本发明论述了蒸汽发生器，比较具体地论述了带有内部挡板的淤渣收集器或淤渣桶，这些挡板形成多个层流流道，因而提供缩短的垂直沉降距离，用来改善核蒸汽发生器内再循环二次水中夹带的颗粒物质的重力沉降和收集的效率。 大家知道，在蒸汽发生器的工艺中，要在其内部提供一些较低液体流速的空间或体积，以使液体中悬浮的固体粒子能有机会在一个比较容易收集它们并比较容易将它们从蒸汽发生器中排出的区域中沉降下来。例如，同样转让给西屋电气公司的美国雷丁的（Redding）专利透露了一个应用于以前描述过的核蒸汽发生器的淤渣桶（即淤渣收集器，或收集室）。这个淤渣桶放置在蒸汽发生器的内蒸汽中夹带的再循环水与进入的给水之间，因而截取了再循环水并至少使其一部分保持在大体上停滞的状态下，以利于使高度浓集的夹带的固体粒子在淤渣桶中沉积下来。收集室内部的挡板装置限制了连续进入的蒸汽中夹带的水同收集室中已保留的水进行交换，因而在允许使进入的再循环水同收集室中的水以要求的速率进行交换的同时，使扰动减至最小，从而使这些水中夹带的固体粒子或沉积物在淤渣桶中沉积下来。因此，美国专利4，303，043号中淤渣桶的内部挡板的作用是保证使收集室中的水在相对静止的环境中停留足够的时间，以使固体粒子在水流出收集室进行再循环以前满意地沉积下来。
本发明的主要目的是提供淤渣收集器或淤渣桶，它为夹带的固体粒子的重力沉降提供最佳的条件。
从这一目的出发，本发明归结为应用于立式蒸汽发生器的淤渣收集器。蒸汽发生器在其内部有一个流道，供给蒸汽发生器的二次水流过该流道用来把二次水加热并转换为从蒸汽发生器排出的蒸汽;蒸汽发生器包括有在蒸汽排出以前使蒸汽中夹带的液体进行分离的装置，包括有收集分离液体、并使分离液体同蒸汽发生器中的其它二次水进行混合以通过流道进行再循环的装置。上述的淤渣收集器接收一部分上面收集的分离液体，然后再使之同其它二次液体混合进行再循环。上述收集装置包括有带上、下端壁的通常为圆柱形的侧壁，上、下盖板整体地焊接到上述园柱形侧壁的对应上、下端壁上。上述的上盖板包括有一个位于中央的、接收一部分收集起来的分离液体的入口，并包括有布置在其周边附近的数个出口，通过这些出口使接收的液体流出淤渣收集器。淤渣收集器的特点是在其内部在上、下盖板的中间水平地配置有挡板装置，用来在淤渣收集器内部形成数个连通上述入口与出口的层流流道室，每一个层流流道室为接收的二次液体中夹带的颗粒物质限定了缩短的垂直沉降距离，并限定了使液体朝着上述出口进行扩散的流道面积。
挡板装置提供了数个层流流道，同时使垂直沉降距离减到最小，并防止在淤渣收集器入口与出口之间的中间位置产生扰动，从而使再循环的蒸汽中夹带的水在要求的停留时间内保持在相对静止的条件下，以使蒸汽中夹带的二次水中的沉积物或夹带的固体粒子达到要求程度的重力沉降。此外，挡板装置的形状构成利用了淤渣收集器圆形几何形状的扩散性质，使得每一个流道的截面面积和总的系统的几何形状相配合而不会使流速增加。
通过对附图中表示的本发明推荐的具体装置作进一步说明，将会更容易了解本发明，这仅作为例子。其中：
图1是蒸汽发生器上部的纵剖面图;
图2是沿图1中2-2线切取的蒸汽发生器的剖面图;
图3是本发明的淤渣收集器的简化的透视图，通常用沿着图2中3-3线的截面来表示;
图4是根据本发明的另一个具体装置用沿着淤渣收集器的直径方向（例如沿着图2的3-3线）切取的截面表示的简略的部分纵剖面图;
图5是按照本发明的淤渣收集器又一个具体装置的以截面表示的简略的部分纵剖面图;
图6是按照本发明又一个具体装置的淤渣收集器弧形段的简略的部分顶视图（如从图2中切取）。
这里参考的一般类型的垂直U形管蒸汽发生器在得到普遍承认的美国专利4，079，701、4，276，856号以及上面引用过的4，303，043号中作了比较详尽的描述。在此，通过参考这种蒸汽发生器的一般说明也就包括了上述专利透露的内容。按照本发明的淤渣收集器的第一个具体装置在图1所示的核蒸汽发生器中作了透露，不过将会明白，本发明并不限于只在这里透露的特定的蒸汽发生器中使用。
同时参考图1以及沿图1中2-2线切取的图2中的剖面图，核蒸汽发生器（参考号一般为10）包括有一个下部壳体12，它连接到锥形过渡壳体14上，而由锥形过渡壳体14将下部壳体12连接到较大直径的上部壳体16上。上面带有蒸汽管嘴19的碟形端盖18封闭住上部壳体16。通常为圆柱形的内部管束套筒20呈环形、空间上彼此隔开地布置在壳体12和14内部并延伸到上部壳体16的下部区域，内部的管束套筒20包住了U形管管束17。内部管束套筒20以及有关的外部壳体12和14限定了环形的液体流动间隙24。
二次液体或给水的进口接管30在靠近过渡壳体部分14的上部壳体16的壳壁上形成，并同给水集管或环管32连通，给水环管伸展到围绕上部壳体16的内圆周布置并支撑住一系列的丁形管嘴34，再由丁形管嘴34将给水向下引导到环形间隙24。运行时，给水通过给水入口接管30进入蒸汽发生器10，流过给水集管32再经丁形管嘴34流出。从丁形管嘴34流出的大部分给水向下经环形间隙24流到蒸汽发生器10封闭的底部（图上未表示出来），在那里给水通常沿径向向内流动，同管束17进行热交换。热的反应堆冷却剂不断地进行再循环，通过反应堆堆芯时被加热，通过管束17时加热给水。被加热了的给水依靠自然循环经管束17向上流动，由此再被加热直至转换为蒸汽，这种方式是大家知道的。
管束套筒20的上部由一个上盖板或称套筒盖21封住，通常，管束套筒20可以由沿着焊缝20c整体焊接起来的下部20a和上部20b构成。这样，淤渣收集器40在管束套筒20的上部20b内部构成，它包括有套筒盖21和现在要予以说明的其它部件。重要的是，按照图1中所示的本发明淤渣收集器的第一个具体装置，淤渣收集器40包括有一个内部的挡板42，挡板42包含有一块由相互垂直的径向延伸部分42a、42b、42c和42d组成的水平板，这些径向延伸部分分别带有对应的与其成一体的直立部件43a、43b、43c和43d，这些直立部件被固定到盖板21上，并垂直地垂挂在盖板的下面，以吊住挡板42。
参考通常包含在上部壳体16内部的蒸汽发生器的较高部分，在管束套筒盖21的上部布置有数个上升套筒50，它延伸穿过管束套筒盖21和水平挡板42以便同对应的上升过渡锥体52整体焊接起来。每一个上升过渡锥体52呈复杂的几何形状，它从由一个90度弧形段外边缘和两个成直角的内边缘组成的下部周边向上延伸到上升套筒50的下部圆形端面。相邻锥体52的邻接的直角边相互整体地焊接起来，而其弧形段外边缘整体地焊接到管束套筒上部20b的接近的内表面上。因此，由给水生成的蒸汽从管束17的顶部开始上升，流过过渡锥体52和上升套筒50，向上经过蒸汽发生器10，最后经蒸汽接管19流出。上升套筒50的上端在中间盖板54处终止并固定到该中间盖板上，该中间盖板则固定到（采用的办法在图中未表示出来）上部壳体16上。另外，下降套筒51也固定并垂挂在中间盖板54上，该套筒51与对应的上升套筒50同轴，但其直径比上升套筒的直径大一些，从而在两个套筒之间形成了液体向下流动的环形间隙53。如图1所示，下降套筒51比起上升套筒50来有较短的轴向长度，因此下降套筒的下端面离管束套筒盖21有一定的距离。
通常在上升套筒50内部配置有离心式的螺旋叶片分离器（图中未表示），它起到蒸汽发生器10第一级分离器的作用，用来将夹带的水从其中流过的蒸汽中分离出去。分离出来的水受到向外的离心作用而进入环形的下降套筒51，或者进入切向的管嘴56以便将分离出的水排入共同的环形间隙24中。正常的水位以58表示，因此，由上升套筒50内的第一级分离器从蒸汽中分离出来的水分别地通过下流液体的环形间隙53、通过切向的管嘴56和上升套筒50的外部返回到间隙24内保持的水中。间隙24中的水同通过输入接管30、给水集管32以及管嘴34供给的新鲜给水一起，流过前已说明的流道并同管束17进行热交换，从而转变为蒸汽。
两个垂直叠放的人字形湿气分离器60、62分别由支撑环61和63进行支撑，从而与上部壳体16的内壁相隔开，使得从上升套筒50中第一级分离器排出的蒸汽通过叠放的人字形分离器60或62，以便除去蒸汽中夹带的剩余的水分。收集槽64和66分别将人字形分离器60和62分离出来的水收集起来，并将其引向中心的排水管68，由排水管68将分离出来的水垂直向下输送到管束套筒盖21。更可取的是，在中心排水管68的端部装有一块弥散板69，可防止中心排水管68中的回流直接冲击到管束套筒盖21上。
因此，给水通过同管束17中的热冷却剂进行的热交换而产生的蒸汽向上流过内部包含有第一级分离器的上升套筒50，然后流过第二级分离器60和62，将蒸汽中夹带的水分除去。所有分离出来的水最后收集并回流到环形间隙24中，与新近供给的给水进行混合，以便进行再循环同管束17进一步进行热交换。正如将会看到的那样，使得从上升套筒50中第一级分离器和叠放的人字形湿气分离器60及62出来的向下流动的再循环水的大部分在回流路径中沿着管束套筒盖21流到环形间隙24中。
从流过淤渣收集器40的再循环水中靠重力沉降下来的并收集在挡板42水平表面上和过渡锥体52倾斜表面上的沉积物或颗粒物质，必须定期地除去。这是通过上升套筒50侧壁上的检修门70（见图1）来实现的，此外，检修门70同管束套筒盖21上的盖板或收集器门72是相通的。
图3是沿着图2中3-3线的截面中切取的表示本发明淤渣收集器的简化原理图，现在同图1和图2一起来参考该图，以便说明由本发明的内部挡板产生的液体流动。图3简化表示的与图1和图2的部件相对应的部件用相同的数字来标识。如图3中所示，在也作为淤渣收集器40顶盖的管束套筒盖21上，在中心布置有一个由一组孔组成的入口90，用来使二次水进行再循环。从淤渣收集器40流出二次水的出口由管束套筒盖21上相应的孔来确定，这些孔位于靠近管束套筒盖21周边的四个径向相对的正交位置上，具体地说，孔92a、92b、92c和92d与相应的延伸部分42a、42b、42c和42d的中心线相对准，并且分别位于直立部件43a、43b、43c和43d的外面即在径向的外面。挡板42的中间水平部分还有一个中心孔41，它与入口90对齐。从而，挡板42确定了上部和下部的层流流道室40a和40b。按照入口90和出口92的尺寸的许可，一部分选定的再循环二次水流沿轴向垂直向下经入口90进入淤渣收集器40。水流的第一部分由挡板42引导到流道室40a，其余的第二部分继续沿轴向向下径挡板42上的孔41流进流道室40b中，然后这两部分水流在挡板42确定的对应的上部和下部流道室40a和40b中沿着上部和下部两个独立的层流流道朝着淤渣收集器40的外圆周径向向外扩散。同时参考图2和图3可以清楚地看到这些流道。上部流道室40a中的层流沿着挡板42径向向外扩散，通过由相邻的两个上升套筒50的侧壁、管束套筒盖21以及隔板42限定的中间空间分到四个相互成直角的流道中去，然后，每一个流道中的液流通过由每一个直立部件43a、43b、43c、43d的边缘与对应的相邻上升套筒50的侧壁所限定的输出口分到两个分流道中。流过下部流道室40b的层流在由挡板42和对应的过渡锥体52的上部复杂的几何表面所限定的四个相互成直角的流道中，从输入孔41的轴线沿径向向外扩散到淤渣收集器40的外周边。然后使对应的上部和下部的层流流道在直立部件43a、43b、43c和43d的附近汇合起来，以便分别径输出孔92a、92b、92c和92d流出。
每一个流道中的流速和有关的停留时间应设计得使沉积物在淤渣收集器40中实现有效的重力沉降，使之特别沉积在挡板42的上部水平表面以及过渡锥体52的上部表面上。因此，从淤渣收集器40中流出的二次水已经从中除去了规定大小的和要求数量的原来在二次水中夹带的颗粒，这样，净化了的二次水进入环形间隙24，在那里同以前分离并收集起来的二次水以及新近引入的给水或二次水进行混合，并使之再循环同管束17进行热交换。
为了从二次水中有效地除去沉积物或夹带的固体粒子，在设计挡板布置时必须考虑多种不同的参数。首要的参数是垂直沉降距离，尤其是，本发明有可能使垂直沉降距离减至最小从而使为实现规定大小范围的颗粒物质的重力沉降所需要的停留时间减至最小，根据上述规定的大小范围已经建立了去除沉积物的设计准则。众所周知，颗粒物质越细，在相对静止的条件下实现重力沉降所需要的停留时间就越长。另一方面，如果伴以较长的沉降路径，则较高的速率可使较高质量的颗粒物质适当地沉降下来，但较低质量的颗粒物质可能不会沉降而继续夹带在水中。因此，无论是通过单个流道或多个流道，设计准则必须考虑要保持适当的流通截面面积，使得不超过容许的最大速度，并与液体在淤渣收集器内部的停留时间、与选定的垂直沉降距离相符合;使得符合设计准则的规定质量和大小范围的颗粒物质的重力沉降能够被实现。
按照下述表达式来建立这些参数的相互关系：
其中hs代表沉降的效率，E代表给定的蒸汽发生器装置中淤渣收集器的效率：
hs＝ (Vs×L)/(H×VB) ……（1）
其中：Vs＝颗粒的沉降（垂直）速度;
L＝流道的长度（即用于沉降的长度）;
H＝沉降（垂直）距离，或长度;
VB＝流速。
E＝ (流过淤渣收集器的体积流量)/(流过蒸汽发生器的体积流量) ×hs……（2）
根据表达式（2），给定蒸汽发生器装置的淤渣收集器的效率E自然取决于流过淤渣收集器的二次水的体积流量对于流过蒸汽发生器的二次水的总流量的比值，在典型装置中，这一比值大约为2%，因而：
E≌0.2hs……（3）
将上述关系式应用于图1至图3中表示的具体透露的淤渣收集器40时，蒸汽发生器10可以有一个高度约为6.3米、内径约为4.8米的上部壳体16，一个高度约为1.9米的过渡壳体14，一个内径大约为3.9米的下部壳体12，以及一个内径约为4米的管束套筒的上部20c。上升套筒50的一般外径约为1.3米，下降套筒52的一般外径约为1.6米，从而确定了径向距离约为10厘米的（考虑了套筒50和51的材料厚度）液体下降环形空间。几个同轴套筒50和51是彼此隔开的，互相之间的中心距约为1.8米，它们在各自的象限内定位的角度相同，使得上升套筒50的外表面与管束套筒20上部20b的内表面接触或很靠近。通过特定尺寸的蒸汽发生器10的二次水总流量（即通过入口接管30供给的新鲜给水以及汽中夹带的再循环水）一般大约为每小时7×106升，大约产生9×105公斤/小时的蒸汽。因此，沿着管束套筒盖21大约有5.4×106升/小时的液流，或再循环的二次水。相应地，淤渣收集器40总的垂直高度即轴向高度可能大约为77厘米，与过渡锥体52的底端至管束套筒盖21之间测得的一样;挡板42大约在管束套筒盖21以下15厘米。流过淤渣收集器40的流量由组成入口90和出口92的孔的数量和大小来控制，典型情况是大约为那里流过的流量（即5.4×106升/小时）的2%，即1.05×105升/小时。在图2所示装置中，入口90包括有65个孔，每一个的直径为1.9厘米，出口92a、92b、92c和92d每一个都包括有1.9厘米直径的孔16个。
虽然上述几何尺寸和流量是本发明一个实际应用的例证，但是应该明白，这些尺寸和流量在任何绝对意义上说并不是什么约束条件，而是试图表示在实际实现本发明的设计中行之有效的近似的相对关系。正如在本技术领域方面很熟悉的人将会意识到的那样，上升套筒50及有关结构（例如下降套筒51）的数目及相应的直径并不是关键性问题，而是由实际设计要求来选定的。例如，在另外的比较方案中，可以应用比图1至图3中所示的四个上升套筒直径量更小但数量更多的上升套筒，并使之配合来满足任何给定装置中的流量要求。
不使流通的截面积在任何特定位置显著地缩小，以使得流速或流量不会增加到一个不可接受的水平，这是很重要的。因此，特别可从图2和图3见到，在上部流道室40a中四个流道的每一个流道在上升套筒50侧壁之间的位置上具有最小的截面面积，其后每一个流道中接连的流通区域具有增大的截面面积。同样可以看到，经过由挡板42和过渡锥体52的上表面限定的下部流道室40b的每一个流道，从孔41下面的中心位置开始经过不断增大的截面面积流向淤渣收集器40的四周。因此，本发明的挡板利用了基本的淤渣收集器的园形结构的扩散特性以及上升套筒50及其有关的过渡锥体52的形状和位置来提供满足上述准则所要求的流通截面面积。此外，由入口90和出口92容许的流量对于汽中夹带水的再循环总流量的关系确保在淤渣收集器40内保持充分低的流速，以便达到所要求的二次水的静止停留时间，给定了限定流道室40a和40b的各部件的垂直间距因而给定了它们对应的沉降距离，使得特定大小或特定尺寸范围的颗粒成功地沉降下来。将会明白，设计准则是根据经验来选定的，并要考虑到测量数据和统计变化。因此，根据对再循环给水进行的杂质分析，实现16微米或更大尺寸颗粒基本上完全沉降和去除的设计准则应该考虑这一尺寸或更大尺寸的颗粒在淤渣收集器40中沉降时的最大效率，一般颗粒的大小范围从16微米直至30微米（通常，更大的颗粒不会被给水所夹带而是会直接沉降），颗粒尺寸降低到16微米以下，其沉降效率逐渐降低。
图4是与图1、2、3的淤渣收集器40有相似几何形状设计的淤渣收集器100的挡板装置以部分剖面表示的简化剖面图。如图中所示，设置了多个挡板110，从而形成多个水平流道室，它们具有大为减小的垂直沉降距离，但基本上保持了相同的流通截面总面积以便不增加流速，而总的流通面积随着至外部圆周的径向距离的增加而增加。对于给定的流速以及需要重力沉降的颗粒尺寸的范围，这一结构容许减少流道的长度。
由图4的结构提供了多个层流流道，在依次降低的挡板110中，以120表示的对应中心孔的截面积按比例减小，以便在依次降低的每一个层流流道中提供适当的体积流量。如同在图1、2和3的淤渣收集器中实现的那样，这一结构也利用了圆形几何形状的扩散性质。同样重要的是，在图4的挡板布置中，垂直流量并不比具有对应的外部尺寸但没有本发明层流挡板装置的淤渣收集器中自然地产生的垂直流量有显著的增加。当然，由于图4中挡板110的厚度相对于淤渣收集器的高度来说认为可以忽略不计，因此图4的结构实际上可以提供与图3结构相同的流通截面总面积，例如，由于降低了垂直沉降距离，图4结构可以给出更高的效率，可以除去比图3中颗粒物质的质量范围更宽的颗粒物质。
图5是按照本发明的淤渣收集器另一个具体装置的原理性的部分纵剖面图，它以大体上相似于图4的方式用剖面表示。该剖面图只是沿着通常为园柱形的淤渣收集器130的半径方向（即不是沿着直径）截取的。特别是，图5的淤渣收集器130包括有可以和图3中90表示的多孔入口一样的入口132，以及内部沿径向扩展的水平挡板134、135和136。同没有内部挡板但具有相同外部尺寸的淤渣收集器相比较，这些挡板提供了缩短的沉降距离但另外增加了流道长度。还应该体会到，由于沿着淤渣收集器130的轴向设置了中心入口132，并在靠近园柱形淤渣收集器130的外周边布置了多个出口138（仅表示出了其中的一个），如前所述，淤渣收集器130利用了园形几何形状的扩散性质。特别是，使挡板134、135和136的位置布置适当以便提供逐渐增大的流道截面面积，从而避免使液流出现不希望的加速。
图6是按照本发明另一个具体装置的淤渣收集器150的一个弧形段的原理性的部分断面图，图6详细地表示了如图2中所示的通常为圆柱形的淤渣收集器的一个弧形段，每一个弧形段形成一个具有单一水平层流的流道室，因此，在每一级中使用多个弧形段，而在一个组合的淤渣收集器中应用多个相互连接的级。这样，图6的结构实现了如图4结构中提供的多路层流。而且，在利用圆形几何形状扩散性质的优点以满足上面已说明的流通截面面积准则的同时，图6的结构还提供了增加的流通长度，图6的弧形段淤渣收集器150包括有径向侧壁152和153，以及一个弧形的外壁段154，它构成为淤渣收集器150的通常为圆柱形的壳体的一部分。内部的挡板155和156与第一个径向侧壁152成平行地延伸，第一块挡板155被固定到第2个径向侧壁153上，而第2个挡板156则固定到弧形的外壁段154上，并向内进行延伸。通过挡板155和156尺寸的适当配合和适当的定位，可以看到，流道的截面积是与上述准则保持相一致的。
总之，由本发明提出的淤渣收集器的内部挡板装置给蒸汽发生器中再循环二次水夹带的沉积物提供了缩短的沉降距离，因而在容许使用缩短的流道长度和停留时间的同时提高了依靠重力沉降除去沉积物的效率。通过利用圆形几何形状的扩散性质，在流动方向上保持并增加流道的截面面积，从而避免了不希望有的有害的流动加速。同样使扰动减到最小，从而实现了使二次水中的沉积物和颗粒物质得到有效的重力沉降所需要的静止环境。