CN85102555B - 径向支承管束内筒壳的管束热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装有管束（２）蒸汽发生器。管束壳（５）壁上设有开孔，每个开孔对应于一个支承部件（２０），开孔边缘固定着套筒（１５），径向伸入管束壳（５）和外壳（３）之间。每个支承部件（２０）包括两个互相连接的圆柱形部分：焊接在套筒（１５）内部的大直径部分（２０ａ）和靠在壳体（３）上的小直径部分（２０ｂ）。楔形件（２３）插在大直径部分（２０ａ）和隔板（８）之间。本发明特别适用于压水式核反应堆的蒸汽发生器。

Description

在外筒壳内径向支撑排列在换热管束筒壳中换热束的热交换器

本发明涉及一种装有管束的热交换器，该管束安装在一个筒形管束壳中，该筒形管束壳沿径向固定于一个筒形外壳内部。

诸如压水式核反应堆中的蒸汽发生器之类的热交换器，装有一个由数目众多的小直径管子组成的管束，这些管子垂直地安装在一个通常为筒形的管束壳内，管束壳本身安装在蒸汽发生器的厚实坚固的增压外壳内。

核反应堆的增压水在小直径管子内循环，要蒸发的水被引入管束壳，在那里与管子的外表面相接触。蒸汽被收集在管束的顶部，而后通常在水-汽分离器中干燥，水-汽分离器安装在蒸汽发生器外壳内的管束上方。

蒸汽发生器通过一个机构送入要蒸发的水，该机构通常设置在管束壳的顶部附近。此外，通过水-汽分离器从蒸汽中回收的水，也被送回管束壳蒸发。于是，在蒸汽发生器壳体内形成了水的连续循环。这种循环可能要求有单独的通道，如在蒸汽发生器内外壳之间沿其周边的一部分再安装一个与它们同轴的筒形壳体。

蒸汽发生器非常高，其中安装了好几个同轴的壳体，它们的径向间距通常很小。

已经知道，在现有技术中让管束穿过沿其高度分布的隔板，从而使管子保持在彼此相对固定的径向位置上。这些隔板通过垂直的连杆连接在一起，全部隔板都安置在管束壳内。

因此，利用隔板沿半径方向固定蒸汽发生器的各个同轴壳体和整个管束，以防万一产生伴随地震出现的外应力时，避免壳体和管束之间发生相对运动和冲击，这一点很重要。

在法国专利No.2511491中提出了将蒸汽发生器的管束壳沿径向和轴向固定在其厚实坚固的外壳内的装置。这些固定装置被固定在管束壳上，形成若干组，每一组安装在一个隔板的平面上，一组中的各个支承装置分布在隔板的周缘上。这些支承装置由厚度大于管束壳厚度的组件构成，它们被固定在管束壳的壁上，本身位于隔板的平面上。这些组件钻有可以旋入螺栓的螺孔，螺栓的端部伸入到管束壳和坚固的外壳之间的空间中，紧靠外壳的内表面。在调节螺栓后，通过在隔板外缘和支承装置面向管束的内表面之间***楔形件的办法，将装置安置在支承位置上。在英国专利GB2123542对已有技术的描述中也是一种类似的结构。

这种支承装置存在的缺点是，它占据了管束壳和外壳之间空间宽度的很大部分，因而显著地限制了通过在该空间内循环的要蒸发的水的孔道。这些支承装置也具有必须将楔形件***隔板周缘部分上的开口。这些开口相应地减小了管束周缘的管子和隔板边缘之间的距离。当在周缘的管子和隔板边缘之间需要保持充分的距离时，必须减少管束中管子的数目。此外，支承部件必须具有的形状不利于通过焊接将其固定到管束壳的壁上。

在蒸汽发生器装有几个以必须彼此完全封闭的环形空间为边界的同轴壳体时，实际上不可能利用如法国专利No.2511491中所描述的那种支承装置，使用这种装置会造成泄漏事故。

因此，本发明的目的是提供一种装有管束的热交换器，该管束安装在一个圆筒形管束壳中，该圆筒形管束壳沿径向固定于一个圆筒形外壳内部，并与圆筒形外壳同轴安置，在管束壳内沿管束长度间隔地设置了一组与管束垂直相交的隔板，在管束壳上整体地固定了几组支承部件，这些支承部件沿径向安装在隔板平面上，它们各自插在隔板的外缘和外壳的内表面之间，在隔板和支承部件之间的位置上装有楔形件，这种热交换器的管束壳通过支承部件完全固定在外壳内部，该支承部件对交换器中流体的循环只形成非常有限的障碍，对于热交换器装有两个以上同轴壳体而壳体间形成彼此完全封闭的空间的场合，该种热交换器是完全适用的，而且它可以简便快速地通过焊接来安装。

为此，管束壳的壁上设有开孔，每个开孔对应于一个支承部件，开孔的边缘上固定有套筒，套筒沿径向伸入管束壳和热交换器外壁之间的空间中，每个支承部件包括两个具有同一径向轴的圆柱形部分，一个延接在另一个上，大直径部分的外侧面被焊接在相应套筒的内面上，并有一个支承楔形件的表面，该表面朝向管束，并相对于支承部件的轴沿径向倾斜，小直径部分的端部靠在热交换器外壳的内表面上。

为了更好地理解本发明，下面通过附图和非限定性的实施例，对径向支承内筒壳的预热型压水式核反应堆的蒸汽发生器作进一步详细的描述。

图1是围住管束的蒸汽发生器中心部分的对称垂直平面剖视图。

图2是沿图1中AA线或BB线的剖面图，表示蒸汽发生器内壳用的支承装置。

图3是沿图1中CC线的蒸汽发生器的半个剖面图。

图4是图2中所示的支承装置沿图5中DD线的剖面图。

图5是沿图4中EE线的剖面图。

图6是沿图4中EF线的剖面图。

图7、图8、图9是与图4、图5、图6相似的另一种实施例的支承装置的视图。

图1表示压水式核反应堆的蒸汽发生器的中心部分。蒸汽发生器包括一个固定管束2中管子的管板1管子的端部在板1的下表面上开口。图中只示出了管束的两根最外层U形管子，以表示该管束的配置。

管板1的下部整体地固定在一个图中未示出的球形底部上，该底部是分隔成两部分的空腔，其中一部分接收来自核反应堆的高温增压水并通过管子的端部将高压水送入管子，而另一部分接收经管束2中的管子循环的增压水。然后将其送回核反应堆容器。

管板1的上部整体地固定在蒸汽发生器的外壳3上，外壳3为筒形，将管束围在其中心部分。圆筒形外壳3的上部通过其截锥部分3a连接到图中未示出的汽室上，在汽室中安置了水-汽分离器，以干燥在蒸汽发生器中产生的蒸汽。

管束2整个安装在管束壳5中，管束壳5也是圆筒形，安装在外壳3内部并与其同轴。管束壳5的下边缘和管板1的上表面之间有一个自由空间。管束壳5的内部空间被一个比管束高度低的垂直隔板6分隔成两部分。沿管束中央空间安装的垂直隔板6，在该管束中一定高度下划分出一个热支路和一个冷支路，热支路对应于接收从核反应堆来的增压水的那部分的管子，冷支路对应于增压水离开管束的那部分管子。

如图1、图2、图3所示，蒸汽发生器装有一个与外壳3和管束壳5同轴的中间壳7，它装在外壳体3和管束壳5之间大体上对应于管束冷支路的那部分圆周上。这个圆筒形中间壳7的顶部连接到截锥部分7a上，截锥部分7a平行于外壳3的截锥部分3a，并与其相对。

图1所示的蒸汽发生器，由向管束壳5和中间壳7形成的空间开口的供水装置送入要蒸发的水。如图2和图3所示，管束壳5和中间壳7之间的空间在其端部处是封闭的，从而使要蒸发的水仅仅通过管束冷支路的底部送入。因此，垂直隔板6顶部以下的管束冷支路的下部可以预热此种送入的水。另一方面，由位于发生器顶部的汽室中的分离器所回收的水，同时通过外壳3和管束壳5之间的环形空间与中间壳7和外壳3之间的环形空间（这两个空间都与管束热支路的下部相通），并通过管束壳5和中间壳7之间的环形空间（该空间与管束冷支路的下部相通），返回管束的底部。

利用此种方式，由高温分离器回收的水流只是部分地受到预热。

所有在管束壳5内部与管束2相接触的水，在管束壳5内向上循环时被加热。这些水被蒸发，蒸汽被收集在管束壳5的顶部。

管束的管子由横向安置在管束壳5内部的隔板8沿侧向支承住。

其底部装在管板1上的连接杆9使得隔板8之间保持它们的轴向间距。

将管束壳5和中间壳7支承在外壳3上的支承装置10，和将管束壳5支承在没有衬中间壳7的那部分外壳3上的支承装置11，都插在隔板8的边缘和外壳3的内表面之间。

从图2和图3可以看到，这些支承装置10和11都均匀地分布在隔板8的周缘上，两个相邻的支承装置的径向支承轴间夹角为26°因此，每个隔板周围分布了七个支承装置10和七个支承装置11。相邻安置的支承装置10和11的径向轴形成24°夹角。

图2和图3用角度表示了支承装置的位置，隔板的对称轴取做0-180°轴。

放置在最上部的两个隔板和最下部的两个半隔板周围的支承装置（图2）与放置在中间部分的隔板四周的支承装置（图3）的区别，仅仅在于支承区域的宽度以及隔板与支承部件间楔形件的数目不同。

图4、图5和图6更详细地表示将管束壳5和中间壳7相对于蒸汽发生器外壳3作径向固定用的支承装置10。管束壳5上开有开孔14，开孔14是一个圆柱体与管束壳5横交后形成，该圆柱体的轴X′X沿着管束壳5的半径方向，它大体上位于隔板8的轴平面内。这个轴X′X构成支承装置10的支承轴。一个以X′X为轴的带环形底座的套筒15，稍许突出到管束壳5和外壳3之间的环形空间中，该套筒通过焊接沿开孔14固定在管束壳5的壁上。

与管束壳5一样，中间壳7也有一个由中间壳7与以X′X为轴的圆柱横交而形成的开孔。这一个开孔16的直径小于开孔14。套筒17沿开孔16伸入中间壳7和管束5之间的空间，它通过焊接固定在中间壳7的壁上，环形板18被焊接在套筒15和17的自由端部上，使它们能够连接在一起。

支承部件由整体为圆柱形的单块构件20构成，以XX′为轴。该支承部件20包括一个大直径部分20a和一个小直径部分20b，大直径部分20a的外径非常接近地略小于套筒15的内径，小直径部分20b的外径非常接近地略小于套筒17的内径。

支承部件20朝向蒸汽发生器内部的端面，也就是朝向管束和隔板8的端面，被加工成一个相对于垂直方向倾斜约5°的支承表面20c。该支承表面20c因而在半径方向上相对于水平轴XX′倾斜。该支承表面20c的倾斜角与插在隔板8和支承部件20之间的楔形件23的角度是相应的。

部件20的小直径部分20b的端部朝向外壳3的内表面，该端部加工成一个位于部件20和外筒壳内表面之间的球形支承表面。

为了安装支承装置10，如图4和图5所示那样安放支承部件20，使其球形端面与外壳3的内表面相接触。而后在该部件的大直径部分20a的外侧面和套筒15的内表面之间进行环形焊接24。由于是对旋转体件进行环形焊接，这种安装工序变得容易一些。

而后将一组楔形件23放在部件20的支承表面20c和隔板8的外侧边缘之间，从而将管束壳5沿半径方向XX′相对于外壳3完全固定。

在图2所示的较宽的支承部件的情况下，为了完成支承部件的楔合，必须利用并排放置的六个楔形件。在图3所示的较窄的部件的情况下，只需要利用三个楔形件23。

当楔合完成之后，楔形件通过焊接固定在部件20的支承面20c上。

对放置在每个隔板8四周上的每个支承装置10重复这些操作就完成了管束壳5的径向支承。支承装置10既使管束壳5也使中间壳7得到径向支承，中间壳7在支承装置的高度处由套筒17、15和环形板18固定在管束壳5上。也可以看出，由于旋转体部件在其整个周缘上都被焊住，管束壳5和中间壳7之间的空间仍然与管束壳5和外壳3之间的环形空间的其余部分完全隔开，支承部件被安置在这个隔开的内部空间的外面。

在不受中间壳7包围的部分中，管束壳5和外壳3之间的支承装置11由与部件20相同的支承部件构成，这种支承部件的大直径部分焊接在一个与套筒15相同的套筒上，该套筒固定在与管束壳5壁上的开孔14一样的开孔处。支承装置11由图4、图5和图6中所示的一组构件组成，但不包括套筒17和环形板18。

图7、图8和图9表示另一种形式的支承部件实施例，它不再是单独一块，而是由两个独立的部件30a和30b组成。大直径部件30a被焊在带有环形底座25的套筒的内部，套筒本身沿管束壳5壁上的开孔焊接在管束壳5上，该开孔与图4至图6所示实施例的开孔14相同。

支承在外壳3内表面上的小直径部件30b本身焊接固定在带有环形底座27的套筒上，该套筒固定在中间壳7上，与套筒25同轴。在部件30a朝向内部也就是朝向蒸汽发生器管束的面上加工有与垂直方向斜交的支承表面30c，当楔形件33***在隔板8的外侧边缘和支承表面30c之间时，部件30a和30b通过两者的平面互相支承。

在安装期间，部件30a和30b分别通过环形焊接与套筒25和27相连接。而后安装楔形件33，完成部件30a和30b靠着隔板8和外壳3的支承。

可以看到，按照本发明所述的热交换器的主要优点在于，它包括一个将其管束壳和管束隔板沿径向固定到坚固的外筒壳上的支承装置，这种方式特别有效，当热交换器流体在这些壳体间的空间中循环时，只产生很小的扰动。事实上，支承部件包括一个小直径部分和一大直径部分，小直径部分沿半径方向延伸到壳体之间的大部分空间中去，而固定在管束壳上的大直径部分相反地缩短了其长度。而且，这些支承装置可以利用加工方便的环行焊接来单独固定。这些支承装置在壳体上的安装是借助于套筒和焊接的环形板来完成的，它们使得壳体之间的连接不产生泄漏，即使得壳体之间的空间有可能互相完全隔开。

此外，按照本发明所述的支承热交换器的装置可以设计成这样一种形状，使其适用于包括任意数目的内壳的热交换器。

本发明不限于已经描述过的实施例，相反，它包括所有可以替换的形式：

支承部件和楔形件在形状方面可以不同于已经描述过的那些部件。分布在隔板周围的支承装置的数目不受限制，每一个支承装置对蒸汽发生器的管束壳和外壳之间的空间中的流体循环，只形成很小的障碍。

沿蒸汽发生器高度上在隔板四周的支承装置的形状和分布，可以不同于已经描述过的那些装置。

最后，本发明不仅适用于压水式核反应堆中蒸汽发生器，而且适用于包括一个安装在筒形管束壳中的管束的其它热交换器，这种筒形管束壳本身安置在坚固的筒形增压外壳中。

Claims (6)

1、装有管束（2）的热交换器，该管束安装在一个筒形管束壳（5）中，该筒形管束壳（5）沿径向固定于一个筒形外壳（3）内部并与后者同轴安置，在管束壳（5）内沿管束（2）长度间隔地设置了一与管束（2）横交的组隔板（8），在管束壳（5）上整体地固定了几组支承部件（20，30），这些支承部件沿径向安装在隔板（8）的平面上，每个部件插在隔板（8）的外缘和外壳（3）的内表面之间，在隔板（8）和支承部件（20，30）之间的位置上装有楔形件（23，33），管束壳（5）的壁上设有开孔（14），每个开孔对应于一个通过焊接连接到管束壳上的支承部件（20，30），其特征在于：圆筒形套筒（15，25）是沿着上述开孔（14）的边缘固定的，这些圆筒形套筒沿径向伸入管束壳（5）和热交换器外壳（3）之间的空间中，而每个支承部件（20，30）包括两个具有同一径向轴的圆柱形部分（20a，20b，30a，30b），一个连接在另一个上，大直径部分（20a，30a）的外侧面被焊接在相应套筒（15，25）的内面上，并有一个支承楔形件（23，33）用的表面（20c，30c），该表面朝向管束（2）并相对于支承部件（20，30）的轴XX′沿径向倾斜，小直径部分（20b，30b）的端部靠在热交换器外壳（3）的内表面上。

2、如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于，至少在交换器的一部分周缘上装有一个中间壳（7），该中间壳安装在管束壳（5）和外壳（3）之间并与外壳3同轴，在该热交换器中，一个整体固定于管束壳（5）中的套筒（15）被连接到与套筒（15）同轴的而直径较小的套筒（17）上，该直径较小的套筒（17）沿中间壳（7）中的开孔（16）固定到中间壳（7）上，并伸入到管束壳（5）和中间壳（7）之间的空间中，从而形成一个支承部件（20）穿过管束壳（5）和中间壳体（7）的通道，管束壳（5）和中间壳（7）之间空间保持封闭，以防泄漏。

3、如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于，支承部件（20）是一整件。

4、如权利要求1中所述的热交换器，其特征在于，至少在交换器的一部分周缘上装有一个配置在管束壳（5）和外壳（3）之间的中间壳（7），与前两个壳（3和5）同轴，在该热交换器中，支承部件（30）的两部分是两个独立的部件（30a和30b），即一个固定于套筒（25）中的大直径部件（30a）和一个固定于套筒（27）中的小直径部件（30b），套筒（25）整体地固定在管束壳（5）上，另一直径较小的套筒（27）与套筒（25）同轴并整体地固定在中间壳（7）上，当小直径部件（30b）靠在热交换器的外壳（3）上，而至少一个靠在支承部件（30）大直径部件（30a）内面上的楔形件（33）***在相应隔板（8）的外侧面和支承部件（30）之间时，支承部件的这两个独立部件（30a）和（30b）通过一个垂直于它们的径向支承轴的平面互相接触。

5、如权利要求1至4中任意一项所述的热交换器，其特征在于，由支承部件（20，30），圆筒形套筒（15、17、25、27）和楔形件（23，33）组成的支承装置（10，11）沿圆周等角度地布置在热交换器每个隔板（8）的四周。

6、如权利要求5中所述的热交换器，其特征在于：与间隔板（8）相连的各组支承装置在其间隔板（8）圆周方向的宽度可以是不等的，取决于与其相连的间隔板在热交换器中的位置，各组支承装置的楔形件的数目也可是不等的。

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