蒸汽发生器以及在蒸汽发生器内抗振地固定换热器管的方法 |
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| 申请号 | CN201480052893.2 | 申请日 | 2014-06-04 | 公开(公告)号 | CN105580087B | 公开(公告)日 | 2017-09-05 |
| 申请人 | 西屋电气有限责任公司; | 发明人 | P·J·普拉布; R·M·韦普费; | ||||
| 摘要 | 一种 蒸汽 发生器 (2)，包括具有多个沿横行和列被布置的管的 管束 (200,300,500)。第一管列(210,310,510)包括具有被设置在第一平面(216,316,516)内的弧形中线(214)的第一管(212,312)。第二管列(230,330,530)包括具有被设置在第二平面(236,336,536)内的弧形中线(234)的第二管(232,332)，第二平面平行于第一平面，且与第一平面隔开一距离(206,306)。 蒸汽发生器 还包括被设置在第一管列和第二管列之间的第一数量的实心抗振棒(220,320,520)；其中管的每一个都具有管外径(204,304)；其中所述第一数量的实心抗振棒的每一个都具有大致垂直于第一平面和第二平面的厚度(222,322,522)，该厚度大于第一平面和第二平面之间的距离减去管外径。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种蒸汽发生器(2)，其具有一次侧和二次侧，所述一次侧用于使受热流体循环，和所述二次侧用于使由在一次侧中循环的受热流体加热的流体循环，所述蒸汽发生器包括： |
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| 说明书全文 | 蒸汽发生器以及在蒸汽发生器内抗振地固定换热器管的方法[0001] 背景 技术领域[0002] 本发明总体上涉及蒸汽发生器，具体地涉及包含抗振棒的蒸汽发生器。本发明还涉及在蒸汽发生器中利用多个抗振棒抗振地固定换热器管的方法。 [0003] 背景信息 [0004] 具有管束的换热器通常用于压水核反应堆系统。蒸汽发生器大致上包括竖直定向的壳体、由包含在弯部汇合的两个竖直组件的管所形成的管束、用于在与弯部相对的端部处支撑管的管板、与管板和半球形下封头配合从而在管束的一端形成一次流体入口集管并在管束的另一端形成一次流体出口集管的隔板。一次流体入口喷嘴与一次流体入口集管流体连通，一次流体出口喷嘴与一次流体出口集管流体连通。蒸汽发生器的二次侧包括被设置在管束和壳体之间以形成由外侧的壳体和内侧的围筒构成的环形腔的围筒，以及被设置在管束的弯部上方的给水环。 [0005] 已被通过反应堆堆芯的循环加热的一次流体经一次流体入口喷嘴进入蒸汽发生器。一次流体离开一次流体入口喷嘴，被引导通过一次流体入口集管，通过管束的内侧，离开一次流体出口集管，通过一次流体出口喷嘴到达反应堆冷却剂泵，用于再循环。同时，给水通过给水喷嘴被引入蒸汽发生器二次侧，该给水喷嘴被连接到在蒸汽发生器内侧的给水环。进入蒸汽发生器后，给水与从定位在管束上方的汽水分离器返回的水(被称为再循环流)混合。被称为下降管流的该混合物被向下引导通过壳体和围筒之间的环形腔，直到环形腔底部附近的管板使所述水流改变方向，以与换热器管外侧呈换热关系地向上流过围筒的内侧为止。在水正以与管束换热的关系循环的同时，热量从换热器管中的一次流体被传递给包围管的水，这导致管外侧的一部分水转变成蒸汽。然后汽-水混合物上升并被引导通过用于将蒸汽夹带的水分分离出来的多个汽水分离器，然后水蒸气离开蒸汽发生器并典型地被循环通过涡轮发电机，从而以公知的方式产生电能。 [0006] 主要包括管的弯部且位于下封头以下的蒸汽发生器部分通常被称为蒸发器段。在换热器管上方的包含汽水分离器的蒸汽发生器部分通常被称为汽包。给水通过被设置在筒形壳体上部的入口喷嘴进入蒸汽发生器。给水被分散并与被汽水分离器分离出的水混合，然后沿围绕管束的环形腔向下流动。 [0007] 管在它的开口端以常规手段进行支撑，因此换热器管的端部被焊接到大致垂直于蒸汽发生器的纵轴线设置的管板。以彼此轴向间隔的关系布置的一系列管支撑板或支撑架沿管的笔直部分设置，从而支撑所述管系的笔直段。关于管束，各式各样的蒸汽发生器采用不同的管配置，例如所述弯部是弧形的或U形的，或者换热器管的每个竖直组件都弯折一个尖角，从而形成相对水平形状的弯曲部。 [0008] 被定位在管的弯部内的是多个抗振棒，它们通常被设置在每个管列之间。抗振棒提供支撑，且基本上不与含水的蒸汽流发生干涉。抗振棒意在防止整个管束的各个换热器管发生过分振动，振动能潜在地损坏换热器管。已知的是，管束的弯部更严重地受到振动的影响，并且由于弯曲的构型更难于充分支撑以消除振动。 [0009] 发生普通振动的换热器管的典型运动垂直于U形弯部的平面，因此该振动被称为平面外振动。在不常见的条件下，换热器管还经历平面内振动。在这种情况下，指定列中的相邻管能彼此接触，从而导致管的严重损坏。管束的制造和组装是解决上述问题的机械方案的主要障碍。所以，目前的抗振棒组件方案不能明显地限制换热器管的平面内振动。 发明内容[0010] 通过本发明满足以上需求和其他需求，其中具有增大的厚度的实心抗振棒被构造为被定位在管束内。 [0011] 根据本发明的一个方案，提供一种蒸汽发生器。蒸汽发生器具有一次侧和二次侧，所述一次侧用于使受热流体循环，和所述二次侧用于使由在一次侧中循环的受热流体加热的流体循环。所述蒸汽发生器包括：用于接收受热流体的下封头；将下封头与二次侧隔开的管板；具有沿行和列布置的多根管的管束，所述管束从下封头延伸穿过管板并穿过至少一部分二次侧；以及第一数量的实心抗振棒。所述多根管包括第一管列，所述第一管列包括具有设置在第一平面内的弧形中线的第一管。所述多根管还包括第二管列，所述第一数量的实心抗振棒的每一个均设置在第一管列和第二管列之间。第二管列包括具有设置在第二平面内的弧形中线的第二管，第二平面平行于第一平面，且与第一平面隔开一距离。管的每一个均具有管外径。所述第一数量的实心抗振棒的每一个均具有大致垂直于第一平面和第二平面的厚度。所述第一数量的实心抗振棒的每一个的厚度均大于第一平面和第二平面之间的距离减去管外径的差。 [0012] 根据本发明的另一个方案，提供一种在蒸汽发生器内固定管防止振动的方法，所述管被设置在管束内且沿行和列被布置，所述列之间存在管廊。所述方法包括：提供第一管列，第一管列包括具有设置在第一平面内的弧形中线的第一管；提供第一数量的实心抗振棒；以及提供第二管列，所述第一数量的实心抗振棒的每一个均设置在第一管列和第二管列之间，第二管列包括具有设置在第二平面内的弧形中线的第二管，第二平面平行于第一平面，且与第一平面隔开一距离。每根管均具有管外径。所述第一数量的实心抗振棒的每一个均具有大致垂直于第一平面和第二平面的厚度。所述第一数量的实心抗振棒的每一个的厚度均大于第一平面和第二平面之间的距离减去管外径的差。附图说明 [0013] 通过结合附图阅读下面的优选实施例的描述能得到对本发明的全面理解，其中： [0014] 图1是竖直管壳式蒸汽发生器的局部切开的透视图； [0015] 图2是具有抗振棒的蒸汽发生器的一部分管束的示意性剖视图； [0016] 图3是根据本发明的一个实施例具有抗振棒的蒸汽发生器的一部分管束的示意性剖视图； [0017] 图4A是图3的管束的多个换热器管的示意性正视图； [0018] 图4B是图4A的换热器管的示意性侧视图； [0019] 图4C是图4A的换热器管的示意性等视图； [0020] 图5是根据本发明的一个替代实施例具有抗振棒的蒸汽发生器的一部分管束的示意性剖视图； [0021] 图6A是根据本发明的再一个实施例具有抗振棒的蒸汽发生器的一部分管束的示意性剖视图； [0022] 图6B是抗振棒被移动后的图6A的管束的示意性剖视图； [0023] 图7是根据本发明的另一个实施例具有抗振棒的蒸汽发生器的一部分管束的示意性剖视图。 具体实施方式[0024] 参见附图，图1画出了采用多个换热器管3的蒸汽发生器2，换热器管形成管束4从而提供从一次流体传热以使得二次流体蒸发或沸腾所需要的加热表面。蒸汽发生器2包括容器，容器具有竖直定向的管状壳体部分6和包封上端的顶盖或碟形封头8、以及包封下端的大致半球形的下封头10。下壳体部分6在直径上小于上壳体部分12，截头圆锥形过渡部分14连接上壳体部分和下壳体部分。管板16被附接到下封头10，并具有被设置在管板上以接收换热器管3端部的多个孔18。隔板22被设置在下封头10的中央，从而将下封头10划分成作为管束4的集管的两个隔间24,26。隔间26是一次流体入口隔间并具有与该隔间流体连通的一次流体入口喷嘴27。隔间24是一次流体出口隔间并具有与该隔间流体连通的一次流体出口喷嘴28。因此，进入流体隔间26的一次流体(即反应堆冷却剂)被致使流过管束4并经出口喷嘴28流出。 [0025] 管束4被围筒30环绕，这在围筒30与壳体6和围筒与过渡部分14之间形成了环形通道32。围筒30的顶部被包含多个开孔36的下盖板34所覆盖，所述多个开孔与多个上升管38流体连通。旋流叶片40被设置在上升管38内，从而在蒸汽流过该一级离心分离器时，使流过上升管的蒸汽旋转并离心地除去蒸汽中所含的部分水分。在所述一级分离器中被分离出的水返回到下盖板34的顶表面。在流过一级离心分离器后，蒸汽在到达设置在碟形封头8中央的蒸汽出口喷嘴44之前流过二级分离器42。在二级分离器42内从所述蒸汽中被分离出的水返回，在下盖板34的上方与从一级分离器返回的水混合。 [0026] 所述蒸汽发生器2的给水入口结构包括具有被称为给水环48的基本水平部分的给水入口喷嘴46和在给水环48上方的排水喷嘴50。通过给水入口喷嘴46供给的给水流过给水环48，通过排水喷嘴50离开，然后与从蒸汽中被分离的水混合，并被再循环。然后，混合物向下流到下盖板34的上方，进入环形下降管通道32。然后，水在围筒30的下部部分处进入管束4，并在换热器管3之间流动且向上流过管束4，在那里它被加热以产生蒸汽。 [0027] 如之前所述，管束4具有多个被定位在换热器管3之间的抗振棒(图1中未示出)。图2画出了包含多个换热器管列110,130,150的一部分管束100。被定位在第一换热器管列110和第二换热器管列130之间的是抗振棒120。被定位在第二换热器管列130和第三换热器管列150之间的是抗振棒140。抗振棒120具有厚度122，抗振棒140具有厚度142。如图所示，因为抗振棒120,140是直线形的，所以厚度122,142受到换热器管列110,130,150之间的距离 101的限制。所以，在运行中，抗振棒120,140不会明显地减少换热器管列110,130,150内可能发生的平面内运动的量。 [0028] 如将结合图3到7讨论那样，能通过设置多个被改进的抗振棒220,240,320,460,480,520明显地减少平面内振动。参见图3，展示了蒸汽发生器(未示出)的管束200的U形弯部内的一部分的横截面。管束200包括多个换热器管列210,230,250，其中任意两个相邻换热器管具有在它们中心之间的(例如三角形排列)相等的距离203(包含制造容差)。虽然本发明将结合一种三角形排列进行描述，但将明白的是本发明能采用替代性的定向(例如但不限制，具有旋转45度的方形排列的换热器管的管束(未示出))。 [0029] 第一换热器管列210可以位于管束200的中部或者可以位于端部。被定位在第一换热器管列210和第二换热器管列230之间的是抗振棒220。抗振棒220是实心的并具有厚度222。参见图3到4C，第一换热器管列210包括具有被定位在平面216内的弧形中线214的换热器管212。类似地，第二换热器管列230包括具有被定位在平面236内的弧形中线234的换热器管232。如图3所示，平面216和平面236是平行的，且间隔一距离206。距离206基本上等于外径202(例如换热器管外径204)的两倍加上距离201。距离201对应于图2中所示的距离 101。 [0030] 如图3中所示，抗振棒220的厚度222基本垂直于平面216,236，并大于换热器管列210,230之间的距离201。仍参见图3，被定位在第二换热器管列230和第三换热器管列250之间的是第二抗振棒240。类似于抗振棒220，抗振棒240是实心的并具有厚度242。参见图3到 4C，第三换热器管列250包括具有被定位在平面256内的弧形中线254的换热器管252。平面 256平行于平面236并与其隔开一距离208。距离208基本上等于外径202(例如换热器管外径 204)的两倍加上距离201。 [0031] 类似于抗振棒220的厚度222，抗振棒240的厚度242基本垂直于平面236,256，并大于换热器管列230,250之间的距离201。在运行中，该增大的厚度防止在换热器管列210,230,250中明显的平面内(例如，平面216,236,256)运动，这有利地对应于管束200中平面内振动的明显减少。如图3中所示，抗振棒220包括弧形的且被构造成在第一换热器管列210和第二换热器管列230之间蜿蜒的多个弯部224。 [0032] 类似地，抗振棒240包括弧形的且被构造成在第二换热器管列230和第三换热器管列250之间蜿蜒的多个弯部244。弯部224,244使得抗振棒220,240的厚度222,242能够大于抗振棒120,140的厚度122,142。另外，抗振棒120,140的厚度122,142不大于距离101，而抗振棒220,240的厚度只受到相邻中心之间的距离203减去两倍半径(例如换热器管外径204)的限制。 [0033] 图5画出了根据本发明的替代实施例的蒸汽发生器(未示出)的管束300的U形弯部的一部分。如图所示，管束300包括被定位在第一换热器管列310和第二换热器管列330之间的抗振棒320。第一换热器管列310可以位于管束330的中部或者可以位于端部。另外，第一换热器管列310包括具有被定位在平面316内的弧形中线(未示出)的换热器管312。第二换热器管列330包括具有被定位在平面336内的弧形中线(未示出)的换热器管332。平面336平行于平面316并与其隔开一距离306。类似于抗振棒220,240，抗振棒320具有厚度322。厚度322基本上垂直于平面316,336，并大于换热器管列310,330之间的距离301。 [0034] 如图所示，距离301对应于距离306减去两倍的半径302(例如换热器管外径304)。通过类似于抗振棒220,240的方式，抗振棒320被构造为在第一换热器管列310和第二换热器管列330之间蜿蜒。但是，抗振棒220,240包括圆弧形的多个弯部224,244，而抗振棒320包括基本上呈锯齿状的多个弯部324。像抗振棒220,240的弯部224,244一样，抗振棒320的弯部324允许抗振棒320具有增大的厚度322。另外，类似于抗振棒220,240，在运行中，抗振棒 320的增大的厚度防止明显的平面内(例如，参见平面316,336)运动，而换热器管列310,330有利地对应于在管束300内的平面内振动的明显减少。 [0035] 图6A画出了在包含多个抗振棒460,480的管束400的U形弯部内的一部分。抗振棒460被定位在第一换热器管列410和第二换热器管列430之间。第一换热器管列410可以位于管束400的中部或者可以位于端部。抗振棒480被定位在第二换热器管列430和第三换热器管列450之间。类似于抗振棒220,240，抗振棒460,480包括被构造为在换热器管列410,430, 450之间蜿蜒的多个弯部464,484。但是抗振棒460,480没有抗振棒220,240粗。 [0036] 如图6A所示，第一换热器管列410包括换热器管412，第二换热器管列430包括换热器管432，抗振棒460靠近换热器管412,432被设置。因为抗振棒460相对细，所以在抗振棒460和换热器管412,432之间存在间隙(例如，参见间隙467)。类似地，抗振棒480靠近换热器管432以及第三换热器管列450中的每个换热器管被设置。因为抗振棒480相对细，所以在抗振棒480和第二换热器管列430以及第三换热器管列450的换热器管之间存在间隙(例如，参见间隙487)。 [0037] 如图所示，抗振棒460基本上沿着纵轴线465被定位，抗振棒486基本上沿着纵轴线485被定位。图6B画出了管束400’的一部分，其中抗振棒460,480已经沿纵轴线465,485被移位。如图6A和6B所示，抗振棒460沿纵轴线465以第一方向461被移位。抗振棒480沿纵轴线 485以第二方向481被移位。第一方向461和第二方向481基本平行且彼此相反。在管束的制造完成后，可以通过操作者或者现有技术中已知的合适机构的拉和/或推而使抗振棒460, 480移位。 [0038] 如图6B中所示，随着抗振棒460沿纵轴线465以第一方向461移动，抗振棒460接合换热器管412，从而使得间隙不存在(或者图6A中所示的间隙467在尺寸上被大幅地缩小)。类似地，随着抗振棒480沿纵轴线485以第二方向481移动，抗振棒480接合换热器管432，从而使得间隙不存在(或者图6A中所示的间隙487在尺寸上被大幅地缩小)。通过这种方式，抗振棒460,480与换热器管列410,430,450中的换热器管之间的间隙(例如，参见图6A中的间隙467,487)在尺寸上被缩小，进而减少了可能发生的平面内运动的量。 [0039] 图7画出了根据本发明替代实施例在蒸汽发生器(未示出)的管束500的U形弯部内的一部分。如图所示，管束500包括多个换热器管列510,530,550。第一换热器管列510可以在管束500的中部或者可以在端部。被定位在第一换热器管列510和第二换热器管列530之间的是抗振棒520。抗振棒520基本上类似于抗振棒220,240，具有大致垂直于平面516,536且大于换热器管列510,530之间的距离501的厚度522。 [0040] 被定位在第二换热器管列530和第三换热器管列550之间的是基本上类似于图2中所示的抗振棒120,140的抗振棒540。抗振棒540具有大致上垂直于平面536的厚度542，平面536与平面556平行且隔开一距离508。抗振棒540的厚度542小于抗振棒520的厚度522。类似于抗振棒120,140的厚度122,142，厚度542受到距离501的限制，且基本上等于但不大于距离501。如图所示，抗振棒540是大致直线形的，沿其纵轴线不具有弯曲或弧度。 [0041] 通过这种方式，能通过设置所述抗振棒520而明显地减少管束500中的平面内振动，同时通过设置根据现有方案的抗振棒540有利地节约了成本。图7画出了落入本发明范围内的多个替代实施例之一。例如但不限于，在本发明的范围内存在以任意的构造布置的任意数量的抗振棒220,240,320,460,480,520和现有的抗振棒120,140,540。另外，还应明白，抗振棒220,240,320,460,480,520以现有技术中若干已知方式之一被固定到在管束弯部的周围伸出的(多个)结构(未示出)。 [0042] 前面的发明描述已经出于展示和阐述的目的被给出。它不意味着是排除性的或者将本发明限制为所公开的具体形式，根据以上的教导其他改动和变化是可能的。所述实施方式被选定和描述，从而最佳地阐述了本发明的原理和实践应用，进而使得本领域技术人员能最佳地以适合于被预想的具体用途的各种实施方式和各种改进形式实施本发明。它意味着后附权利要求被解读为包含了不在现有技术所限定范围内的本发明的其他的替代实施例。 [0043] 在本文中，术语“实心的”应当理解为没有内腔或开口。在本文中，“数量”应当理解为一或者大于一的整数(例如，多个)。 |
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