1000MW核主泵用新缠绕方式的绕管式高压冷却器

摘要

本发明公开了一种1000MW核主泵用新缠绕方式的绕管式高压冷却器，除了具有结构紧凑简单，传热效率高，可承受高压，不宜结垢，易维护，使用寿命长等特点外，还具有不需要管板支撑，压力损失小，换热能力均匀，纵向高度上温度变化更均匀等特点，实践证明更能适应复杂苛刻工作环境(如核电站)，所述高压冷却器：采用(内、中、外)4根螺旋管并联盘绕而成，螺旋管连接在两个法兰联通器上，内层、中层盘管螺距相同，旋向相反，外层由两个旋向相反的螺旋管缠绕，螺距是内、中层盘管螺距二倍，内、中层盘管接口通过法兰连通器对接，外层两个盘管接口对接，位置高于内、中层，在四个盘管分口处，安装插管式瞬态阻力系数流量分配器，热流体自上向下沿螺旋管螺旋流动，冷流体沿壳程在盘管形成的间隙中由下向上横刷管束，形成逆流流动将热量带走。

权利要求

1.一种1000MW核主泵用新缠绕方式的绕管式高压冷却器，其特征是：上法兰(1)、下法兰(6)通过螺栓与壳体(4)连接，内层盘管(8)、中层盘管(9)、第一外层盘管(10)、第二外层盘管(11)分别单独采用螺旋管并联盘绕而成，内层盘管(8)与中层盘管(9)螺距相同，旋向相反,内层盘管(8)、中层盘管(9)接口通过第一法兰连通器(2)与第二法兰连通器(5)对接，第一外层盘管(10)与第二外层盘管(11)接口通过第一法兰连通器(2)与第二法兰连通器(5)对接，第一外层盘管(10)与第二外层盘管(11)接口位置高于内层盘管(8)与中层盘管(9)接口轴线，在四个盘管分岔口处设置插管式瞬态阻力系数流量分配器(3)，第一外层盘管(10)和第二外层盘管(11)由两个旋向相反的螺旋管缠绕，螺距是内层盘管(8)、中层盘管(9)螺距的二倍，内层盘管(8)与中层盘管(9)在壳程任意空间中的排列方式为纯叉排排列，即在空间不同角度的轴向剖面中，内层盘管(8)与中层盘管(9)在壳程中的位置关系都是一致的并且位置是相错的，第一外层盘管(10)和第二外层盘管(11)一起与中层盘管(9)在壳程中的排列方式在空间中体现为周期性的顺排与叉排的偶合，即在壳程中层盘管(8)沿中心筒(12)每螺旋缠绕一圈，第一外层盘管(10)和第二外层盘管(11)一起与中层盘管(9)的相对位置变化一次，然后继续以相同的位置关系螺旋缠绕，在每一个缠绕周期内，不同角度的轴向剖面中，第一外层盘管(10)和第二外层盘管(11)一起与中层盘管(9)的位置关系都是从顺排逐渐过渡到叉排，再逐渐过渡到下一个周期的起始顺排位置。

2.根据权利要求1所述缠绕方式的绕管式高压冷却器，其特征是：冷却水入口开设在下法兰(6)上、冷却水出口(13)设在上法兰(1)上。

说明书

1000MW核主泵用新缠绕方式的绕管式高压冷却器

[0001] 技术领域：本发明涉及1000MW核主泵用的一种新缠绕方式绕管式高压冷却器。

[0002] 背景技术：冷却器按换热部件的结构特点可分为：板翅式换热器、管壳式换热器，其中管壳式分为：固定管板式、U型管式、浮头式、盘管式等。板翅式换热器由多个入口管封头、导流片、以及板束单元等组成，板束由上下隔板、换热翅片及封条等组成，虽具有结构紧凑、传热效率高等优点，但却有制作工艺要求高、易发生堵塞与腐蚀，从而压降增大、检修困难等缺点。固定管板式冷却器结构相对简单，应用最广，但由于无活动管板支撑，不适合温差大，压力高的场合，且壳侧不易清洗。U型管式冷却器，管束弯成U型，由于两端固定在同一块管板上，进出冷却水必须在同一侧，适合工艺布置单一的场合。浮头式冷却器，一端管板与壳体固定，另一端管板可自由浮动，由于结构复杂，占空间大，不适合高压、高热应力，空间受限的场合。螺旋管作为一种强化换热管，由于其结构紧凑，单位体积内换热面积大，被广泛应用在凝结器、冷却器、加热器和蒸发器等换热设备中，被称为缠绕管式换热器。为增大换热面积，以往的管束常由多层螺旋管盘绕组成，具有相同盘绕直径的螺旋管组成一个盘绕层，旋向相同，或相邻的两根管子钎焊在一起形成并管盘绕，在管束布置方式上，多为顺排，或叉排，通常情况下，对于较密的管束布置，叉排的换热效果优于顺排，而顺排在螺旋管初始一定排数时换热效果优于叉排，设计上，为保证每根螺旋管的长度基本相同，势必使每一螺旋盘管层中有不均匀的轴向节距，对进出口温差较大的设备来说，容易出现壳侧换热不均匀，螺旋管内、外侧流体在相同纵向高度上温差大的现象，尤其在设备使用一段时间出现结垢后，不均匀现象更会加剧，不仅降低换热效率，管间热应力更会给设备带来安全隐患，对于核电站这种高压、高温差、长寿命、有抗震要求、安全第一的特殊使用环境中，这种现象是不被允许的。

[0003] 发明内容：本发明的目的是提供一种1000MW核主泵用新缠绕方式的绕管式高压冷却器，具有结构紧凑简单，传热效率高，可承受高压，不需要管板及垫条支撑，不宜结垢，使用寿命长，抗震性能高等特点。本发明的技术方案是：一种1000MW核主泵用新缠绕方式的绕管式高压冷却器，上法兰(1)、下法兰(6)通过螺栓与壳体(4)连接，内层盘管(8)、中层盘管(9)、第一外层盘管(10)、第二外层盘管(11)分别单独采用螺旋管并联盘绕而成，内层盘管(8)与中层盘管(9)螺距相同，旋向相反,内层盘管(8)、中层盘管(9)接口通过第一法兰连通器(2)与第二法兰连通器(5)对接，第一外层盘管(10)与第二外层盘管(11)接口通过第一法兰连通器(2)与第二法兰连通器(5)对接，第一外层盘管(10)与第二外层盘管(11)接口位置高于内层盘管(8)与中层盘管(9)接口轴线，在四个盘管分岔口处设置插管式瞬态阻力系数流量分配器(3)，第一外层盘管(10)和第二外层盘管(11)由两个旋向相反的螺旋管缠绕，螺距是内层盘管(8)、中层盘管(9)螺距的二倍，内层盘管(8)与中层盘管(9)在壳程任意空间中的排列方式为纯叉排排列，即在空间不同角度的轴向剖面中，内层盘管(8)与中层盘管(9)在壳程中的位置关系都是一致的并且位置是相错的，第一外层盘管(10)和第二外层盘管(11)一起与中层盘管(9)在壳程中的排列方式在空间中体现为周期性的顺排与叉排的偶合，即在壳程中层盘管(8)沿中心筒(12)每螺旋缠绕一圈，第一外层盘管(10)和第二外层盘管(11)一起与中层盘管(9)的相对位置变化一次，然后继续以相同的位置关系螺旋缠绕，在每一个缠绕周期内，不同角度的轴向剖面中，第一外层盘管(10)和第二外层盘管(11)一起与中层盘管(9)的位置关系都是从顺排逐渐过渡到叉排，再逐渐过渡到下一个周期的起始顺排位置。

[0004] 本发明的有益效果是：

[0005] (1)上、下法兰盖通过螺栓分别与壳体连接，三层四个螺旋管连接在两个法兰联通器上，并螺旋盘绕在中心筒上，两个法兰联通器通过螺栓分别与上、下法兰盖连接，具有拆装简单，易维护等特点。

[0006] (2)内层盘管与中层盘管接口通过法兰联通器对接，旋向相反，螺距相同，这种连接方式一方面降低了流体对法兰联通器的作用力，另一方面，使流体流动相对更加平稳，[0007] (3)外层由两个旋向相反的螺旋管盘绕，螺距是内、中层盘管螺距二倍，这种盘绕方式，一方面使内、中、外每一层盘管在壳侧流道中轴向节距相等，另一方面使外层和中层盘管在空间中的相对位置呈周期性重复，在空间上是周期性的顺排与叉排的耦合，这种排列方式，使管壁努塞尔数Nu在换热器不同纵向高度上更趋于均匀，提高了设备安全性能及抗震性能，同时也进一步提高了设备的总传热系数，实践证明更适合核电站这种有高压、高温差、长寿命、有抗震要求的使用环境，

[0008] (4)螺旋管间距不需要隔条限制，无管板支撑结构，大大简化了设备结构及重量，[0009] (5)此种盘绕方式与传统缠绕方式相比，管程压力损失降低了近1倍，[0010] (6)为进一步优化结构，增设了插管式瞬态阻力系数流量分配器，作用是：在流动的开始，通过调整各个盘管的阻力系数，降低因各盘管长度不等而导致的流量分配相对不均问题，而由于随后的流动是不断周期性重复，当管排数(即缠绕圈数)达到一定数目后，流动将进入周期性充分发展阶段，流动在离心力作用下的扰动逐渐消退，流动保持稳定，[0011] (7)冷却水入口、出口分别开设在下法兰盖及上法兰盖上，开设位置成一定角度，从而使壳侧换热更充分，

[0012] (8)四根盘管一起盘绕在中心筒上，中心筒非全封闭，在端面开有小孔，一方面使壳侧流量充分流经盘管间隙，加强壳侧换热，另一方面减小流体对中心筒的冲击力。

[0013] 本发明的此种盘绕方式与传统缠绕方式相比：一方面，管程压力损失降低了近1倍，另一方面，在换热性能方面，使管壁不同层的努塞尔数Nu变化更均匀，解决了螺旋管内、外侧流体在相同纵向高度上温差大的问题，也进一步提高了设备的总传热系数，简化了整体结构，省去了垫条管板等支撑结构，更适合核电站这种有高压、高温差、长寿命、有抗震要求的得使用环境。实践证明，本发明能适应复杂苛刻的工作环境。

附图说明

[0014] 图1是高压冷却器总剖视图

[0015] 图2是图1的局部放大图

[0016] 图3是插管式瞬态阻力系数流量分配器俯视图

[0017] 图4是插管式瞬态阻力系数流量分配器A-A视图

[0018] 图5是插管式瞬态阻力系数流量分配器B-B视图

[0019] 图6是叉排排列示意图

[0020] 图7是顺排排列示意图

[0021] 图8是壳程轴向局部剖视图0度位置

[0022] 图9是壳程轴向局部剖视图180度位置

具体实施方式

[0023] 如图1所示，一种1000MW核主泵用缠绕方式的绕管式高压冷却器，上法兰1、下法兰6通过螺栓与壳体4连接，内层盘管8、中层盘管9、第一外层盘管10、第二外层盘管11分别单独采用螺旋管并联盘绕而成，内层盘管8与中层盘管9螺距相同，旋向相反,内层盘管8、中层盘管9接口通过第一法兰连通器2和第二法兰连通器5对接，第一外层盘管10与第二外层盘管11接口也通过第一法兰连通器2和第二法兰连通器5对接，第一外层盘管10与第二外层盘管11接口位置高于内层盘管8与中层盘管9接口轴线，如图2所示，在四个盘管分岔口处设置插管式瞬态阻力系数流量分配器3。

[0024] 第一外层盘管10和第二外层盘管11由两个旋向相反的螺旋管缠绕，螺距是内层盘管8、中层盘管9螺距的二倍，内层盘管8与中层盘管9在壳程任意空间中的排列方式为纯叉排排列(如图6所示)，即在空间不同角度的轴向剖面中，内层盘管8与中层盘管9在壳程中的位置关系都是一致的并且位置是相错的，而第一外层盘管10和第二外层盘管11一起与中层盘管9在壳程中的排列方式在空间中体现为，周期性的如图7所示顺排与如图6所示叉排的偶合，即在壳程，中层盘管9沿中心筒12每螺旋缠绕一圈，第一外层盘管10和第二外层盘管11一起与中层盘管9的相对位置变化一次，然后继续以相同的位置关系螺旋缠绕，在每一个缠绕周期内，不同角度的轴向剖面中，第一外层盘管10和第二外层盘管11一起与中层盘管9的位置关系都是从顺排如图8所示，逐渐过渡到叉排如图9所示，再逐渐过渡到下一个周期的起始顺排位置，而内层盘管8与中层盘管9的空间位置关系保持不变如图8，图9所示。

[0025] 由于盘管的缠绕圈数较多，当达到一定圈数后，流体便会进入周期性充分发展阶段，离心力的扰动会逐渐消退，故在流动的开始，各个盘管中的流态对换热的影响至关重要，为了降低因各个盘管长度不等而导致的流量分配不均问题，在盘管分叉口处安装插管式瞬态阻力系数流量分配器3，如图2所示，插管式瞬态阻力系数流量分配器3的具体安装方式如图4所示，在隔热管3.1上开两个相互垂直方向的通孔，如图5所示，将上插管3.2，及下插管3.3分别插入其中，在上插管3.2，及下插管3.3上开有椭圆形缺口，缺口方向正对来流方向，如图3所示。

[0026] 如图1所示，冷却水入口开设在下法兰6上、冷却水出口13设在上法兰1上。