基本工作原理
从反应堆来的高温氦气，经过管束上面的入口管道进入蒸汽发生器。当氦气自上向下横向冲刷螺旋管束时，将携带的热量传给螺旋管内的水—蒸汽介质，放热后的氦气经由套筒与筒体之间构成的环形通道折流向上流动，通过蒸汽发生器上部的氦风机升压后，由氦气出口环形通道再送回反应堆内重新加热。
给水从下部的横向给水管进入蒸汽发生器的底部，通过给水分配联箱，过冷水在螺旋管内向上流动，依次通过蒸汽发生器的预热段、蒸发段和过热段管束，吸收一次回路侧过来的热量，在管内进行对流和沸腾传热，在管子出口产生高温高压蒸汽，自蒸汽出口管道送至热用户，蒸汽凝结后，再返回到蒸汽发生器给水入口，进行再一次循环。
在蒸汽发生器中氦气自上向下冲刷螺旋管，管内工质（水—汽）自下向上直流流动，两侧介质采用逆流换热流程，以增大两侧介质的传热温差，减少换热面积，使设备紧凑，尺寸缩小。
设计原则
蒸汽发生器是核动力装置中的重要设备，进行蒸汽发生器的方案设计与技术设计必须慎重，必须考虑其经济性、安全性和工作性能。下面是有关经济性、安全可靠性的一些基本原则。
1、选用合理的一、二回路介质和流速。提高流速一方面使水阻力增加，泵耗功率增加，另一方面使放热系数增大，传热面积少，蒸汽发生器可更紧凑。所以应根据降低泵功耗和减小传热面积的要求来选择流速。
2、传热管的管径和管长对传热性能有很大影响。减小管径，增加管长可提高传热系数，减小传热面积。但一回路阻力也增加，应通过计算求出最佳的管径和管长。
3、提高蒸汽参数可提高核动力装置的热效率。在自然循环蒸汽发生器中将传热器设计成带有一体化预热器结构，也可提高装置的热效率。目前蒸汽发生器的工作压力多在6.5MPa左右，有的工作压力提高到8.0MPa，与此相对应的载热剂压力为15.5~17.5MPa。
4、采用改变一回路平均温度的运行方式，对自然循环蒸汽发生器是有利的。当负荷降低时使平均一回路负荷亦降低。可避免二回路侧压力急剧升高现象，从而可减少筒体壁厚。
总之，在设计蒸汽发生器时，要考虑一、二回路两种工质的种类和参数，正确地选用结构方案、材料、传热管的尺寸、最佳传热系数以及载热流体等，取得蒸汽发生器的最佳技术和经济指标。
螺旋管具有传热系数大，结构紧凑等优点，被广泛用作核电站、低温、动力、化工和石油设备。由于螺旋管束受热面的结构设计和传热计算都不同于一般形式的管壳式换热器，因此，本文从工程实际出发，提出了多头螺旋管束受热面结构的设计方法，并推荐了螺旋管内、外传热和阻力的计算关系式，给出了设计计算的基本步骤，最后对260MW高温气冷反应堆蒸汽发生器进行了设计计算。
通过本课题的研究工作，得出以下结论：
1、提出了多头螺旋管束受热面结构的设计方法，推荐采用保持传热管的螺旋上升角和径向相对节距一定，通过调整螺旋盘管中螺旋管的头数和轴向相对节距（既有不均匀的轴向相对节距）的方法来设计多头螺旋管束受热面结构。径向节距的相等使得热负荷较为均匀，螺旋上升角相同，使协调轴向节距和管子头数较容易。
2、推荐了螺旋管内单相流体、汽水两相流体换热系数和压降的设计计算关系式，以及螺旋管外气体横向冲刷换热系数和压降的设计计算关系式。同时也推荐了校验静态水动力特性的计算公式，并提出了防止管间脉动，发生流动不稳定性的方法。
3、采用所提出的多头螺旋管束受热面结构的设计方法以及螺旋管内外传热与压降的关系式，对260MW蒸汽发生器进行了设计计算。本设计选用逆流、单程、直流式蒸汽发生器，该蒸汽发生器传热面管束是由与中心同心的多头螺旋管圈组成，共有220根换热管子。螺旋管共缠绕24层，最内层螺旋管螺旋直径0.545m，最外层螺旋管直径2.27m，管束高度8.43m，所有传热面管束由三块辐射状支撑板支撑。
本文得到的结果不仅适用于高温气冷反应堆的蒸汽发生器，而且适用于各种工业设备中的螺旋管式换热器和螺旋管式热交换器。
由于水平有限及时间上的限制，本文的工作只能到此为止，还有很多工作需要完善。目前，换热器已采用计算机辅助设计来进行结构方面的优化，对多头螺旋管式换热器进行软件技术开发将是笔者今后努力的方向。
