專利名稱：一種高效緊湊余熱換熱設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種高效緊湊余熱換熱設備的制作方法領域，特別提供了 一種高效緊湊余熱換熱設備的制作方法。
背景技術：
為實現社會經濟的可持續發展，能源安全、能源效率的提高、城市環 境污染及全球氣候變化問題稱為能源發展必須面臨的問題。核能是一種清 潔能源己為世人所共識，它是目前最有希望能夠大規模替代化石能源的一 次能源，為了彌補未來能源供應的巨大缺口，隨著國家能源政策和能源安 全的要求，發展核能是一個值得優先選擇的途徑之一。另外，核潛艇、核 動力推進的水面艦船，具有隱蔽性好、潛航時間長和高速航下續航能力大 等優點，因此，核動力反應堆裝置發展也異常迅速，而反應堆也逐漸換成 高溫氣冷堆。因此，高溫氣冷堆是反應堆發展的方向，由于它具有系統簡
單；發電效率高，加上模塊式高溫堆的固有安全性特點，使之成為非常有 競爭力的新堆型，許多國家投入相當的人力物力進行研究開發。但高溫氣 冷堆的發展也存在著一系列的技術難點和挑戰，其中之一就是高效緊湊式 換熱器的研制。
無論在核電還是在核動力反應堆裝置中，余熱排除系統是保障核安全 的重要措施，它的作用是當反應堆發生失水事故時，冷卻水必須經過余熱 冷卻系統熱交換設備冷卻后注入，從而保證反應堆迅速補水并加以循環，才能使堆芯燃料元件保持安全狀態。換熱設備在核能反應堆裝置中起到了 至關重要的作用，由于它是在高溫、高壓、腐蝕介質復雜的環境中運行的， 特別在海洋核動力反應堆裝置中，由于艙室內空間窄小，設備和管道布置 的非常緊湊，從而決定了換熱設備的結構和體積及重量受到了很大的局限 性，因此，開發和制造體積小、重量輕、換熱效果好適合海洋核動力裝置 要求的換熱設備成為必要。
雖然這樣的換熱設備原理同普通的管殼式換熱器是相同的，但其結構 要復雜的多，因為， 一般換熱設備的換熱管通常是直的，或具有平面結構
的u形管式，但該環境用的換熱設備的換熱管在管板和支撐板上成長方形
排列，在軸向是縮頸布置方式(即換熱管在管板上的排布所占具橫截面積
與有效換熱部分在支撐板部分的排布所占據橫截面積之比為0.4),由于結 構特點決定了其制作工藝不同于常規換熱設備的制造和檢驗。特別對于反 應堆用換熱設備來說，其質量的可靠性是極其重要的，它有可能直接關系 到反應堆的安全性和可靠性。而換熱設備的可靠性主要取決于制造工藝， 它包括材料的可靠性，換熱管與管板及封頭的加工和焊縫焊接及脹接質量， 換熱設備裝配質量，以及焊縫的探傷檢査和整體的氦氣檢漏水壓試驗等。 因此，該種換熱設備的制作方法是保證其可靠性的最主要手段。
發明內容
本發明的目的是為了保證安全性和可靠性，提供一種高效緊湊余熱換 熱設備的制作方法。
本發明提供了一種高效緊湊余熱換熱設備的制作方法，其特征在于所述的高效緊湊余熱換熱設備的制作方法包括小直徑管與厚管板的液壓脹
接方法；具有空間復雜尺寸的換熱管2用支撐板1的制作方法和裝配工藝; 復雜空間尺寸換熱管2的制作方法及設備；余熱換熱設備用換熱管2與管 板的精確裝配方法。
所述的小直徑管為①8xlmm的不銹鋼管或鈦管，厚管板的厚度為70mm; 脹接方法采用殘余應力小、脹接均勻、管壁減薄程度小、密封性能好的液 壓脹接方法，并采用與小直徑管適合的脹管頭。
所述的具有復雜空間尺寸的換熱管2用支撐板1的制作方法和裝配工 藝的方法為采用線切割制成帶有弧度的板條拼接而成，裝配工藝的順序是 隨著換熱管2的裝配同步進行。
所述的空間復雜尺寸換熱管2的制作方法是采用能360。旋轉、操作方 便、角度定位準確的彎管工具進行空間尺寸的制作。
所述的余熱換熱設備用換熱管2與管板的精確裝配方法，是先將具有 空間尺寸的并留有足夠直線引導段的換熱管2 —端與兩個管板的其中之一， 即為固定管板，進行穿管并盡可能向前推進換熱管2，換熱管2插入相應的 支撐板1位置后，再將留有足夠長直引導段的另一端插入另一管板相應的 管板孔，即為可動管板的管板孔，后退換熱管2，調整相應的位置，完成一 根管的穿管工作；完成整排換熱管2的穿管工作后，點固固定管板端的換 熱管2,并將換熱管2與三個支撐板1裝配固定；所有換熱管2穿完后，封
閉固定支撐板l，采用適當的工裝移動可動管板的位置，達到相應尺寸要求 后將換熱管2與可動管板點固，完成裝配。
本發明的技術方1、 根據①8xl管子與70mm厚度管板的脹接要求，進行脹接方法的分析 選擇。
2、 進行機械脹接與液壓脹接方法的試驗對比，并進行脹接工藝評定， 確定合適的脹接工藝參數。
3、 選用合適尺寸的方鋼型材配合適當的定位工裝首先制作支撐板1的 豎排托架，選用線切割方法加工適合管子外徑圓滑過渡的支撐板1橫排隔 條。
4、 首先進行能360°旋轉的可彎曲復雜空間尺寸的彎管工具的選擇與 試驗，并進行實際尺寸的樣品試驗，以確定彎管的回彈量并加以修訂。
5、 設計專用裝配工裝進行換熱器的總裝，由于兩管板中心不在同一中 心線上，故采用工裝精確定位兩管板的位置并同時固定三個支撐板1豎排 托架，先將其中的一個管板定義為固定管板，另一管板定義為可動管板； 事先編號的并彎好空間尺寸的換熱管2與相應的事先編號的管板孔進行穿 管，先穿換熱管2與固定管板的一端，向前推進將該端的直線段全部穿過 固定管板，盡可能地使換熱管2伸出固定管板端為最長，然后再穿換熱管2 另一端與可動管板的管孔位置，后退換熱管2，使換熱管2伸出固定管板端 2-3mm完成一根管的穿管工作；換熱管2穿好一排后將支撐板1橫排隔條與 豎排托架相點固，保證換熱管2既不受過大的壓緊力，也不許管子有串動； 依此類推穿完最后一排換熱管2后用支撐板1橫排隔條封閉固定形成完整 的支撐板l;移動可動管板與換熱管2的位置，保證相關尺寸要求后固定管 子與管板位置，削平伸出多余長度的每一根管子并點固。
6、 裝配結束后進行管板與管子的焊接與脹接，焊接與脹接工藝均按照評定后的焊接與脹接工藝進行。
7、 焊接與脹接結束后進行氦氣檢漏，檢驗管子與管板的焊接與脹接質
8、 管板與封頭焊接。
9、 進行水壓試驗檢驗管程、封頭及接管焊縫質量。 本發明的優點
本發明所述的制作方法為特殊環境下、特殊空間用特殊結構的高效緊 湊換熱設備制造開辟了一條新的途徑。本發明的質量符合設計要求，管板
焊縫經氦氣檢漏試驗表明其總漏率為9. 8xl(TPaM7S,符合核設備滲漏標準 要求，開發制造的具有體積小、重量輕、換熱效果好的換熱設備特別適合 于海洋核動力裝置反應堆余熱排除系統中應用。
下面結合附圖及實施方式對本發明作進一步詳細的說明 圖1為高效緊湊余熱換熱設備的總體結構示意圖。
具體實施例方式
實施例1
本發明提供了一種髙效緊湊余熱換熱設備的制作方法，其特征在于 所述的高效緊湊余熱換熱設備的制作方法包括小直徑管與厚管板的液壓脹 接方法；具有空間復雜尺寸的換熱管2用支撐板1的制作方法和裝配工藝;復雜空間尺寸換熱管2的制作方法及設備；余熱換熱設備用換熱管2與管 板的精確裝配方法。
所述的小直徑管為OSxlram的不銹鋼管或鈦管，厚管板的厚度為70mm; 脹接方法采用殘余應力小、脹接均勻、管壁減薄程度小、密封性能好的液 壓脹接方法，并采用與小直徑管適合的脹管頭。
所述的具有復雜空間尺寸的換熱管2用支撐板1的制作方法和裝配工 藝的方法為采用線切割制成帶有弧度的板條拼接而成，裝配工藝的順序是 隨著換熱管2的裝配同步進行。
所述的空間復雜尺寸換熱管2的制作方法是采用能360°旋轉、操作方 便、角度定位準確的彎管工具進行空間尺寸的制作。
所述的余熱換熱設備用換熱管2與管板的精確裝配方法，是先將具有 空間尺寸的并留有足夠直線引導段的換熱管2 —端與兩個管板的其中之一， 即為固定管板，進行穿管并盡可能向前推進換熱管2，換熱管2插入相應的 支撐板1位置后，再將留有足夠長直引導段的另一端插入另一管板相應的 管板孔，即為可動管板的管板孔，后退換熱管2，調整相應的位置，完成一 根管的穿管工作；完成整排換熱管2的穿管工作后，點固固定管板端的換 熱管2,并將換熱管2與三個支撐板1裝配固定；所有換熱管2穿完后，封 閉固定支撐板l，采用適當的工裝移動可動管板的位置，達到相應尺寸要求 后將換熱管2與可動管板點固，完成裝配。
通過分析在充分論證及試驗的基礎上，現已制造出符合設計要求的換 熱設備樣機一臺，其制造工藝如下換熱器設備主要部件的釆購制作包括 換熱管2的采購、檢漏試驗、下料、劃線、彎管；管板毛坯的鍛造、車加工、劃線、鉆孔；支撐板1的下料、裝配、線切割；封頭的壓制、加工檢 驗換熱管；裝配工裝的制作；換熱管2與管板、支撐板l間穿管；換熱管2 與管板的固定；換熱管2與管板焊縫的焊接；換熱管2與管板的脹接；管 板焊縫的PT探傷檢査；管板焊縫的氦氣檢漏；封頭與管板的焊接；封頭與 管板焊縫的射線探傷；管程的水壓試驗及檢査。
經過檢査及檢驗，按上述工藝制作的換熱器樣機的質量符合設計要求， 管板焊縫經氦氣檢漏試驗表明其總漏率為9.8xlO，aMVS，符合核設備滲漏 標準要求。
權利要求
1、一種高效緊湊余熱換熱設備的制作方法，其特征在于所述的高效緊湊余熱換熱設備的制作方法包括小直徑管與厚管板的液壓脹接方法；具有空間復雜尺寸的換熱管(2)用支撐板(1)的制作方法和裝配工藝；復雜空間尺寸換熱管(2)的制作方法及設備；余熱換熱設備用換熱管(2)與管板的精確裝配方法。
2、 按照權利要求1所述的高效緊湊余熱換熱設備的制作方法，其特征 在于所述的小直徑管為08xlmm的不銹鋼管或鈦管，厚管板的厚度為 70mm;脹接方法采用殘余應力小、脹接均勻、管壁減薄程度小、密封性能 好的液壓脹接方法，并采用與小直徑管適合的脹管頭。
3、 按照權利要求1所述的高效緊湊余熱換熱設備的制作方法，其特征 在于所述的具有復雜空間尺寸的換熱管(2)用支撐板(1)的制作方法 和裝配工藝的方法為采用線切割制成帶有弧度的板條拼接而成，裝配工藝 的順序是隨著換熱管(2)的裝配同步進行。
4、按照權利要求1所述的高效緊湊余熱換熱設備的制作方法，其特征 在于所述的空間復雜尺寸換熱管(2)的制作方法是采用能360°旋轉、 操作方便、角度定位準確的彎管工具進行空間尺寸的制作。
5、按照權利要求1所述的高效緊湊余熱換熱設備的制作方法，其特征 在于所述的余熱換熱設備用換熱管(2)與管板的精確裝配方法，是先將 具有空間尺寸的并留有足夠直線引導段的換熱管(2) —端與兩個管板的其 中之一，即為固定管板，進行穿管并盡可能向前推進換熱管(2)，換熱管 (2)插入相應的支撐板(1)位置后，再將留有足夠長直引導段的另一端插入另一管板相應的管板孔，即為可動管板的管板孔，后退換熱管(2)， 調整相應的位置，完成一根管的穿管工作；完成整排換熱管(2)的穿管工 作后，點固固定管板端的換熱管(2)，并將換熱管(2)與三個支撐板(1) 裝配固定；所有換熱管(2)穿完后，封閉固定支撐板(1)，采用適當的工 裝移動可動管板的位置，達到相應尺寸要求后將換熱管(2)與可動管板點 固，完成裝配。
全文摘要
一種高效緊湊余熱換熱設備的制作方法，其特征在于所述的高效緊湊余熱換熱設備的制作方法包括小直徑管與厚管板的液壓脹接方法；具有空間復雜尺寸的換熱管用支撐板的制作方法和裝配工藝；復雜空間尺寸換熱管的制作方法及設備；余熱換熱設備用換熱管與管板的精確裝配方法。本發明的優點本發明所述的制作方法為特殊環境下、特殊空間用特殊結構的高效緊湊換熱設備制造開辟了一條新的途徑。本發明的質量符合設計要求，管板焊縫經氦氣檢漏試驗表明其總漏率為9.8x10<sup>-8</sup>PaM<sup>3</sup>/S，符合核設備滲漏標準要求，開發制造的具有體積小、重量輕、換熱效果好的換熱設備特別適合于海洋核動力裝置反應堆余熱排除系統中應用。
文檔編號F28D7/10GK101596668SQ20081001169
公開日2009年12月9日 申請日期2008年6月5日 優先權日2008年6月5日
發明者吳昌忠, 李東旭, 陳懷寧 申請人:中國科學院金屬研究所