杆的必要组件的装配可以迅速而简便地进行，只要将连接件装在固定于管支承板上的相应长形件连接装置上即可。

在图6和7中表示用于插在两相邻管排之间的抗振杆组件，以及用于连接这些抗振杆的装置的一种变型实施例。

抗振杆15′包括一内端15′a，其上有螺纹，燕尾形连接件16′包括一组径向孔口24′，孔口24′有螺纹以便接纳抗振杆15′的端部15′a，抗振杆15′是通过旋接在连接件16上而固定的。

连接件16′包括一跟部，一孔口23′穿过跟部，使连接件16′可如前所述装在长形件18的凸缘22上介于两管排20′，20″之间的适当位置上。

显然，图6和7所示变型实施例具有等同于图4和5所示实施例的优点。

图8表示蒸汽发生器管束的管弯曲区域9，即其上部。管的弯曲区域9由蒸汽发生器的管10的弯曲部分10c构成，按照平面排20布置和固定时所借助的是蒸汽发生器的支承件如上部支承板8a，上部支承板8a具有通孔30，管的直线部分的端部接合在通孔30中。

蒸汽发生器上部支承板8a的孔30的网络在上部支承板8a的中央部分是中断的，中断区域在弯曲部分如10″c之下，在管束中构成自由区域的一个直径方向的区域31上。

一根T形截面的异型轨条构成的长形件28在小弯曲部分10″c下面沿管支承板直径固定在管支承板8a的上表面。

长形件28的垂直于管支承板8a的中间板切出相继的凹部29，沿长形件长度间隔开来，其间距基本等于蒸汽发生器管束的两相邻管排20之间的距离。

长形件28固定于管支承板8a的上表面，作法是将长形件28底部平面焊接或用螺钉固定于管支承板8a的上表面。

沿长形件28等间隔设置的凹部29穿过长形件28的中间板的整个厚度并形成齿和连接凸缘，这些齿和连接凸缘等同于图5所示的齿21和凸缘22。

在安装管束的管时，在两相邻管排20间的每个间距中，一组直线的抗振杆15以单一操作装配，抗振杆15的内端固定在具有连接孔口的连接件16上，而上述孔口接合于两相邻凹部29之间的凸缘。

与固定于连接件16的端部相对，抗振杆15另一端可通过焊接固定于称为连接U形杆的弯杆19上，或者也可采用机械式固定。

在安装管束的过程中，管束的管及抗振杆的装配可按照FR-A-2，603，364所述的方法实施。按照该方法，安装管束的管的结构，即管支承板和蒸汽发生器的管板紧固在其最终的相对位置上，管排20则相继地装配在安装管束的管的结构上。

上部管支承板承载着用于紧固抗振杆15的内端的长形件（轨条）28。

现参阅图8，假定已装配在管支承板和管板上的管的最后一排是管排20。

在装配好管排20之后，即实施连接件16的连接，连接件16用于将一组抗振杆如图8中的六根抗振杆15连接在长形件28的相应连接凸缘上，从而使抗振杆15撑在管排20的管的那组弯曲部分10c，10′c，10″c上。上述连接一步操作完成的，即把连接件16***相应的凹部29中，穿过连接件16的孔口接合于连接凸缘。上述操作可迅速实施，是在使抗振杆以一定的力撑在管排20上后进行的。

如果抗振杆及管排20的装配令人满意，那么，即可实施新管排的管在管束结构中的***以及一组新抗振杆的装配。

如上所述，管及抗振杆的装配，以及管束的安装可以非常迅速地实施。

抗振杆的紧固是以下述方式完成的：装配连接U形杆19并将抗振杆的外端焊接于连接U形杆，或者通过机械方式紧固。

本发明可以使蒸汽发生器管束的安装非常迅速地进行，另外，所有抗振杆都由连接件连接于管束结构并保持在一定的径向位置上。

因此可以使一组偶数根或奇数根抗振杆布置在径向上。

另外，由于在每两个相邻管排的空间只需要一个连接凹部和连接凸缘，用于紧固接续的抗振杆组的长形件结构较为简单。

用于紧固抗振杆的装置可容易地适用于任意数目的管排，管排的数目是蒸汽发生器热交换表面积，管板，管支承板的孔网络几何形状（三角形孔距或四边形孔距）的函数。

按照本发明的蒸汽发生器结构适于成排的管的安装，特别能够使各管的弯曲部分正确地抵靠在抗振杆上。

本发明并不局限于已经描述的实施例。

因而牢固地连接于蒸汽发生器上部管支承板的紧固件可具有不同于已述的形式并包括不同方式的连接装置。

抗振杆连接件一般紧固于长形件，而长形件牢固地连接于上部管支承板，上述抗振杆连接件可具有不同于已描述的形式，并具有不同于上述通孔的连接件。

然而，这些连接件必须使抗振杆可紧固在径向位置，因而具有已描述的燕尾形。但是燕尾形件显然也可从一板或其它单块件制成其它形式，其上包括径向孔口。燕尾形件也可由若干零件并置紧固于相邻位置，每个这些零件可以装纳一根抗振杆的端部。

抗振杆的另一端显然也可以用机械方式而不是焊接来固定于连接U形杆。

本发明适用于压水核反应堆的蒸汽发生器的热交换器。

Claims (10)

1、一种热交换器，具有管(10)组成的管束，管(10)弯成U形从而具有两直线部分(10a，10b)和两直线部分(10a，10b)之间的弯曲部分(10c)；管支承板(8)沿管(10)的直线部分(10a，10b)的长度间隔设置，使管束的管保持规则布置，其中，直线部分(10a，10b)相互平行，管(10)按照相互平行的平面管排(20)布置；多根抗振管(15)装在每对相邻管排(20，20′)的弯曲部分(10c)之间，以及用于紧固和连接抗振杆的装置(16，18，19)，包括至少一长形件(18，28)，长形件(18，28)固定于离管(10)的弯曲部分(10C)最近的管支承板(8a)上，方向垂直于管排(20)，位于在管束(3)的中央部分的管(10)之间的自由空间(11，31)中，其特征在于：

-抗振杆(15)是简单的直线形杆，

-所述紧固抗振杆(15，15′)的装置在每对相邻管排(20，20′)之间包括一燕尾形连接件(16，16′)，连接件(16，16′)包括用于连接径向布置的抗振杆(15，15′)的装置(24，26，24′，15′a)，以及将连接件(16，16′)安装于长形件(18，18′，28)上的装置。

2、如权利要求1所述的热交换器，其特征在于：所述长形件（18，18′，28）是一根异型轨条，包括用于紧固到管支承板（8a）上的跟部（18a），以及一连接部分（18b），连接部分（18b）上形成接续的凸缘（22），用于安装抗振杆（15，15′）的连接件（16，16′）。

3、如权利要求2所述的热交换器，其特征在于：所述长形件（18）的连接部分（18b）为梳状，具有接续的齿（21），所述齿（21）具有用于安装连接件（16）的凸缘（22）。

4、如权利要求3所述的热交换器，其特征在于：所述异型轨条（18，28）的梳状连接部分（18b）包括沿所述异型轨条（18，28）长度的接续的连接凸缘（22），是在异型轨条（18，28）的一部分上加工接续凹部（29）构成的。

5、如权利要求1至4中任一项所述的热交换器，其特征在于：所述长形件（18，18′，28）是借助螺钉螺母组件（17）固定在管支承板（8a）上的，其中，螺钉接合在穿过管支承板（8a）和异型轨条（18，28）一部分的对准的孔口中。

6、如权利要求1至4中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述连接件（16，16′）是一平的实心件，具有基本半圆形的边缘，其上设有孔口（24，24′），孔口（24，24′）呈径向，在连接件的半圆形边缘上敞开，以便接合和紧固抗振杆（15，15′）。

7、如权利要求6所述的热交换器，其特征在于：所述用于接合抗振杆（15）的孔口（24）是光滑孔口，用于接合抗振杆（15）的端部，在所述端部，连接件（16）由与抗振杆（15）端部相应的孔对准的孔（25）穿过，以便接合紧固销（26）。

8、如权利要求6所述的热交换器，其特征在于：用于将抗振杆（15）接纳在连接件（16）上的孔口（24′）是螺纹孔口，抗振杆（15′）包括螺纹端（15′a），以便旋紧在螺纹孔口（24′）中。

9、如权利要求1至4中任一项所述的热交换器，其特征在于：用于紧固连接件（16）的装置（23，23′）由连接件（16，16′）的通孔（23，23′）构成，用于接合长形件（18，28）的连接凸缘（22）。

10、如权利要求1至4中任一项所述的热交换器，其特征在于：用于紧固和连接抗振杆（15，15′）的装置还包括用于紧固抗振杆，与固定于连接件（16，16′）的那一端相对的外端的零件（19）。

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