Парогенераторна установка ПГВ-1000
Вступ
Парогенератор ПГВ-1000 призначений для відводу тепла від теплоносія першого контуру і генерації сухої насиченої пари реакторної установки ВВЕР -1000.
Тип парогенератора-горизонтальний однокорпусний, з зануреною поверхнею теплообміну з горизонтально розташованих U-подібних труб, з вбудованими сепараційними пристроями.
У горизонтальному ПГ забезпечується велика площа дзеркала випаровування, що полегшує сепарацію вологи з пари, природна циркуляція робочого тіла підвищує надійність установки, хоча і призводить до деякого збільшення розмірів ПГ.
Метою цього курсового проекту є:
.Тепловий розрахунок поверхні нагріву.
.Конструктивний розрахунок елементів парогенераторів.
.Розрахунок на міцність елементів парогенераторів.
.Гідродинамічний розрахунок.
1. Тепловий розрахунок парогенератора
1.1 Тепловий баланс парогенератора
Теплова потужність:
економайзерної ділянки:
,де
-величина продувки;
- ентальпія води на лінії насичення робочого тіла (таблиця II.1 [1]);
- ентальпія живильної води (таблиця II.2 [1]);
випарної ділянки:
,де
- теплота пароутворення (таблиця II.1 [1]);
загальна теплова потужність парогенератора:
Витрата теплоносія:
, де
- ентальпія теплоносія на вході в ПГ;
-ентальпія теплоносія на виході з ПГ (таблиця II.2 [1]); - ККД парогенератора (стор. 245 [2]).
Ентальпія робочого тіла на вході в міжтрубний простір поверхні нагріву:
, де
- кратність циркуляції (стор. 342 [2]).
Температура робочого тіла на вході в міжтрубний простір поверхні нагріву:
.
Ентальпія теплоносія на виході з випарника:
, де
- ентальпія теплоносія на вході в випарник.
Температура теплоносія на виході з випарника (таблиця II.2 [1]):
Рисунок 1.1 - t-Qдіаграма
.2 Теплообмін зі сторони теплоносія
Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від теплоносія до стінки труби
Коефіцієнт тепловіддачі з боку теплоносія розраховується за емпіричними залежностями.Для випадку течії однофазного середовища в трубах,
де ?-коеф.теплопровідності води, н і ? ст - відповідно зовнішній діаметр і товщина стінки труб, м
Число Рейнольдса
де w?-масова швидкість теплоносія,
?-динамічна в'язкість води, Па ? с
Розглянемо 3 опорні точки теплової діаграми:
1.вхід теплоносія в випарну ділянку (вхід в ПГ)
2.вхід теплоносія в економайзерну ділянку (вихід з випарного)
.вихід теплоносія з економайзерної ділянки (вихід з ПГ)
Для вказаних перерізів поверхні нагріву за заданими значеннями тиску та температури теплоносія визначимо питомий об'єм, динамічну в'язкість, коефіцієнт теплопровідності та число Прандтля (таблиця II.2, ІІ.3, ІІ.4 [1]):
-вхід теплоносія у випарну ділянку
-вхід теплоносія в економайзерну ділянку
-вихід теплоносія з економайзерної ділянки
Масова швидкість теплоносія через постійність прохідного перерізу залишається постійна по всій довжині труби поверхні нагріву, тому її можна розрахувати по відомим значенням параметрів у вхідному перерізі:
Число Рейнольдса в розрахункових перерізах:
-вхід теплоносія у випарну ділянку:
-вхід теплоносія в економайзерну ділянку:
-вихід теплоносія з економайзерної ділянки:
, де
- зовнішній діаметр труб поверхонь нагріву; - товщина стінки труб поверхонь нагріву.
Коефіцієнт тепловіддачі від теплоносія до стінки труби:
-вхід теплоносія в випарну ділянку:
-вхід теплоносія в економайзерну ділянку:
-вихід теплоносія з економайзерної ділянки:
Розрахунок коефіцієнта тепловіддачі від труб робочому тілу
Для визначення коефіцієнта тепловіддачі від стінки труби до робочого тіла необхідно знати коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби, який залежить від температури стінки, яка у першому наближенні для розрахункових перерізів:
Коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби поверхонь нагріву, що залежить від температури (таблиця II.5 [1]):
-вхід теплоносія в випарну ділянку:
(таблиця II.5 [1])
-вихід теплоносія з випарної ділянки:
(таблиця II.5 [1])
Термічний опір оксидних плівок приймаємо: .
Для знаходження густини теплового потоку qта коефіцієнта тепловіддачі ?2 необхідно задати k, для цього приймаємо, що ?2=30. За допомогою ітерацій ми уточнюємо величину коефіцієнта тепловіддачі з боку робочого тіла ?2та густини теплового потоку. Розрахунок вважається завершеним,коли відхилення значень питомого теплового потоку, отриманих в останніх двох ітераціях, не перевищує відхилення у 5%.
На першому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:
-вхід теплоносія у випарну ділянкупри :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
-вихід теплоносія з випарної ділянки при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
На другому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:
-вхід теплоносія в випарну ділянку, при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
Розбіжність значень питомого теплового потоку:
-вихід теплоносія з випарної ділянки, при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку
Розбіжність значень питомого теплового потоку:
На третьому ітераційному кроці коефіцієнт тепловіддачі від труб до киплячого робочого тіла:
-вхід теплоносія в випарну ділянку, при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
Розбіжність значень питомого теплового потоку:
-вихід теплоносія з випарної ділянки, при :
Коефіцієнт теплопередачі:
Густина теплового потоку теплоносія на вході в випарну ділянку:
Розбіжність значень питомого теплового потоку:
Як випливає з приведених в таблиці 1.1 результатів, умова виконується вже на третьому ітераційному кроці. Отже, значення коефіцієнтів тепловіддачі від труб киплячому робочому тілу в розрахункових перерізах визначається величинами, що отриманні на цих ітераційних кроках
Таблиця 1.1 - Результати розрахунку коефіцієнта тепловіддачі
Номер ітераційного крокуВхід теплоносія в випарну ділянкуВихід теплоносія з випарної ділянки1231233081,2575,21305751,49,58,58,439,2788,01708634629426,5368368,50,120,0080,160,00181,2575,2174,85751,451,44
Таким чином коефіцієнти тепловіддачі від труб робочому тілу на вході і виході з випарної ділянки відповідно дорівнюють ; .
Число труб поверхні нагріву при відомому внутрішньому діаметрі труб, швидкості та параметрах теплоносія на вході в ці труби визначиться на основі рівняння нерозривності струменя:
.3 Розрахунок площі поверхні нагріву та довжини труб
Випарна ділянка
Площа нагріву випарної ділянкирозраховується як:
.
Коефіцієнт теплопередачі в розрахункових перерізах:
-вхід теплоносія у випарну ділянку
-вихід теплоносія з випарної ділянки
.
Усереднений коефіцієнт теплопередачі на випарній ділянці
.
Більший температурний напір
.
Менший температурний напір
.
Температурний напір на випарній ділянці
.
Розрахункова площа нагріву випарної ділянки
,
враховуючи коефіцієнт запасу
,
Довжина труб випарної ділянки
,
тут .
Економайзерна ділянка
Теплофізичні властивості робочого тіла визначаються в залежності від його тиску та температури:
-вхід робочого тіла в економайзерну ділянку
(; ; ):
коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби (сталь Х18Н10Т) (табл. II.5 [1]):
,
коефіцієнт теплопровідності матеріалу труби (сталь Х18Н10Т):
,
Більший температурний напір
.
Менший температурний напір
.
Температурний напір на економайзерній ділянці
.
Орієнтовно оцінюємо площу поверхні економайзерної ділянки
Приймаємо: ;
Орієнтовна площа нагріву економайзерної ділянки
,
враховуючи коефіцієнт запасу
;
Орієнтовна довжина труб економайзерної ділянки
.
Площа поверхні міжтрубного простору( з ескізу)
.
Масова швидкість робочого тіла
;
Число Рейнольдса в розрахункових перерізах:
-вхід робочого тіла в економайзерну ділянку
.
При поперечному омиванні трубного пучка потоком однофазного робочого тіла коефіцієнт тепловіддачі від труби до робочого тіла дорівнює:
, де
- при коридорному розташуванні труб
Коефіцієнт теплопередачі:
,
Розрахункова площа нагріву економайзерної ділянки
,
враховуючи коефіцієнт запасу
.
Похибка розрахунку
;
, тому довжина труб економайзерної ділянки
.
Середня довжина труб парогенератора
2. Конструктивний розрахунок парогенератора
.1 Основні конструктивні характеристики пучка теплообмінних труб
Внутрішній діаметр камери теплоносія:
, де
- швидкість теплоносія в камері;
Крок труб по периметру колектора в поперечному ряду отворів, по внутрішній поверхні:
Кількість труб в одному поперечному ряді половини колектора, враховуючи зазори (10% периметру):
Кількість рядів труб по вертикалі:
Зовнішній діаметр камери теплоносія:
, де
- приймаємо товщину стінки колектора.
Ширина половининапівпучка:
.
Приймаємо крок труб (стор.38[1]):
.
Висота пучка труб:
.
Орієнтовний радіус корпуса:
Зазор між корпусом та колектором:
.
Зазор між пучками приймаємо рівним:
;
Внутрішній радіус корпусу парогенератора
Розрахунок довжини пучка:
;
,
де ;
2.2 Розрахунок зануреного дірчатого листа
Для виконання розрахунку приймаємо:
середній ваговий рівень дзеркала випаровування на 75 мм вище дірчатого листа: ( мм )
крайовий кут ;
діаметр отворів дірчатого листа ( мм );
швидкість пари в отворах дірчатого листа на 20% вище ніж мінімально допустима. На основі оціночних розмірів і ескізного опрацювання ширина дзеркала випаровування 2,33 (м ).
Приведена швидкість пари:
Частка перетину, зайнята паром:
Дійсний рівень водяного об'єму:
м
Середній радіус бульбашок пари, що утворюються над дірчатим листом:
м
Швидкість пари в отворах дірчатого листа:
мінімально допустима:
фактична з урахуванням коефіцієнта запасу:
Необхідна сумарна площа дірчатого листа:
Площа дірчатого листа:
Відносна площа перерізу отворів дірчатого листа:
Коефіцієнт місцевого опору отворів дірчатого листа:
Товщина парової подушки під дірчатим листом:
розрахункова:
фактична:
Сумарна кількість отворів у дірчатому листі:
Крок отворів по їх розташуванню по вершинах квадрата:
парогенератор нагрів теплообмінний труба
2.3 Режимні та конструктивні характеристики паросепараційного пристрою горизонтального ПГ
Для виконання розрахунку приймаємо:
використовуємо похилі жалюзійні сепаратори;
приймаємо значення вологості пари на вході в сепаратор із запасом 20%;
ширину пакету жалюзі мм;
вологість пари на вході в жалюзійний сепаратор(5-10)%, яка має місце при дотриманні нерівності , де
;
масовий паровміст на вході в сепаратор ;
кут нахилу жалюзі ;
число рядів жалюзі ;
коефіцієнт нерівномірності швидкості по висоті жалюзі
перевищення вісі верхнього ряду труб поверхні нагріву над діаметральною площиною корпусу ПГ Dl = 72мм
Швидкість пари на вході в сепаратор:
критична:
з урахуванням коефіцієнта запасу:
Прохідний перетин сепаратора:
де ширина пакету жалюзі в одному ряді:
Висота жалюзійного сепаратора:
м
Крок розташування рядів жалюзійного сепаратора:
м
Відстань від горизонтальної діаметральної площини корпусу парогенератора до верхньої кришки (виходу пари) жалюзійного сепаратора:
=м
Дійсна висота парового простору:
м
При цьому
м
<
Оскільки <то установка жалюзійних сепараторів забезпечує якісну сепарацію.
2.4 Діаметри вхідних і вихідних патрубків робочого тіла
Діаметр патрубка подачі живильної води:
Згідно стандартів приймаю:
Діаметридвох відвідних труб:
Згідно стандартів приймаю:
Діаметрироздаючих трубок:
Згідно стандартів приймаю:
Діаметр колектора відводу пару:
.
Згідно стандартів приймаю:
Діаметри патрубків відводу пару:
Згідно стандартів приймаю:
3. Розрахунок на міцність
.1 Розрахунок камери теплоносія
Розрахунковий тиск
;
Номінальна допустима напруга при для сталі , густина
Коефіцієнти міцності для послаблюючих рядів отворів
Поперечного
;
Повздовжнього
;
косого напряму
,
де ; - діаметр отвору під трубу; - при коридорному розташуванні отворів.
Для розрахунку товщини стінки використовується найменший коефіцієнт:
Маса колектора
.
3.2 Розрахунок верхньої конічної частини колектора
Кут нахилу приймаємо ? = 90< 450
Рисунок 3.1- Верхня конічна частина колектора
Розрахунковий тиск
;
Номінальна допустима напруга при для сталі , густина
Поправка на корозію с = 3 мм
Коефіцієнт міцності для конічної перехідної ділянки без послаблюючих отворів і звареної рівноміцним швом приймається ? = 1
Розрахуємо товщину стінки:
3.3 Розрахунок на міцність центральної обичайки
Рисунок 3.2 - Центральна обичайка горизонтального парогенератора
Матеріал сталь 22К
Розрахунковий тиск:
;
Номінально допустиме напруження при для сталі 22К за табл.П.7 [1]
Приймаємо товщину стінки Sоб = 65мм;
Добавка на корозію С = 3 мм;
Середній радіус обичайки:
Діаметр отвору для колектора dк = 760 мм
Діаметр отвору для продувки dпр = 97 мм
Відстань між осями отворів для колекторів з розрахунку конструктивних характеристик пучка:
поперечна lпоп =1430;
повздовжня lповз =1430
Кути кромок отворів (рис.3.2):
a =27о
a1 =11o
a2 = 44o
Характеристики отвору для колектора як еліпса, що лежить на циліндричній поверхні:
велика вісь (гіпотенуза прямокутного трикутника PHM)
, де
- мала вісь:
Середній діаметр отворів для колектора (еліпса):
Відстань між кромками отворів для колектора та продувки
Відстань між кромками отворів для колекторів:
Перевірка, чи є ряд отворів dк та dпр послаблюючим рядом отворів:
l<l ,
отже ряд послаблюючий
Перевірка, чи є два отвори для колекторівdкпослаблюючим рядом отворів: l1>l ,
отже ряд не єпослаблюючим.
Визначення коефіцієнта міцності ?1 при послаблюючому ряду отворів dк та dпр :
середній діаметр послаблюючих отворів:
- поперечний крок отворів по довжині дуги :
- повздовжній крок отворів:
- параметр
Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:
Так, як dк<dп , то отвір необхідно укріпити штуцером з такими розмірами:
Тоді площа укріпленого перетину штуцера:
Коефіцієнт міцності:
Тоді розрахункова товщина стінки:
Прибавка до розрахункової товщини стінки: С = 0,003 м
Перевірка правильності застосування формули:
,
тому формула для розрахунку товщини стінки центральної обичайки справедлива.
.4 Розрахунок на міцність периферійної обичайки
Матеріал периферійної обичайки - сталь 22К
Розрахунковий тиск:
;
Номінально допустиме напруження при для сталі 22К за табл.П.7 [1]
Приймаємо товщину стінки і добавку: , ;
Середній радіус обичайки:
Діаметр отворів паровідвідних труб:
Відстань між кромками отворів:
Мінімальна відстань між двома не послаблюючими отворами:
Перевірка, чи є два отвори для паровідвідних трубd послаблюючим рядом отворів:l<l , отже ряд не є послаблюючим.
Визначення коефіцієнта міцності ? при одиночному отворі для паровідвідної труби:
Параметр А:
Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:
Отже діаметр отвору не перевищує допустиме значення
Розрахункова товщина стінки:
.5 Розрахунок на міцність днища
Матеріал днища сталь 22К
Розрахунковий тиск:
;
Номінально допустиме напруження при для сталі 22К за табл.П.7 [1]
Мінімально допустима висота днища
Визначення коефіцієнта міцності ? при одиночному отворі для лазу:
Параметр А:
Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:
Отже діаметр отвору лазу не перевищує допустиме значення
Умова виконується
3.6 Розрахунок на міцність колектора паропроводу
Матеріал колектора паропроводу сталь 22К
Розрахунковий тиск:
;
Номінально допустиме напруження при для сталі 22К за табл.П.7 [1]
Визначимо необхідний діаметр колектора паропроводу:
площа перерізу колектора паропроводу:
, де
п=50 - швидкість пари в колекторі
Приймаємо товщину стінки і добавку: , ;
Відстань між кромками отворів:
Мінімальна відстань між двома не послаблюючими отворами:
Перевірка, чи є два отвори для паровідвідних трубd послаблюючим рядом отворів:
l<l , отже ряд не є послаблюючим.
Визначення коефіцієнта міцності ? при послаблюючій дії одного отвору паропідвідної труби:
при А ³ 1
Розрахунковий діаметр неукріпленого отвору не повинен перевищувати допустиме значення:
Так, як dк<dп , то отвір необхідно укріпити штуцером з такими розмірами:
Тоді площа укріпленого перетину штуцера:
Коефіцієнт міцності:
Розрахункова товщина стінки:
4. Гідродинамічний розрахунок
Визначимо коефіцієнти тертя для кожної ділянки:
- підведення теплоносія;
- трубки;
- відведення теплоносія.
шорсткість внутрішньої поверхні труб мм;
колектора ( мм );
м ;
Місцевий опір на першій і на третій ділянках відсутний, і на другій ділянці - вхід з роздаючої камери в труби, вихід визначаємо з номограм:
, де
Масова швидкість теплоносія на ділянках 1 і 3:
На ділянці 2:
Гідравлічні опори на даних ділянках:
питомий обєм теплоносія в трубному пучку:
довжина камер (колекторів) підведення і відведення теплоносія:
l1 = Rкорп + 1 = 1,52 + 1 = 2,52 м ;
Гідравлічний опір парогенератора по тракту теплоносія:
Потужність ГЦН, що витрачається на подолання гідравлічного опору парогенератора:
ККД ГЦН
Висновки
В курсовому проекті були проведені наступні розрахунки:
.Тепловий розрахунок поверхні нагрівання підтверджує задану продуктивність
. Конструктивний розрахунок визначає характерні розміри елементів парогенератора.
.Розрахунок на міцність дозволяє визначити основні характеристики міцності елементів парогенератора
. Гідродинамічний розрахунок визначає необхідну потужність на прокачування теплоносія по контуру.
У результаті розрахунків отримані наступні дані:
.Площа поверхні теплообміну HПГ = 647 м2
.Коефіціент теплопередачі:
на випарній ділянці К=8,01 кВт/ м2К
на економайзерній ділянці К=3,2 кВт / м2К
.Число трубок n=4059шт
.Средняя довжина U-образних трубок ПГ lср=5,751 м
.D РПГ по одній петлі ПГ, D Р=143 кПа
.Потужність ГЦН на прокачування теплоносія по одній петлі ПГ N=308 КВт
Перелік посилань
1.Методичні вказівки до самостійної роботи по дисципліні "Парогенератори АЕС" для студентів спеціальності "Атомні електричні станції" В.П. Рожалін. К.: КПІ, 1990 - 80с
2.Розрахунок на міцність деталей парогенераторів АЕС. Методичні вказівки до проекту по дисципліні "Парогенератори АЕС" для студентів спеціальності "Парогенераторобудування" В.К. Щербаков - Київ: КПІ, 1986. 28 с.
3.Шевель Є. В. Методичні вказівки до курсового проекту з курсу "Теплообмінні апарати та теплоносії" для спеціальності "Теплофізика" / Шевель Є. В., Письменний Є. М. - К.:НТУУ "КПІ", 2000. - 37 с.
4.Рассохин Н. Г. "Парогенераторные установки АЭС" / Рассохин Н. Г. - М.: Енергоатомиздат, 1987. - 384 с.
Больше работ по теме:
Предмет: Физика
Тип работы: Курсовая работа (т)
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ