Прямоточный парогенератор

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Филиал Санкт- Петербургского государственного морского

Технического университета

СЕВМАШВТУЗ

Маковеев И.В.

СУДОВОЕ ГЛАВНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ.

ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТАНОВКИ

Методические указания по курсовому и дипломному проектированию.

Северодвинск

Маковеев И.В. Судовое главное энергетическое оборудование. Паропроизводящие установки. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию.- Северодвинск: Севмашвтуз, 2005.-

Ответственный редактор заведующий кафедрой Севмашвтуза, доцент Горин С.В

Рецензенты: гл.научный специалист ПКБ «Севмаш»

д.т.н., профессор Альпин А.Я.,

к.т.н., профессор Лычаков А.И.

Данная работа содержит алгоритмы тепловых и габаритных расчетов основных элементов паропроизводящей установки парогенератора и ядерного реактора, расчеты системы компенсации объема и системы очистки ЯППУ, а также общие требования к оформлению курсового проекта. Приведены некоторые комментарии к расчетам, краткий перечень литературы, используемый при выполнении проекта, перечень поясняющих рисунков и примеры их оформления.

Предназначено для студентов спец. 140200 «Судовые энергетические установки.».

Лицензия на издательскую деятельность

Код 221. Серия ИД. №01734 от 11 мая 2000 г.

ISBN 5-7723- Ó Cевмашвтуз, 2005

Содержание

Содержание. 2

Содержание. 3

Введение. 5

Условные обозначения. 6

Принятые сокращения. 7

ЗАДАНИЕ.. 8

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по курсу “СУДОВОЕ ГЛАВНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТАНОВКИ”. 8

1. Прямоточный парогенератор. 9

1.1. Общие положения. 9

1.2. Прямой тепловой расчёт парогенератора. 11

1.3. Компоновка проточной части и расчёт скоростей сред. 19

1.4. Расчёт теплоотдачи, теплопередачи и определение площади поверхности теплообмена. 23

1.5. Конструктивное оформление парогенератора. 30

1.6. Гидродинамический расчёт парогенератора. 33

2. Тепловой и габаритный расчёт АКТИВНОЙ ЗОНЫ реактора.. 35

2.1. Общие положения. 35

2.2. Проектирование АЗ и ТВС.. 38

2.2.1. Определение размеров АЗ и ТВС.. 38

2.2.2. Выбор параметров теплоносителя. 41

2.2.3. Разработка схемы ТВС.. 42

2.2.4. Гидравлическое профилирование активной зоны.. 43

2.3. Проверка теплотехнической надёжности активной зоны.. 45

2.3.1. Расчёт максимальной температуры оболочки ТВЭЛ.. 45

2.3.2. Расчёт максимальной температуры ядерного горючего. 51

2.3.3. Расчёт запаса по кризису теплообмена. 53

3. Расчёт системы компенсации объёма.. 55

4. Расчёт ионообменного фильтра.. 57

5. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА.. 60

5.1. Требования к оформлению расчетно-пояснительной записки проекта. 60

5.2. Требования к оформлению графической части. 60

Список литературы... 62

Образец оформления титульного листа. 63

СЕВМАШВТУЗ. 63

Кафедра № 7. 63

Задание. 64

на курсовой проект по дисциплине. 64

Введение 4

Условные обозначения 5

Задание на курсовой проект 6

1. прямоточный парогенератор 7

1.1. Общие положения. 7

1.2. Прямой тепловой расчёт ПГ 9

1.3. Компоновка проточной части и расчёт скоростей сред 13

1.4. Расчёт теплоотдачи, теплопередачи и определение площади поверхности теплообмена 14

1.5. Конструктивное оформление ПГ 18

1.6. Гидродинамический расчёт ПГ 19

2. Тепловой и габаритный расчёт Активной Зоны реактора 20

2.1. Общие положения 20

2.2. Проектирование АЗ и ТВС 22

2.2.1. Определение размеров АЗ и ТВС 22

2.2.2. Выбор параметров ТН 23

2.2.3. Разработка схемы ТВС 23

2.2.4. Гидравлическое профилирование АЗ 24

2.3. Проверка теплотехнической надёжности АЗ 25

2.3.1. Расчёт максимальной температуры оболочки ТВЭЛ 25

2.3.2. Расчёт максимальной температуры ядерного горючего 29

2.3.3. Расчёт запаса по кризису теплообмена 30

3. Расчёт системы компенсации объёма 32

4. Расчёт ионообменного фильтра 33

5. требования к оформлению курсового проекта 34

5.1. Требования к оформлению расчетно-пояснительной записки проекта 34

5.2. Требования к оформлению графической части 35

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 37

ПРИЛОЖЕНИЯ

6.1.Образец оформления титульного листа 38

6.2. Образец оформления задания на курсовой проект 39

Введение

Курсовой проект по дисциплине “Судовое главное энергетическое оборудование. Ядерные паропроизводящие установки” – это вид самостоятельной работы студентов специальностей 140200, выполняемой под руководством преподавателя, которая содержит расчётно-пояснительную записку на 30-35 стр. и графическую часть 3-4 листа формата А1.

Цель выполнения проекта:

- закрепление теоретических знаний;

- формирование навыков применения полученных знаний для решения прикладных задач проектирования ППУ и её элементов;

- формирование навыков разработки технологических процессов монтажа, испытаний и сдачи ППУ;

- подготовка к выполнению дипломного проекта;

- подготовка к самостоятельной работе по избранной специальности;

- развитие творческих способностей студентов.

Условные обозначения

Физические параметры

Р – давление;

T, t – температура;

V – объём (удельный);

W – скорость;

Q – тепловая мощность;

q – тепловой поток;

i – энтальпия;

G – расход;

D – паропроизводительность;

λ – коэффициент теплопроводности;

α – коэффициент теплоотдачи;

К – коэффициент теплопередачи;

R – термическое сопротивление;

μ – динамическая вязкость;

ν – кинематическая вязкость;

Re – критерий Рейнольдса;

Nu – критерий Нуссельта;

Геометрические характеристики

δ – толщина, зазор;

S – шаг;

σ – относительный шаг;

D, d – диаметр;

n – число трубок, слоёв;

F – площадь сечения;

П – периметр;

Н – площадь поверхности теплообмена;

h – высота поверхности теплообмена;

Принятые сокращения

ПГ – парогенератор;

ТН – теплоноситель;

РТ – рабочее тело;

ЦНПК – циркуляционный насос первого контура;

ПВ – питательная вода;

КПС – конденсатно-питательная система;

СЯЭУ – судовая ядерная энергетическая установка;

АЗ – активная зона;

ВВРД – водо-водяной реактор под давлением;

ТВС – тепловыделяющая сборка;

ТВЭЛ – тепловыделяющий элемент;

РК – рабочий канал;

ЦРК – центральный рабочий канал;

ППУ – паропроизводящая установка;

СКО – система компенсации объема;

ИОФ (ИФ) – ионообменный фильтр;

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по курсу “СУДОВОЕ ГЛАВНОЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ПАРОПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТАНОВКИ”

Спроектировать корабельную (судовую) паропроизводящую установку на следующие параметры:

- общая паропроизводительность D = кг/с

- температура перегретого пара на выходе из ПГ t_пе = ˚С

- давление перегретого пара на выходе из ПГ P_пе = МПа

- давление ТН P_т = МПа

- гидравлическое сопротивление тракта РТ

на экономайзерном участке Δ P_эк = МПа

- гидравлическое сопротивление тракта РТ

на испарительном участке Δ P_исп = МПа

- гидравлическое сопротивление тракта РТ

на пароперегревательном участке Δ P_пе = МПа

- давление в конденсаторе P_к = МПа

Также задаётся тип парогенератора и реактора.

Задание выдано “ ” 200 г.

Срок защиты проекта “ ” 200 г.

Руководитель проекта –

Студент –

Прямоточный парогенератор

Общие положения.

1.1.1. Схема парогенератора.

Тракты прямоточного генератора перегретого пара приведены на рисунке 1.2. Движение теплоносителя (среда первого контура) и рабочего тела (среда второго контура) – принудительное и осуществляется с помощью циркуляционного насоса первого контура (ЦНПК) и питательного насоса (ПН).

Общая схема парогенератора

Рис. 1.1

Схема движения сред – противоточная. Название “прямоточный ПГ” означает, что у него отсутствует внутренний контур циркуляции. В тракте ТН происходит его охлаждение от до без фазового перехода. Рабочее тело сначала нагревается от температуры питательной воды (t_ПВ) до температуры насыщения (t_s); эта часть ПГ называется экономайзерным участком и имеет поверхность теплообмена Н_ЭК. Затем на испарительном участке (Н_ИСП) имеет место объёмное кипение до полного перехода жидкости в пар, т.е. достижения сухости Х=1. Далее сухой насыщенный пар перегревается на пароперегревательном участке (Н_ПЕ) до температуры t_ПЕ.

Рабочей поверхностью ПГ является поверхность теплообмена, через которую происходит “организованный” теплообмен. Её окружают конструктивные элементы: патрубки, смесительные камеры, коллектора и т.п.

1.1.2. Цель теплового расчёта – определение площади поверхности теплообмена (Н_ПГ) и её габаритов (например, высота и диаметра, если она цилиндрическая).

1.1.3. Расчётная модель.

В данном расчёте принята упрощённая модель прямоточного ПГ, которая имеет следующие основные характеристики:

1. Охлаждение однофазного ТН (воды) невелико - 40÷60˚С, распределение температуры его вдоль тракта практически линейное. В расчёте принимается линейное распределение температуры вдоль тракта.

2. Границы между участками в тракте РТ – резкие. Распределения температур на экономайзере и перегревателе – линейные.

3. Температура насыщения на испарительном участке принята постоянной, соответствующей среднему давлению на испарительном участке.

4. Распределение давления вдоль тракта РТ – линейное. Изменение давления вдоль тракта ТН не учитывается.

Тракты прямоточного ПГ

Рис. 1.2

5. Потери тепла на участках оцениваются в тепловых балансах одинаковыми коэффициентами, т.е. - const, где Q_уч – тепло, воспринятое на участке рабочим телом; Q^т_уч – тепло, отданное на этом участке теплоносителем.

6. Физические параметры сред на участках определены по средним для этих участков температурам и давлениям.

7. При подсчёте коэффициентов теплоотдачи симплекс:

8. Условия теплоотдачи вдоль всего испарительного участка принимаются неизменными, наличие зоны ухудшенного теплообмена в конце испарителя не учитывается.

9. Теплоотдача на экономайзере и нагревателе в тракте РТ подсчитывается по средним характеристикам.

10. Коэффициенты теплоотдачи определяются по формулам для плоской стенки, т.к. во всех случаях

11. Количество тепла, которым обмениваются ТН и РТ определяется по уравнениям первого начала термодинамики для изобарного процесса.

12. Учёт эффективности использования поверхности теплообмена выполняется путём введения в итоговую расчётную формулу коэффициента запаса <1.