ПАРОГЕНЕРАТОР Российский патент 1997 года по МПК F22B1/02 

Предполагаемое изобретение относится к области атомной техники и предназначено к использованию в АЭУ, преимущественно в установках с ВВЭР.

Актуальной задачей атомной энергетики является повышение эффективности использования атомных энергетических установок.

Одним из основных элементов АЭУ, определяющим их надежность в целом и вносящим основной вклад в эффективность их использования, является парогенератор, повышение надежности которого при высокой эффективности является основной задачей развития атомной энергетики на настоящем этапе.

Одним из основных типов парогенераторов, применяемых в настоящее время в атомной энергетике, является вертикальный парогенератор, содержащий трубную доску и U-образный пакет теплообменных труб (см. патенты ФРГ N 2.243.417, кл. F 28 D 19/22 от 4.9.72; N 2.244.564, кл. F 22 B 1/02, опубл. 9.10.75).

Подобные конструкции парогенераторов достаточно эффективны и позволяют иметь минимальные габариты атомной установки в целом.

Однако при такой конструкции возникают трудности, связанные с перепадом температур между входной и выходной системами труб греющей среды и нагреваемой среды. Эти разности температур приводят к возникновению термических напряжений в трубчатом коллекторе и трубных досках, что может в течение длительного срока службы приводить к их разрушению.

Известен также парогенератор по техническому предложению ОКБ "Гидропресс" 320-ЭКО-3.02-398ВО, содержащий вертикальный цилиндрический корпус с расположенными внутри него коллекторами греющего теплоносителя и теплообменными элементами, выполненными в виде плоских спиралей, размещенными поперек корпуса. Коллектор отвода греющего теплоносителя выполнен за счет выгородок внутри коллектора подвода греющего теплоносителя.

Такое выполнение коллекторов при наличии теплообменных элементов различной длины, приводящей к разной температуре выходящего из них теплоносителя, вызывает повышенные термические напряжения в коллекторе, что также может приводить к выходу его из строя.

Известен парогенератор по патенту СССР N 6468 кл. F 22 B 9/14 опубл. 1928, содержащий цилиндрический корпус с распределенными вдоль него теплообменными секциями, в виде размещенных поперечно корпусу теплообменных элементов и устройство для распределения нагреваемой среды.

Данная конструкция решает задачу повышения надежности парогенератора по сравнению с вышеперечисленными парогенераторами. Однако парогенератор имеет пониженную эффективность из-за меньшего суммарного температурного напора, обусловленного большой разницей в длинах теплообменных элементов. Кроме того, наличие значительного количества разноразмерных теплообменных элементов усложняет производство данного типа парогенератора.

Задачей изобретения является повышение эффективности парогенератора путем увеличения суммарного температурного напора при выполнении теплообменных элементов в виде плоской спирали.

Задача решается тем, что в парогенераторе насыщенного пара для АЭС, содержащем цилиндрический корпус распределенными вдоль него теплообменными секциями в виде размещенных поперечно корпусу теплообменных элементов с раздающими и собирающими коллекторами в каждой секции, подключенными посредством трубопроводов соответственно подвода и отвода к входному и выходному коллекторам греющего теплоносителя, а также устройства для распределения нагреваемой среды, конечные участки трубопроводов подвода установлены внутри трубопроводов отвода во всех секциях, раздающие и собирающие коллекторы последних размещены параллельно друг другу, их оси в поперечном сечении размещены на окружности, концентричной одному из коллекторов греющего теплоносителя, причем каждый из теплообменных элементов выполнен из четного количества спиралей равной длины, каждая из которых своей плоскостью установлена перпендикулярно потоку нагреваемой среды, асимметрично относительно диаметральной плоскости проходящей через ось симметрии секции, при этом соседние теплообменные элементы в каждой секции повернуты один относительно другого на 180^o.

При расположении секций коллекторов параллельными друг другу, их осей в поперечном сечении на окружности концентричной одному из коллекторов греющего теплоносителя, появляется возможность выполнения теплопередающей поверхности из одинаковых теплообменных элементов, что позволяет повысить эффективность парогенератора за счет увеличения суммарного температурного напора, обуславливаемого отсутствием разверток температуры греющего теплоносителя на выходе из теплообменных элементов. Размещение соседних теплообменных элементов в каждой секции с поворотом на 180^o один относительно другого обеспечивает равномерное тепловыделение по объему котловой воды, что обеспечивает равномерную нагрузку зеркала испарения парогенератора, что также повышает эффективность его использования, кроме того, такое расположение предотвращает возможность локального повышения концентрации агрессивных примесей котловой воды.

Расположение теплообменного элемента асимметрично относительной диаметральной плоскости проходящей через ось симметрии секции позволяет получить шахматный пучок теплопередающей поверхности (в сечении, перпендикулярном продольной оси труб), что предотвращает возможное "зарастание" трубного пучка (в процессе длительной эксплуатации) за счет появления горизонтальной составляющей восходящего потока котловой воды.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез парогенератора; на фиг. 2 то же, разрез А А фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б Б фиг. 2.

Парогенератор состоит из: вертикального корпуса 1 с трубопроводом подвода питательной воды 2 и патрубком отвода пара 3. В верхней части расположено сепарационное устройство 4. В корпусе расположен входной коллектор греющего теплоносителя 5, выполненный внутри выходного коллектора 6. К коллекторам 5 и 6 подключены теплообменные секции 7, состоящие из теплообменных элементов 8, выполненных в виде плоской спирали, имеющей четное число ветвей, подсоединенных к раздающим коллекторам секции 9 и собирающим коллекторам секции 10, которые имеют конечные участки трубопроводов подвода 11, выполненные внутри участков трубопроводов отвода 12. Каждая теплообменная секция окружена кожухом 13.

Работа парогенератора происходит следующим образом.

Греющая среда поступают из коллектора 5 по участкам трубопровода подвода 11 к раздающим коллекторам 9 теплообменных секций 7, раздается по теплообменным элементам 8, проходит по ним, отдавая тепло котловой воде, и попадает в собирающие коллекторы 10 секций 7. Из коллекторов 10 греющая среда попадает в участок трубопровода отвода 12 и далее в выходной коллектор 6 парогенератора. Питательная вода из трубопровода подвода питательной воды 2 поступает в зазоры между кожухом 13 соседних теплообменных секций 7. Опускаясь по зазору питательная вода, смешиваясь с опускающейся в зазоре котловой водой, охлаждает ее, в нижней части котловая вода разворачивается и поступает в межтрубное пространство теплообменной поверхности. Здесь котловая вода нагревается, кипит и пароводяная смесь поднимается вверх. На выходе из теплообменной поверхности секций пар попадает в сепарированное устройство 4, которое может быть выполнено из погружного листа с безбарботажными насадками, где сепарируется и далее по патрубку 13 отводится из парогенератора, а вода разворачивается и по зазорам между секциями опускается вниз, образуя контур многократной циркуляции.

Предлагаемая конструкция парогенератора позволяет повысить его эффективность без снижения надежности благодаря оптимальному размещению теплообменной поверхности кроме того, предлагаемая конструкция парогенератора упрощает его изготовление и обеспечивает возможность наращивания или уменьшения его мощности при сохранении конструкции его внутреннего насыщения и принятой технологии изготовления. Также уменьшается цикл изготовления парогенератора за счет изготовления на параллельных потоках его частей.

Использование: энергетика, парогенераторы атомных энергоустановок. Сущность изобретения: в цилиндрическом корпусе 1 размещены теплообменные элементы 8 с раздающими и собирающими коллекторами 9 и 10, объединенные в секции. Коллекторы 9 и 10 посредством трубопроводов 11 и 12 подключены соответственно к входному и выходному коллекторам 5 и 6. Конечные участки трубопроводов 11 установлены внутрь трубопроводов 12 во всех секциях. Коллекторы 9 и 10 в секциях размещены параллельно друг другу, а их оси в поперечном сечении размещены по окружности, концентричной одному из коллекторов греющего теплоносителя. Каждый элемент 8 выполнен из четного количества плоских спиралей равной длины. Каждая спираль своей плоскостью установлена перпендикулярно потоку нагреваемой среды асимметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось симметрии секции. Соседние элементы 8 в каждой секции повернуты один относительно другого на 180^o. 3 ил.

Парогенератор, содержащий цилиндрический корпус с распределенными вдоль него теплообменными секциями в виде размещенных поперечно корпусу теплообменных элементов с раздающими и собирающими коллекторами в каждой секции, подключенными посредством трубопроводов подвода и отвода соответственно к входному и выходному коллекторам греющего теплоносителя, а также устройство для распределения нагреваемой среды, отличающийся тем, что конечные участки трубопроводов подвода установлены внутри трубопроводов отвода во всех секциях, раздающие и собирающие коллекторы последних размещены параллельно друг другу, их оси в поперечном сечении размещены по окружности, концентричной одному из коллекторов греющего теплоносителя, причем каждый из теплообменных элементов выполнен из четного количества плоских спиралей равной длины, каждая из которых своей плоскостью установлена перпендикулярно потоку нагреваемой среды асимметрично относительно диаметральной плоскости, проходящей через ось симметрии секции, при этом соседние теплообменные элементы в каждой секции повернуты один относительно другого на 180^o.