Корпус горизонтального парогенератора

Полезная модель относится к ядерной энергетике, а более конкретно к горизонтальным парогенераторам атомных электростанций.
Известен корпус горизонтального парогенератора, состоящий из цилиндрической обечайки и патрубка питательной воды (Патент Российской Федерации на полезную модель № 101778 от 02.08.2010 г.) - принят за прототип.
Недостатком данного корпуса горизонтального парогенератора является ограниченный ресурс, вызванный высоким уровнем растягивающих напряжений в месте сопряжения патрубка питательной воды с внутренней поверхностью цилиндрической обечайки (зона концентрации напряжений).
Задачей полезной модели является повышение прочности корпуса горизонтального парогенератора и увеличение его ресурса.
Техническим результатом полезной модели является новая конструкция корпуса горизонтального парогенератора, обладающая пониженным уровнем напряжений в местах концентрации и увеличенной прочностью и ресурсом корпуса.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном корпусе горизонтального парогенератора, содержащим цилиндрическую обечайку и патрубок питательной воды, согласно предлагаемой полезной модели патрубок питательной воды проходит внутрь цилиндрической обечайки и образует на внутренней поверхности цилиндрической обечайки выступ, причем выступ патрубка питательной воды имеет хотя бы одно скругление с радиусом не менее 5 мм, а высота выступа патрубка питательной воды над внутренней поверхностью цилиндрической обечайки составляет не менее 10 мм, при этом выступ патрубка питательной воды сопрягается с внутренней поверхностью цилиндрической обечайки по радиусу не менее 5 мм.
Сущность полезной модели поясняется чертежем представленным на фиг. 1.
На фиг. 1 показан фрагмент корпуса горизонтального парогенератора.
Корпус горизонтального парогенератора содержит цилиндрическую обечайку 1 и патрубок питательной воды 2, согласно предлагаемой полезной модели патрубок питательной воды проходит внутрь цилиндрической обечайки 1 и образует на внутренней поверхности 3 цилиндрической обечайки 1 выступ 4, причем выступ 4 патрубка питательной воды 2 имеет хотя бы одно скругление с радиусом R не менее 5 мм, а высота H выступа 4 патрубка питательной воды 2 над внутренней поверхностью 3 цилиндрической обечайки 1 составляет не менее 10 мм, при этом выступ 4 патрубка питательной воды 2 сопрягается с внутренней поверхностью 3 цилиндрической обечайки 1 по радиусу r не менее 5 мм.
Корпус горизонтального парогенератора является одной из основных частей горизонтального парогенератора для реакторной установки (РУ) с водо-водяным энергетическим реактором (ВВЭР). Корпус горизонтального парогенератора состоит из сваренных между собой цилиндрических обечаек 1 и предназначен для присоединения к нему коллекторов теплоносителя, трубопровода подвода воды, паропровода и вспомогательных трубопроводов. Внутри корпуса горизонтального парогенератора устанавливаются различные внутрикорпусные устройства, при этом основной объем занимают теплообменные трубы. После монтажа всех внутрикорпусных устройств и теплообменных труб, торцы корпуса горизонтального парогенератора завариваются специальными днищами.
При работе в составе реакторной установки корпус парогенератора является одним из барьеров безопасности и отделяет котловую воду и пар второго контура от внутренних объемов герметичной оболочки, при этом корпус горизонтального парогенератора в основном нагружен давлением и температурой от находящейся внутри него котловой воды и пара второго контура.
При проектировании корпуса горизонтального парогенератора основным требованием является обеспечение его прочности и долговечности. Учитывая наличие в цилиндрических обечайках 1 корпуса горизонтального парогенератора значительного количества отверстий, каждое из которых приводит к снижению прочности, проектировщики вынуждены увеличивать толщину цилиндрических обечаек для обеспечения критериев прочности. Увеличение толщины цилиндрической обечайки 1 не приводит к снижению растягивающих напряжений в зонах концентрации (зоны сопряжения внутренней поверхности патрубка питательной воды 2 с внутренней поверхностью 3 цилиндрической обечайки 1), которые определяют циклическую прочность и ресурс корпуса горизонтального парогенератора.
Для решения данного недостатка в предлагаемой полезной модели повышение прочности корпуса горизонтального парогенератора выполнено за счет укрепления отверстия патрубка питательной воды 2 внутренним выступом 4 проходящим внутрь цилиндрической обечайки 1 (фиг. 1). Выступ 4 патрубка питательной воды 2 увеличивает прочность цилиндрической обечайки 1, ослабленной отверстием под патрубок питательной воды 2.
При нагружении корпуса горизонтального парогенератора давлением и температурой от находящихся внутри него котловой воды и пара происходит рост напряжений во всех элементах корпуса горизонтального парогенератора. В наибольшей степени растут растягивающие напряжения в зоне концентрации напряжений, к такой зоне относится сопряжение патрубка питательной воды 2 с внутренней поверхностью 3 цилиндрической обечайки 1. В зоне концентрации, напряжения в несколько раз превышаю средние напряжения по корпусу горизонтального парогенератора, и данная зона лимитирует циклическую прочность, а как следствие, ограничивает ресурс корпуса горизонтального парогенератора. При наличии на внутренней поверхности 3 цилиндрической обечайки 1 выступа 4, высота H которого не менее 10 мм, величина растягивающих напряжений в месте соединения патрубка питательной воды 2 с внутренней поверхностью 3 цилиндрической обечайки 1 существенно меньше, чем в существующем варианте корпуса горизонтального парогенератора. Наличие на выступе 4 скругления с радиусом R не менее 5 мм и наличие сопряжения выступа 4 патрубка питательной воды 2 с внутренней поверхностью 3 цилиндрической обечайки 1 по радиусу r не менее 5 мм обеспечивает дополнительное снижение концентрации напряжений, следовательно, предлагаемая в полезной модели конструкция обладает повышенной циклической прочностью и ресурсом по сравнению с прототипом.
Таким образом, предлагаемый корпус горизонтального парогенератора по сравнению с прототипом обладает пониженным уровнем напряжений в местах концентрации, увеличенной прочностью и ресурсом.
Экономическая эффективность применения предлагаемого технического решения определяется увеличенным ресурсом корпуса горизонтального парогенератора, что позволяет увеличить срок службы парогенератора, оснащенного данным корпусом горизонтального парогенератора, и всей реакторной установки, а, следовательно, увеличить выработку электрической энергии на АЭС.