轴流式蒸汽发生器的给水配给设备

摘要

一种与轴流式预热蒸汽发生器一起使用的补给环，其利用双围筒以将给水流引导到冷段管束区域。补给环在双围筒的正上方定位并且包括沿补给环周向隔开的多个立管。立管分别从补给环内部的下部分竖直地延伸穿过补给环内部。立管具有在补给环的上部分中的给水吸入口，以最小化形成蒸气和泡破灭水锤的可能性。立管的部件被设置为最小化被夹带的松动构件与给水一起移位到管束的传输。给水排放口在补给环底部处或底部下方被设置在立管的出口处，以将给水均匀地分配到双围筒的下降管中。

权利要求

1.一种蒸汽发生器(10)，包括：

一次侧，其包括：

用于接收被加热的一次流体的入口腔室(30)；

用于使一次流体返回加热源的出口腔室(28)；

管板(22)，其形成入口腔室(30)的至少一个壁和出口腔室(28)的至少一个壁；

分别具有第一和第二端、以及中间延伸部分的多个换热管道(12)，其中，第一端延伸穿过管板(22)并且通向入口腔室(30)，第二端延伸穿过管板并且通向出口腔室(28)，中间延伸部分穿过二次侧并且与二次侧成换热关系；

所述二次侧包括：

具有中心轴线的大致柱形的外壳体(14)；

大致柱形的围筒(36)，其在管板(22)的至少一部分的上方被支撑，在壳体(14)内与壳体隔开并且同轴地定位，并且形成在壳体和围筒的至少一部分之间的下降管区域(38)；

定位在下降管区域(38)上方以将给水引入下降管区域的补给环(54)，所述补给环具有在补给环内的水道，除了在立管的位置中以外，所述水道大致围绕整个内部长度具有基本恒定的直径，在立管的位置中，水道的圆周的一部分的直径扩大；

多个所述立管(68)在给水流的方向上沿补给环(54)周向隔开，所述立管从补给环内部的上部分向下竖直地延伸穿过补给环内部，并且具有仅仅在补给环的上部分中的给水吸入口(76)和在补给环底部处或底部下方的给水排放口，用于将给水分配到下降管区域(38)中，所述给水吸入口大致在中间高度上方，进入立管的基本所有给水在补给环中的大致相同高度处从补给环上部分中的给水吸入口进入。

2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器(10)，包括在立管(68) 内悬挂的喷嘴(70)。

3.根据权利要求2所述的蒸汽发生器(10)，其中，喷嘴(70)是大致管状部件，其具有穿孔侧壁(88)、闭合的下端(84)和靠近补给环(54)内部的上部分的吸入口(76)。

4.根据权利要求3所述的蒸汽发生器(10)，其中，喷嘴(70)从立管(68)的顶部被支撑。

5.根据权利要求3所述的蒸汽发生器(10)，其中，穿孔的尺寸定为捕获预选定尺寸的碎屑。

6.根据权利要求3所述的蒸汽发生器(10)，其中，补给环(54)包括具有壁的端口外壳(80)，所述壁与喷嘴(70)共线地从补给环的顶表面向上延伸，并且能够穿过所述壁对喷嘴进行维护。

7.根据权利要求6所述的蒸汽发生器(10)，其中，端口外壳(80)的顶部基本被插塞(78)封闭。

8.根据权利要求7所述的蒸汽发生器(10)，其中，插塞(78)具有与端口外壳(80)的内壁上的阴螺纹配合的外螺纹(94)。

9.根据权利要求7所述的蒸汽发生器(10)，其中，插塞(78)包括用于放出来自补给环(54)内部的蒸汽的通气孔(98)。

10.根据权利要求9所述的蒸汽发生器(10)，其中，通气孔(98)足够大以容纳能够被用于检测喷嘴(70)的视频探头。

11.根据权利要求6所述的蒸汽发生器(10)，其中，立管(68)延伸到端口外壳(80)中。

12.根据权利要求1所述的蒸汽发生器(10)，其中，立管(68)是倒"J形管道"(108)，其中倒"J形管道"的弯曲部分(112)从补给环(54)的顶表面中的开口延伸，转弯180度，返回穿过顶表面，穿过补给环内部并且向下穿过补给环底部。

13.根据权利要求12所述的蒸汽发生器(10)，其中，倒"J形管道"(108)的弯曲部分(112)围绕补给环(54)的顶表面居中，在弯曲部分的各侧之间画出的线相对于沿补给环的顶表面中央的周线成锐角。

14.根据权利要求1所述的蒸汽发生器(10)，其中，至少一些立管(68)被可移除地支撑在补给环(54)内，所述至少一些立管包括具有打开和关闭位置的锁定机构(100)，并且锁定机构在关闭位置将立管在补给环内锁定就位。

15.根据权利要求1所述的蒸汽发生器(10)，包括紧密地接收在至少一些立管(68)的下部分内的热套筒(104)，所述热套筒靠近补给环(54)的底部，用于减小在立管和补给环的接合处的热梯度，其中在热套筒的外表面上的阳螺纹被支撑在立管的内表面上的阴螺纹内。

说明书

轴流式蒸汽发生器的给水配给设备

技术领域

[0001] 本发明总体涉及U形管道式蒸汽发生器，并且更具体地涉及将给水配给到围筒和蒸汽发生器壳体之间的下降管中的发生器。

背景技术

[0002] 压水式核反应堆的蒸汽发生器典型地包括竖直定向型壳体、布置在壳体中以便形成管束的多个U形管道、用于在与U状弯曲部分相反的端部处支撑管道的管板、与管板协作的分隔板、以及在管束一端处形成一次流体入口集管并在管束另一端处形成一次流体出口集管的水室。一次流体入口管嘴与一次流体入口集管流体连通，而一次流体出口管嘴与一次流体出口集管流体连通。蒸汽发生器二次侧包括围筒和给水环，围筒布置在管束和壳体之间以形成由外侧上的壳体和内侧上的围筒构成的环形腔室，而给水环布置在管束的U状弯曲端的上方。

[0003] 已经被通过反应堆的循环加热的一次流体通过一次流体入口管嘴进入蒸汽发生器。一次流体从一次流体入口管嘴传导穿过一次流体入口集管、穿过U形管束、穿出一次流体出口集管、并且穿过一次流体出口管嘴到反应堆冷却剂系统的其余部分。同时，给水通过与蒸汽发生器内侧的给水环连接的给水管嘴被引入蒸汽发生器的二次侧，即，蒸汽发生器的与管板上方的管束外侧交界的一侧。在一个实施方式中，当进入蒸汽发生器时，给水与从湿气分离器返回的水混合。这种称为下降管流的混合物在邻近于壳体的环形腔室中被向下引导，直到定位在环形腔室底部的管板导致水改变方向，从而与U形管道的外侧成热传递关系地向上穿过管道围筒的内侧。在水与管束成热传递关系地循环时，热量从管道中的一次流体传递到围绕管道的水，从而引起围绕管道的水中的一部分转化成蒸汽。为了从单相下降管流区分蒸汽/水混 合物，围绕管道的流体流动被设计为管束流动。蒸汽继而上升且传导穿过将夹带水与蒸汽分开的多个湿气分离器，蒸汽继而排出蒸汽发生器并且典型地循环穿过涡轮机以通过在现有技术中熟知的方式发电。

[0004] 这种蒸汽发生器的U形换热管道被典型地描述为具有热段和冷段，热段与一次流体入口集管直接流体连通，而冷段与一次流体出口集管直接流体连通。多个这些类型的蒸汽发生器通过使下降管流的较冷部分经过管束冷段而预热下降管流，以增加对数平均温差，且由此增强传热。这通过采用隔离板实现，所述隔离板通过换热管道的热段和冷段之间的中央管廊延伸穿过管板。隔离板在管道之间从管板轴向向上延伸到在U形弯折部分下方的高度。在蒸汽发生器的这个预热级中，下降管区域典型地围绕围筒的冷段侧小于180°地延伸，并且被隔离而将下降管区域与在包围热段的围筒周围的周向区域分开。接近半圆形的给水分配环在壳体和围筒之间的隔离区域中被支撑在冷段下降管区域的上方，以使得给水在围绕冷段的围筒外侧向下地、在管板处的围筒下方地、并且向上和围绕换热管道的冷段地分配。

[0005] 轴流式预热蒸汽发生器的给水环必须在蒸汽发生器的上壳体周边的大约160°上均匀地分配给水流。如以上说明的，这用于将较冷给水引入管束的冷段侧，由此实现增加传热的预热的益处。现有技术中的参考文献美国专利6,173,680如此实现这个目的：利用大倒管将流动引导和分配到下降管中，并且包括在给水环内的松动构件筛网，这需要穿过螺栓连接式凸缘的通道。

[0006] 期望一种改进的给水分配环，其通过改进的通道特征提供压降明显更小的松动构件筛除布置方式。

[0007] 此外，期望这种给水补给环设计利用更紧凑的布置方式实现在冷段下降管上基本均匀的给水分配。

发明内容

[0008] 前述目的通过这样一种蒸汽发生器实现，所述蒸汽发生器具有一次侧，所述一次侧包括用于接收被加热的一次流体的入口腔室和用于 使一次流体返回加热源的出口腔室。管板形成入口腔室的至少一个壁和出口腔室的至少一个壁。分别具有第一和第二端、以及中间延伸部分的多个换热管道具有延伸穿过管板且通向入口腔室的第一端以及延伸穿过管板且通向出口腔室的第二端，其中中间延伸部分穿过蒸汽发生器的二次侧且与二次侧成换热关系。二次侧包括具有中心轴线的大致柱形的外壳体和大致柱形的围筒，所述围筒被支撑在管板的至少一部分的上方、在壳体内与壳体隔开并且同轴地定位、从而形成在壳体和围筒的至少一部分之间的下降管区域。接近半圆形的给水环定位在冷段下降管区域的上方以将给水引入下降管区域。多个立管沿补给环被周向隔开，从补给环内部的下部分向上竖直地延伸穿过补给环内部。立管具有在补给环内部的上部分中的给水吸入口和在补给环底部处或底部下方的给水排放口，以将给水分配到下降管区域中。

[0009] 在一个实施方式中，蒸汽发生器包括在立管内悬挂的喷嘴。优选地，喷嘴是大致管状部件，其具有穿孔侧壁、关闭下端和靠近补给环内部的上部分的吸入口。理想地，喷嘴侧壁中的穿孔在侧壁上基本均匀地设置并且与立管的对立内侧壁隔开。在一个实施方式中，随着喷嘴的壁朝向其下端延伸，喷嘴的侧壁的部分朝向喷嘴的对立壁会聚。优选地，喷嘴的下部分由立管的对立内侧壁支撑。在一个实施方式中，管嘴由立管的顶部支撑，并且穿孔被尺寸化为捕获预先选定尺寸的碎屑。

[0010] 在又一实施方式中，补给环包括具有壁的端口外壳，所述壁与喷嘴共线地从补给环的顶部向上延伸，并且能够穿过所述壁维护喷嘴。优选地，端口外壳的顶部被插塞密封，并且在一个实施方式中，插塞具有与端口外壳的内壁上的阴螺纹配合的外螺纹。优选地，插塞形成为在喷嘴吸入口上方的喷嘴的一部分，并且理想地包括用于放出来自补给环内部的蒸汽的通气孔。优选地，通气孔足够大到容纳能够被用于检测喷嘴的视频探头。优选地，立管伸入端口外壳中。

[0011] 在又一实施方式中，立管是倒J形管道，其中倒J形管道的弯曲部分从在补给环的顶表面中的开口延伸、转弯180°、返回穿过顶表面、 穿过补给环内部并且向下穿过补给环底部。优选地，倒J形管道的弯曲部分围绕补给环的顶表面居中，在弯曲部分的各侧之间画出的水平线相对于沿补给环的顶表面中央画出的周向水平线成锐角。

附图说明

[0012] 通过结合附图阅读以下对优选实施方式的说明可以得到对本发明的进一步的理解，在附图中：

[0013] 图1是局部被切除的轴流式蒸汽发生器的竖直管道和壳体的透视图；

[0014] 图2是局部被剖视的现有技术中的蒸汽发生器的视图，其示出在一次侧上将入口通道与出口通道分开的、在半球形头部中的分隔板和将热段流动与冷段流动分开的、从管板向上延伸的隔离板；

[0015] 图3是蒸汽发生器的给水分配补给环的平面图；

[0016] 图4是图3中示出的补给环沿线A-A截取的剖视图；

[0017] 图5是图3的补给环上的端口外壳沿线B-B截取的剖视图；

[0018] 图6是图4中示出的端口外壳的平面图；

[0019] 图7是图4中的给水喷嘴沿线C-C截取的剖视图；

[0020] 图8是图3中示出的给水补给环的视图；

[0021] 图9是喷嘴/松动构件的收集器组件的透视图；

[0022] 图10是在喷嘴装配到补给环端口和立管中时穿过喷嘴的剖视图；

[0023] 图11是喷嘴的剖视图，其示出立管长度增加以使得立管的顶部在补给环管的顶部内径上方延伸；

[0024] 图12是给水补给环的第二实施方式的平面图，其采用J形管道分配管嘴；

[0025] 图13是沿图12的线D-D截取的剖视图；

[0026] 图14是图12中示出的给水环的侧视图；以及

[0027] 图15是图3中示出的补给环的剖视图，其类似于图4、喷嘴降低到立管的底部中。

具体实施方式

[0028] 现在参照附图，图1示出利用多个U形管道的蒸汽或水蒸气发生器10，所述多个U形管道形成管束12，以提供从一次流体传热以蒸发或沸腾二次流体所需的加热表面。蒸汽发生器10包括容器，所述容器具有竖直定向的管状下壳体部分14、大致柱形的上壳体部分15、以及包封上端的顶罩或碟形封头16和包封下端的大致半球形水室18。下壳体部分14的直径比大致柱形的上壳体部分15小，并且截头锥形过渡部分20将上下部分连接。管板22被附接到水室18且具有多个孔24，所述多个孔被布置在管板中以接收U形管道的端部。分隔板26被居中地布置在水室18内以将水室分隔成用作管束用集管的两个隔室28和30。隔室30是一次流体入口隔室且具有与一次流体入口隔室流体连通的一次流体入口管嘴32。隔室28是一次流体出口隔室且具有与一次流体出口隔室流体连通的一次流体出口管嘴34。因此，进入流体隔室30的一次流体(即，反应堆冷却剂)被致使流过管束12且通过出口管嘴34流出。

[0029] 管束12被围筒36环绕，所述围筒形成在围筒36和下壳体14以及截头锥形过渡锥体20之间的环形通道38。围筒36的顶部被下甲板40覆盖，所述甲板包括与多个提升管44流体连通的多个开口42。涡旋叶片46被布置在提升管内以使得流过涡旋叶片的蒸汽旋转，并且在蒸汽流过一次离心分离器时离心地去除包含在蒸汽内的一些湿气。在这个一次分离器中从蒸汽分离的水返回到在下甲板40上方的水池。在流过一次离心分离器之后，蒸汽在到达居中地布置在碟形封头16中的蒸汽出口管嘴50之前穿过二次分离器48。

[0030] 这种发生器的给水入口结构包括给水入口管嘴52，所述给水入口管嘴具有称为补给环54的大致水平部分，并且给水入口结构包括升高到补给环上方的排放管嘴56。通过给水入口管嘴52供应的给水穿过补给环54并且通过排放管嘴56排出，与从蒸汽分离且正在再循环的水混合。混合物继而在下甲板40上向下流动并且流入也被称为下降管区域的环形通道38。水然后在围筒36的下部分处进入管束，并且在 管束之间向上流动，水在管束处被加热以产生蒸汽。

[0031] 图2是图1的蒸汽发生器的变型，其具有预热区段，所述预热区段在下降管流动的较冷部分与管束12的热段侧汇合之前预热下降管流动的较冷部分。图2的预热蒸汽发生器在许多方面与针对图1中示出的蒸汽发生器描述的那样相同地构造，只是隔离板58被设置在蒸汽发生器的二次侧上，越过在管束12的换热管道的热段62的下部分和冷段64的下部分之间的中央管廊。隔离板58在管束的各段之间竖直地延伸，并且在隔离板的下端处固定到管板22，从而延伸穿过在围筒36内的管板的全部直径。附加地，下降管裙部60被插入壳体14和过渡部分20的组合与围筒36之间的环形空间中，围绕管束64的冷段部分在大约160°的弧度上延伸，其中在围筒的高度上将裙部60连接到围筒36的壁位于周向两端处。接近半圆形的补给环54定位在裙部环形空间38的顶部并且将给水直接分配到跨越围绕管束12的冷段64的环形空间中。图2的预热发生器在大多数其他方面可以与图1中示出的蒸汽发生器所示的那样相同地考虑。在几个附图中使用类似附图标记以指代对应部件。

[0032] 为了效率，轴流式预热蒸汽发生器的补给环必须在蒸汽发生器的上壳体周边的大约160°上均匀地分配给水流。这用于将较冷的给水引入管束的冷段侧，由此实现增加传热的预热的益处。在美国专利No.6,173,680中描述的一种现有技术中的预热蒸汽发生器利用大倒管将给水流引导和分配到下降管38中，并且包括在补给环内的高压降松动构件筛网，所述高压降松动构件筛网需要通过螺栓连接式凸缘的通道以维护筛网。在此描述的实施方式提供更高效的补给环设计，其通过提供用于松动构件筛除的更大的总面积而利用通过补给环的降低压降实现相同的目的，同时使用更紧凑的布置方式将流体引导到冷段的下降管中。

[0033] 在一个实施方式中，补给环设计被设置为应用于轴流式预热U形管道蒸汽发生器，其有效地提供围绕大约160°的弧度均匀地分配给水的特征，所述特征最小化分层和水锤作用的可能性，并且防止通过给 水管嘴进入蒸汽发生器的松动构件到达管束区域12。如同在图3-9中能够看到的，立管68在补给环54的内部设有可移除的喷嘴70，所述喷嘴将给水的流动引导到冷段的下降管环形空间38中。图3是补给环54的平面图，所述补给环具有从入口"T"72的两侧沿弧度延伸的给水分配管66。十八个可移除喷嘴组件70示出为延伸穿过顶部并且围绕弯曲给水分配管66均匀地分配。图10示出在图3中指明的每个喷嘴组件位置处的多个立管68中的一个的剖视图，但是应该理解的是，喷嘴的数量可以改变。可以预测的是，在给水环"T"72的每侧上将有大约十到二十个喷嘴组件70。立管68在管66的底部上沿全部周边被焊接到补给环的半圆环体中，并且立管的顶端开口以接收经由给水管嘴52从给水环进入的流动。图8提供了图3中示出的补给环的侧透视图。

[0034] 图4示出沿图3的线A-A截取的补给环分配管66的剖面的一个实施方式。类似剖面可以在图11和15中找到，从而提供类似实施方式的不同角度。通过这些附图可以理解到，喷嘴70具有在给水吸入口76正下方的凸缘74。端部插塞78被附接在给水吸入口76的顶部上，并且被设计为密封流动管嘴端口80中的开口。流动管嘴端口80是在给水分配管66的顶部中的开口的竖直延伸部分，所述开口的尺寸定为进入流动管嘴70以执行维护。端部插塞78通过可以从图4和5观察到的多个周向隔开、竖直延伸的支柱82而附接到流动管嘴吸入口。图5是沿图4的线B-B截取的剖视图，并且提供了凸缘74、给水吸入口76和端部插塞78的更清楚的视图。

[0035] 喷嘴在图4、9、10、11和15中完全示出，其中图7中示出的喷嘴的下部分的横截面沿图4的线C-C截取。喷嘴70是大致管状构造，其具有将流动管嘴70的穿孔侧壁88与立管68的对立侧壁隔开的汇聚式对立壁86。流动管嘴70的下端84可以被径向延伸杆90侧向支撑以抵抗振动，如同在图4和7中可以看到的，所述径向延伸杆在立管68的壁和流动管嘴的下穿孔区段之间延伸。流动管嘴84的下端可以如图4所示地在立管92的下端内凹进、或者下端84可以如图10和11所示地伸出立管的下端。图9示出了喷嘴/松动构件收集器组件。这种单件单元具有在端部插塞78和给水吸入口76之间的螺纹端94，用以组装到在补给环54的顶部上的喷嘴端口80的内部上的互补螺纹中。设置六角头96用于将喷嘴安装且旋拧到端口80上的开口中。穿孔过滤区段88被由喷嘴筒体形成的三个或更多个支柱元件82附接到螺纹盖端。在三个或更多个支撑元件82之间是开放区域76，给水在通过孔(即，穿孔)排出之前通过开放区域进入喷嘴组件的中央，而后在优选实施方式中进入立管68。

[0036] 图10示出在喷嘴70组装到补给环端口80和立管68中时穿过喷嘴70的剖视图。喷嘴70可以在立管内被侧向和/或竖直支承元件90支撑，以降低振动(如前就图7所述)。流动经过喷嘴中的孔，所述孔基本上均匀地分布，但是可以在尺寸上不同。流动继而经过喷嘴和立管的内直径之间的环形区域大致向下移动。一旦完成安装，喷嘴就通过焊接或其他紧固技术固定而不旋转。壁88中的穿孔应该足够小到捕获在喷嘴内的碎屑，所述碎屑可能沿管束
12中的管道被捕获。

[0037] 应该理解的是，喷嘴可以如图4所示是锥形的，而非如图9、10和11所示的柱形的、或可以如图4所示地呈现这些结构的组合。附加地，喷管88可以按需要如图10和11所示地加长或如图4所示的减短，以满足应用中的热和液压方面的考虑。而且，在喷嘴上的支撑元件90可以被去除，并且喷嘴直接附接到立管。独立插塞/盖78继而被设置用于端口80的开口。
立管也可以设有泪珠形状的后缘以减小压降、或设有切向于两个邻近立管跨设的面板以减小流阻。小开口98可以设置在喷嘴的端部插塞的顶部中，以协助喷嘴的通气和/或通过插入视频探头检测喷嘴。

[0038] 图11是喷嘴70的另一剖视图，其示出立管68长度增加以使得立管的顶部在补给环管66的顶部内直径的上方延伸。这种布置方式确保补给环管66维持完全被水填充，即使水位在发生器的二次侧上被降低到补给环54高度的下方(假设没有穿过给水管嘴的泄漏)。

[0039] 如同从图3和4可以理解的，作为使用如前所述的焊接的替代，可以提供重力保持的锁定突片100，所述锁定突片装配到在端口管80 的顶部处和端盖78中的槽中，以防止端盖78旋转。四个定心销102可以通过如图4和5所示的端口管80设置，以进一步支撑立管68。这些销在组装之后焊接。螺纹端的热套筒104被安装在立管68的底部92中。在热套筒104上的槽106被用于将套筒转动到立管中的阴螺纹中。热套筒可以被用于减小在立管和补给环的接合处的热梯度。

[0040] 图12至14示出这种构思的另一实施方式，其采用J形管道作为立管。图12是这种实施方式的平面图，类似于就图3先前描述的实施方式。图14是与图8中先前提供的类似的侧视图。如前所述，类似的附图标记在几个附图中被用于指代对应的部件。J形管道108代替上述实施方式的立管68/管嘴70的布置方式。J形管道108的弯曲区段112的开口端110形成吸入口，流过补给环的分配管66内部的给水通过所述吸入口进入J形管道。在弯曲区段112上的小半径曲线和重力阻碍在给水中携带的松动构件进入J形管嘴开口110。J形管道116的笔直区段从给水分配管66的顶部的正上方穿过给水分配管66的内部，并且终止于在分配管66的下端或正下方处的排放端114。如同从图13可以看到的，J形管道的弯曲区段112相对于穿过分配管66的顶部中央的周线118成锐角地定向。

[0041] 图15示出通过补给环系统提供降低压降的补给环的又一实施方式。所述附图示出降低到立管68的底部中的喷嘴70。立管孔口中的小平台120阻止喷嘴的上端进一步插入。在喷嘴的外直径上设有配合到在立管底部处的阴螺纹中的阳螺纹122。在喷嘴的顶缘中的U形切口124协助喷嘴旋入和旋出立管。

[0042] 虽然已经详细描述本发明的具体实施方式，但本领域技术人员将理解，对这些细节的各种修改和替换可以依据公开内容的整体教导形成。因此，所公开的具体实施方式仅意味着示意性而非限制由所附权利要求的全部广度及其任何以及所有等价方案给出的本发明的范围。