Расчет вертикального парогенератора с витой поверхностью нагрева и естественной циркуляцией рабочего тела

 

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. тепловой расчет ПЛОЩАДИ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПАРОГЕНЕРАТОРА

1.1 Уравнение теплового и материального баланса ПГ АЭС. Тепловая диаграмма

.2 Теплообмен со стороны теплоносителя. Расчет коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы

1.3Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки труб к рабочему телу на испарительном участке

1.4Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки к рабочему телу на экономайзерном участке

1.5 Расчет площади теплопередающей поверхности парогенератора

2. КОНСТРУКЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОГЕНЕРАТОРА

.1 Расчет среднего угла навивки труб поверхности нагрева

2.2 Основные конструкционные характеристики пучка теплообменных труб. Массовая скорость рабочего тела

2.3 Расчет режимных и конструктивных характеристик ступеней сепарации пара

.4 Система подачи питательной воды, размеры входных и выходных патрубков теплоносителя и рабочего тела

3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОГЕНЕРАТОРА

.1 Расчет толщины стенки коллектора на периферийном участке

.2 Расчет коллектора3.3 Расчет труб поверхности нагрева

.4 Расчет элементов корпуса ПГ

. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕРВОГО КОНТУРА ПАРОГЕНЕРАТОРА

ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ

ВЫВОДЫ

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

ВВЕДЕНИЕ

парогенератор коллектор сепарация пар

Парогенераторы получили широкое применение на атомных и тепловых электростанциях и представляют собой одну из разновидностей теплообменных аппаратов. Парогенератор является важнейшим элементом в цепочке оборудования станции, парогенератор производит пар для работы станции. На данное время существуют различные конструкции и модификации парогенераторов. В данном курсовом проекте будет рассчитан вертикальный парогенератор с витой поверхностью нагрева и естественной циркуляцией рабочего тела. Основным достоинством этого аппарата является то, что он имеет сравнительно небольшие габариты и имеют возможность удобного его расположения при компоновке оборудования станции.

Основные характеристики ПГ АЭС такие же, как и ПГ ТЭС: паропроизводительность, параметры пара и температура питательной воды. Важным показателем качества пара является его чистота (т. е. содержание примесей), а для насыщенного пара и влажность. В общем случае горизонтальный ПГ состоит из подогревательного (водяной экономайзер) и паропроизводящего (испаритель) элементов. Они могут быть совмещены в едином корпусе или же выполняться в виде самостоятельных теплообменников, включенных по охлаждающей реактор и нагреваемой в ПГ среде. Нагреваемая среда (вода, пароводяная смесь, пар) называется рабочим телом. Охлаждающая реактор среда называется первичным теплоносителем или просто теплоносителем.

По способу организации рабочего тела в испарителе ПГ делятся на две группы: с многократной циркуляцией и прямоточные.

Испарители с многократной циркуляцией в свою очередь разделяются на испарители с естественной циркуляцией и с многократной принудительной циркуляцией.

В соответствии с этим и ПГ в целом делятся на три типа: прямоточные, с естественной циркуляцией и с многократной принудительной циркуляцией.

Парогенераторы с естественной циркуляцией характеризуются многократным проходом воды через поверхность нагрева испарителя за счет естественного напора, возникающего из-за разности масс столбов жидкости, проходящей через опускную систему, и пароводяной смеси - через подъемную. Испаритель является замкнутым контуром.

Показатель, характеризующий тепловую экономичность ПГ, - КПД. В ПГ имеет место только один вид потери тепла - в окружающую среду, но он невелик: 1-2 % тепловой мощности ПГ.

1ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПАРОГЕНЕРАТОРА З ПРИРОДНОЮ ЦИРКУЛЯЦІЄЮ РОБОЧОГОТІЛА

.1 Уравнение теплового и материального баланса ПГ АЭС

Тепловая мощность экономайзерного участка:

(1.1)

где: D=370 кг/с - паропроизводительность,

Dпр=0,01·D - величина продувки,

Из (1.1) получаем Qэк = 1599380,2 кВт = 159,9 МВт

Тепловая мощность испарительного участка:

(1.2)

где:

Из (1.2) получаем Qи = 627381,6 кВт = 627,4 МВт

Тепловая мощность парогенератора

(1.3)

Из (1.3) получаем Qпг = 713,8 MВт

Расход теплоносителя:

(1.4)

0,98 - КПД ПГ

Из (1.4) получаем Gтн = 4527 кг/с.

Кратность циркуляции Кц = 6.

Энтальпия рабочего тела на входе в межтрубное пространство поверхности нагрева:

(1.5)

Из (1.5) получаем = 1167,89 кДж/кг

Температура рабочего тела на входе в межтрубное пространство поверхности нагрева:

Энтальпия теплоносителя на выходе из испарительного участка:

(1.6)

Из (1.6) получаем = 1264,5 кДж/кг

Температура теплоносителя на выходе из испарительного участка:

1.2 Теплообмен со стороны теплоносителя. Расчет коэффициента теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы

Коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя рассчитывается по эмпирическим зависимостям для случая течения однофазной среды в трубах, кВт/м2? К

, (1.7)

где: ? - коэффициент теплопроводности воды, кВт/м ?К;

dн и ?ст - соответственно наружный диаметр и толщина стенки труб, м.

Число Рейнольда:

, (1.8)

где: w? - массовая скорость теплоносителя, кг/м2?с;

? - динамическая вязкость воды, Па? с;

Рассмотрим 3 расчетных сечения тепловой диаграммы:

1. вход теплоносителя в испарительный участок ( вход в ПГ );
2. вход теплоносителя в экономайзерный участок ( выход из испарительного);
3. выход теплоносителя из экономайзерного участка (выход из ПГ );

Для указанных сечений по заданным давлению и температуре определяют теплофизические параметры.

1) вход теплоносителя в испарительный участок ():

? = 1,4165?10-3 м3/кг;

? = 884?10-7 Па?с;

? = 0.542?10-3 кВт/м?К;

Pr = 0,945

2) вход теплоносителя в экономайзерный участок ():

? =963,6?10-7 Па?с;

? = 0.5854?10-3 кВт/м?К;

Pr = 0,855

3) выход теплоносителя из экономайзерного участка (p1 = 16 МПа, t1 = 280 oC):

? =984?10-7 Па?с;

? = 0.595?10-3 кВт/м?К;

Pr = 0,84

Так как массовая скорость теплоносителя в силу постоянства проходного сечения остаётся постоянной по всей длине трубы поверхности нагрева, то её можно рассчитать по известным параметрам во входном сечении:

(1.9)

Число Рейнольдса в расчетных сечениях по (1.8) :

вход теплоносителя в испарительный участок

вход теплоносителя в экономайзерный участок

выход теплоносителя из экономайзерного участка

Коэффициент теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы:

вход теплоносителя в испарительный участок

вход теплоносителя в экономайзерный участок

выход теплоносителя из экономайзерного участка

.3 Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки труб к рабочему телу на испарительном участке

Для определения коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к рабочему телу необходимо знать коэффициент теплопроводности материала трубы, зависящий от температуры стенки, которая в первом приближении для расчетных сечений определяется через ?t-температурный напор расчетного сечения (разность между температурами теплоносителя и рабочего тела) на входе теплоносителя в испарительный участок:

?t = 310 - 278,76 = 31,24 oC

tст = t2 + ? ?t = 278,76 + ? 44,17 = 293,5 oC,

где: t2 - температура насыщения при известном давлении рабочего тела;

на выходе теплоносителя из испарительного участка

?t = 286 - 278,76 = 15,3 oC

tст = t2 + ? ?t = 278,76 + ? 7,24 = 281,2oC

В качестве материала труб поверхности нагрева ПГ АЭС обычно используется аустенитная сталь Х18Н10Т .Тогда коэффициент теплопроводности материала труб :

на входе теплоносителя в испарительный участок:

?м = 18,715?10-3 кВт/м?К;

на выходе теплоносителя из испарительного участка:

?м = 18,555?10-3 кВт/м?К

Коэффициент теплоотдачи со стороны рабочего тела на испарительном участке поверхности нагрева ПГ АЭС определяется методом последовательного приближения:

(1.10)

где: ts - температура насыщения при давлении рабочего тела в испарителе;

q - удельный тепловой поток , кВт/м2:

q = K??t (1.11)

где: K - коэффициент теплопередачи, кВт/м2?К;

?t - температурный напор расчетного сечения (разность между температурами

теплоносителя и рабочего тела).

K = (1.12)

где: 2Rок = 1,5?10-2 м2?К/кВт - термическое сопротивление оксидной плёнки на поверхности труб.

Термическое сопротивление стенки трубы:

Rст = (1.13)

Вход теплоносителя в испарительный участок (выход рабочего тела из испарительного участка)

Итерация 1.

На первом итерационном шаге полагают коэффициент теплоотдачи ?2=

q = K??t = 7,33 ? 31,24 = 229,013 кВт/м2

Итерация 2.

q = K??t = 6,325?31.24 = 197,6 кВт/м2

Итерация 3.

q = K??t = 6,232?31,24 = 194,695 кВт/м2

Вычисления считают законченными, если расхождения значений удельного теплового потока, полученных в 2-х последних иттерациях не превышает отклонения 5%:

(1.14)

Dq = (197,6 - 194,695)/194,695 = 0.014 < 0.05

Итого принимаем ?"2 = 41,158 кВт/м2?К

K = 6,232 кВт/м2?К

Выход теплоносителя из испарительного участка (вход рабочего тела в испарительный участок):

Иттерация 1.

q = K??t = 7,834?7,24 = 56,718 кВт/м2

Итерация 2.

q = K??t = 5,398?7,24 = 39,08 кВт/м2

Итерация 3.

q = K??t = 4,94?7,24 = 35,767 кВт/м2

Итого принимаем: ?"2и = 12,57 кВт/м2?К

K = 4,94 кВт/м2?К

Результаты итерационного расчета коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к рабочему телу приведены в таблице 1.

Таблица 1

На входе рабочего тела в испарительный участокНа выходе рабочего тела из испарительного участкаИтерация123123, м2 ×К/кВт00К, кВт/ м2 ×К7,336,3256,2327,8345,3984,94q, кВт/ м2229,013197,6194,69556,71839,0835,767Dq10,1590,01410,450,045a2, кВт/ м2 ×К46,11141,58741,15817,35813,37412,570

1.4 Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки труб к рабочему телу на экономайзерном участке

Теплофизические свойства рабочего тела на входе и выходе из экономайзерного участка определяются в зависимости от температуры и давления рабочего тела.

На входе рабочего тела в экономайзерный участок (p"2 = 6,3 МПа , tц = 267 oС):

tст = tц + ? ?t = 267 + ? (280 - 267) = 271,3 oC,

l = 0,59798 10-3 кВт/м К;

m = 990,5?10-7 Па?с;

Prc = 0,84177;

Prж = 0,83716.

На выходе рабочего тела из экономайзерного участка (p"2 = 6,3 МПа , ts' = 278,76 oС):

tст = tц + ? ?t = 278,76 + ? (286 - 278,76) = 281,17 oC,

l = 0,57962·10-3 кВт/м К;

m = 939,93?10-7 Па?с;

Prc =1,4824;

Prж = 0,8535.

Коэффициент теплопроводности материала труб:

на входе рабочего тела в экономайзерний участок:

?м (tст)= 18,371?10-3 кВт/м?К;

на выходе рабочего тела из экономайзерного участка:

?м (tст)= 18,52388?10-3 кВт/м?К.

При поперечном омывании трубного пучка потоком однофазного рабочего тела коэффициент теплоотдачи от трубы к нагреваемой среде:

В нашем случае для коридорного пучка:

С = 0,41 , n = 0,65.

ei - коэффициент, учитывающий отличие интенсивности теплоотдачи в первых двух рядах пучка от средней интенсивности для пучка. Поскольку для поперечного обтекания поверхностей теплообмена в элементах ПГ имеет месть достаточно высокая степень турбулентности набегающего потока, то для любого ряда стоит считать ei = 1;

es - учитывает влияние на коэффициент теплоотдачи шагов труб в пучке.

В нашем случае для коридорного пучка:

ey - поправка, учитывающая угол атаки y потоком рабочего тела труб поверхности нагрева:

y = 90 - bср, (1.30)

где: bср - средний угол навивки змеевика.

Число Рейнольдса в расчётных сечениях:

на входе рабочего тела в економайзер:

на выходе рабочего тела из економайзера:

Нахождение bср проведено в конструкционном расчёте (пункт 2.1). Откуда берём bср = 52 o. Откуда по (1.30) и справочным данным принимаем ey = 0,758.

Коэффициенты теплоотдачи по (1.29):

на входе рабочего тела в экономайзер

на выходе рабочего тела из экономайзера

Коэффициенты теплопередачи по (1.12):

на входе рабочего тела в экономайзер

на выходе рабочего тела из экономайзера

.5 Расчет площади теплопередающей поверхности ПГ

Площадь поверхности нагрева парогенератора Hпг определяется как сумма площадей поверхностей нагрева экономайзерного и испарительного участков. При этом фактическая площадь поверхности нагрева берётся с некоторым запасом по отношению к расчётной:

Hпг= Hпгр ?Кзап , (1.25)

где: Hпг - расчётная площадь поверхности нагрева ПГ , м2 ;

Hпгр = Hэк + Hисп ;

Кзап = 1,125 - коэффициент запаса.

Сначала рассчитаем испарительный участок.

Температурные напоры в расчетных сечениях:

вход теполносителя в испарительный участок (выход рабочего тела из испарительного участка):

?tб = 310 - 278,76= 31,24oC

выход теплоносителя из испарительного участка (вход рабочего тела в экономайзерный участок)

?tм =286 - 278,76 = 7,24 oC

Коэффициент теплопередачи на участке рассчитывают как среднеарифметическую величину между входом и выходом:

К = 0,5?(Квх+Квых) (1.26)

Коэффициенты теплопередачи для испарительного участка были в своё время рассчитаны, и мы берём: Квх = 6,232 кВт/м2?К и Квых = 4,94 кВт/м2?К.

Значит:

кВт/м2?К

Средний температурный напор на участке

, (1.27)

где: Dtб и Dtм - соответственно больший и меньший температурные напоры , определяемые как разности температур теплоносителя и рабочего тела на границах участка.

Температурный напор на испарительном участке

oC

Расчётная площадь поверхности нагрева испарительного участка:

(1.28)

м2

Теперь рассмотрим экономайзерный участок.

Температурные напоры в расчетных сечениях:

вход рабочего тела в экономайзерный участок:

?tб = 280 - 267 = 13 oC

выход рабочего тела из экономайзерного участка:

?tм =286 - 278,76 = 7,24 oC

Коэффициент теплопередачи на экономайзерном участке:

кВт/м2?К

Средний температурный напор на участке по (1.27):

Расчётная площадь поверхности нагрева экономайзерного участка по (1.28)

Итого расчетная площадь поверхности нагрева ПГ с учётом Кзап =1,125 - коэффициент запаса по (1.25):

Hпг = 1,125? (8585,09+6257,4) = 16697,78 м2

Длина труб ПГ:

Длина одной трубы l = L / nтр ,

где nтр - полное число труб:

Внутрений диаметр обечайки трубного пучка:

dвн.об = dІІІm + S1сл

dвн. об = 3,526+0,018=3,544 м

Наружный диаметр обечайки трубного пучка:

dн.об =dвн.об+2?dоб

dн.об =3,544+2?0,01=3,564 м

2. КОНСТРУКЦИОННЫЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОГЕНЕРАТОРА

2.1 Расчет среднего угла навивки труб поверхности нагрева

Учитывая то, что нам неизвестен средний угол навивки змеевика bср, который можно найти зная среднюю длину труб в пучке, которую в свою очередь находят по известной площади теплопередающей поверхности, то нахождение bср ,а значит и поправки ey будет носить иттерационный характер. Изначально полагаем bср = 50. Откуда по (1.30) и справочным данным принимаем ey = 0,78.

Коэффициенты теплоотдачи, с учётом вышесказанного по (1.29):

на входе рабочего тела в экономайзер

на выходе рабочего тела из экономайзера

Коэффициенты теплопередачи по (1.12):

на входе рабочего тела в экономайзер

на выходе рабочего тела из экономайзера

Среднее значение коэффициента теплопередачи на экономайзерном участке:

кВт/м2?К

Средний температурный напор на участке по (1.27):

oC

Расчётная площадь поверхности нагрева экономайзерного участка по (1.28):

м2

Итого расчетная площадь поверхности нагрева ПГ с учётом Кзап =1,125 - коэффициент запаса по (1.25):

Hпг = 1,125?(8585,09+6257,4) = 16697,78 м2

Длина труб ПГ:

(2.1)

м

Длина одной трубы l = L / nтр ,

где nтр - полное число труб:

Зная l найдём bср.

Число отверстий (труб) по периметру коллектора в одном поперечном ряде

отверстий n2k = 90 шт

Число слоёв навивки в каждой из 3-х групп навивки nI = 1/6 n1k = 22 шт

Число слоёв навивки Nсл = 46

Диаметр первого слоя навивки d1сл = 1,602 м

Диаметр последнего слоя навивки при поперечном шаге слоёв S2сл = 1,5?dн = 0,024 м :

dmсл = 3,762м

Средний диаметр бухты труб межтрубного пространства теплообменной поверхности нагрева

dcр = 2,682 м

Площадь проходного сечения межтрубного пространства

Fмп = 2,425 м2

Для первого слоя навивки рассчитывают шаг навивки:

S1слн = n2k ?S2сл (2.2)

S1слн = 90?0,018 = 4,086 м

угол навивки:

(2.3)

длина одного витка:

(2.4)

длина изогнутой части трубы:

(2.5)

м

число витков:

(2.6)

z1сл = 7,069 / 7,063 = 1,0007

высота первого слоя навивки:

H1сл = z1сл ?S1слн (2.7)

H1сл = 1,0007?4,086 = 4,089 м.

Для последнего слоя навивки определяются:

высота:

= H1сл + 2? [0,5?S1k ? (n1k-1)] (2.8) = 4,089 + 2?[0,5?2,5?12?10-3 ? (96 - 1)] = 6,939 м

длина прямых участков труб:

lIIImпр = dIIIm -dнк (2.9) lIIImпр = 3,526 - 1,67 = 1,856 м

длина изогнутого участка труб:

lIIImиз = l - lIIImпр (2.10)

lIIImиз = 7,233 - 1,856 = 5,377 м

Оказывается, что (5,377<6,939), тоесть изготовить змеевик невозможно. В этом случае необходимо уменьшить длину труб, входящих в первую группу слоев навивки, и увеличить длину труб, образующих третью группу слоев навивки, так, чтобы общая длина труб L осталась неизменной. В этом случае трубы теплопередающей поверхности будут разной длины.

Уменьшим длину труб первого слоя навивки на 30%:

Тогда запишем условие, при котором длина всех труб ПГ останется постоянной:

где

Упростим: ,

,

при этом ,

окончательно:

Длина труб третьего слоя навивки:

Пересчитаем необходимые параметры для первого слоя навивки:

длина изогнутой части трубы:

м

число витков:

высота первого слоя навивки:

H1сл = z1сл ?S1слн = 0,694?4,086 = 2,836 м.

Для последнего слоя навивки определяются:

высота:

HIIIm = 2,836 + 2?[0,5?2,5?12?10-3 ? (96 - 1)] = 5,686 м

длина прямых участков труб:

lIIImпр = 3,526 - 1,67 = 1,856 м

длина изогнутого участка труб:

lIIImиз = l3 - lIIImпр

lIIImиз = 7,956 - 1,856 = 6,1 м

Получили: (6,1 > 5,686).

угол навивки:

(2.11)

bIIIm = arcsin(5,686/6,100) = 68,8 o

Находим средний угол навивки змеевика:

bср = 0,5? (b1сл + bIIIm) (2.14)

bср = 0,5? (35,3 o +68,8 o) = 52o

Приступаем ко второй итерации приняв bср = 52o. Откуда по (1.30) и справочным данным находим ey = 0,758.

Коэффициенты теплоотдачи, с учётом вышесказанного по (1.29):

на входе рабочего тела в економайзер:

на выходе рабочего тела из экономайзера:

Коэффициенты теплопередачи по (1.12):

на входе рабочего тела в економайзер:

на выходе рабочего тела из економайзера:

Среднее значение коэффициента теплопередачи на экономайзерном участке:

кВт/м2?К

Средний температурный напор на участке по (1.27):

oC

Расчётная площадь поверхности нагрева экономайзерного участка по (1.28):

м2

Итого расчетная площадь поверхности нагрева ПГ с учётом Кзап =1,125 - коэффициент запаса по (1.25):

Hпг = 1,125?(8877+6257,4) = 17026,2 м2

Длина труб ПГ:

м

Длина одной трубы:

l = L / nтр = 193514/11865 = 15,87 м

Длина труб первого слоя навивки ( уменьшим на 30% от средней длины трубы):

Длина труб последнего слоя навивки:

Для первого слоя навивки рассчитывают:

угол навивки:

длина одного витка:

длина изогнутой части трубы:

= 5,076 - (1,834 - 1,67) = 4,912 м

число витков:

высота первого слоя навивки:

H1сл = z1сл ?S1слн = 0,695?4,086 = 2,840 м.

Для последнего слоя навивки определяются:

высота:

HIIIm = 2,84 + 2?[0,5?2,5?12?10-3 ? (96 - 1)] = 5,69 м

длина прямых участков труб:

lIIImпр = dIIIm - dнк = 3,526 - 1,67 = 1,856 м

длина изогнутого участка труб:

lIIImиз = l3 - lIIImпр = 7,976 - 1,856 = 6,12 м

Получили: (6,12 > 5,69).

угол навивки:

= arcsin(5,69/6,12) = 68,4 o

Находим средний угол навивки змеевика:

bср = 0,5? (b1сл + bIIIm) = 0,5? (35,3 o +68,4 o) = 51,85?51,9 o

D = |52,0 o - 51,9 o|/51,9 o = 0,002 < 0,05

Принимаю bср = 51,9 o.

2.2Основные конструкционные характеристики пучка теплообменных труб.

Массовая скорость рабочего тела

Одним из основных режимных параметров, определяющих интенсивность конвективного теплообмена при течении однофазных сред, является массовая скорость wr , кг/м2 с . Для рабочего тела в экономайзерном и испарительном участках ПГ АЭС:

wr = , (1.15)

где: D - паропроизводительность ПГ , кг/с;

Кц - кратность циркуляции (Кц = 6);

Fмп - площадь проходного сечения межтрубного пространства теплообменного пучка, м2.

Для снижения температурных напряжений, возникающих из-за существенного различия температур теплоносителя и рабочего тела, используют либо специальные компенсаторы, либо элементы выполняют самокомпенсирующимися.

Мы имеем вертикальный винтовой змеевиковый трубный пучок с внутренним коллектором. Для данной конструкции теплообменного пучка площадь проходного сечения межтрубного пространства , м2:

, (1.16)

где: dcр - средний диаметр бухты труб межтрубного пространства теплообменной поверхности нагрева, м:

dср= 0,5?(d1сл+dmсл), (1.17)

где: Nсл - число слоёв навивки:

Nсл = 0,5?n1к, (1.18)

где: S1сл - шаг между слоями;

S1сл = 1,5?dн = 1,5?12?10-3 = 0,024 м.

Имеем внутрикорпусной коллектор для ввода теплоносителя в поверхность нагрева. Внутренний диаметр коллектора принимаем

Для выполнения расчетов берём :

расположение отверстий в камере теплоносителя - шахматное;

расположение труб в пучке - коридорное;

(S2) = 1,5?dн = 1,5?16 ?10-3 = 0,024 м - шаг труб (отверстий) по периметру коллектора в поперечном ряде отверстий, отнесенный к внутренней поверхности коллектора.

Число труб поверхности нагрева n рассчитывается по формуле:

(1.19)

шт

При известном внутреннем диаметре коллектора и выбранных шагах отверстий в коллекторе под трубы поверхности нагрева можно определить число отверстий (труб) по периметру коллектора в одном поперечном ряде отверстий:

(1.20)

шт

Число рядов отверстий вдоль образующей коллектора:

(1.21)

шт.

Потому, что n1к должно быть кратно шести.

Число труб теплопередающей поверхности ПГ с учетом уменьшения из-за приварки к камерам дистанционирующих решеток:

nтр = n1к·(n2к - 3) = 90·(132 - 3) =11610 шт.

Диаметр первого слоя змеевиков d1сл, м. определяется величиной наружного диаметра коллектора d, м и линейными размерами узлов присоединения труб к раздающей и собирающей камерам коллектора:

(1.22)

Наружный диаметр коллектора определтся его внутреним диаметром и толщиной стенки коллектора d ,м :

(1.23)

Толщина стенки коллектора принимается d = 0,185 м. Расчет толщины стенки коллектора сделан в прочностном расчете (пункт 3.1).

м

Итого получаем:

d1сл = 1,38+ 2?(0,041 + 3,5?16?10-3) = 1,602 м

Диаметр последнего слоя навивки змеевиков при поперечном шаге слоёв S1сл=1,5?dн=0,024 м:

(1.24) dmсл = 1,38 + 2?(46 - 1)?0,024 = 3,762 м

Средний диаметр бухты труб межтрубного пространства теплообменной поверхности нагрева из (1.17):

dcр = 0,5?(1,602 + 3,762) = 2,682 м

Площадь проходного сечения межтрубного пространства из (1.16)

м2

И окончательно, массовая скорость рабочего тела в межтрубном пространстве из (1.15):

2.3 Расчет режимных и конструктивных характеристик ступеней сепарации пара

В данном ПГ применены: принудительная сепарация пара в осевых центробежных сепараторах и осушка пара в вертикальних жалюзийных сепараторах. Влажность пара на выходе из ПГ не более 0.2 %.

Осевые центробежные сепаратораторы.

Расчет выполнен для осевых центробежных сепараторов с однократным закручиванием потока пароводяной смеси с отводом воды через отверстия в стенке. При диаметре сепаратора dн.с = 240 мм и высоте hс = 1,78 м его производительность Dс = 2,85 кг/с , а влажность на выходе 5 -10 %.

Число сепараторов:

При расположении сепараторов на плите по сторонам правильных шестиугольников число сепараторов на диаметре плиты будет равно:

= 14 шт.

Шаг расположения сепараторов на плите Sc = (1,05-1,1)dн.с.. Принимаем Sc = 260 мм.

Тогда диаметр плиты должен быть dпл. ? nсд. Sс , тоесть dпл. = 14 . 0,260 = 3.64 м.

Как показали расчеты, в рассматриваемом примере dпл. = 3,64 м, что позволяет разместить сепараторы, не увеличивая внутренний диаметр корпуса ПГ, только в том случае, если коллектор раздачи питательной воды расположен выше сепараторов.

Жалюзийные сепараторы.

Для окончательной осушки пара в ПГ используются вертикальные жалюзийные сепараторы. Они состоят из концентрических вертикальных секций.

Критическая скорость пара на входе в сепаратор:

где: Кр - коэффициент неравномерности распределения скорости пара на вертикально расположенном жалюзи, Кр = 0,7;

х - массовое паросодержание на входе в жалюзийный сепаратор, х = 0,9;

? - коэффициент поверхностного натяжения, ?(p2 = pнас = 6,4 МПа) = 1,9033·10-2 Н·м;

?' = 750,58 кг/м3;

?" = 33,07 кг/м3;

? - угол наклона жалюзи, ? = 90°.

Получим:

Кр. скорость пара на входе в сепаратор с учетом коэффициента запаса:

Площадь проходного сечения ,обеспечивающая требуемую скорость пара:

Для определения числа рядов сепараторов первоначальный шаг расположения окружностей сепараторов 200 м. Тогда число окружностей, по которым располагаются блоки жалюзи:

В результате округления .

Тогда шаг их расположения:

Исходя из расположения блоков по концентрическим окружностям, сумма диаметров этих окружностей:

,

где: bж - ширина пакета жалюзи, bж = 80мм;

с = Nokp - 1 = 9 - 1 = 8 (при нечетном Nокр).

Получим:

м.

Высота жалюзийного сепаратора:

2.4 Система подачи питательной воды, размеры входных и выходных патрубков теплоносителя и рабочего тела

Система подачи питательной воды состоит из торроидального коллектора, выполненного из трубы диаметром 377х10, и приваренных к нему раздающих труб диаметром 60х2 мм.

Расчитаем диаметр входного отверстия коллектора для входа теплоносителя:

wr = G?F;

F =

Диаметры патрубков выбираются таким образом, чтобы скорость среды не превышала допустимую скорость в трубопроводах, подсоединяемых к патрубкам. Для воды Wтрдоп<10 м/с

для пара среднего давления Wтрдоп < 50 - 60 м/с.

Внутренний диаметр патрубков входа и выхода теплоносителя принимается: dвн' = dвн'' = 0,9 м.

Удельный обьем воды при t1' = 280 °С и t1'' = 310 °С равны соответственно:

v1' = 1,4671·10-3 м3/кг;

v1'' = 1,3387·10-3 м3/кг.

Скорость теплоносителя:

во входном патрубке:

w1 вх =

в выходном патрубке:

W1 вых= W1 вх

Внутренний диаметр патрубка входа питательной воды: = 0,3 м .

Удельный обьем воды: м3/кг.

Скорость воды в патрубке:

Внутренний диаметр патрубка для выхода пара: = 0,6 м.

Удельный обьем пара м3/кг.

Скорость пара :

.

Для непрерывной и переодической продувки в ПГ предусмотрены штуцера диаметром 100мм под трубу 114х7. Непрерывная продувка осуществляется из зоны до смешения питательной и отсепарированной воды через торовый коллектор с перфорациями; периодическая продувка - из нижней части корпуса ПГ.

3. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ ПАРОГЕНЕРАТОРА

3.1 Расчет толщины стенки коллектора на переферийном участке

Принимаем внутренний диаметр коллектора d = 1,01 м.

Материал камеры - Сталь 10ГН2МФА.

Расположение отверстий под трубы в камере - шахматное.

Шаг труб (отверстий) по периметру коллектора в поперечном ряде отверстий, отнесенный к внутренней поверхности коллектора:

(S2) = 1,5?dн = 1,5?16?10-3 = 0,024 м

Шаг между отверстиями в продольном направлении:

S1k = 2,5?dн = 2,5?16?10-3 = 0,040 м

Рис. 3.1 - Схематическое изображение коллектора

Диаметр отверстий под трубы: d0 = dн + 0,2мм = 12 + 0,2 = 12,2 мм

Длина камеры, не занятая сверлениями под трубы: a = 0,7 м

Число труб в одном поперечном ряду n2к = 132 шт

Число поперечных рядов n2к = 90 шт

Коллектор должен быть расчитан на давление Р'1=16 МПа, что соответствует

Рр=1,25 × 0,9 × 0,102 Р'1= 1,25 × 0,9 × 0,102 × 16 = 1,836 кгс/мм2

и температуру t'1 = 310 oC, которой соответствует номинальное допустимое напряжение

[sн] = 21,045 кгс/мм2

Коэффициенты прочности для ослабляющих рядов отверстий:

продольного направления:

(3.1)

поперечного направления:

(3.2)

косого направления

, (3.3)

где: m = S2 / S1 - отношение шагов отверстий соответственно в поперечном и продольном направлении;

n = 2 при шахматном расположении отверстий.

Иттерация 1.

S2k = (S2)= 1,5?dн = 1,5?16?10-3 = 0,024 м

По (3.1) находим

По (3.2) находим

По (3.3) находим

m = S2k / S1k = 1,5 / 2 = 0,75

Значит jmin = 0,2105

Толщина стенки камеры:

(3.4)

По (3.4) находим

мм

Результаты иттерационного расчёта dкол приведены в таблице 2.

Таблица 2

1234567S2k, мм2430,2728,2528,8328,6530,6928,15j10,493750,493750,493750,493750,493750,493750,49375j20,650,929630,853270,876170,86910,944410,8490j30,21050,28980,260420,268830,266220,295990,25898dкол,мм264178,96203,216195,527197,92174,575204,57

По результатам таблицы 2 принимаю dкол = 204 мм = 0,204 м

.2 Расчет коллектора

Коллектор состоит из входной и выходной камер, соединительной обечайки, наружной обечайки, днищ и разделительной обечайки.

Материал колектора - сталь 10ГН2МФА, плакированная с внутренней стороны сталью 12Х18Н10Т. Коллектор должен быть расчитан на давление Р1'=16 МПа, что соответствует

Рр=1,25×0,9×0,102 Р1'= 1,836 кгс/мм2 и температуру t1' = 310C, которой отвечает номинальное допустимое напряжение [sн] =21,045 кгс/мм2

Внутренний диаметр коллектора: d=1,01 м

Входная и выходная камеры

Толщина камеры была найдена в п.п. 3.1 и равна ?кам = 185 мм.

Высота камер:

Соединительная обечайка

Внутренний диаметр:

Найдем толщину стенки:

Коэф. прочности j = 1, т.к нет ослабляющих отверстий.

Получим:

Высота:

Наружная обечайка

Внутренний диаметр:

Толщина стенки при ? = 1: ?н.о. = 57 мм.

Высота: hн.о. = 3,5 м

Эллиптические днища

Внутренний диаметр днища:

Толщина днища:

где Нд - высота днища,

;

[?н] = 21,045 кгс/мм2;

? - коэффициент прочности днища. Поскольку нету ослабляющих отверстий, то ? = 1.

Получим:

.3 Расчет труб поверхности нагрева

Материал - сталь 08Х18Н10Т.

Номинальное допускаемое напряжение для этой стали при t1' = 310 °C: [?н] = 11,72 кгс/мм2.

Толщина стенки трубы:

Допустимое dтр = 0,87 мм , а ранее мы выбрали dтр=1,2 мм .

Тоесть, оставляем толщину трубки коллектора 1,2 мм.

.4 Рассчет на прочность элементов корпуса ПГ

Корпус ПГ состоит из цилиндрической части и двух эллиптических днищ: нижнего и верхнего. Материал корпуса из стали 10ГН2МФА. Внутренний диаметр корпуса зависит от диаметра последнего слоя навивки пучка труб и ширины кольцевого канала между обечайкой трубного пучка и корпусом. Кольцевой канал является опускным участком контура естественной циркуляции рабочего тела. От площади проходного сечения канала зависит скорость воды в опускном участке, которая не должна превышать значение wоп = 2 м/с. При этом:

Плотность теплоносителя ищется при параметрах (p2 = 6,3 МПа, t2ц = 267 °С):

?оп = 767 кг/м3

Получим:

С другой стороны: .

Из последнего выражения получаем:

Имеющиеся в корпусе и днищах отверстия укреплены патрубками, штуцерами или накладками. Поэтому, при укрепленных отверстиях коэффициент прочности для элементов корпуса ? = 1.

Толщина нижней цилиндрической части корпуса ПГ:

где: Pр = 0,9·1,25·0,102·p2 = 0,9·1,25·6,3 = 0,734 кгс/мм2;

[?н]t = 267°С = 22,338 кгс/мм2;

Получаем: .

Толщина нижнего укрепленного эллиптического днища:

где: dвн.дн. = dвн.корп. = 3,84 м

Hдн = 0,2·dвн.дн. = 0,2·3,84 = 0,768 м

Получаем: .

Принимаем ?дн = 0,080 м.

Толщина верхней цилиндрической части корпуса ПГ:

.

Толщина верхнего укрепленного эллиптического днища:

где: dвн.дн. = dвн.корп. = 4,71 м

Hдн = 0,2·dвн.дн. = 0,2·4,71 = 0,942 м

Получаем: .

Принимаем ?дн = 0,1 м.

4. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПЕРВОГО КОНТУРА ПАРОГЕНЕРАТОРА

Основной задачей гидравлического расчета является определение потерь давления в каналах и затрат на прокачку теплоносителя .

Расчет начинается с определения необходимых геометрических характеристик четырех участков тракта теплоносителя:

. Разделительная обечайка;

. Соединительная обечайка с раздающей камерой;

. Трубы теплообменного пучка;

. Собирающая камера с кольцевым каналом.

Определим длину камеры теплоносителя:

Длина камеры теплоносителя ,не занятой полем отверстий 0.7 м

Длина первого участка :

Длину кольцевого канала примем 3 м

Длина второго участка:

Длину соединительной обечайки с раздающей и собирающей камерами теплоносителя примем 10 м

Длина третьего участка

Длина четвертого участка

В качестве гидравлического диаметра на всех расчетных участках, за исключением четвертого, принимаютя внутренние диаметры соответственно разделительной обечайки,соединительной обечайки с камерой теплоносителя и теплообменных труб

Гидравлический диаметр четвертого расчетного участка:

Коэффициенты трения на расчетных участках:

Шероховатость на всех учатсках , кроме третьего (

Местные сопротивления на первом участке представлены резким поворотом потока на 900 и внезапным расширением проходного сечения при выходе потока из разделительной обечайки в соединительную:

На втором участке местные сопротивления отсутствуют.

На третьем участке местные сопротивления представлены входом в трубу , выходом из нее в камеру и плавными поворотами.

Местные сопротивления четвертого участка включают в себя только резкий поворот потока теплоносителя при выходе из ПГ.

Массовые скорости теплоносителя на участках:

Гидравлические сопротивления расчетных участков:

Гидравлическое сопротивление ПГ по тракту теплоносителя:

Мощность ГЦН ,затрачиваемая на прокачку теплоносителя через ПГ:

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате теплового расчета были определены температурные напоры в стенке теплопередающей поверхности, коэффициенты теплоотдачи как со стороны рабочего тела, так и со стороны теплоносителя, и в результате была определена необходимая длина трубного пучка парогенератора . В результате прочностного расчета были получены геометрические характеристики коллектора а также прочностные характеристики других элементов парогенератора.Был проведен расчет паросепарационных устройств, а также расчет мощности ГЦН, необходимой для прокачки теплоносителя.

Таблица результатов

НазваниеЧислоРазмерностьТепловая мощность Qэк140608кВтТепловая мощность Qисп573241кВтРасход теплоносителя Gтн4527кг/сЭнтальпия на выходе из испарительного участка i"1u 1264,5кДж/кгt"1u2860Cwr12965,05кг/м2сwr2716кг/м2сВход теплоносителя в испарительный участокRe429328a'127,84кВт/м2К?t31,240Ctcт293,50CК6,232кВт/м2Кq194,695кВт/м2a241,158кВт/м2КВыход теплоносителя из испарительного участкаRe393863a"1и26,66кВт/м2К?t7,240Ctcт281,20CК4,940кВт/м2Кq35767кВт/м2a225,71кВт/м2КВыход теплоносителя из экономайзерного участкаRe385697a126,666кВт/м2К?t190CВход рабочего тела в экономайзерный участокRe115658a2эк16кВт/м2КК4,96кВт/м2КВыход рабочего тела из экономайзерного участкаRe121881a2эк14,092кВт/м2КК4,765кВт/м2КHрисп6257,4м2Hрэк8585,09м2Hпг16697,8м2L192144мdобвн3,544мdобнар3,564мРасчет угла навивкиn11865штl(первое приближение)7,233мl(второе приближение)7,251мn1k90штn2k132штNcл46штd1cл1,602мdm.cл3,762мFм.п.3,01м2S1слн4,086мb135,3град.b111m68,4град.bcp51,9град.l1слв7,063мz1сл0,695мПосле третьей итерацииH1сл2,840мH111m5,69мl111mиз6,12мСепарация параЖалюзийные сепараторыNокр9штhж0,374мSокр0,192мОсевые центробежные сепораторыNc144штm14шестиугол.Dвнверх.об.4,71мПрочностной расчетКоллекторdкол0,205мj10,493j20,849j30,259S1k0,028мdкол (без отверстий)0,057мdн.к.1,67мdв.к.= dв.но1,01мhk1,775мdco0,057мdн.co.1,414мhco2,49мhнo3,5 м dнoр0,057мКорпус ПГdв.кор.вер4,71мdв.кор.ниж3,84мdкорвер0,08мdкорниж0,065мdн.кор.вер4,87мdн.кор.ниж3,97мhkop13,7мa45град.Днищаhдвер0,942мhдниж0,768мdднвер0,1dднниж0,08dштуц0,6мdлаза0,5мГидродинамический расчет?P403,547кПаN3184кВт

ВЫВОДЫ

Целью курсового проекта являлся расчет вертикального парогенератора с витой поверхностью нагрева и естестрвенной циркуляцией рабочего тела.

. При тепловом расчете площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора были определены коефициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы, а также от стенки трубы к рабочему телу на испарительном и экономайзерном участке, которые соответственно равны:

Вход теплоносителя в испарительный участок a1 = 27,84 кВт/(м2.К)

Вход теплоносителя в экономайзерный участок a1 = 26,883 кВт/(м2.К)

Выход теплоносителя из экономайзерного участока a1 = 26,666 кВт/(м2.К)

. Основной целью конструкционного расчета парогенератора было определение среднего угла навивки труб поверхности нагрева, который составил:

b = 51,9 о

Также были определены основные кострукционные характеристики пучка теплообменных труб:

Число труб поверхности нагрева n = 11865

Число слоёв навивки трубного пучка Nсл = 46

Диаметр 1-го слоя d1сл = 1,602 м

Диаметр последнего слоя dmсл = 3,762 м

Массовая скорость рабочего тела в межтрубном пространстве Wr =716 кг/(м2.с)

. Был прочностной расчет элементов парагенератора, в котором определили толщины камер подвода теплоносителя к трубам поверхности нагрева, а также расчет коллектора, толщин обичаек корпуса.

Результаты вышеуказанных расчетов приведены в таблице результатов.

. Гидравлический расчет был выполнен с целью определения мощности ГЦН, затрачиваемой на прокачку теплоносителя через парогенератор

N = 3184 кВт.

Графическая часть проекта, состоящая из двух чертежей:

-основной вид вертикального парогенератора;

-диталировка.

Основные определяющие размеры, приведенные на вертежах, являются результатами расчетов пояснительной записки.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1.Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине Парогенераторы АЭС для студентов специальности Атомные электрические станции / Сост. В.П.Рожалин. -.: КПИ, 1990. - 80с.

2.Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций: Учебник для вузов. - 3-е изд.,перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1987. - 384с.

.Кутепов А.М. , Стерман Л.С. , Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учебное пособие для вузов. - 3-е изд. испр. -М.: Высш. Шк., 1986. -448с.

.Расчет на прочность деталей парогенераторов АЭС: Методические указания к проэкту по дисцеплине Парогенераторы атомных электростанций для студентов специальности 0520 Парогенераторостроение / Сост. В.К.Щербаков - К.: КПИ, 1986. - 28с.

Содержание ВВЕДЕНИЕ 1. тепловой расчет ПЛОЩАДИ ТЕПЛОПЕРЕДАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПАРОГЕНЕРАТОРА 1.1 Уравнение теплового и материального бал

Больше работ по теме: