[发明专利]一种螺旋流式防沉积倒U型管

说明书

技术领域

本发明涉及机械设备和核能领域，涉及到蒸汽发生器用螺旋流式防沉积倒U型管。

背景技术

核电站是利用核裂变或核聚变反应所释放的能量产生电能的发电厂。核电站的内部它通常由一回路系统和二回路系统组成。反应堆是核电站的核心。反应堆工作时放出的热能，由一回路系统的冷却剂带出，用以产生蒸汽。因此，整个一回路系统被称为“核供汽系统”，它相当于火电厂的锅炉系统。由蒸汽驱动汽轮发电机组进行发电的二回路系统，与火电厂的汽轮发电机系统基本相同。

自从核电站问世以来，在工业上成熟的发电堆主要有以下三种：轻水堆、重水堆和石墨汽冷堆。它们相应地被用到三种不同的核电站中，形成了现代核发电的主体。

目前，热中子堆中的大多数是用轻水慢化和冷却的所谓轻水堆。轻水堆又分为压水堆和沸水堆。现以压水堆为例说明蒸汽发生器的作用。

压水堆核电站的一回路系统与二回路系统完全隔开，它是一个密闭的循环系统。该核电站的原理流程为：主泵将高压冷却剂送入反应堆，一般冷却剂保持在120～160个大气压。在高压情况下，冷却剂的温度即使300℃多也不会汽化。冷却剂把核燃料放出的热能带出反应堆，并进入蒸汽发生器，通过数以千计的传热管，把热量传给管外的二回路水，使水沸腾产生蒸汽；冷却剂流经蒸汽发生器后，再由主泵送入反应堆，这样往复循环，不断地把反应堆中的热量带出并转换产生蒸汽。从蒸汽发生器出来的高温高压蒸汽，推动汽轮发电机组发电。做过功的废汽在冷凝器中凝结成水，再由凝结给水泵送入加热器，重新加热后送回蒸汽发生器。这就是二回路循环系统。

由此可见，蒸汽发生器是连接一、二回路的重要设备，被称为一、二回路的枢纽。蒸汽发生器能否安全、可靠地运行对整个核动力装置的经济性和安全可靠性有着十分重要的影响。而所谓的蒸汽发生器中的传热管则为整齐排列的倒U型管束，倒U型管束是蒸汽发生器最重要的换热组件，由堆芯流出的高温冷却剂经由倒U型管束与管外的水进行换热后再流回堆芯，不断循环往复，进行热传递，倒U型管束换热能力的好坏决定了蒸汽发生器换热能力的大小。

然而在反应堆运行时，由于燃料棒、堆内构件等部件会受高压过冷冷却剂的腐蚀冲刷、磨蚀-腐蚀、FAC（管道流体加速腐蚀）效应的影响，会产生许多细小的颗粒物。这些颗粒物会随冷却剂进入蒸汽发生器，附着在倒U型管内壁上，相当于在传热过程中增加了一层传热热阻，降低传热效率，影响了核动力装置的经济性。同时又因为颗粒物的附着，导致倒U型管内冷却剂的流量分配不均衡，引起管束振动，恶劣的情况下会影响核动力装置的安全性及可靠性。

目前国内主要的防沉积措施主要有机械式、通电式、袋式、湿式等。但由于倒U型管壁薄，管径小，对上述措施的实施均有限制，目前国内的大型核电站如秦山二期核电站、大亚湾核电站和岭奥核电站中对流经倒U型管的冷却剂中的颗粒物均无良好的防沉积效果。

目前，尚未有对作为核心部件的倒U型管结构进行改进的报道，这是由于倒U型管壁薄、管径小，对防沉积方式有进一步的限制。

如能对通过对倒U型管结构进行合理设计并选用适当的材料，可能会开发出具有良好的防沉积效果的倒U型管，以获得更好的经济性和安全可靠性。

发明内容

为了解决一回路系统中颗粒物的在倒U型管中的附着而引起的安全可靠性降低及核动力装置经济性下降的问题，本发明人进行了锐意研究，结果发现：通过在倒U型管中设置螺旋折流板，对一回路冷却剂产生良好的导向作用，改变一回路冷却剂的流动方式，由直线流动变成连续的螺旋状流动，由于换热器折流板壳程中的一回路冷却剂呈螺旋式的柱塞流动方式，在壳程横截面径向产生速度梯度，由于蒸汽发生器中的每根倒U型管换热管都置于作为换热介质的一回路冷却剂的旋涡中，提高了一回路冷却剂的流体径向湍流程度，有利于冲刷壳程内的颗粒物及沉淀物，有效防止颗粒物沉积于倒U型管管壁上，从而完成本发明。

本发明的目的在于提供如下技术方案。

第一方面，本发明提供蒸汽发生器用螺旋流式防沉积倒U型管，其特征在于：该倒U型管包括：筒状倒U型管管壁及其内部设置的螺旋折流板，

其中，螺旋折流板的螺旋面通过与倒U型管中心线垂直正交、其长度为倒U型管半径的直线段做下述螺旋运动而形成：所述直线在沿所述倒U型管中心线方向作等速移动的同时，又绕所述倒U型管中心线作等角速的旋转运动，

即，螺旋折流板的螺旋面为阿基米德螺旋面，螺旋折流板的外边缘与倒U型管内壁相接，螺旋折流板的螺旋角为20°-50°，

其中，倒U型管内部流通一回路冷却剂，倒U型管外流过二回路冷却剂。