專利名稱：具有夾持插入于管束管子間抗振桿的裝置的熱交換器的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種熱交換器，尤其是關于一種包含用于夾持插入于熱交換器管束管子之間抗振桿的裝置的壓力水核反應堆的蒸汽發生器。
壓力水核反應堆的蒸汽發生器包括有彎成U形的管子，管子的兩條直線部分或直線形支管以其端部被夾緊于一管板上。管束管子的直線形支管被一些隔板所支持，這些隔板是沿直線形支管縱長方向相互平行間隔分布，每塊隔板上包含一組網格狀分布的通孔，以便讓管子通孔。
管板和隔板上網格狀分布的通孔是相同的，這些網格孔的分布能使管束的管子構成具有小間距的平行平面排。
在每一排里，大體上呈半環狀彎曲部并列設置，其曲率半徑從管束外面向內是逐漸減小的，此外，每一排中具有最大曲率半徑的彎曲部，從管束的中間部位向著周邊部位其曲率半徑是遞減的。
由于如此，位于蒸汽發生器管束上部管子的彎曲部分大體上構成了被稱為彎管區的半球形狀。
同一排內的管子和相鄰排管子都由小寬度的自由空間所間隔開，以允許蒸汽發生器的供水在管束內通過，供水與管子的外部熱交換表面相接觸。
蒸汽發生器工作時，高溫壓力水在管束的管子內流通循環，被引入與管子的外部熱交換表面接觸的供水沿垂直方向流動，此時被加熱和蒸發，形成的蒸汽在蒸汽發生器的上部向外排出。
與管子接觸的流動流體會引起振動，振動會使未有效地固定好的管子造成損壞。
管子的直線段被具有剛性板形式的一些隔板有效地夾持住，構成彎管區的管束管子的彎曲部分也必須支持住，為此目的通常使用抗振桿，它們被插入于管束的相鄰管排之間并大體上沿彎管區半徑方向布置，這些分隔桿呈V形，可折疊彎曲成形或裝配構成。使用時，介于每對相鄰的管排之間的抗振桿兩段支桿朝向彎管區的半徑方向。
蒸汽發生器的管束由接續的各管排裝配構成，裝配是在蒸汽發生器呈水平位置置放在回轉裝置上進行的。
蒸汽發生器構件大部分操作和安裝均在蒸汽發生器處于水平位置時進行。
安裝管束時，其支管已確切地沿彎管區的徑向布置并介于各管排間的抗振桿可能會有滑動或傾斜，因而會引起安裝不正確的危險。
管束安裝結束，抗振桿相對它的位于彎管區中心部分一端的另外端，通常突出于構成彎管區外層的管子，并由貼靠在彎管區外部表面上的弧形條連接起來，抗振桿的外端部通過焊接與弧形條相連接。
也建議采用其他方式把抗振桿的外端部固定住，如使用螺釘類的可拆卸緊固件連接。
用來固定抗振桿的外端部的弧形條或其他機構僅當管束的所有管子都已安裝好后再安裝固定的情況下，在管束安裝后的制造階段中，例如構成水箱的蒸汽發生器的底部進行焊接時，或蒸汽發生器的最終焊接階段，抗振桿相互之間并未固定住，從而當制造過程中可能會引起桿的傾斜或其他形式的錯位，這就會導致抗振桿和管排彎曲部的偏位，從而造成存在蒸汽發生器彎管區形狀不正確的缺陷。
更進一步看，蒸汽發生器工作時，抗振桿由于與調整循環流通的流體接觸，可能在彎管區內產生位置上的偏移，這是因為它們之間僅依靠它們的外端部與位于彎管區表面上的連接機構連接在一起。
夾持固定蒸汽發生器管子直線部分的隔板被固定在與隔板垂直并穿過隔板內用以通過管子的網格狀分布的通孔的固定桿上，穿過固定桿的通孔是以固定桿取代了管子。
每根固定桿特別是通過機械安裝件固定在蒸汽發生器的上隔板上，所說上隔板即是指最接近于管束管子彎曲部的隔板。
在彎管區內固定桿的延伸部，在一排和同一排的相接續的管子之間存在有自由空間，這是因為管束內有固定桿的部位，本來可能是被管子所占據的。從而，蒸汽發生器的管束在有固定桿延伸部彎管區內具有某些不連續的區域。
迄今還沒有哪種機構能實現在安裝蒸汽發生器管束時能避免抗振桿的傾斜或其他錯位現象發生，抗振桿是用來在管子安裝后的隨后制作過程中及當蒸汽發生器使用時，夾持固定住管子的彎曲部分的。
因而本發明的目的在于提供一種熱交換器，它包括有一束彎成U形的熱交換管，每根管子具有兩段直線部分和一彎曲部分;一管板和一組隔板，這些隔板相互平行并沿管子直線部分縱向間隔分布，管束的管子穿過這些板上的通孔，這些孔支持管子使其處于彼此平行的平面排內;一些用來支持隔板的固定桿，這些桿布置在管束內并與管子的直線部分平行;和插入于管子的彎曲部分之間并沿各相鄰排布置的多組抗振桿。這種熱交換器的設計能改善管束安裝時抗振桿和管子的安裝和夾持固定，以及一方面在制造階段，另一方面當熱交換器工作時能夾持固定住抗振桿。
為此目的，按本發明的熱交換器還包括至少有一個用來夾持至少一組布置在兩相鄰排管子之間的抗振桿的金屬止動環，止動環具有與管束管子的彎曲部分相似的形狀，并以其兩端固定在位于最接近于管子彎曲部兩根固定桿延伸端處的隔板上，止動環是置放在一管排的兩根管子之間并包括有用來緊固一組介于布置有止動環的管排與至少一相鄰排間的抗振桿的裝置。
為更清楚地解釋本發明，以下將通過對按本發明壓力水核反應堆蒸汽發生器的這一非制約性的實例并參照附圖進行描述。


圖1是一按本發明壓力水核反應堆蒸汽發生器局部剖視的分解透視圖;
圖2是圖1所示蒸汽發生器管束上部的截面圖;
圖3是圖2中沿箭頭3所視的平面圖;
圖4是圖2中沿4-4線所視放大比例的平面圖;
圖5是圖2中位號5所指的在垂直平面內放大比例的截面(詳)圖。
圖1示出了一壓力水核反應堆的蒸汽發生器，總體上以位號1表示，它包括有一外殼2，其下部與一厚管板3相連接。
外殼2內包含有蒸汽發生器的管束，管束由一些彎成U形的管子所組成，管子包括有位于其上部的半圓形彎曲部分5b和兩個直線部分5a。
管束中管子的直線部分5a的端部被管板3以這樣的方式夾持住，即使其與一個由隔板8隔成兩部分的水箱7相連通。
核反應堆的壓力水通過一輸入接管嘴6a灌入水箱7的一個部分內，壓力水經管束的管子流通循環，隨后從輸出接管嘴6b排出。
管束5由一管束外封套9所包繞，外封套9與蒸汽發生器的殼體之間構成由輸入接管嘴11進入的供水流通通道，蒸汽發生器的供水首先在管束外封套9周圍的環形腔中向下流，接著轉為向上流并與管束的管子5相接觸，從而被加熱蒸發，以蒸汽的形式通過蒸汽發生器上部的管嘴12向外排出。
管束5的上部是由并列設置的半圓形彎曲部分構成，從圖1中可見，同一平面內的管子排列，彎曲部分的半徑從外向內是遞減的。
此外，具有從外向內半徑遞減的彎曲部分的各個接續并相互平行的管排所構成的管束的上部，實質上形成一半球形式的裝配構件，可稱之為管子彎曲區。
管子5的直線部分5a被一些隔板10所夾住，當蒸汽發生器工作時，在流體熱交換流動的作用下，隔板10能起到防止管子的振動作用。位于蒸汽發生器最上部正好位于彎曲部5b下方的隔板10a，被稱為蒸汽發生器的上隔板。
管板3和隔板10均鉆有網格狀通孔以便讓管子5的直線形支管5a穿過，并能使各支管5a按管束軸線方向相互平行布置并被固緊或夾持住。核反應堆的蒸汽發生器1工作時，管束的軸線處于垂直位置。
此外，管子5被排列成相互平行的平面排，這是由于管板3和隔板10上的貫通孔是沿著一排接一排的直線排彼此對齊的，每根管子的兩條支管插入同一排上的兩組對齊的通孔內，這兩組孔的位置是相對于隔板和管板的中心兩側呈對稱分布。管板和隔板上的網格狀通孔的分布，構成了與管子的各平行排相垂直的方向上也形成直線形的管排，從而彎管部分在與圖1所示的截面相垂直的方向上也是相互對齊的。
位于管束的中央部位具有較小曲率半徑的(一組)彎管，在管束的內部限定出一中央自由通道，在其兩側，管子的直管部分按對稱排列。
位于管束上端的管了彎曲部分被一些抗振桿13夾持住，每根抗振桿13包含兩條支桿，它們在位于管束內部抗振桿的中央部13a處連結成一體。每根抗振桿的兩支桿可以是以鉸結的形式連接起來因而形成雙腳規的形式，也可由一桿彎成，其中央部13a形成了折疊部位。
相對于抗振桿13的中央部13a的兩支桿的端部，稍稍突出于管子彎曲區管子的外層并被焊接于位于管子彎曲區表面上的環形保持件16上。
被支持于管束4中的各隔板10，沿著管束的直線形支管長度上彼此分隔開并呈平行布置，隔板10是由布置在管束4中并與管子5的直線形支管5a平行的固定桿14夾持住。
各固定桿14被固定在管板3上，并穿過每個隔板10內管子5的網格狀通孔的一個孔。
固定桿14被固定于每個所穿過的隔板10上，例如可采用機械裝置或/和用焊接將其固定在相應所穿過孔的平面上。
直線形的固定桿14的上部被固定于上隔板10a上，可以用機械構件諸如螺母和鎖緊墊圈固緊伸出于上隔板10a上方的固定桿14的螺紋端，固定桿14用螺母擰緊后再附加焊接，以確保緊固連接部位的鎖緊和不會脫開。
圖1和圖2中示出了位于蒸汽發生器管束中央部位附近的一個平面管排18的一些管子5以及一組4件呈V形的抗振桿13，每根桿13包含的兩支桿在管束4的彎管區內大體上沿徑向布置并與平面管排18的管子5相接觸。
4根抗振桿13，其支桿間形成的夾角不同，構成了一組插入于管束的管子5的兩相鄰平面排18之間的一套或一組抗振桿。各抗振桿13伸入管束4的彎管區內的深度多少不等，從而各抗振桿的依次分布的支管之間，大體上形成相同的(間隔)角度。
所表示的實施例中，一組抗振桿包括有4根抗振桿和8根支桿。
蒸汽發生器管束安裝時，蒸汽發生器的外殼2的對稱軸線2′沿水平放置，把管子5插入隔板10和管板3的孔中，通過使管子5并列放置按順序地構成了各平面排18。
一組打算用來與一平面管排18相接觸的抗振管13被安裝在剛構成的平面排18上，此外，因為它們之間并未通過緊固環(或保持件)16連接在一起，當蒸汽發生器在執行各種安裝和焊接操作時，蒸汽發生器在回轉裝置的滾子上會有回繞其軸線2的轉動，此時介于兩管排18之間并與之相接觸的抗振桿13不會發生繞其內側部分13a傾斜的危險。
按照本發明，介于確定的管排18之間的抗振桿組13能用一金屬止動環20使其固定在一精確的安裝位置上，止動環20具有與管子5的彎曲部5b相似的形狀，也就是說大體上呈半環狀。
止動環20用機構19固定于兩根固定桿14的延伸部處蒸汽發生器的上隔板10a上，固定桿14是用來夾持住隔板10的。機構19將在其余的說明部分中詳細敘述。
圖1和圖2中表示出的管排18包括插入于隔板10和管板3的各相互對齊的通孔的一些管子5，這些孔中的兩個孔是用來穿過并固定兩根支持固定桿14的。
在管束4的彎管區，位于固定桿14的伸出部位的管排18的相鄰兩根管子之間留有一定空間，在此空間內允許放入用于固緊抗振桿13的止動環20。
止動環20由圓弧狀的區段21依次接續構成，區段21′a和21′b分別位于止動環20的兩端，并分別由緊固機構19使其固定在隔板10a的上平面上方。
位于區段21′a和21′b之間的止動環20的各接續的區段21端部對端部連接起來，并通過連接機構22與抗振桿13相連接，這將參閱圖4進行詳述。
圖4示出了用以把各區段21連接在一起的區域22連接面處的止動環20的兩個接續區段21a和21b，也示出了抗振桿13的兩支桿插入于蒸汽發生器管束的兩相鄰排的管子5之間。
區段21a和21b被切成圓弧狀，每個區段在其端部相對于連接區22的連接面，包括有一叉形連接部。每個區段21a和21b的叉形連接部22a、22b相對相反設置而且各自反向相對于它所要連接的區段的端部。
區段21a和21b的端部及叉形連接部22a和22b的端部貫穿有帶螺紋部的通孔。
叉形連接部22a和22b各自對應于區段21a和21b的中間平面是側向偏置的，因此，在區段21a和區段21b的裝配部位，在區段21a的叉形連接部22a和區段21b之間，以及在區段21b的叉形連接部22b和區段21a之間都存在一空間，此空間允許抗振桿13的一支桿插入并被固緊。
因為止動環20布置在一管排18內，由于被存在有一固定桿而形成的空間所隔開的兩根管子之間，叉形連接部22a和22b，以及止動環區段21a和21b能固緊住位于管排18的兩側插入于管排18與相鄰的另一管排之間的兩個空間內的抗振桿13的兩支桿。
接續的區段諸如21a和21b通過螺釘諸如23a和23b裝配連接在一起構成止動環20，布置在管排18兩側的抗振桿13的兩支桿被緊緊地夾持和固緊在叉形連接部之間和區段的端部之間。
在圖5中所示，用來緊固止動環20的端區段諸如21′a的機構19包括有一第一構件24，它有兩個同軸線的接續錐形通孔24a和24b;一個與螺母26構成一體的螺桿25和一第二構件，該構件構成了區段21′a的端部，在其內部加工出一個錐形孔。
包括有第一構件24，第二構件21′a和螺桿25的機構19構成了一張緊器，它使止動環20的一端受到一張緊力并把止動環固緊在上隔板10a上。
第一構件24沿其軸線包括有第一錐形孔24a和一第二錐形孔24b，孔24b的直徑比錐孔24a的直徑小些并被呈光滑狀的中間孔24c和一凹槽24d分隔開，孔24c的直徑是孔24a和24b的直徑之間的中間值。
在延伸部上裝有環20的一個端部的固定桿14包括一個伸出于上隔板10a上方的螺紋端部分14a，構件24的錐孔24a的直徑和螺紋能適合于把構件24通過擰緊螺紋緊固在固定桿的端部14a上，在擰緊螺紋使構件24固緊在固定桿14的端部14a上之前，在中部孔24c內放入一鎖緊止擋件28，當擰緊構件24時，固定桿的端部14a就緊緊地抵靠在件28上。
桿25包括有兩段具有不同旋向的螺紋部分25a和25b，此兩螺紋段位于螺母26的兩側。
止動環20的端區段21′a具有一錐孔，其直徑和螺紋適合于擰入桿25的螺紋部25a。
錐孔24b的直徑和螺紋適合于擰入桿25的螺紋部25b。
通過把構件24的錐孔24a擰入并抵緊固定桿14的端部14a使其固緊后，桿25以其螺紋部25b擰進構件24的錐孔24b，以及以其螺紋部25a擰入止動環端區段21′a的錐孔。
止動環20借助于構成張緊器的機構19的螺母26而被拉緊和緊固住。
因而止動環20能在裝配管束時安裝好，通過把環的各接續區段21裝配在一起，并把抗振桿布置在被安裝的管排的每一側，在止動環20的每一端部上的緊固機構19的安裝和夾緊應能使止動環20張緊，并能使布置在管排18每一側的兩組抗振桿13緊固在位。
止動環被夾持和張緊后，桿25相對于件24用焊縫27使其焊死。
圖3中示出了一按本發明制造的蒸汽發生器的4個止動環20a，20b，20c和20d的平面俯視圖，它們對于蒸汽發生器的中心分界面(其軸線28在圖3中表示出)呈對稱分布，止動環20a和20b是一組，而止動環20c和20d是另一組。
為示明配置在蒸汽發生器管束彎管區內側的止動環20a至20d，圖中僅示出位于插入止動環20a的那一排18c兩側的管排18a和18b。
蒸汽發生器的上隔板10a具有排列成網格狀的貫穿孔，這些孔用來穿過管束的管子和緊固隔板的固定桿。
圖3僅示出固定于隔板10a上的固定桿14的端部，止動環20a，20b，20c和20d各以其端部固定于兩根固定桿14的延伸部處的隔板10a上。
在其延伸端上固定有止動環的固定桿14分布在一個與隔板10a同心的圓周29上。
在如圖3表示出的蒸汽發生器的情況下，分布在各管排18之間的8組抗振桿分別由位于中心界面28鄰近的兩個大止動環20a和20b，和位于離心中界面28較遠處的兩個小止動環20c和20d夾持在位。
一方面對止動環20a和20b，另一方面對止動環20c和20d的裝配和固定可以在安裝蒸汽發生器管子時進行，把呈圓弧狀的按標準形式制造的區段連接起來并在兩端部連接安裝用的裝置。
裝配好的止動環就可安裝在隔板10a上，并用與對應固定桿14端部相連接的緊固機構19使其張緊。
因而，當蒸汽發生器管束安裝時，數量眾多的抗振桿就能精確地安裝好并被固緊，從而保證了接續的各管排以及彎管區整體上具有較大的剛度。
蒸汽發生器制造過程中當在車間內操作時，管束在繞其處于水平狀態的軸線轉動時會發生錯位，抗振桿由于被有效地夾持固定從而不會在兩管排之間產生傾斜。
抗振桿的有效固定也不會發生滑動移位和進一步伸入彎管區內的情況。
總的說來，不安裝蒸汽發生器管束時，插入蒸汽發生器彎管區內的抗振桿能較容易地安裝好和有效地夾持固定住。
按照本發明的用以緊固蒸汽發生器抗振桿的止動環在蒸汽發生器裝配后，當然就留在彎管區原地，所以這些止動環也夾持抗振桿并當該發生器工作時起到增強彎管區剛度的作用。
在蒸汽發生器的蒸汽管嘴發生破裂情況下，按本發明的金屬止動環能使連接于蒸汽發生器彎管區的構件(抗振桿)夾持在位，因而起到防止崩離的作用。
按照本發明的蒸汽發生器，發生器管束幾何特性的獲得和保持從而能有效地得到保證。
本發明并不受所敘述的實施例的限定和制約。
因此，可以想象止動環可以有與所敘述的不同的形式，所述的組合式實例具有可同時裝配和采用止動環和緊固抗振桿的優點。
同樣，把止動環緊固到固定桿延伸端處上隔板上的機構也可與以上所敘述的張緊器19有不同的形式。
很明顯，任何數量的用來緊固抗振桿和起增強作用的止動環可以放入蒸汽發生器管束彎管區內，其數量取決于用以支持隔板并取代了管束中一定數量管子的固定桿的數量和位置。
在某些非常特別的情況下，可以想象到可僅采用一根緊固和增強用的止動環，通常是由于蒸汽發生器管束的對稱分布，往往采用偶數的緊固和增強用止動環，對稱成對地配置在管束對稱平面兩側。
本發明不僅可應用于壓力水核反應堆的蒸汽發生器，也可應用于包含有分布在相互平行平面內管排所組成的一組彎管的其他蒸汽發生器或熱交換器中。
權利要求
1.熱交換器包括有一束彎成U形的熱交換管(5)，每根管子包括兩段直線部分(5a)和一彎曲部分(5b)；一管板(3)和一組隔板(10)，相互間平行并沿管子(5)的直線部分(5a)的縱向間隔分布，管束的管子(5)穿過這些板上的通孔，這些孔能支持管子(5)使其處于彼此平行平面排(18)內；一些用來支持隔板(10)的固定桿(14)，這些桿子布置在管束內并與管子(5)的直線部分平行；和插入于管子(5)的彎曲部分(5b)之間并沿各相鄰管排(18)布置的多組抗振桿(13)，其特征在于熱交換器還包括至少有一個用來夾持至少一組布置在兩相鄰排(18)管子(5)之間的抗振桿(13)的金屬止動環(20)，止動環具有與管束管子(5)的彎曲部分(5b)相似的形狀，并以其兩端固定安裝在位于最接近于管子(5)的彎曲部(5b)兩固定桿(14)延伸部處的隔板(10a)上，該止動環被置放在一管排(18)的兩根管子(5)之間并包括有用來緊固一組介于布置有止動環(20)的管排(18)與至少一相鄰的管排間的抗振桿(13)的裝置(22)。
2.按權利要求1的熱交換器，其特點在于金屬止動環(20)是由通過裝配機構(22)裝配在一起的各接續區段(21)構成，裝配機構(22)也固定住抗振桿(13)。
3.按權利要求2的熱交換器，其特點在于具有半環狀的止動環(20)是由呈圓弧形的各接續區段(21)構成。
4.按權利要求2和3任一項的熱交換器，其特點在于止動環(20)的各接續區段(21)以螺紋接合裝配在一起，各區段包括有裝配部(22a，22b;21a，21b)，在這些裝配部之間抗振桿(13)被夾持固緊。
5.按權利要求1至3任一項的熱交換器，其特征在于止動環(20)以其兩端通過構成張緊器的緊固機構(19)固定在隔板(10a)上，緊固機構(19)在止動環(20)的端部作用一張緊力。
6.按權利要求5的熱交換器，其特點在于構成張緊器形式的緊固機構(19)包括有一包含緊固在隔板(10a)上的裝置(24a)和一錐孔(24b)的第一構件(24);一根包含兩段旋向相反的螺紋部(25a，25b)和在兩螺紋部之間螺母(26)的桿(25)，以及一構成止動環(20)端區段的第二構件(21′a)，它包含一錐孔，螺桿(25)利用其旋向相反的螺紋部(25a，25b)同時擰入與隔板(10a)連接在一起的第一構件(24)的錐孔(24b)內和構成止動環(20)的端區段的第二構件(21′a)的錐孔內。
7.按權利要求6的熱交換器，其特點在于緊固第一構件(24)于隔板(10a)上的裝置(24a)是一錐孔(24a)，它能擰在穿過隔板(10a)的一根固定桿(14)的螺紋部(14a)上。
8.按權利要求1至3任一項的熱交換器，其特點在于它包括有至少兩個相對于蒸汽發生器管束對稱平面(28)呈對稱分布的止動環(20a，20b，20c，20d)。
9.按權利要求1至3任一項的熱交換器被用作一壓力水核反應堆的蒸汽發生器。
全文摘要
熱交換器包括有至少一個與管束管子彎曲部分(5b)形狀相似的金屬止動環(20)，它的每一端固定在最接近于管子彎曲部分(5b)兩根固定桿(14)的延伸端處隔板(10a)上，并插入于兩接續的平面管排(18)的管子之間，也包括用以緊固一組插入于兩相鄰管排之間的抗振桿(13)的裝置(22)。
文檔編號F28D7/06GK1102500SQ9410910
公開日1995年5月10日 申請日期1994年8月19日 優先權日1993年8月20日
發明者格哈德·波拉 申請人:法瑪通公司