CN1127738C - 包括改进的给水装置的蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

蒸汽发生器，包括圆筒形的外壳(2)，套筒(4)与外壳同轴设置，一进给水流可流动的空间(9)设置于套筒(4)与外壳(2)或裙板(8，8a)之间。一给水装置(10)包括一圆环形导管(12)，其上壁设置有多个流动开口(18)，沿总管(12)的周边方向分布。一进给导管(13)在导管内开口，而将进给的水流朝向环形流动空间(9)向下导向的导向装置(14)围绕总管(12)设置。径向板(19a，19b，19c，19d)在流水空间内横向设置，其中流水空间形成于总管(12)与导向装置(14)之间。

Description

包括改进的给水装置的蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及一种蒸汽发生器，尤其涉及一种高压水核反应堆的蒸汽发生器，这种蒸汽发生器包括一改进的给水装置。

背景技术

蒸汽发生器，例如高压水冷却核反应堆的蒸汽发生器，包括一圆筒形的外壳，该外壳垂直于核反应堆的构筑物设置，就是说，外壳的轴线是垂直的。

高压水核反应堆的蒸汽发生器使得进给的水被加热，并通过与高压水的热交换将其变成蒸汽，高压水冷却核反应堆并流过热交换管组。管组设置于圆筒形套筒的内部，而且圆筒形套筒与外壳同轴。

管组在其一端固定于管板内，以使其在第一端向蒸汽发生器之水箱的第一部分开口；其另一端固定于蒸汽发生器之水箱的第二部分上。蒸汽发生器的水箱使高压水从核反应堆容器被分配，并使流过热交换管的高压水被回收，而回收的高压水又被送回核反应堆容器；其中在核反应堆的容器内设置有包括燃料元件的芯体。

蒸汽发生器的给水被导入外壳内，并就热交换管组的入口部分沿朝向管组和套筒的底部依设定路线前进。进给的水于是从底部向上流入套筒内，与热交换管的外表面接触，从而加热、蒸发并以朝向蒸汽发生器之外壳顶部的蒸汽结束。在蒸汽发生器顶部被回收的蒸汽被送至反应堆的涡轮机。

进给的水一般被导入一环形空间的顶部，该环形空间形成于管组的套筒与外壳之间或形成于管组的套筒与一裙板之间，该裙板限定一个与管组一端联通的流动空间，管组的一端包括管组之冷却支管的端部，就是说，一旦管组的一端被用来加热进给的水并将进给的水变成蒸汽，那么就通过该管组的支管将反应堆中被冷却的水排出。

借助于由裙板限定的进给空间，进给的水可通过与套筒接触并与管组之支管接触的流动被预热，这些支管通过一垂直的隔板与热支管隔开，该垂直的隔板横穿过管组部分高度上的直径。

无论怎样，导入蒸汽发生器外壳的给水沿一环形空间从顶部到底部流动，其中该环形空间垂直地沿轴向定位直到靠近管组的套筒之底部。

为实现蒸汽发生器的高效率和满意的运行条件，进给的水流必需沿蒸汽发生器的环形进给空间之周边方向分配。

为此，有人提出：将一圆环形的总管垂直设置于蒸汽发生器之外壳内，并与环形给水空间的上部成一直线。该总管被连接到穿过蒸汽发生器之外壳的进水管上，而且该总管包括进给水流的分配和导向装置，这些装置沿环形给水空间的周边方向分布。进给水流的分配与导向装置可包括倒J形的管，其垂直的直支管被固定于总管上，其环路朝环形进给空间向下指向。沿周边方向的分配和通过每个J形管的流速可实现进给水流沿环形空间的周边方向满意的分配。但是，这种装置存在以下缺陷：水流以高速从J形管排出，高速的水流干涉了朝向环形进给空间前进的水流。

还有人提出：适用于具有预热功能的蒸汽发生器的给水装置包括一节热器，该节热器包括一给水导向裙板，该裙板与管组的冷却支管之端部联通。这样，圆筒形的裙板与套筒一起形成一环形空间，该环形空间环绕蒸汽发生器的套筒沿一小于180°的圆弧延伸。于是，总管包括环绕套筒沿小于180°的圆弧延伸的环形空间的一部分，并且垂直方向与环形进给空间的上部一致。由于排出总管的进给水流也用J形管分配，因此这种装置与总管包括完全环绕套筒的完整圆环形外壳之装置具有相同的缺陷。还有人提出：J形管可沿垂直方向在环形给水空间内延伸。但这种装置还是不能完全解决干涉的问题，并且由于J形管之出口支管的长度，使蒸汽发生器的机械设计更加复杂。

法国专利FR-2,700,383(EP-0,607,071)提出：给水支管可以溢流管的形式被制成，其中溢流管包括一环形的沟槽截面，该环形空间顶部开口，或者与在环形空间上部向下定位的给水导向板组合，使沟槽的截面为一开口环形空间的一部分。进给的水通过一进给管被导入总管，该进给管穿过蒸汽发生器的外壳并向总管开口。进给的水注入沟槽形截面的总管，并达到溢流管边缘的液面水平，进给的水在溢流管的边缘流入由导向板限定的流动空间。溢流管在一定程度上沿环形空间的周边分配进给的水流，但是很难精确地断定：这种分配与溢流管的进给条件之间到底存在一种什么样的函数关系。

包括溢流管的装置之另一缺陷在于：当溢流管受到水锤型的高机械应力时或在假设给水管破裂的突发情况下，不容易确定溢流管是否足够坚固。因此，就需要设计出一种构造分配装置的部件，其中分配装置极其坚固并由非常厚的板材制成。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种蒸汽发生器，该蒸汽发生器包括一轴线垂直设置的圆筒形外壳；固定于圆筒形套筒内的一组热交换管，该套筒同轴地设置于外壳内以与外壳或与导向裙板一起限定一个环形空间，其中裙板与外壳同轴，从蒸汽发生器进给的水可在环形空间内沿轴线流动；及一位于环形空间轴线上端的给水装置，该给水装置包括一沿至少部分环形空间之周边设置的环形总管，至少一个穿过外壳的用于总管的进给管，和一用于将进给的水朝向环形空间向下导向的装置，这种给水装置用严格设计的周边分配及可使其承受给水清洗的机械结构为横向空间提供了良好的可控进给。

为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种蒸汽发生器，包括一圆筒形的外壳，该外壳的轴线垂直设置；一组热交换管，固定于圆筒形的套筒内，该套筒同轴设置于外壳内，以与外壳或与外壳同轴的导向裙板形成一个环形空间，在该环形空间内蒸汽发生器的给水可沿轴向流动；和一设置于环形空间之轴向上端的给水倒入及分配装置，该给水装置包括一圆环形的总管，至少一个用于总管的进给导管及通过外壳和用于将给水向下导向环形空间的导向装置，其中所述的总管沿环形空间的至少部分周边设置，其特征在于：所说的环形总管设置有一上壁，沿总管的周边上分布着许多穿过该上壁的开口，而且给水导向装置包括一沿至少部分总管设置的外壁，以与总管一起形成一个可流水的空间；至少一个从外壁向下延伸的导向壁和多个径向定位的径向板，导向装置被径向板划分为几个连续的部分，导管一方面要与穿过蒸汽发生器外壳的喷嘴相连，另一方面连接到总管，总管的开口的中心在一与蒸汽发生器的轴线对中的圆上。

为易于理解本发明，结合附图，参照实例对根据本发明之蒸汽发生器的一个实施例进行说明，附图中：

图1为根据本发明之蒸汽发生器在垂直平面上的正视的局部剖视图；

图2为图1中沿蒸汽发生器之水平面内的剖面线2-2的剖视图的一半；

图3为沿图2之剖面线3-3的剖视图；

图4为沿图2之剖面线4-4的剖视图；

图5为沿图2之剖面线5-5的剖视图；

图6为沿图2之剖面线6-6的剖视图；

图7为沿图6之剖面线7-7的剖视图。

具体实施方式

图1示出了一个用于高压水核反应堆的蒸汽发生器，该蒸汽发生器总的由附图标记1表示。

蒸汽发生器1包括一圆筒形的外壳2，该外壳包括一具有第一直径的下部和具有第二直径的上部，其中第二直径大于第一直径，外壳的这两个部分通过一锥台形的壳体2a连接在一起。

当蒸汽发生器用于核反应堆构筑物内时，蒸汽发生器垂直设置，就是说，外壳2的轴线是垂直的。

蒸汽发生器1包括一组热交换管3，设置于圆筒形套筒4的内部，而套筒同轴地设置于蒸汽发生器之外壳2的内部。

管组3包括倒U形的弯管，弯管的支管端部固定于与外壳2成一体的管板5上。

在管板5之下穿过管组3设置有一半球形的水箱6，水箱6包括两个隔室6a和6b，隔室6a和6b被一隔板隔开。

用于冷却反应堆及源于包括核反应堆之芯体的容器的高压水被导入隔室6a，并被分配到管组3的支管内，支管向隔室6a开口，这些支管组成了管组3的热管。

冷却反应堆的高压水流过管组到达水箱的隔室6b，其中管组3的冷管在水箱内开口。流过管组3的冷却水被送回核反应堆的容器。

介于管组的热管与冷管之下部间的隔板7垂直设置于管组之间，并且其底部沿穿过管板直径的方向固定到管板5上。

在同轴设置的蒸汽发生器之套筒4和外壳2之间沿周边方向设置有给水导向裙板8，该裙板8以约180°的圆筒形部分的形式设置。导向裙板8的上部8a朝顶部向外扩张，并具有锥台形的截面。

裙板8的底端与管板5的上表面接触。

在套筒4与为蒸汽发生器的进给水流导向的裙板8之间设置有一环形空间9，蒸汽发生器的给水可在该环形空间内流动。进给的水可在其中沿轴线方向流动的环形空间9在其底部被管板5所封闭。

套筒4的下端设置于管板5上表面之上的某一高度上，从而使进给的水可在其中流动的空间9与包括管组3之冷管下端的那部分套筒4联通，该部分由垂直的管板7所限定。

介于裙板8之锥台部分8a与套筒4之间的环形空间9的上部设置有一给水导入及分配装置10，该给水导入及分配装置10导入蒸汽发生器的进给水流并将进给水流沿环绕部分套筒4的环形空间9之周边方向分配。

下面将对根据本发明之用于导入进给水流并分配进给水流的给水导入及分配装置10进行说明。

导入环形空间9上部的进给水流从顶部沿垂直方向向下流动，就是说沿蒸汽发生器的轴向流动，直到到达构成环形空间9下端的管板5之上表面为止。进给的水流接着进入套筒4，以与管组3的冷管之下端部分接触。当进给的水流流过环形空间并与冷管之端部接触时，进给的水流就会被预热，其中在冷管内流动着反应堆的冷却水，冷却水接着被收集在水箱的隔室6b内。

到达隔板7上边缘的蒸汽发生器的进给水流与管组3的热管接触，其中高压冷却水从反应堆容器流向管组。与热管及冷管上部的接触进一步加热进给水流，进给水流在热交换管组内上升，同时水流被加热并转化为蒸汽。

由与管组接触被加热的进给水流形成的蒸汽从管组的上端离开套筒，并进入蒸汽发生器之外壳2的大直径的上部，蒸汽发生器的大直径部分设置有蒸汽分离器和干燥器。

烘干的蒸汽被输送到通过一管子与核反应堆相连接的涡轮机内，其中管子被连接到喷嘴11上，喷嘴11构成蒸汽发生器之外壳2的上部。

用于给水导入及分配装置10必须沿环形空间9的周边良好地分配进给水流。

图2示出了根据本发明之给水导入及分配装置10，该装置主要包括一总管12，一用于将进给的水导入总管12的导管13和由两部分组成的导向装置14，其中总管12为沿略小于180°的弧延伸的圆环形；导向装置14用于将进给的水向下朝环形空间9导向，环形空间9设置于裙板8与蒸汽发生器的套筒4之间。

一方面，将进给水流的入口导管13连接到穿过蒸汽发生器外壳的喷嘴15上，另一方面将导管13连接到部分圆环形的总管12之中部16。总管12包括一大直径的环形导管部分，该导管部分在锥台形裙板8的部分8a之上方由支架17将其固定在蒸汽发生器之外壳2的内表面上。

部分圆环形的总管12包括朝向其管壁顶部的开口18，这些开口的中心在一圆上，该圆与蒸汽发生器的轴线对中，蒸汽发生器的轴线与外壳2、套筒4及总管12的轴线共线。通常情况下，这些连续的开口18彼此间以恒定的距离隔开，以允许进给的水流沿部分圆环形的总管12之周边方向均匀分配，其中这些连续的开口之横截面可能不同。

当然，可根据水流沿总管和环形空间的周边方向的所需分配，设置开口18，开口的大小和分布应适合于所需进给水流的具体分配。即使在需要均匀的分配时，这也是适用的。

从图3和4中可看到：由两部分组成的导向装置14的各部分都包括一外壁14a，该外壁包括部分圆环形的部分和一从圆环形部分向下延伸的锥台形部分，其中部分圆环形的横截面大致与四分之一圆的截面相当，锥台形部分平行于裙板8的锥台部分8a。导向装置14还包括一圆筒形的内壁14b，该部分正对导向装置之外壁14a下部的锥台部分设置。外壁14a和内壁14b被固定于总管12上。穿过圆环形总管12之上壁的开口18向流水空间20开放，流水空间20形成于总管12的表面与导向装置之圆环形部分14a之间，而导向装置沿总管12之管壁设置。

导向装置14相对总管12及蒸汽发生器同轴设置。形成于两个圆环表面的平行部分之间的流动空间20是管形和环形的。该空间20向给水出口空间开放，给水出口空间设置于锥台形的外壁14a与导向装置14的内壁14b之间。流体出口空间本身与蒸汽发生器的环形进给空间9一致垂直地开口。

从图2和4可看到：导向装置14的两个部分各被径向板19a、19b、19c及19d分别划分为几个连续的部分(在图2和4中示出的三个部分26a、26b和26c)。

板19b和19c为介于导向装置两个连续部分之间的隔板，而板19a和19d为靠近导向装置14端部的板。导向装置14的两个部分相对总管12的进给导管13对称设置并以相同的方式形成。

从图4中可看到：隔板19c具有与导向装置之进给水流和出口空间的截面相同的形状。

从图5中可看到：总管12的进给导管13被连接到总管的中部16，并在低于总管上部的位置上向包括开口18的总管开放，以向总管12供水。从图2中可看到：两个过滤装置21a和21b设置于总管的中部，并分别位于连接进给导管13之区域的两侧。两个过滤装置21a和21b以相同的方式被制成，这样就可仅对在图5、6和7中示出的过滤装置21b进行说明。

过滤装置在开口区域被固定于总管12的上部，其中开口区域在圆环形总管的管壁上切出，其形状对应于圆筒与总管的圆环形表面的相交处的形状。过滤装置21b包括一支承结构，该支承结构由圆筒形板23组成，板23包括一周边凸缘22，该凸缘22支承在圆环形总管12上，从而使其与穿过圆环形总管管壁的开口同轴。

过滤装置的过滤元件包括一平直的网状薄板24，该薄板24在设置支承结构之圆筒形壁23的开口处固定于总管12的外壳内。固定过滤元件之平直薄板24的装置包括一半圆形的导轨，该导轨固定于圆环形壁的内表面上；和一圆形轮廓的封口塞25，该封口塞上设置有一径向的狭槽，该狭槽与薄板24的上边缘接合。该封口塞25设置有一周边凸缘，以使其通过螺纹连接到支承部件的周边凸缘22上。此外，封口塞25的形状使其能够充满支承部件的圆筒形板壁23的内部容积，以防止在支承部件的顶部存在死区。过滤薄板24具有一半圆形的端部，其形状和大小对应于圆环12的半个横截面。

当过滤装置21b位于圆环上部的通孔处时，过滤薄板24穿入圆环内，以使其完全占据圆环的横截面，这可从图5和6中看到。

这样，从进给导管13导入并进入总管12中部16的进给水流必须在充满总管的两个分配部分之前通过过滤装置21a和21b的过滤板24，其中两个分配部分分别设置于中部16的两侧。从而，使进给的水流被过滤，以包含在进给水流中的移动体被拦截在总管的中央入口空间内，而且移动体也不能被带入总管的两个分配部分或进入蒸汽发生器的环形进给空间9内。

充满圆环形总管之两个分配部分的进给水流通过总管12的上部开口18进入流动空间20，接着流入位于流动空间20之延长部分上的出口空间，其中两个分配部分分别设置于中部16的两侧。这样，进给的水流就可向下被导向蒸汽发生器的环形进给空间9。

根据本发明的装置可实现进给水流沿蒸汽发生器之环形进给空间的周边方向上的最佳分配，并可实现在进给装置出口处涡流非常有限的流动，进给装置出口处的涡流是由于水流通过开口被分配及存在隔开的导向装置而产生的，其中开口在总管的顶部穿过总管的圆环形外壳。

另外，由封闭的圆环形壳体制成的总管之强度要大于以沟槽形式存在的溢流管之强度。

这样，就可避免在蒸汽发生器的环形空间内的进给装置出口处形成涡流。

圆环形总管内的水流通孔以下述方式制成：如果蒸汽发生器的液面下降，可避免圆环形总管脱水，因为液面的下降将会在圆环形总管的上部形成蒸汽的积聚。当进给装置在关闭一段时间后重新启动时，这样形成的蒸汽是具有破坏性的。

将导向装置设计成由隔板隔开的连续部分形式使得导向装置更易于制造。径向隔板的存在可沿周边方向形成连续的进给水流，并对改善流动的稳定性起作用。独立部分的设置可保持各个组成部分出口处相同的流速分布，同时保持排出总管之开口处相同的流速分布。

构成过滤元件24的网格之大小可这样选择：使网格能够挡住大于预定尺寸的移动物体。作为最佳实施例，该预定的尺寸应小于隔离蒸汽发生器之管组的距离，以防止产生于次级回路的移动物体夹持在管组之间损坏管组。

为改善网格的过滤能力，可在网格的上游表面设置金属网，即在正对进给水流入口的网格表面上覆盖金属网。

设置于总管之中央进给区域两侧的两个过滤网的使用具有以下优点：每个过滤网恰好各过滤供给蒸汽发生器的进给水流流速的一半，与仅使用一个过滤网的情况相比，降低了压力损失。另外，过滤元件设置于蒸汽发生器内的事实使支承部件22、23和封闭过滤元件的封口塞25在低压下工作，所以任何可能产生于凸缘的轻微泄漏都不会产生严重的后果，因为泄漏的进给水流接着直接落入蒸汽发生器的环形进给空间。

本发明不只局限于上述的实施例。

因此，可以想到：蒸汽发生器之给水装置的形状可以是与上述形状不同。

具体地说，总管可具有与上述不同的形状和结构。

对于具有上述这种预热功能的蒸汽发生器，总管可具有部分圆环的形状，而对于未采用预热功能的蒸汽发生器而言，总管可以是一个沿整个周边设置于蒸汽发生器进给空间之上的完整圆环。

总管内进给水流出口的设置和大小也可与上述的情况不同。

导向装置也可采用与上述形式不同的形式，而且可被制成整体部件或制成几个连续的部分。类似地，径向隔板沿导向装置之周边方向的分布也可以是任意的。

本发明适用于任何具有环形空间和给水装置的蒸汽发生器，其中进给的水流可在环形空间内流动，给水装置设置于环形空间的轴线上端。

Claims (6)

1、一种蒸汽发生器，包括一圆筒形的外壳(2)，该外壳的轴线垂直设置；一组热交换管(3)，固定于圆筒形的套筒(4)内，该套筒同轴设置于外壳(2)内，以与外壳(2)或与外壳同轴的导向裙板(8)形成一个环形空间(9)，在该环形空间内蒸汽发生器(1)的给水可沿轴向流动；和一设置于环形空间(9)之轴向上端的给水导入及分配装置(10)，该给水装置包括一圆环形的总管(12)，至少一个用于总管(12)的进给导管(13)及通过外壳(2)和用于将给水向下导向环形空间(9)的导向装置(14)，其中所述的总管沿环形空间的至少部分周边设置，其特征在于：所说的环形总管(12)设置有一上壁，沿总管(12)的周边上分布着许多穿过该上壁的开口(18)，而且给水导向装置(14)包括一沿至少部分总管(12)设置的外壁(14a)，以与总管一起形成一个可流水的空间(20)；至少一个从外壁(14a)向下延伸的导向壁和多个径向定位的径向板(19a，19b，19c，19d)，导向装置(14)被径向板(19a、19b、19c、19d)划分为几个连续的部分，导管(13)一方面要与穿过蒸汽发生器外壳的喷嘴(15)相连，另一方面连接到总管(12)，总管(12)的开口(18)的中心在一与蒸汽发生器的轴线对中的圆上。

2、根据权利要求1所述的蒸汽发生器，其特征在于：导向装置(14)的外壁(14a)包括部分圆环形的部分和从圆环形部分向下延伸的锥台形部分，导向装置还包括一圆筒形内壁(14b)，在内壁(14b)和外壁(14a)之间限定一个给水出口空间。

3、根据权利要求1或2所述的蒸汽发生器，其特征在于：所述的蒸汽发生器是一个预热蒸汽发生器，该预热蒸汽发生器还包括一用于给水导向的裙板(8)，该裙板与外壳(2)及蒸汽发生器的套筒(4)同轴，并设置于外壳(2)与套筒(4)之间，在套筒(4)的部分周边上与套筒(4)形成一个进给水流可流动的环形空间(9)，总管(12)包括部分圆环，该圆环设置于进给水流可流动的环形空间之上。

4、根据权利要求3所述的蒸汽发生器，其特征在于：所说的环形空间(9)、总管(12)及给水导向装置(14)沿一略小于180°的圆弧延伸。

5、根据权利要求3或4所述的蒸汽发生器，其特征在于：用于总管(12)的进给导管(13)被固定于总管的中部(16)，以将进给的水流导入总管(12)的中部(16)，接着进给的水流通过总管(12)的两个水流分配部分被分配，其中水流分配部分分别设置于中部(16)的两侧。

6、根据权利要求5所述的蒸汽发生器，其特征在于：两个过滤装置(21a，21b)设置于总管(12)的中部(16)，两个过滤装置分别设置于进给导管(13)与总管(12)中部(16)相交区域的两侧。

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