Теплообменник

 

Использование: в теплотехнике, в частности, в парогенераторах атомных электростанций. Сущность изобретения: в теплообменнике содержащем U-образные трубы, образующие пучок параллельных полотен, удерживаются в их промежуточной вогнутой части 14с антивибрационными стержнями 36а, 36b, 36с, расположенными между каждой парой примыкающих друг к другу полотен, причем эти стержни соединены между собой с внешней стороны пучка зажимами 38а, 38b, 38с. Для предотвращения соскальзывания узла, образованного антивибрационными стержнями и зажимами, по меньшей мере, часть антивибрационных стержней 36а, 36b, 36с закрепляют в пазах, выполненных в продольной конструкции 40, прикрепленной к наиболее близко расположенной к вогнутой части труб распорной перегородке 34а. 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение касается теплообменника, выполненного в виде пучка U-образных труб, вогнутая часть которых удерживается при помощи противоскользящего крепежного устройства нового типа. Изобретение применяется, в частности, в парогенераторах, работающих на атомных электростанциях, для передачи тепла от первичного контура вторичному контуру циркуляции сжатой воды.

В известных парогенераторах нагретая активным участком реактора вода первичного контура (называемая далее первичной водой) циркулирует в пучке U-образных труб и передает тепло воде вторичного контура (называемой далее вторичной водой), превращая ее в пар.

Известен теплообменник, принятый за прототип, в котором U-образные трубы образуют параллельное полотно, прямолинейные ветви которого проходят через горизонтальные распорные перегородки, обеспечивающие крепление большей части высоты пучка. В верхней же части пучка, т.е. в вогнутой его части, трубы крепятся между собой при помощи антивибрационных стержней. Причем между каждой парой примыкающих друг к другу труб установлен, по меньшей мере, один V-образный стержень, чтобы предотвратить вибрацию этой верхней части трубы, которая может быть вызвана циркуляцией воды внутри и вне труб. Все антивибрационные стержни соединены между собой с внешней стороны пучка при помощи зажимов, приваренных к их концам. В подобном устройстве крепления верхней части пучка труб соскальзывание узла, образованного зажимами и антивибрационными стержнями, обычно предотвращается при помощи противоскользящих скоб, закрепленных на зажимах и охватывающих несколько труб с внешней стороны пучка [1] В конструкции этого типа противоскользящие скобы имеют тот недостаток, что они соединяют одновременно большое число труб, что вызывает напряжения в случае разностного расширения между трубами, в частности, если одна или несколько из них окажутся закупоренными в процессе эксплуатации парогенератора.

Целью изобретения является, в частности, создание теплообменника, в котором крепление труб в верхней части пучка осуществляется классическим способом: при помощи антивибрационных стержней, соединенных между собой зажимами, но в котором традиционно применяемые противоскользящие скобы заменены противоскользящими средствами другого типа, свободными от недостатков последних и которые можно легко монтировать при изготовлении теплообменника.

Поставленная цель достигается тем, что в теплообменнике, содержащем пучок U-образных труб, расположенных в виде параллельных трубных полотен и имеющих каждая две прямолинейные и одну промежуточную вогнутую части, распорные перегородки, через которые пропущены прямолинейные части труб, по меньшей мере, один антивибрационный стержень между каждой парой смежных трубных полотен в их промежуточной вогнутой части, зажимы для антивибрационных стержней и средство противоскольжения узла, образованного антивибрационными стержнями и зажимами, упомянутое средство выполнено в виде прямолинейной конструкции, прикрепленной к распорной перегородке, ближайшей к промежуточным вогнутым частям U-образных труб, внутри этих частей и перпендикулярно трубным полотнам, причем в прямолинейной конструкции между каждой парой смежных трубных полотен выполнен, по меньшей мере, один паз с входной прорезью, в котором установлен антивибрационный стержень.

Благодаря креплению антивибрационных стержней в пазах прямолинейной конструкции, удерживаемой ближайшей к промежуточным вогнутым частям труб распорной перегородкой, предотвращается соскальзывание узла, образованного антивибрационными стержнями и зажимами, без применения противоскользящих скоб, как это имеет место в прототипе, что устраняет всякий риск возникновения напряжений вследствие разностных расширений труб. Кроме того, данный узел позволяет удерживать антивибрационными стержнями все трубы каждого полотна, т.е. от самого малого радиуса изгиба до самого большого, что не всегда имело место в прототипе.

Согласно изобретению между каждой парой смежных трубных полотен дополнительно установлен, по меньшей мере, один антивибрационный стержень, при этом в прямолинейной конструкции равномерно через каждые n трубных полотен выполнены соответствующие дополнительные пазы с входными прорезями, образующие с упомянутыми одиночными пазами группы пазов, в каждой из которых установлены все антивибрационные стержни, размещенные между соответствующими смежными трубными полотнами, а в одиночных пазах установлены ближайшие к прямолинейной конструкции антивибрационные стержни, расположенные между остальными трубными полотнами.

В предпочтительном варианте исполнения пазы в каждой половине прямолинейной конструкции обращены в сторону ее конца, а входные прорези в сторону вогнутых частей U-образных труб. Кроме того, входные прорези всех пазов в каждой из упомянутых групп объединены в общую входную прорезь. При этом входные прорези в каждой половине прямолинейной конструкции расположены относительно соответствующих им пазов со стороны периферии пучка труб.

Прямолинейная конструкция может быть прикреплена перпендикулярно к распорной перегородке, ближайшей к промежуточным вогнутым частям U-образных труб, при помощи прямоугольного крепежного рельса.

В зависимости от материала, из которого выполнены этот рельс и распорная перегородка, данный рельс может быть приварен непосредственно к перегородке или, по меньшей мере, к одной опоре, прикрепленной к перегородке крепежными средствами, например, винтами.

Описание предпочтительного способа исполнения теплообменника поясняется чертежами, где: на фиг. 1 изображен вид сбоку, схематическое изображение частичного вертикального сечения парогенератора, выполненного в соответствии с изобретением; на фиг. 2 вид сечения по вертикальной плоскости перпендикулярно плоскости фиг. 1, изображающий верхнюю часть трубного пучка; на фиг. 3 вид в более крупном масштабе верхней части трубного пучка, в сечении по плоскости фиг. 1; на фиг. 4 вид в перспективе, более точно иллюстрирующий монтаж антивибрационных стержней в прямолинейной конструкции, прикрепленной к верхней распорной перегородке в соответствии с изобретением; на фиг. 5 вид сечения в той же плоскости, что и на фиг. 2, показывающий в более крупном масштабе соединение антивибрационных стержней с прямолинейной конструкцией, прикрепленной к верхней распорной перегородке парогенератора.

На фиг. 1 схематично представлен парогенератор, применяемый в атомных электростанциях и выполненный в соответствии с изобретением. Такое применение является лишь примером исполнения изобретения, которое может быть использовано в любом теплообменнике с U-образными трубами, расположенными в виде пучка, независимо от первичного и вторичного потоков, циркулирующих в трубах и вокруг них, и независимо от направления труб, причем главная ось пучка может быть ориентирована вертикально, как в описанном примере, горизонтально или даже наклонно.

Парогенератор, изображенный на фиг. 1, состоит из внешней цилиндрической оболочки 10 с вертикальным расположением, внутренний объем которой разделен на две части горизонтальной перегородкой 12, называемой трубчатой перегородкой, в непосредственной близости от выпуклого дна внешней оболочки 10. В трубчатой перегородке 12 выполнены отверстия, в которых закреплены нижние концы U-образных труб 14, причем эти трубы объединены в пучок в части внешней оболочки 10, располагающейся над трубчатой перегородкой 12.

Крепление концов каждой трубы 14 пучка в трубчатой перегородке 12 выполнено таким образом, что оба конца каждой трубы 14 выходят снизу трубчатой перегородки 12 соответственно во входную камеру 16 первичной воды и в выходную камеру 18 первичной воды, разделенные между собой вертикальной перегородкой 20. Входной патрубок 22 первичной воды и выходной патрубок 24 первичной воды выходят соответственно во входную камеру 16 и в выходную камеру 18.

Вторичная вода подводится к внешней оболочке 10 через входной патрубок 26 вторичной воды, расположенный на уровне, превышающем высший уровень трубного пучка, соединенным с внутренней частью парогенератора тороидальным коллектором 28, выходящим по всей периферии в виде труб в форме перевернутой буквы J. Вторичная вода, подводимая к внешней оболочке 10 парогенератора, опускается под действием силы тяжести в кольцеобразное пространство, образованное между этой внешней оболочкой 10 и внутренней оболочкой 30, окружающей пучок труб 14 по всей его высоте, нижний конец которого расположен вблизи трубчатой перегородки 12. Затем вторичная вода поднимается во внутреннюю оболочку 30, циркулируя вокруг труб 14, отнимая часть тепла, переносимого первичной водой, и превращаясь в пар в верхней части внутренней оболочки 30.

Образовавшийся таким образом пар забирается в верхней части внутренней оболочки 30, проходя через устройство отделения пара от воды и его сушки, не показанное на фиг. 1. Высушенный пар выходит затем из парогенератора через выходной патрубок 32 вторичного пара, который проходит в купол внешней оболочки 10. Каждая из U-образных труб 14 трубного пучка, через который осуществляется теплообмен между первичной и вторичной водой, имеет продольную и вертикальную части большой длины 14а и 14в и промежуточную вогнутую часть в форме полукруга 14с в верхней части пучка.

Как схематично показано по фиг. 1, крепление прямолинейных частей 14а и 14в труб 14 осуществляется распорными перегородками 34, расположенными горизонтально на равном расстоянии одна от другой по всей высоте прямолинейных частей 14а и 14в труб 14 пучка. В этих перегородках 34 выполнены отверстия, через которые проходят трубы 14 и которые обеспечивают управляемую циркуляцию вторичной воды вокруг этих труб. Верхняя распорная перегородка 34а расположена чуть ниже горизонтальной оси, перпендикулярно плоскости фиг. 1 и 3 с указанием всех вогнутых частей 14с труб 14.

Как более наглядно показано на фиг. 2 важно располагать трубы 14 в форме полотна, т. е. они устанавливаются в вертикальных плоскостях, параллельных плоскостям фиг.1 и 3 и перпендикулярных плоскости фиг.2.

Каждое из этих полотен состоит из определенного числа труб 14, которое увеличивается по мере приближения к вертикальной оси парогенератора, причем трубы 14 каждого полотна имеют промежуточные вогнутые части 14с, радиус изгиба которых радиально уменьшается к внутренней стороне пучка, как это показано на фиг.1 и 3. Для крепления вогнутых частей 14с труб 14, которое не обеспечивается распорными перегородками 34, обычно применяют антивибрационные стержни, располагая их между каждой парой примыкающих друг к другу трубных полотен 14. В соответствии с вариантом исполнения, представленным на фиг. 3-5, между каждой парой примыкающих друг к другу трубных полотен 14 устанавливают три антивибрационных стержня 36 а, 36 b, 36 с (или 36 а, 36 b' и 36 c') в форме с закругленной вершиной, расположенных симметрично плоскости симметрии трубного пучка, проходящих через вертикальную ось парогенератора и направленных перпендикулярно фиг.1 и 3.

Три антивибрационные стержня 36а, 36b, 36с (или 36а, 36 b', 36c'), установленных между каждой парой примыкающих друг к другу трубных полотен, отличаются главным образом величиной угла в вершине и их положением. Так, антивибрационный стержень 36а, наиболее близко расположенный к верхней распорной перегородке 34а, имеет тупой угол в вершине, тогда как промежуточный антивибрационный стержень 36а (или 36в') имеет угол в вершине, близкий к 90^o, а антивибрационный стержень 36с (или 36с'), наиболее удаленный от верхней распорной перегородки, имеет в вершине тупой угол.

В соответствии с известной технологией, все антивибрационные стержни 36а соединены между собой за внешними трубами пучка 14 зажимами 38а, приваренными к концам стержней 36а, которые имеют уступы на внешней стороне пучка.

Такие же зажимы 38в и 38с приварены соответственно к концам антивибрационных стержней 36в, 36в', 36с, 36с' за внешними трубами пучка 14, соединяя между собой все антивибрационные стержни 36в, 36в' и 36с, 36с'.

Изобретение касается более конкретного устройства противоскольжения нового типа для узла, образованного из антивибрационных стержней 36а, 36в, 36в', 36с, 36с' и из зажимов 38а, 38в, 36в', 36с, 36с' и из зажимов 38а, 38в, 38с, удерживающих узел от частичного скольжения между трубчатыми полотнами 14 вследствие вибраций, вызванных циркуляцией воды. Как показано, в частности, на фиг. 3-5, это устройство противоскольжения включает в себя прямолинейную конструкцию 40, прикрепленную к верхней распорной перегородке 34а внутри вогнутых частей 14с труб 14 пучка, перпендикулярную трубным полотнам, образованным этими трубами, т.е. в соответствии с направлением, перпендикулярным плоскостям фиг.1 и 3, проходящую через вертикальную ось парогенератора и на которой находятся центры вогнутых частей 14с труб 14.

Прямолинейная конструкция 40 состоит главным образом из прямоугольного крепежного рельса 42. По варианту исполнения, изображенному на фиг. 5, крепежный рельс 42 приварен к опорам 44, равномерно распределенным по окружности и прикрепленным к верхней распорной перегородке 34а крепежными средствами, например, винтами или болтами 46. Необходимо отметить, что в не представленном здесь варианте исполнения крепежный рельс 42 может непосредственно привариваться к верхней распорной перегородке 34а, если это позволяют материалы, из которых они выполнены. Как показано более подробно на фиг. 2-5, на всей длине крепежного рельса 42 выполнены пазы, в которые входят центральные части антивибрационных стержней 36а, 36в', 36с'.

Так, в крепежном рельсе 42 между определенными парами примыкающих друг к другу трубных полотен 14 выполнены группы по три паза 48а, 48в, 48с, а между другими парами примыкающих друг к другу полотен выполнено только по одному пазу 50, а именно: группы по три паза 48а, 48в, 48с выполнены через каждые восемь трубных полотен, а между остальными только по одному пазу. Каждая из этих групп, например, 48а, 48в, 48с находится в той же плоскости, что и группа из трех антивибрационных стержней, например, 36а, 36в', 36с', а три паза выходят на край 42а крепежного рельса 42, обращенного к вогнутым частям 14с труб 14 общей входной прорезью 52.

Кроме того, каждый одиночный паз 50 также расположен в той же плоскости, что и группа из трех антивибрационных стержней 36 а, 36в, 36с, но в него входит только центральная часть антивибрационного стержня 36а, наиболее близко расположенная к оси трубного пучка.

Эти одиночные пазы находятся на одной линии с пазами 48с группы пазов 48а, 48в, 48с, наиболее близко расположенных к краю 42а рельса 42.

Введение антивибрационных стержней 36а в пазы 50 также осуществляется через входную прорезь 54, выходящую на край 42а рельса 42.

Входные прорези 52 и 54 ориентированы параллельно плоскостям, в которых расположены соответствующие им группы антивибрационных стержней 36а, 36в', 36с' и 36а, 36в, 36с, радиально смещенные к внешней стороне пучка относительно этих плоскостей.

Таким образом, антивибрационные стержни 36а, 36в', 36с' могут быть введены последовательно через прорезь 52 и установлены в соответствующие пазы 48а, 48в, 48с после монтажа трубного полотна 14, наиболее близко расположенного к оси пучка. После монтажа следующего трубного полотна антивибрационные стержни 36 а, 36в, 36с автоматически удерживаются.

Для сравнения: антивибрационный стержень 36а каждой из групп стержней 36а, 36в, 36с, может быть введен в паз 50 через прорезь 54 после монтажа ближайшего к оси пучка полотна примыкающих труб. Этот антивибрационный стержень 36а автоматически удерживается после установки на место следующего полотна. Отметим, что антивибрационные стержни 36а, наиболее близко расположенные к оси пучка, являются почти такими же, что и те, которые закреплены в пазах 48а и в пазах 50. И наоборот, антивибрационные стержни 36в', 36с', закрепленные в пазах 48в, 48с, имеют более слабо выраженный угол в вершине, чем соответствующие антивибрационные стержни 36в, 36с, которые не закреплены в пазах. Чтобы различать эти два типа антивибрационных стержней, их по разному обозначают: под позицией 36в и 36с обозначаются те, что не закреплены в пазах, а под позицией 36в' и 36с' те, что закреплены в пазах 48в и 48с на фиг. 3-5.

Сборка труб 14 парогенератора в соответствии с изобретением осуществлена известным способом.

Благодаря конструкции по фиг. 3-5, узел, состоящий из антивибрационных стержней 36а, 36в, 36с, 36в' и 36с' и из зажимов 38а, 38в, 38с, прикреплен к верхней распорной перегородке 34а таким образом, что его соскальзывание становится невозможным без применения противоскользящих скоб, способных вызвать напряжения в случае разностных расширений в трубах, окруженных этими скобами, в частности, при закупорке одной или нескольких из них.

Эта конструкция позволяет также удерживать антивибрационными стержнями 36а, 36в, 36в' и 36с' все трубы каждого полотна, т.е. от самого малого радиуса закругления вогнутой части 14с до самого большого.

Кроме того, противоскользящее устройство в соответствии с изобретением позволяет легко осуществлять монтаж антивибрационных стержней по мере монтажа различных полотен пучка. Таким образом процедура сборки парогенератора остается практически неизменной.

Разумеется, изобретение не ограничивается только приведенным вариантом исполнения, данным в качестве примера, но предусматривает множество других вариантов. Так, как уже было сказано, изобретение применимо к любому теплообменнику с пучком U-образных труб независимо от направления пучка. Кроме того, изобретение может быть применено независимо от количества антивибрационных стержней, установленных между последовательными полотнами труб, а закрепление стержней может касаться из всех или только части из них, как в приведенном примере. В этом последнем случае группы пазов, в которые входят соответствующие антивибрационные стержни, должны быть распределены среди одиночных пазов через каждые n трубных полотен с тем, чтобы обеспечить удержание узла. Число n может быть любым, равным или превышающим два.

Формула изобретения

1. Теплообменник, содержащий пучок U-образных труб, расположенных в виде параллельных трубных полотен и имеющих каждая две прямолинейные и одну промежуточную вогнутую части, распорные перегородки, через которые пропущены прямолинейные части труб, по меньшей мере один антивибрационный стержень между каждой парой смежных трубных полотен в их промежуточной вогнутой части, зажимы для антивибрационных стержней и средство противоскольжения узла, образованного антивибрационными стержнями и зажимами, отличающийся тем, что средство противоскольжения узла выполнено в виде прямолинейной конструкции, прикрепленной к распорной перегородке, ближайшей к промежуточным вогнутым частям U-образных труб, внутри этих частей и перпендикулярно трубным полотнам, причем в прямолинейной конструкции между каждой парой смежных трубных полотен выполнен по меньшей мере один паз с входной прорезью, в котором установлен антивибрационный стержень.

2. Теплообменник по п.1, отличающийся тем, что между каждой парой смежных трубных полотен дополнительно установлен по меньшей мере один антивибрационный стержень, при этом в прямолинейной конструкции равномерно через каждые n трубных полотен выполнены соответствующие дополнительные пазы с входными прорезями, образующие с упомянутыми одиночными пазами группы пазов, в каждой из которых установлены все антивибрационные стержни, размещенные между соответствующими смежными трубными полотнами, а в одиночных пазах установлены ближайшие к прямолинейной конструкции антивибрационные стержни, расположенные между остальными трубными полотнами.

3. Теплообменник по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что пазы в каждой половине прямолинейней конструкции обращены в сторону ее конца, а входные прорези в сторону вогнутых частей U-образных труб.

4. Теплообменник по пп. 2 и 3, отличающийся тем, что входные прорези всех пазов в каждой из упомянутых групп объединены в общую входную прорезь.

5. Теплообменник по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что входные прорези в каждой половине прямолинейной конструкции расположены относительно соответствующих им пазов со стороны периферии пучка труб.

6. Теплообменник по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что прямолинейная конструкция прикреплена перпендикулярно к распорной перегородке, ближайшей к промежуточным вогнутым частям U-образных труб, при помощи прямоугольного крепежного рельса.

7. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что прямоугольный крепежный рельс прикреплен к распорной перегородке при помощи по меньшей мере одной приваренной к нему опоры, закрепленной на последней крепежными средствами.

8. Теплообменник по п.6, отличающийся тем, что крепежный рельс приварен непосредственно к распорной перегородке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5