ПАРОГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к ядерной энергетике, а более конкретно к парогенераторам атомных электростанций.
Известен парогенератор (Б.Н.Дранченко, Ю.Г.Драгунов, и др. Экспериментальные исследования напряженного состояния и прочности оборудования ВВЭР. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004, с.109, рис.2.7 вар 1.
Наиболее близким к предлагаемому является парогенератор (Б.Н.Дранченко, Ю.Г.Драгунов, и др. Экспериментальные исследования напряженного состояния и прочности оборудования ВВЭР. М.: ИКЦ «Академкнига», 2004, с.109, рис.2.7 вар 3) имеющий горизонтальный цилиндрический корпус и вертикальные коллекторы теплоносителя с присоединенными теплообменными трубами, состоящие из соосных цилиндрических и конических элементов, оси которых расположены перпендикулярно оси корпуса, причем соединение нижней и верхней части коллекторов с корпусом осуществляется посредством цилиндрических обечаек приваренных к корпусу и коллектору, причем в нижней части коллектора имеется конструктивное утонение с кромкой для приварки упомянутой обечайки - принят за прототип.
Недостатками данного парогенератора являются высокие эксплуатационные напряжения в зоне соединения коллектора с корпусом, а также наличие кольцевого зазора между цилиндрической обечайкой и нижней частью коллектора, образующей карман, где происходит скопление коррозионно-активных элементов, четыре отверстия большого диаметра предназначенные для приварки цилиндрических обечаек, к которым привариваются нижние и верхние части коллекторов, наличие этих отверстий приводит к увеличению толщины центральной обечайки корпуса до 145 мм, что приводит к увеличению металлоемкости, удорожанию изготовления и как следствие повышению стоимости кВт/ч.
Задачей изобретения является повышение эксплуатационной надежности парогенератора и увеличение его ресурса, создание конструктивных предпосылок для повышения ядерной безопасности атомной станции, уменьшение металлоемкости, уменьшение количества сварных соединений, упрощение изготовления и соответственно удешевление стоимости кВт/ч.
Техническим результатом изобретения является уменьшение растягивающих напряжений в зоне соединения, отсутствие непродуваемых отложений коррозионно-активного шлама, устранение факторов инициирующих замедленное деформационное коррозионное растрескивание, уменьшение диаметра четырех отверстий в центральной обечайке, уменьшение количества сварных соединений.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном парогенераторе, содержащем горизонтальный цилиндрический корпус и вертикальные входной и выходной коллектора теплоносителя, упомянутый корпус предлагается изготавливать из обечаек одинаковой толщины меньшей 145 мм, например 120 мм. Нижние части вертикальных входного и выходного коллекторов теплоносителя и зоны перфорирования для присоединения пучка теплообменных труб предлагается выполнять с одинаковой толщиной. Соединение обоих вертикальных коллекторов теплоносителя с упомянутым корпусом предлагается осуществлять посредством сварных швов и в нижней, и в верхней их части, причем в нижней части вертикальных входного и выходного коллекторов теплоносителя присоединение осуществляется напрямую, сопряжением каждого упомянутого коллектора теплоносителя с упомянутым корпусом парогенератора, кроме того соединение обоих вертикальных коллекторов теплоносителя с горизонтальным цилиндрическим корпусом парогенератора в их верхней части осуществляется также прямым сопряжением каждого упомянутого коллектора теплоносителя с упомянутым корпусом в районе люка коллектора теплоносителя при этом люки коллекторов теплоносителя располагаются с внешней стороны упомянутого корпуса парогенератора. Также в зонах сопряжения обоих вертикальных коллекторов теплоносителя с внутренней и наружной образующей горизонтального цилиндрического корпуса выполняются радиусные переходы, величиной от 20 мм и до 150 мм. При уменьшении радиуса меньше 20 мм наблюдается рост напряжений, а выполнить радиус большим 150 мм не возможно из-за наличия зоны перфорирования.
Сущность изобретения поясняется детальными изображениями твердотельных моделей.
На фиг.1 показан общий вид корпуса парогенератора.
На фиг.2 детально показана нижняя зона соединения вертикальных входного и выходного коллекторов теплоносителя с горизонтальным цилиндрическим корпусом парогенератора.
На фиг.3 детально показана верхняя зона соединения вертикальных входного и выходного коллекторов теплоносителя с корпусом парогенератора.
Парогенератор содержит горизонтальный цилиндрический корпус 1, изготовленный, по крайней мере, из двух обечаек 2 одинаковой толщины меньшей 145 мм, например 120 мм и вертикальные входной и выходной коллектора 3 и 4 теплоносителя. Каждый упомянутый вертикальный коллектор 3 и 4 теплоносителя содержит зону перфорации 5 для присоединения пучка теплообменных труб (на фигурах не показана), зона сопряжения обоих вертикальных коллекторов 3 и 4 теплоносителя с упомянутым корпусом 1 содержит радиусный переход наружный 6 и внутренний 8 величиной от 20 мм и до 150 мм. Каждый вертикальный коллектор 3 и 4 теплоносителя снабжен люком 7 коллектора теплоносителя.
Парогенератор работает следующим образом. Теплоноситель поступает в вертикальный входной коллектор 3 теплоносителя, откуда поступает в пучок теплообменных труб присоединенных в зоне перфорации 5 и соединяющих вертикальные входной и выходной коллектора 3 и 4 теплоносителя, отдавая тепло теплоносителю, находящемуся в горизонтальном цилиндрическом корпусе 1, который при этом кипит. Образующиеся при этом коррозионно-активные отложения оседают на горизонтальный цилиндрический корпус 1 парогенератора, откуда в штатном порядке смываются системой продувки. В результате этого не происходит накопления коррозионно-активных отложений, которое происходило в кармане коллектора парогенератора прототипа. Вертикальный выходной коллектор 4 теплоносителя предназначен для сбора теплоносителя прошедшего через пучок теплообменных труб. Упомянутый корпус 1 парогенератора нагружается давлением со стороны теплоносителя, в результате чего в зоне сопряжения вертикальных входного и выходного коллекторов 3 и 4 теплоносителя с упомянутым корпусом 1 парогенератора в области радиусных переходов внутреннего 6 и наружного 8 являющихся концентраторами напряжений возникают растягивающие напряжения. Варьируя величины радиусных переходов внутреннего 6 и наружного 8 можно снизить концентрацию этих напряжений в области сопряжения обоих вертикальных входного и выходного коллекторов 3 и 4 теплоносителя с упомянутым корпусом 1 парогенератора, в результате уровень данных напряжений по результатам расчета значительно ниже, чем в прототипе. Вертикальные входной и выходной коллектора 3 и 4 теплоносителя соединяются с упомянутым корпусом 1 парогенератора в верхней и нижней их частях. За счет разницы температур металла вертикальных входного и выходного коллекторов 3 и 4 теплоносителя с металлом упомянутого корпуса 1 парогенератора, в вертикальных входном и выходном коллекторах 3 и 4 теплоносителя возникают сжимающие напряжения, главным образом это относится к вертикальному входному коллектору 3 теплоносителя. В процессе эксплуатации на оба вертикальных коллектора 3 и 4 теплоносителя приходят внешние горизонтальные усилия и изгибающие моменты, оба вертикальных коллектора 3 и 4 теплоносителя, соединенные с упомянутым корпусом 1 парогенератора в верхней и нижней их частях работают против данных нагрузок, как защемленная балка, что приводит к резкому снижению напряжений вызываемых данными силовыми факторами по сравнению с парогенератором прототипом. В случае начала протекания проектной аварийной ситуации связанной с отрывом крышки люка 7 коллектора теплоносителя, вырвавшийся теплоноситель первого контура из вертикального входного или выходного коллектора 3 или 4 теплоносителя останется в контайменте, а не попадет в атмосферу как в парогенераторе прототипе.
В результате смыва коррозионно-активных отложений устраняется один из факторов необходимых для инициации механизма замедленного коррозионного деформационного растрескивания, тем самым предотвращается возникновение коррозионного растрескивания и снижается риск отрыва вертикальных входного и выходного коллекторов 3 и 4 теплоносителя.
Соединение вертикальных коллекторов входного и выходного 3 и 4 теплоносителя с упомянутым корпусом 1 парогенератора в верхней и нижней их части путем прямого сопряжения позволяет уменьшить диаметр четырех отверстий в обечайках 2, кроме того прямое сопряжение позволяет рассматривать данные четыре отверстия, как усиленные, кроме того, предложенное конструктивное решение не требует цилиндрических обечаек, как в парогенераторе прототипе, что позволяет уменьшить на четыре количество сварных соединений.
Соединение обоих вертикальных коллекторов 3 и 4 теплоносителя с горизонтальным цилиндрическим корпусом 1 парогенератора так, что люк 7 коллектора теплоносителя расположен вне упомянутого корпуса 1 парогенератора меняет путь протекания проектной аварийной ситуации связанной с отрывом крышки люка 7 коллектора теплоносителя, что повышает ядерную безопасность атомной станции.
Снижение растягивающих напряжений в зоне сопряжения упомянутого корпуса 1 парогенератора с вертикальными входным и выходным коллекторами 3 и 4 теплоносителя повышает эксплуатационную надежность парогенератора с точки зрения циклической прочности.
Зона сопряжения обоих вертикальных коллекторов 3 и 4 теплоносителя с упомянутым корпусом 1 парогенератора хорошо доступна с точки зрения ультразвукового контроля.
Ввиду замены зоны соединения вертикальных входного и выходного коллекторов 3 и 4 теплоносителя с упомянутым корпусом 1 парогенератора прямым сопряжением достигается упрощение эксплуатации за счет отсутствия системы продувки кармана.
Изготовлением горизонтального цилиндрического корпуса 1 парогенератора из обечаек 2 одинаковой толщины, например равной 120 мм достигается уменьшение металлоемкости, удешевление и упрощение изготовления упомянутого корпуса 1 парогенератора и в конечном итоге снижение стоимости кВт/ч.
Таким образом, внедрением предлагаемого решения достигается повышение эксплуатационной надежности работы парогенератора и увеличение его ресурса по сравнению с прототипом, повышается ядерная безопасность атомной станции, упрощается и удешевляется изготовление парогенератора.
Экономическая эффективность применения предлагаемого технического решения определяется уменьшением стоимости изготовления корпуса парогенератора из обечаек одинаковой толщины например 120 мм, снижением вероятности останова блока из-за возникновения дефектов в узле соединения коллектора теплоносителя с патрубком корпуса, отсутствием затрат на ремонт данных повреждений, повышением технологичности неразрушающего контроля и увеличением срока службы парогенератора, а также снижением затрат на рекультивацию земель зараженных радионуклидами в следствии выброса в атмосферу при протекании аварийного проектного режима связанного с отрывом крышки коллектора.