CZ284455B6 - Výměník tepla s trubkami ve tvaru U - Google Patents

Abstract

Ve výměníku tepla jako je parní generátor v jaderné elektrárně jsou trubky (14) ve tvaru U uspořádány do svazku, vytvářejícího paralelní vrstvy, a jsou ve své prostřední, dovnitř zahnuté části (14c) přidržovány antivibračními tyčemi (36a, 36b` , 36c` ), umístěnými mezi každou dvojicí přilehlých vrstev, přičemž uvedené tyče jsou vzájemně propojeny za svazkem trubek spojovacími nebo připojovacími svorníky (38a, 38b, 38c). Aby bylo možno zamezit odtržení montážního celku, tvořeného antivibračními tyčemi a spojovacími svorníky, je alespoň část antivibračních tyčí (36, 36b` , 36c` ) umístěna do štěrbin utvořených v prodloužené konstrukci (40) upevněné k rozpěrné desce (34a) nejblíže k zahnuté části trubek.ŕ

Description

Vynález se týká výměníku tepla se svazkem trubek ve tvaru U, kde je prostřední, dovnitř zahnutý díl přidržován novým typem podpěrného zařízení proti odtržení.

Vynález lze uplatnit zejména u parního generátoru používaného v jaderných elektrárnách pro přenos tepla mezi primárními a sekundárními obvody tlakové vody reaktoru.

V těchto parních generátorech po ohřevu v aktivní zóně reaktoru cirkuluje voda prvního obvodu (dále nazývaná jen „primární voda“) ve svazku trubek ve tvaru obráceného U tak, aby předala své teplo sekundárnímu obvodu vody (dále nazývaná „sekundární voda“) a převedla ji na páru.

Přesněji řečeno, trubky svazku ve tvaru U jsou uspořádány do paralelních vrstev a jejich rovné části přecházejí přes horizontální rozpěmé desky zajišťující jejich vzájemnou pozici po téměř celé výšce svazku.

V homí části svazku tj. v prostřední, dovnitř zahnuté části trubek se přidržování ve vzájemných pozicích mezi trubkami provádí pomocí antivibračních tyčí. Tedy alespoň jedna z více nebo méně otevřených tyčí ve tvaru V je normálně umístěna mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek tak, aby zabránila vibraci trubek v uvedené homí části svazku, která by mohla být výsledkem cirkulace vody uvnitř a vně trubek. Všechny antivibrační tyče jsou mezi sebou spojeny za svazkem trubek spojovacími nebo připojovacími svorníky navařenými na konce tyčí.

Dosavadní stav techniky

Jak je zejména odhaleno v US patentovém spisu 3,007,679, podpěrné zařízení homí části svazku trubek proti odtržení montážního celku tvořeného spojovacími svorníky a antivibračními tyčemi představují obvykle svorky proti odtržení připevněné na spojovací svorníky, které obklopují některé z trubek umístěných mimo svazek.

Při této konstrukci trpí svorky proti odtržení nevýhodou spočívající vtom, že je propojeno několik trubek svazku, které vytvářejí pnutí v případě diferenciálních expanzí mezi těmito trubkami, a to zejména tehdy, jestliže jedna nebo více z trubek je blokována nebo utěsněna během provozu parního generátoru.

Podstata vynálezu

Vynález se zejména týká tepelného výměníku, ve kterém jsou trubky svazku drženy nebo přidržovány v homí části svazku obvyklým způsobem antivibračními tyčemi spojenými spojovacími svorníky, ale ve kterých jsou svorky proti odtržení, které se obvykle používají, eliminovány a nahrazeny prostředky proti odtržení jiného typu, který nevykazuje nevýhody těchto svorek a které lze jednoduše namontovat při výrobě výměníku.

Podle vynálezu lze tohoto výsledku dosáhnout pomocí výměníku tepla se svazkem trubek ve tvaru obráceného U uspořádaných do vrstev, přičemž každá trubka má dvě rovné části a jednu prostřední, dovnitř zahnutou část a jejich rovné části přecházejí přes horizontální rozpěmé desky, s alespoň jednou antivibrační tyčí umístěnou mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek, se spojovacími svorníky antivibračních tyčí a zařízením proti odtržení montážního celku sestávajícího z antivibračních tyčí a spojovacích svorníků, vyznačeného tím, že zařízení proti odtržení má

-1CZ 284455 B6 podlouhlou konstrukci, ve které je mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek uspořádána štěrbina pro umístění jedné z antivibračních tyčí.

Výsledkem upevnění antivibračních tyčí ve štěrbinách vytvořených v podlouhlé konstrukci nesené rozpěmými deskami v bezprostřední blízkosti prostředních, dovnitř zahnutých částí trubek je skutečnost, že je odtržení montážního celku tvořeného antivibračními tyčemi a spojovacími svorníky zabráněno, aniž je nutné aplikovat svorky proti odtržení, jak tomu bylo za dřívějšího stavu techniky. Neexistuje tedy nadále riziko vytváření napětí mezi trubkami v případě diferenčních expanzí. Navíc umožňuje uspořádání podle vynálezu, aby všechny trubky ve všech vrstvách byly podpírány antivibračními tyčemi, tj. od nejmenšího poloměru ohybu až k největšímu poloměru ohybu, což ovšem nebylo vždy uplatněno za dřívějšího stavu techniky.

Jestliže jsou mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek uspořádány nejméně dvě antivibrační tyče, pak štěrbiny vytvořené v protáhlé konstrukci tvoří skupiny, které slouží pro zasunutí antivibračních tyčí umístěných mezi dvěma přilehlými vrstvami trubek. Tyto skupiny štěrbin jsou pravidelně rozmístěny mezi vrstvami přilehlých trubek, přičemž každá štěrbina bude obsazena antivibrační tyčí v nejbližší vzdálenosti k protáhlé konstrukci.

Podle výhodného provedení vynálezu ústí štěrbiny vytvořené v podlouhlé konstrukci na hraně této konstrukce ve směru k dovnitř zahnutým částem trubek ve vstupní drážky, kterými lze antivibrační tyče zavést. V případě, kdy štěrbiny jsou vytvořeny jako skupina štěrbin, ústí všechny štěrbiny stejné skupiny na uvedené hraně ve společnou vstupní drážku.

V zájmu snadné instalace výměníku tepla, tj. podle postupu popsaného ve francouzském patentu č. 2,603,364, jsou vstupní drážky radiálně uspořádány k vnější straně svazku trubek vzhledem ke štěrbinám ústícím do těchto drážek.

S výhodou je podlouhlá konstrukce opatřena přídavným nosníkem upevněným k rozpěmé desce v bezprostřední blízkosti dovnitř zahnutých částí trubek a kolmo k uvedené desce. Tento nosník může být přímo navařen na rozpěmou desku nebo může být přivařen alespoň na jednu základovou desku upevněnou na rozpěmou desku úchytnými prostředky jako jsou šrouby.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je podrobněji popsán v dalším textu vztahujícím se k nikterak omezujícím provedením a s odvoláním na připojené výkresy, které zobrazují:

obr. 1 bokorys schematicky znázorňující v částečném vertikálním řezu parní generátor s výměníkem tepla podle vynálezu, obr. 2 řez vertikální rovinou kolmou na zařízení podle obr. 3 znázorňující horní část svazku trubek, obr. 3 zobrazení horní části svazku trubek v řezu podle roviny obr. 1 ve větším měřítku, obr. 4 perspektivní pohled podrobněji znázorňující instalaci antivibračních tyčí na protáhlé konstrukci podle vynálezu na horní rozpěmé desce, obr. 5 řez toutéž vertikální rovinou jako na obr. 2 znázorňující ve větším měřítku přídavný nosník k protáhlé konstrukci, který je upevněn na horní rozpěmou desku parního generátoru.

-2CZ 284455 B6

Příklady provedení vynálezu

Obr. 1 znázorňuje velice schematicky parní generátor využívaný v jaderné elektrárně s výměníkem tepla podle vynálezu. Je nutno zdůraznit, že v této přihlášce je uveden pouze příklad provedení vynálezu, který lze aplikovat na jakýkoli výměník tepla s trubkami ve tvaru U uspořádanými do svazku nebo skupiny bez ohledu na to, jaké primární a sekundární kapaliny trubkami a okolo trubek protékají a bez ohledu na orientaci trubek, přičemž hlavní osa svazku může být orientována vertikálně, jak je tomu v popsaném provedení, horizontálně nebo dokonce i šikmo.

Ve známém provedení má parní generátor na obr. 1 vertikální vnější válcový plášť 10, jehož vnitřní objem je rozdělen do dvou částí horizontální deskou, trubkovnicí 12. v bezprostřední blízkosti vypouklého dna vnějšího pláště 10. Trubkovnice 12 je opatřena řadou perforací, ve kterých jsou upevněny spodní konce souboru trubek 14 ve tvaru obráceného U; tyto trubky jsou uspořádány ve svazku v části vnějšího pláště 10 umístěného nad trubkovnicí 12.

Konce každé ze svazku trubek 14 jsou upevněny na trubkovnici 12 takovým způsobem, že oba konce každé trubky ústí pod trubkovnicí 12, tedy ve vstupní komoře 16 primární vody a ve výstupní komoře 18 primární vody, které jsou od sebe separovány vertikální přepážkou 20. Vstupní potrubí 22 primární vody a výstupní potrubí 24 primární vody ústí do vstupní komory 16 a výstupní komory 18.

Sekundární voda se zavádí do vnějšího pláště 10 vstupním potrubím 26 sekundární vody umístěným na takové úrovni, která je nad homí úrovní svazku trubek 14; potrubí je spojeno s vnitřkem parního generátoru prstencovým kolektorem 28 ústícím nad jeho celkovým obvodem trubkami 29 ve tvaru obráceného U.

Sekundární voda zaváděná do vnějšího pláště 10 parního generátoru padá vlastní tíhou do kruhovitého prostoru vytvořeného mezi uvedeným vnějším pláštěm 10 a vnitřním pláštěm 30, který obklopuje svazek trubek 14 po celé jeho výšce a jehož nižší konec je umístěn v blízkosti trubkovnice 12. Sekundární voda vstupuje do vnitřního pláště 30 a cirkuluje okolo trubek 14 tak, že odebírá část kalorií nesených primární vodou a přeměňuje je v páru v homí části vnějšího pláště 30.

Známým způsobem se tedy vytvořená pára odebírá v homí části vnějšího pláště 30 a prochází zařízeními pro separaci vody a páry a pro vysušení páry, která jsou o sobě známá a nejsou na obr. 1 znázorněna. Vysušená pára pak vychází z parního generátoru sekundárním výstupním potrubím 32 páry, které axiálně ústí do vnějšího pláště 10.

Každá z trubek 14 ve tvaru obráceného U ze svazku trubek 14. jejímž prostřednictvím dochází k výměně tepla mezi primární a sekundární vodou má dvě dlouhé, rovné, vertikální části 14a. 14b a prostřední, dovnitř zahnutou, polokruhovitou část 14c umístěnou v homí části svazku.

Jak je schematicky znázorněno na obr. 1, rovné části 14a, 14b trubek 14 jsou podepřeny souborem rozpěmých desek 34 uspořádaných horizontálně a ve stejné vzdálenosti jedna od druhé a po celé výšce přímých částí 14a, 14b trubek ve svazku. Desky 34 jsou opatřeny perforacemi, kterými procházejí trubky 14 a které zajišťují řízenou cirkulaci sekundární vody okolo trubek 14. Homí rozpěmá deska 34a je umístěna pod horizontální osou kolmo k rovině obr. 1 a 3, ke které jsou centrovány všechny dovnitř zahnuté části 14c trubek 14.

Je důležité poznamenat - a lépe je znázorněno na obr. 2 -, že trubky 14 jsou uloženy ve vrstvách tj. jsou umístěny ve vertikálních rovinách paralelně k rovinám obr.l a 3 a kolmo na rovinu obr. 2. Každý z těchto vrstev má řadu trubek 14 progresivně se zvětšujících směrem k vertikální ose parního generátoru a trubky 14 všech vrstev mají prostřední, dovnitř zahnuté části 14c. jejichž

-3CZ 284455 B6 poloměr ohybu se zmenšuje radiálně směrem k vnitřní části svazku, jak je znázorněno na obr. 1 a3.

Za účelem podepření dovnitř zahnutých částí 14c trubek 14, které nejsou upevněny rozpěmými deskami 34, se o sobě známým způsobem využívá antivibračních tyčí 36 umístěných mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek. Provedení znázorněné na obr. 3 až 5 má mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek 14 umístěny tři antivibrační tyče 36a, 36b, 36c (nebo 36a, 36b¹. 36c'). které jsou všechny uspořádány ve tvaru V se zaobleným vrcholem a které jsou symetricky umístěny vzhledem k symetrické rovině svazku trubek 14 procházejícím vertikální osou parního generátoru a orientovaného kolmo - viz obr. 1 a 3.

Tři antivibrační tyče 36a, 36b, 36c (nebo 36a. 36b', 36c') jsou upraveny mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek 14 a podstatně se od sebe odlišují svým vrcholovým úhlem a svou pozicí. Tedy antivibrační tyč 36a nejblíže k horní rozpěrné desce 34a má tupý vrcholový úhel, zatímco prostřední antivibrační tyč 36b (nebo 36b') má vrcholový úhel blízký 90° a antivibrační tyč 36c (nebo 36c'). která je nejdále od horní rozpěrné desky 34a. má ostrý vrcholový úhel.

Podle známého postupu jsou všechny antivibrační tyče 36a spolu spojeny za vnějšími trubkami svazku trubek 14 spojovacími svorníky 38 navařenými na konce tyčí 36a, které směřují k vnější straně svazku. Stejným způsobem jsou navařeny spojovací svorníky 38b a 38c na konce antivibračních tyčí 36b, 36b' a 36c. 36c* za vnějšími trubkami svazku trubek 14. takže jsou všechny antivibrační tyče 36b. 36b' a všechny antivibrační tyče 36c, 36c' spolu propojeny.

Vynález se dále týká nového typu zařízení proti odtržení, které je spojeno s montážním celkem tvořeným antivibračními tyčemi 36a. 36b, 36b', 36c a 36c' a spojovacími svorníky 38a, 38b. 38c tak, aby se zabránilo částečnému odchýlení vrstev trubek 14 vzhledem k účinku vibrací vytvářených v trubkách 14 cirkulací vody.

Jak je podrobně znázorněno na obr. 3 až 5 toto zařízení proti odtržení má podlouhlou konstrukci 40 upevněnou na horní rozpěmou desku 34a v dovnitř zahnutých částech 14c svazku trubek 14 kolmo na vrstvy vytvářené těmito trubkami tj. ve směru kolmém na roviny obr. 1 a 3 procházející vertikální osou parního generátoru a na níž jsou umístěny středy dovnitř zahnutých částí trubek 14c.

Tato podlouhlá konstrukce 40 zahrnuje rovněž rovný přídavný nosník 42· V provedení znázorněném na obr. 5 je přídavný nosník 42 navařen na pravidelně rozmístěné úložné desky 44, které jsou samy připevněny na horní rozpěmou desku 34a spojovacími prostředky 46, jako jsou šrouby nebo nýty.

Je však třeba poznamenat, že na neznázoměné konstrukční variantě mohou být úložné desky 44 nahrazeny jedinou úložnou deskou přes celou šířku přídavného nosníku 42.

Podle jiného nezobrazeného uspořádání může být přídavný nosník 42 také přímo navařen na horní rozpěmou desku 34a v případě, že to umožní materiály, z nichž jsou tyto dvě části vyrobeny.

Jak je blíže specifikováno na obr. 4 a 5, má přídavný nosník 42 po celé délce uspořádány štěrbiny 48, do kterých se zasunou střední části antivibračních tyčí 36a, 36b' a 36c'.

Mezi určitými dvojicemi vrstev přilehlých trubek 14 má přídavný nosník 42 uspořádány skupiny tří štěrbin 48a. 48b, 48c a mezi další dvojicí přilehlých trubek 14 jednotnou štěrbinu 50. Jinak řečeno skupiny tří štěrbin 48a, 48b, 48c jsou pravidelně rozmístěny v každé osmé vrstvě, zatímco přídavný svorník 42 má jednotnou štěrbinu 50 pro všechny zbývající vrstvy.

-4CZ 284455 B6

Každá ze skupin tří štěrbin 48a, 48b. 48c je umístěna v rovině obsahující skupinu tří antivibračních tyčí 36a, 36b', 36c' a tři štěrbiny ústí na hranu 42a přídavného nosníku 42 obráceného k dovnitř zahnutým částem 14 trubek ve společnou vstupní drážku 52.

Navíc je každá jednotná štěrbina 50 umístěna také ve stejné rovině jako skupina tří antivibračních tyčí 36a. 36b. 36c. ale slouží pouze pro zasunutí střední části antivibrační tyče 36 nejblíže k ose svazku trubek 14. Tyto jednotné štěrbiny 50 jsou souosé se štěrbinami 48c skupiny štěrbin 48a, 48b. 48c nejblíže ke hraně 42a nosníku 42.

Antivibrační tyče 36a jsou zaváděny do jednotných štěrbin 50 vstupní drážkou 54, která ústí na hraně 42a přídavného nosníku 42.

Vstupní drážky 52 a 54 jsou orientovány paralelně k rovinám obsahujícím skupiny antivibračních tyčí 36, 36b', 36c* a 36a, 36b, 36c a jsou radiálně rozmístěny směrem k vnější straně svazku trubek 14.

Antivibrační tyče 36a. 36b' a 36c' mohou být tedy postupně zaváděny vstupní drážkou 52 a umístěny v odpovídajících štěrbinách 48a, 48b a 48c poté, když byla přilehlá vrstva trubek 14 umístěna nejblíže kose svazku trubek 14. Když se pak instaluje další vrstva trubek 14. antivibrační tyče 36a, 36b' a 36c' jsou automaticky udržovány v pozici.

Srovnatelným způsobem lze zavést antivibrační tyč 36 každé ze skupin tyčí 36a, 36b, 36c do štěrbiny 50 pomocí drážky 54 poté, když byla umístěna přilehlá vrstva trubek 14 nejblíže k ose svazku trubek 14. Antivibrační tyč 36a je zajištěna tehdy, když byla umístěna následující vrstva trubek 14.

Je třeba poznamenat, že antivibrační tyče 36a nejblíže k ose svazku trubek 14 jsou téměř stejně zahnuté, když jsou zavedeny do štěrbin 48a i do štěrbin 50.

Naproti tomu antivibrační tyče 36b' a 36c', které jsou zavedeny do štěrbin 48b a 48c, mají menší vrcholový úhel než úhel odpovídající antivibračním tyčím 36b, 36c, které nejsou do štěrbin 48b, 48c zavedeny. K rozlišení těchto dvou typů antivibračních tyčí, které nejsou zavedeny do štěrbin 48b, 48c, byly tyto tyče označeny čísly 36b, 36c. zatímco tyče zavedené do štěrbin 48b, 48c jsou označeny čísly 36b', 36c* na obr. 3 až 5.

Konstrukce výše detailně popsaná s odvoláním na obr. 3 až 5 tvoří soubor sestávající z antivibračních tyčí 36a, 36b, 36c. 36b', 36c*, který je spojovacími svorníky 38a, 38b a 38c připojen na horní rozpěmou desku 34a tak, že se nemůže odtrhnout. Není nutné využívat svorky proti odtržení, které mohou vyvolat pnutí v případě diferenciálních expanzí mezi trubkami 14 opatřenými těmito svorkami zvláště tehdy, když je jedna nebo i více trubek 14 blokováno.

Tato konstrukce rovněž umožňuje, aby antivibrační tyče 36a. 36b, 36c, 36b’ a 36c' podepřely všechny trubky 14 každé vrstvy tj. od těch s nejmenším poloměrem ohybu dovnitř obrácené části 14c až ke trubkám 14 s největším poloměrem ohybu.

Navíc zařízení proti odtržení podle vynálezu umožňuje snadnou instalaci antivibračních tyčí 36 při současné instalaci různých vrstev svazku trubek 14. Sestava parního generátoru zůstává v podstatě nezměněna.

Samozřejmě není vynález omezen na provedení zde popsané formou příkladu a pokrývá všechny jeho varianty. Jak již bylo uvedeno, vynález lze aplikovat na jakýkoli výměník tepla se svazkem trubek ve tvaru obráceného U, ať už je orientace svazku jakákoliv. Navíc lze vynález využít i tehdy, když je umístěn jakýkoli počet antivibračních tyčí mezi přilehlými vrstvami trubek a

-5CZ 284455 B6 přídavný nosník tyčí může zahrnovat buď všechny tyče, nebo jen některé, jak je popsáno v provedení vynálezu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (8)

1. Výměník tepla sestávající ze svazku trubek (14) ve tvaru U uspořádaných do vrstev, kde každá trubka (14) má dvě rovné části (14a, 14b) a prostřední, dovnitř zahnutou část (14c), z rozpěmých desek (34), které přecházejí přes rovné části trubek, z nejméně jedné antivibrační tyče (36a, 36b, 36c, 36b', 36c') umístěné mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek v prostřední zahnuté části, ze spojovacích svorníků (38a, 38b, 38c) antivibračních tyčí a ze zařízení proti odtržení celku tvořeného antivibračními tyčemi a spojovacími svorníky, vyznačený tím, že zařízení proti odtržení má protáhlou konstrukci (40) upevněnou k rozpěmé desce (34a) nejbližší prostředním zahnutým částem (14c) trubek (14), přičemž uvnitř těchto zahnutých částí (14c) trubek (14) má protáhlá konstrukce (40) mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek (14) uspořádánu nejméně jednu štěrbinu (48a, 48b, 48c, 50), ve které je umístěna jedna antivibrační tyč (36a, 36b, 36c, 36b', 36ď).

2. Výměník tepla podle nároku 1, vyznačený tím, že nejméně dvě antivibrační tyče (36a, 36b, 36c, 36b', 36c') jsou uspořádány mezi každou dvojicí vrstev přilehlých trubek (14), protáhlá konstrukce je opatřena skupinou nejméně dvou štěrbin (48a, 48b, 48c) pro zasunutí nejméně dvou antivibračních tyčí (36a, 36b', 36c') a nejméně jednou jednotnou štěrbinou (50) mezi každou skupinou nejméně dvou štěrbin (48a, 48b, 48c) pro zasunutí jedné z nejméně dvou antivibračních tyčí (36a, 36b, 36c,) mezi zbývající páry přilehlých vrstev trubek (14).

3. Výměník tepla podle jednoho z předchozích nároků, vyznačený tím, že štěrbiny (48a, 48b, 48c, 50) vytvořené v protáhlé konstrukci (40) ústí směrem k zahnutým částem (14c) trubek (14) vstupními drážkami (52, 54).

4. Výměník tepla podle nároků 2a 3, vyznačený tím, že skupina štěrbin (48a, 48b, 48c) v protáhlé konstrukci (40) ústí společnou vstupní drážkou (52).

5. Výměník tepla podle jednoho z nároků 3a 4, vyznačený tím, že vstupní drážky (52, 54) jsou radiálně uspořádány směrem k vnější straně svazku trubek (14) vzhledem ke štěrbinám (48a, 48b, 48c, 50) ústícím do drážek (52, 54).

6. Výměník tepla podle jednoho z předchozích nároků, vyznačený tím, že protáhlá konstrukce (40) má rovný přídavný nosník (42) upevněný kolmo na horní rozpěmou desku (34a) nejbližší zahnutým částem (14c) trubek (14).

7. Výměník tepla podle nároku 6, vyznačený tím, že přídavný nosník (42) je navařen nejméně na jednu úložnou desku (44) připevněnou na horní rozpěmou desku (34a) upevňovacími prostředky (46).

8. Výměník tepla podle nároku 6, vyznačený tím, že přídavný nosník (42) je navařen přímo na horní rozpěmou desku (34a).