[发明专利]用于核电站的带给水分配器的蒸汽发生器

说明书

本发明论述了包括有一个承压壳体的蒸汽发生器，壳体内包含有热交换管束，壳体的上部有一个汽包，壳体内装有一个通常为环形的给水分配器，分配器上连接有穿过壳体壁并提供给水的管道，并配置有许多使给水流向壳体内部的分散通路。本发明主要在核电站上得到了大量的应用，特别是用在水堆核电站（本发明主要应用于蒸汽发生器的给水）或沸水堆核电站（本发明应用于冷却回路的给水）。

压水堆的蒸汽发生器通常都包含有一个环形的给水分配器，其形状类似垂直于竖轴的圆形环管或在瓣形的环形管，分配器由水平的给水管道供水。反应堆正常运行时，壳体内水的自由表面位于给水管道和分配器之上，管道内的水速较高。因此，运行是满意的。但在各种异常的瞬态工况下，蒸发器的运行会受到扰动。

特别是，各种运行的瞬态过程会导致产生水锤现象，从而会引起可能导致损坏的超压。特别是当蒸发器中的水位（例如热停堆工况下）下降到低于给水管道水位时就是这种情况。于是分配器排水，如果这种情况持续下去，给水分配器和给水管道就会排空而充满饱和蒸汽。在重新提升功率时，给水管道送入欠饱和的水，这些水引起蒸汽的急剧冷凝，因而出现减压进而形成压力波，这个压力波以水锤形式冲向给水管道。

人们已经通过防止给水分配器和（或）给水管道被排空来力图排除这一问题。为此，人们将一般布置在给水分配器内部的分配孔代之以连接到分配器上部的倒J形管（见FR-A-2    333，200和US-A-4    502，419）。这一布置解决了这一问题，但这种布置比较复杂，并难于应用到现有的蒸汽发生器上。

另一个问题是在很低负荷运行时由于给水的热分层现象造成的，对这一现象作了特别描述的文章是“受热冲击和热分层效应影响的轻水反应堆水平给水管道中的负荷情况”，该文由Miksch先生和其它人所著，刊登于“核工程和设计”84（1985），179-187上。这一现象在正常负荷时供以予热水、而在事故工况及带有很小负荷时供冷水的蒸汽发生器中更加严重。在上述最后一种情况下，小流量的冷水注入到处于蒸发器运行温度的、充满水的给水管道中，流速很低，冷水未同热水进行混合，但在给水管道的底部形成清晰的一层。这一分层现象在给水管道管壁的下部与上部之间保持着一个较大的温度梯度，这就会产生引起裂纹的热应力，这种裂纹在给水管道连接到壳体的焊接处也会产生。这一现象还会由于水层间界面的摆动引起的疲劳而加剧。

为了减轻水锤现象而应用的J形管不会明显地减少这第二种现象，第二种现象似乎是由于汽包中的热水与给水管道内部之间的自然对流形成的热交换来保持的。为了解决这一问题，人们进行了各种各样的尝试。一种方法是将给水经过一个环形的溢流道引进给水管道，该溢流道通到一个里面进行一定混合的水箱。人们还建议，在给水管道弯管处的内表面上设置一个不高的环形或螺旋形的凸起部件，以增加水流的紊流。这一部件产生的效能很小，实际上，在流量很小时，也就是需要混合时，冷却水的给水流束只是在遇到上述构成的障碍物时绕过一下。

在沸水反应堆运行时也提出同样的问题，特别会引起破裂。

本发明力图提供一些装置，至少可在很大程度上消除上述蒸发器的问题，或至少可消除水锤问题，而这仅需要使用一些简单的装置，只对静态流动产生很小的压力损失，而且有可能将这些装置并不困难地安装到现有的蒸发器上。

为此目的，本发明特别推荐了一种蒸汽发生器，它的给水管道在其水平部分至少包括有一个导流器，这种导流器包括有一个轴向中心管和数个螺旋形叶片，这些叶片将中心管连接到给水管壁，叶片的长度至少要有半个螺旋圈节距。

当我们只是在环形分配器失水的情况下力图防止给水管道排空时，只要设置一个螺旋形导流器就够了，该导流器在给水管道中，或装在分配器与壳体管座之间，或者就装在管座的上游。这一导流器的叶片具有这样的长度和节距，使得叶片间每一个通道最高段的低点位于同一通道最低段的高点之上。我们最好在导流器上设置六个叶片，叶片围绕轴线的角度展开在一个至一个半的螺旋圈之间。

当我们同时希望实现混合以防止热的分层现象时，可以在壳体外部的给水管道内设置第二个导流器，第二个导流器位于第一个导流器以及壳体管座的上游，第二个导流器可以包括有数个叶片，叶片的角度展开只需要有半个螺旋圈。它可以设置四个围绕轴线呈规则分布的叶片。两个导流器最好采用相同节距的叶片。

在另一种实施方式中，可将两个导流器组合起来并装在同一个中心管上。在各种情况下，只采用一个导流器时它的头部或位于第一个位置的导流器的头部应做成能够导流，以便逐渐地使水流产生螺旋状运动。