一种易维修的高效相间式螺旋管紧凑换热器的制作方法

1.本发明涉及反应堆主换热器技术领域，特别涉及一种易维修的高效相间式螺旋管紧凑换热器。


背景技术：

2.反应堆主换热器是将一回路冷却剂热量传递给二回路，生成二回路发电所需高参数介质的重要设备。目前，反应堆蒸汽发生器常用结构形式，大致可以分为类：直管式、套管式、u型管式和螺旋管式。
3.直管式换热器多应用于回路式钠冷反应堆的主换热器上，在其它反应堆中应用较少。直管式换热器，即换热管竖直布置，换热管两端采用管板焊接固定。这类换热器结构简单、加工装配简便，但是由于管程和壳程两端约束在一起，承受热变形能力弱，必须采用专门的克服热应力结构。
4.套管式换热器在反应堆中应用较少，在早期钠冷堆蒸汽发生器和船用压水堆蒸汽发生器中有少量应用。套管式换热器，是一种直管换热器改进方案，在直管长度方向加装同心管嵌套而成，流体在内层换热管和梁参换热管间环形区域流动，换热性能比直管式强。但是套管式结构加工相对复杂，
5.u型管式主换热器在大型、回路式压水堆核电站中应用最广，如美国ap系列反应堆、中国华龙一号反应堆等，其蒸汽发生器均采用此结构。u型管式主换热器，具有结构简单、制造工艺成熟，管束轴向承受热变形能力强等特点。但是u型换热管的管束排布不紧凑，且管程和壳程流体基本上沿着换热管轴向流动，其流体扰动小、换热性能不高。
6.螺旋管换热器因其换热效率高、结构紧凑的特点，多应用于一体化池式反应堆或者高温气冷堆中。螺旋管式换热器，具有管束盘管布置紧凑、缠绕管自由膨胀空间大、二次螺旋流动强化换热等特点。但是传统螺旋管换热器的流体进出口分别布置在换热器上下两端，不适用与池式反应堆结构。池式反应堆的螺旋管换热器，在螺旋盘管管束中央集中分层布置中心下降管，中心下降管区域通常设置为换热死区。因此池式螺旋管换热器的热功率及尺寸越大，管束中央换热死区越大，造成反应堆压力容器关键区域的空间尺寸浪费越大。
7.目前，一体化小型反应堆设计中，反应堆压力容器尺寸空间越来越小，对反应堆主换热器结构尺寸要求越来越高。因此，急需设计一种换热性能强、有效换热面积比高的换热器结构。


技术实现要素：

8.本发明所要解决的技术问题是提供一种易维修的高效相间式螺旋管紧凑换热器，有效的克服了现有技术的缺陷。
9.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
10.一种易维修的高效相间式螺旋管紧凑换热器，包括管壳、换热管组、进口联箱和出口联箱，所述换热管组包括换热管，所述换热管的上升段和下降段对折后整体呈螺旋状盘
绕于所述管壳中，所述换热管的两端穿出所述管壳，并分别与所述进口联箱和出口联箱可拆卸连接。
11.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
12.进一步，上述换热管组包括至少两根上述换热管。
13.进一步，上述进口联箱和出口联箱设置于上述管壳的同一端，上述换热管的两端分别自上述管壳的一端穿出。
14.进一步，上述进口联箱包括多段弧形的进口管段，多根上述换热管的下降段对应的接头与任意一个或多个上述进口管段连接并连通。
15.进一步，上述出口联箱包括多段弧形的出口管段，多根上述上述换热管的上升段对应的接头与任意一个或多个上述出口管段连接并连通。
16.进一步，上述换热管组设有多组，并自内向外间隔分布。
17.进一步，相邻两组上述换热管组之间设有支撑隔板，上述支撑隔板的端部连接有套设于上述中心柱外的安装板。
18.进一步，还包括弹性支撑组件，上述弹性支撑组件安装于多组上述换热管组的外围，并弹性支撑于上述管壳内壁。
19.进一步，上述弹性支撑组件包括管束围筒和弹性的补偿环，上述管束围筒套装于多组上述换热管组的外围，上述补偿环装配于上述管束围筒外部，并与上述管壳内壁接触。
20.进一步，上述补偿环纵截面为外凸的圆弧形，上述补偿环的上端与上述管束围筒外表面连接固定，上述补偿环的外凸部分与上述管壳内壁接触。
21.本发明的有益效果是：换热管的上升段和下降段采用并流共同螺旋盘绕的相间方式布置，换热效率更高。
附图说明
22.图1为本发明的易维修的高效相间式螺旋管紧凑换热器的结构剖视图；
23.图2为本发明的易维修的高效相间式螺旋管紧凑换热器的端面额结构俯视图；
24.图3为本发明的易维修的高效相间式螺旋管紧凑换热器中换热管的布置图。
25.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
26.1、管壳；2、换热管组；；3、进口联箱；4、出口联箱；11、中心柱；21、换热管；22、支撑隔板；23、安装板；24、弹性支撑组件；31、进口管段；41、出口管段；241、管束围筒；242、补偿环；2421、固定环；2422、活动环。
具体实施方式
27.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
28.实施例：如图1所示，本实施例的易维修的高效相间式螺旋管紧凑换热器包括管壳1、换热管组2、进口联箱3和出口联箱4，上述换热管组2包括换热管21，上述换热管21的上升段和下降段对折后整体呈螺旋状盘绕于上述管壳1中，上述换热管21的两端穿出上述管壳1，并分别与上述进口联箱3和出口联箱4可拆卸连接。
29.一般地，管壳1另一端敞口，在管壳1内部一端的中心区域设有沿其长轴线延伸的
中心柱11，换热管21呈螺旋盘绕在中心柱11的外围。
30.本实施例中，换热管21采用上升段和下降段对折并流的方式，呈螺旋状盘绕在中心柱11外围(如图3所示)，改善了传统的换热管下降段采用直管布管的弊端，无需单独设置中心下降管，简化了池式螺旋管换热器加工难度，以及螺旋管换热器管束的中心柱的直径及换热死区空间，提高了换热器螺旋缠绕管区域的有效换热比面积，换热效率得到较大幅度的提升。
31.作为一种优选的实施方式，上述进口联箱3和出口联箱4设置于上述管壳1的同一端，上述换热管21的两端分别自上述管壳1的一端穿出。
32.上述实施方案中，整个换热管组采用插装的方式安装于管壳1内部，在管壳1的同一端与进口联箱3和出口联箱4可拆卸连接，使得整个换热管束组件拆装更方便，仅需拆除换热管21与进口联箱3和出口联箱4连接的接头，即可将换热管组从管壳1的另一端敞口取出，非常易于维修。
33.需要补充说明的是：本实施例中换热管21上升段和下降段对折后并流的方式布置即为“相间”式结构，换热管21的下降段指的是进水的一段，其上升段指的是出水的一段。
34.本实施例中，在换热管21表面设置了螺旋槽、横纹槽等强化换热结构，将换热管21嵌于匹配的槽体中即可。
35.本实施例中，上述换热管组2包括至少两根上述换热管21。
36.作为一种优选的实施方式，如图2所示，上述进口联箱3包括多段弧形的进口管段31，多根上述换热管21的下降段对应的接头与任意一个或多个上述进口管段31连接并连通。
37.上述实施方案中，多段进口管段31的组合结构来代替传统的换热器的进口联箱，消了传统封头、筒节等组成的大尺寸管程流体分配联箱接管，采用环形管道作为进口联箱，分别连接相间式的换热管21的进口端(下降段接头)，根据进口联箱3的多段管段设计，可以将换热管21设计为多个换热单元，每个换热单元分别对应连接一个或多个进口管段31，在每个进口管段31中可以通入不同的介质或相同的介质，形成多种不同介质同时参与换热使用的结构方式。
38.本实施例中，多段进口管段31设置有三段，换热管束组件中设置内外三层(组)换热管组2，每一组的换热管组2中的换热管21的进口端分别对应连接一段进口管段31，或者其中任意两组或三组的换热管组2中的换热管21的进口端分别对应连接一段进口管段31，当某一根换热管21破损后，可以直接从环形的进口管段31进行换热管切除、堵管等操作，换热器维修便捷。
39.在上述实施方案的基础上，如图2所示，上述出口联箱4包括多段弧形的出口管段41(本实施例中出口管段41与进口管段31的数量一致)，多根上述上述换热管21的上升段对应的接头与任意一个或多个上述出口管段41连接并连通。
40.上述实施方案中，多段出口管段41的组合结构来代替传统的换热器的出口联箱，消了传统封头、筒节等组成的大尺寸管程流体分配联箱接管，其中，换热管21出口端(上升段接头)与出口管段41之间的连接诶分配参照上述进口管段31与换热管21的进口端(下降段接头)的连接及分配方式即可，当某一根换热管21破损后，可以直接从环形的出口管段41进行换热管切除、堵管等操作，同时也对进口管段41进行换热管切除、堵管等操作，换热器
维修非常便捷。
41.需要特别强调的是：本实施例的易维修的优点还体现在换热管组2的设计，换热管组2由多根换热管21分别螺旋盘绕组成，在其中一根换热管21的进水或出水接口有故障时，只需对该根换热管21的接头处进行封死或其他维修的操作即可，不影响其他换热管21的正常使用。
42.作为一种优选的实施方式，上述换热管组2设有多组，并自内向外间隔分布，多组换热管组构成换热管束组件。
43.上述实施方案中，多组换热管组2内外多层布置的方式，其换热效率更高，结构之间布置比较紧凑，能够有效的降低整个换热器的体积大小。
44.作为一种优选的实施方式，相邻两组上述换热管组2之间设有支撑隔板22，上述支撑隔板22的端部连接有套设于上述中心柱11外的安装板23。
45.上述实施方案中，多层换热管组2之间通过支撑隔板22相隔开，避免换热管组2之间相互挤压破损，同时，支撑隔板22连接安装板23形成一个整体，非常易于对整个换热管束组件构成的进行拆装检修。
46.作为一种优选的实施方式，还包括弹性支撑组件24，上述弹性支撑组件24安装于多组上述换热管组2的外围，并弹性支撑于上述管壳1内壁。
47.上述实施方案中，弹性支撑组件24起到将换热管组2与管壳1内壁相隔开的作用，同时，也形成换热管束组件与管壳1之间的弹性滑动支撑，当换热管组2受热膨胀时，弹性支撑组件24挤压变形，防止换热管21受热变形对管壳1造成损坏。
48.作为一种优选的实施方式，上述弹性支撑组件24包括管束围筒241和弹性的补偿环242，上述管束围筒241套装于多组上述换热管组2的外围，上述补偿环242装配于上述管束围筒241外部，并与上述管壳1内壁接触。
49.上述实施方案中，管束围筒241能够对换热管束组件起到约束作用，使其结构之间保持稳定、紧凑的布置，同时，补偿环242起到与管壳1内壁弹性连接的作用，其在压力作用下变形，防止换热管21受热变形对管壳1造成损坏。
50.本实施例中，弹性补偿环5沿着管束围筒241外围呈螺旋缠绕布置，使得换热管束组件外流体呈现螺旋形流动，增强了换热管束组件流体的扰动。
51.更佳的，上述补偿环242纵截面为外凸的圆弧形，上述补偿环242的上端与上述管束围筒241外表面连接固定，上述补偿环242的外凸部分与上述管壳1内壁接触。
52.上述方案中，凸起的圆弧形在受到挤压力时能够发生有效的形变，对管壳1进行良好的防护。
53.更具体的，上述补偿环242的上端连接有与上述管束围筒241外表面连接的固定环2421，上述补偿环242的下端连接有可沿上述管束围筒241外表面上下移动的活动环2422。
54.上述实施方案中，补偿环242上端固定，下端可以自由的滑动，在受到挤压力时，其外凸的圆弧形的部分被挤压，其下端即可沿着管束围筒241表面或是管壳1内表面向下移动来对压力进行卸能，整体设计比较合理，与管壳1及管束围筒241之间的布置结构设计合理、紧凑，所占用空间体积小。
55.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时
针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
56.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
57.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
58.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
59.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
60.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。