壓水堆蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)說明書

1、“蒸汽發(fā)生器”課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 前   言 蒸汽發(fā)生器是產(chǎn)生汽輪機(jī)所需蒸汽的換熱設(shè)備。在核反應(yīng)堆中，核裂變產(chǎn)生的能量由冷卻劑帶出，通過蒸汽發(fā)生器將熱量傳遞給二回路的給水，使其產(chǎn)生一定的壓力、溫度和干度的蒸汽。此蒸汽再進(jìn)入汽輪機(jī)中做功，轉(zhuǎn)化為電能或者機(jī)械能。在壓水堆核電站中，蒸汽發(fā)生器是一回路系統(tǒng)中的一個(gè)主要設(shè)備，具有尺寸大，重量重，設(shè)計(jì)、制造復(fù)雜，作用大的特點(diǎn)，再設(shè)計(jì)和制造方面被稱為當(dāng)代熱交換器技術(shù)的最高水平。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，蒸汽發(fā)生器能否安全、可靠的運(yùn)行，對(duì)整個(gè)核動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性和安全可靠性有著十分重要的影響。長期以來國際上壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器經(jīng)常

2、發(fā)生傳熱管腐蝕破損，在可靠性上存在嚴(yán)重問題，是核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的致命弱點(diǎn)，保證蒸汽發(fā)生器的制造質(zhì)量有助于提高其安全可靠性。由于蒸汽發(fā)生器制造相當(dāng)復(fù)雜，技術(shù)密集程度高，要求制造質(zhì)量符合設(shè)計(jì)說明書上的要求，因此，設(shè)計(jì)說明書在蒸汽發(fā)生器的制造過程中就尤為重要。 本設(shè)計(jì)說明書是針對(duì)壓水堆設(shè)計(jì)的立式 U 型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器。作者在參考了孫中寧老師編寫的“蒸汽發(fā)生器”課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書和核動(dòng)力設(shè)備，在閱讀了大量文獻(xiàn)后，提出了蒸汽發(fā)生器的一種新的方案設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了論證。通過強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定了蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)尺寸，然后分別進(jìn)行了蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算、水動(dòng)力計(jì)算，希望能獲得更

3、佳的設(shè)計(jì)方案。 目 錄第一章 緒論1一、蒸汽發(fā)生器概述1二、蒸汽發(fā)生器的基本技術(shù)要求1三、蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)與計(jì)算2四、目的和要求3五、任務(wù)3第二章 課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容4一、給定條件4二、蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算4三、蒸汽發(fā)生器的水動(dòng)力計(jì)算5四、蒸汽發(fā)生器的強(qiáng)度計(jì)算8五、蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9六、蒸汽發(fā)生器的總圖繪制和部件圖繪制9第三章 課程設(shè)計(jì)計(jì)算過程10一、根據(jù)熱平衡確定換熱量10二、管徑的選取以及傳熱管數(shù)目的確定10三、換熱面積的計(jì)算11四、管束結(jié)構(gòu)的計(jì)算12五、強(qiáng)度計(jì)算13六、主要管道內(nèi)徑的計(jì)算14七、一回路水阻力的計(jì)算15八、二回路水循環(huán)阻力的計(jì)算17九、運(yùn)動(dòng)壓頭的計(jì)算23十、循

4、環(huán)倍率的確定24第四章 結(jié)論與評(píng)價(jià)25附錄26一、附錄1 蒸汽發(fā)生器熱力計(jì)算表26二、附錄2 蒸汽發(fā)生器水動(dòng)力計(jì)算表30三、附錄3 蒸汽發(fā)生器強(qiáng)度計(jì)算表40附圖 見零號(hào)圖紙參考文獻(xiàn) 42第一章  緒 論 一、蒸汽發(fā)生器概述  蒸汽發(fā)生器是核電動(dòng)力設(shè)備中的一個(gè)主要部件，產(chǎn)生汽輪機(jī)所需蒸汽的換熱設(shè)備。在核能反應(yīng)堆中，核能產(chǎn)生的熱量由冷卻劑帶出，通過蒸汽發(fā)生器傳給二回路的給水，使其產(chǎn)生具有一定壓力、一定溫度和一定干度的蒸汽，此蒸汽再進(jìn)入汽輪機(jī)中做功，轉(zhuǎn)換為電能或機(jī)械能。在這個(gè)能量轉(zhuǎn)換過程中，蒸汽發(fā)生器既是一回路設(shè)備，又是二回路設(shè)備，所以被稱為一、二回路的樞紐。

5、實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，蒸汽發(fā)生器能否安全、可靠地運(yùn)行，對(duì)整個(gè)核動(dòng)力裝置的經(jīng)濟(jì)性和安全性具有十分重要的影響。 國外壓水堆核電站的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，蒸汽發(fā)生器的性能（無論是靜態(tài)性能還是動(dòng)態(tài)性能）均能滿足使用要求，但在可靠性方面卻難以令人滿意。在運(yùn)行中發(fā)生蒸汽發(fā)生器傳熱管破損事故的裝置數(shù)目，接近壓水堆動(dòng)力裝置總數(shù)的四分之一。各國都把研究和改進(jìn)蒸汽發(fā)生器當(dāng)做完善壓水堆核電技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，并制定了龐大的研究計(jì)劃，主要包括蒸汽發(fā)生器的熱工水利分析；腐蝕理論和傳熱管材料的研制；無損探傷計(jì)數(shù)；振動(dòng)、磨損、疲勞研究；改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減少腐蝕化學(xué)物的濃縮；改進(jìn)水質(zhì)控制等。二、蒸汽發(fā)生器的基本技術(shù)要求 在

6、核動(dòng)力裝置中，由于一回路為帶有放射性回路，而二回路為無放射性回路，因此在研制蒸汽發(fā)生器時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、材料抗腐蝕性、密封性等都提出了很高的要求，其中最基本的技術(shù)要求為： (1) 蒸汽發(fā)生器及其部件的設(shè)計(jì)，必須供給核電站在任何運(yùn)行工況下所需的蒸汽量及規(guī)定的蒸汽參數(shù)。只有滿足這個(gè)要求才能保證電站在任何負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 (2) 蒸汽發(fā)生器的容量應(yīng)該最大限度地滿足功率負(fù)荷的需要，而且要求隨著單機(jī)容量的增加，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到相應(yīng)改善。 (3) 蒸汽發(fā)生器的所有部件應(yīng)該絕對(duì)地安全可靠。 (4) 蒸汽發(fā)生器單個(gè)零、部件的裝配必

7、須保證在密封面上排除一回路工質(zhì)漏入二回路中去的可能性。 (5) 必須排除加劇腐蝕的任何可能性，特別是一回路中的腐蝕。 (6) 蒸汽發(fā)生器必須產(chǎn)生必要純度的蒸汽，以保證蒸汽發(fā)生器在高溫下可靠地運(yùn)行，并保證汽輪機(jī)也可靠而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。 (7) 蒸汽發(fā)生器應(yīng)設(shè)計(jì)得簡單緊湊，便于安裝使用，同時(shí)易于發(fā)現(xiàn)故障而及時(shí)排除，并有可能徹底疏干。 (8) 保證蒸汽發(fā)生器具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)蒸汽發(fā)生器時(shí)，要考慮一、二回路兩種工質(zhì)的種類和參數(shù)，正確地選擇結(jié)構(gòu)方案、材料、傳熱管尺寸、傳熱系數(shù)以及冷卻劑等。另外，必須采取減少向外散熱損

8、失的措施。三、蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)與計(jì)算蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)計(jì)算包括熱力計(jì)算、水動(dòng)力計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。熱力學(xué)計(jì)算主要通過傳熱學(xué)知識(shí)計(jì)算傳熱管傳熱面積，然后與管束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合可以得到傳熱管長度、管束直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)。強(qiáng)度計(jì)算通過壓力校驗(yàn)等用于選取蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)材料、確定結(jié)構(gòu)尺寸等。蒸汽發(fā)生器中要通過強(qiáng)度計(jì)算得出的參數(shù)有傳熱管、上下筒體、球形下封頭管板等的壁厚。在強(qiáng)度計(jì)算得出參數(shù)后要留取一定余量，以滿足變工況下出現(xiàn)超壓情況的需求。水動(dòng)力計(jì)算是最后一步，因?yàn)橹挥薪Y(jié)構(gòu)尺寸確定，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已知的情況下水力情況才得以確定。水力計(jì)算包括一回路水阻力計(jì)算、二回路水循環(huán)阻力計(jì)算、運(yùn)動(dòng)壓頭計(jì)算等。其中一回路水阻力

9、計(jì)算相對(duì)簡單主要包括單相水U型管管內(nèi)摩擦阻力和局部阻力兩項(xiàng)；二回路水循環(huán)阻力計(jì)算及運(yùn)動(dòng)壓頭計(jì)算比較復(fù)雜。因?yàn)檎羝l(fā)生器內(nèi)二回路側(cè)流體的水力特性取決于流體工質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)、流道的結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)，以及工質(zhì)的流動(dòng)形式。而且計(jì)算過程誤差較大，往往需要在試驗(yàn)中進(jìn)一步修正。二回路水循環(huán)阻力包括下降空間阻力、上升空間阻力、汽水分離器阻力等。而上升空間阻力又包括摩擦阻力、局部阻力、彎管區(qū)阻力、加速阻力、流量分配孔阻力五項(xiàng)。設(shè)計(jì)中常用圖解法來確定循環(huán)倍率，即先假設(shè)幾個(gè)不同的循環(huán)倍率分別計(jì)算其運(yùn)動(dòng)壓頭和總阻力，在直角坐標(biāo)系作出相應(yīng)曲線，兩根曲線交點(diǎn)即為穩(wěn)定工況的循環(huán)倍率值。循環(huán)倍率值一般取25為宜，其值過小會(huì)導(dǎo)致

10、傳熱惡化，腐蝕加劇等；而過大則會(huì)增大汽水分離器負(fù)荷，使蒸汽干度降低，危機(jī)汽輪機(jī)安全。計(jì)算過程中水力計(jì)算是在結(jié)構(gòu)選型和熱力計(jì)算之后進(jìn)行，但是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱力計(jì)算又需要水力計(jì)算數(shù)據(jù)，因此三者往往要反復(fù)交替進(jìn)行，以使設(shè)計(jì)逐步完善。四、目的和要求： 1、運(yùn)用“核動(dòng)力設(shè)備”課中所學(xué)的知識(shí)，并加以鞏固、充實(shí)和提高。 2、掌握蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方法。 3、具有初步綜合考慮蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的能力。 4、培養(yǎng)學(xué)生查閱資料，合理選擇和分析數(shù)據(jù)的能力，提高學(xué)生的運(yùn)算、繪圖等基本技能。 5、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)工程技術(shù)問題的嚴(yán)肅認(rèn)真和負(fù)責(zé)態(tài)度。五、任務(wù)：1、完成蒸汽發(fā)生器的方案設(shè)計(jì)與論證 2、完成蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算 3

11、、完成蒸汽發(fā)生器的水動(dòng)力計(jì)算 4、完成蒸汽發(fā)生器的強(qiáng)度計(jì)算 5、完成蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6、繪制蒸汽發(fā)生器的總圖 7、編寫設(shè)計(jì)說明書。第二章 課程設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容一、給定條件1、 蒸汽產(chǎn)量：D=126kg/s；2、 蒸汽干度：x=0.99；3、 蒸汽發(fā)生器的熱效率：；4、 一回路側(cè)額定工作壓力：MPa；5、 一回路側(cè)設(shè)計(jì)壓力：6、 一回路側(cè)冷卻劑入口溫度；7、 一回路側(cè)冷卻劑出口溫度；8、 二回路側(cè)給水溫度：9、 二回路側(cè)額定工作壓力：MPa；10、二回路側(cè)設(shè)計(jì)壓力：11、傳熱管壁導(dǎo)熱系數(shù)： W/m12、傳熱管壁許用應(yīng)力： kg/mm2；13、下筒體許用應(yīng)力： kg/mm2；14、上筒體許用應(yīng)

12、力： kg/mm2；15、球形下封頭許用應(yīng)力： kg/mm2；16、管板許用應(yīng)力： kg/mm2；17、傳熱管最小節(jié)距：，一般取為1.351.45；18、上筒體內(nèi)徑3200 mm，高度4000 mm。19、下降空間： (1)入口阻力系數(shù)=1；(2)出口阻力系數(shù)=1；(3)定位裝置阻力系數(shù)=1；(4)絕對(duì)粗糙度=0.15 mm。20、流量分配管板：(1) 單元面積=533 mm2; (2)單元開孔面積=216 mm2。二、蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算 1、完成一回路冷卻劑對(duì)傳熱管內(nèi)壁的強(qiáng)迫對(duì)流放熱計(jì)算，確定值： 2、完成傳熱管壁的導(dǎo)熱計(jì)算，確定管壁熱阻值： 3、確定污垢熱阻值： 對(duì)于不銹鋼：/W 對(duì)于鎳

13、基合金：/W 一般污垢層厚度為0.05mm。 4、完成傳熱管外壁對(duì)二回路工質(zhì)的沸騰換熱計(jì)算，確定值 式中：pPa；q w/m2 5、完成傳熱系數(shù)k值的計(jì)算： 6、確定傳熱面積F值： 式中：Q傳熱量；傳熱溫差。設(shè)計(jì)傳熱面積 式中：C設(shè)計(jì)儲(chǔ)備系數(shù)，一般取C=1.1。圖1一回路側(cè)水 力計(jì)算簡圖三、蒸汽發(fā)生器的水動(dòng)力計(jì)算： 主要包括：1、一回路側(cè)水動(dòng)力計(jì)算； 2、二回路側(cè)循環(huán)倍率的計(jì)算：1、一回路側(cè)水動(dòng)力計(jì)算：計(jì)算的具體步驟：（1） 傳熱管內(nèi)的摩擦阻力（） 式中：摩擦阻力系數(shù)，按有關(guān)公式或圖表求??； H管子長度，m； di管子內(nèi)直徑，（m）； 一回側(cè)路冷卻劑的平均密度，kg/m3； 一回側(cè)路冷卻劑的平

14、均流速，m/s； （2）、局部阻力：（） 式中：局部阻力系數(shù)。值主要取決于通道的結(jié)構(gòu)型式，通過實(shí)驗(yàn)求得，屬于經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 一回路側(cè)總的局部阻力：其中：由進(jìn)口管至進(jìn)口水室，通道截然突然擴(kuò)大的局部阻力 在進(jìn)口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力 由進(jìn)口水室至傳熱管束，通道截面突然縮少的局部阻力 在U型管彎頭內(nèi)轉(zhuǎn)彎180°的局部阻力 由傳熱管束至出口水室，通道截面突然擴(kuò)大的局部阻力 在出口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力 由出口水室至出口接管，通道截面突然縮小的局部阻力 一回路側(cè)的水阻力：考慮貯備系數(shù)。其值為計(jì)算阻力的10% 因此：2、 二回路側(cè)循環(huán)倍率的計(jì)算：在設(shè)計(jì)中，常用圖解法來確定循環(huán)倍率值和循環(huán)速度值。即先假定

15、幾個(gè)不同的循環(huán)倍率、值。分別計(jì)算其運(yùn)動(dòng)壓頭和總阻力，在直角坐標(biāo)系里做出相應(yīng)的曲線，二根曲線的交點(diǎn)即為穩(wěn)定工況時(shí)的值，同時(shí)也可求出值。PmPCRPmPCR1CR2CR3····· 圖2 用圖解法計(jì)算循環(huán)倍率的曲線（1）運(yùn)動(dòng)壓頭Pm的計(jì)算： 式中：上升空間含汽段高度。分別表示飽和水和飽和汽的密度；表示上升空間平均截面含汽率。（2）水循環(huán)總阻力的計(jì)算： 總阻力 其中：和分別表示下降空間、上升空間和分離器的阻力。 一般10%由實(shí)驗(yàn)確定 而式中：和分別表示摩擦阻力、局部阻力、彎頭區(qū)阻力和加速度阻力，可按相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算。四、蒸汽發(fā)生器的強(qiáng)度計(jì)算： 主要

16、內(nèi)容有：1、傳熱管的強(qiáng)度計(jì)算；2、筒體的強(qiáng)度計(jì)算；3、封頭的強(qiáng)度計(jì)算；4、管板的強(qiáng)度計(jì)算。1、 傳熱管的強(qiáng)度計(jì)算：計(jì)算管壁厚度 （mm）式中：P設(shè)設(shè)計(jì)壓力 （kg/cm2） do管子外徑 （mm） 許用應(yīng)力。 負(fù)公差修正系數(shù)，一般取=1.102 彎曲減薄系數(shù) 式中：R彎曲半徑，取最小節(jié)圓半徑。2筒體的強(qiáng)度計(jì)算：計(jì)算筒體厚度 （mm）式中：Di筒體內(nèi)徑（mm）3、球型封頭的強(qiáng)度計(jì)算：計(jì)算壁厚 （mm）式中：Do球型封頭外徑（mm）4、 管板的強(qiáng)度計(jì)算：計(jì)算壁厚 （mm）式中：F系數(shù)，查TEMA標(biāo)準(zhǔn)F=1.04 D水壓部分直徑（mm）五、蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 主要完成下列工作： 1、管束組件的結(jié)

17、構(gòu)設(shè)計(jì)：確定流程數(shù)，完成傳熱管的排列，確定管束直徑及高度，最佳高-徑比一般取為3；確定管子的固定支撐，確定隔板的數(shù)目和結(jié)構(gòu)。 2、襯筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：確定襯筒的幾何形狀和尺寸。襯筒內(nèi)徑：式中：為裝配間隙，約1020 mm。襯筒外徑：式中：為襯筒壁厚，取為12 mm。3、下筒體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：下筒體內(nèi)徑式中：B為下降流道寬度，取為88 mm。 4、管板：確定開孔數(shù)及有關(guān)幾何尺寸，確定堆焊層與筒體的連接。 5、分離器組件：采用三級(jí)汽水分離方式，但不做詳細(xì)設(shè)計(jì)，其相應(yīng)于循環(huán)倍率為3、4、5時(shí)的流動(dòng)阻力人為設(shè)定為12600Pa、14900Pa、17090Pa。 6、給水管裝置：確定給水管的結(jié)構(gòu)，布置及有關(guān)幾何尺

18、寸。 7、排污裝置：確定排污管的結(jié)構(gòu)、布置及有關(guān)幾何尺寸。六、繪制蒸汽發(fā)生器的總圖和主要部件圖： 按著國家標(biāo)準(zhǔn)和制圖要求繪制蒸發(fā)器總圖一張和部件圖12張。第三章 課程設(shè)計(jì)計(jì)算過程一、根據(jù)熱平衡確定換熱量一回路進(jìn)口焓值：=1394.21 kJ/kg (15.0MPa，310）；一回路出口焓值：=1284.45 kJ/kg （15.0MPa，290）；二回路給水焓：if =944.38 kJ/kg (5.0MPa，220）；二回路飽和水溫：=264 （5.0MPa）；二回路飽和水焓：=1154.50kj/kg （5.0MPa）；二回路飽和蒸汽焓值：=2793.6 kj/kg（5.0MPa）；二回路

19、汽化潛熱： r=-=2793.6-1154.2=1639.73kj/kg （5.0MPa）；排污量：；干度：x=0.99；換熱量：；一回路水流量： 。二、管徑的選取以及傳熱管數(shù)目的確定選取傳熱管的外徑為：d。=22mm；節(jié)距選取為：t=30mm（在1.351.45d。之間）；則最小節(jié)圓半徑為：錯(cuò)誤！未找到引用源。 ；負(fù)公差修正系數(shù)：=1.102；彎曲減薄系數(shù)：1.092；一回路側(cè)設(shè)計(jì)壓：191.3kg/cm2傳熱管壁厚： ，此處取；傳熱管內(nèi)徑：；單管流通面積：選取一回路側(cè)水流速度為：一回路水平均比容：（15.0MPa，300，飽和水）則一回路側(cè)流通面積為：U型管數(shù)目為：2069，根據(jù)排管最后確

20、定U型管數(shù)目為： n=2092。三、換熱面積的計(jì)算一回路側(cè)水導(dǎo)熱系數(shù)： （15.0MPa，300，飽和水）一回路側(cè)水普朗特?cái)?shù)： （15.0MPa，300，飽和水）一回路側(cè)水動(dòng)力粘度：·s （15.0MPa，300，飽和水）一回路側(cè)雷諾數(shù)：一回路側(cè)換熱系數(shù)：33129W/m2·傳熱管導(dǎo)熱系數(shù)： （給定）傳熱管壁熱阻：污垢熱阻： （按I-600選定）傳熱溫差： 先假設(shè)一個(gè)傳熱系數(shù)k，然后進(jìn)行迭代，最后得5295W/m2·此時(shí)熱負(fù)荷：q=k·tln=185960 W/m2二回路側(cè)放熱系數(shù)：2=.0557ps0.15q0.7=284851269.1m2 W/m2

21、·傳熱裕度系數(shù)：C=1.11368 m2四、管束結(jié)構(gòu)的計(jì)算19794m傳熱管排列方式：按正方形排列實(shí)際布管數(shù)：n=2070根=2.28m平均直徑：+2.28）=1.2m彎管總長：3902m直管總長：15892m管束直段高：3.84m4m管束總高：4.96m五、強(qiáng)度的計(jì)算2.31m，其中t是裝配間隙，約1020mm，取15mm；2.334m，其中是襯筒壁厚，給定為12mm。2.51m，其中B為下降流道寬度，取為88mm。下筒體許用應(yīng)力：=18kg/mm2下筒體計(jì)算壁厚：45.43mm2602mm（3）上筒體許用應(yīng)力：=18kg/mm2 （給定）設(shè)計(jì)壁厚取為：（4）球形下封頭許用應(yīng)力：

22、2602mm66.3mm設(shè)計(jì)壁厚取為：S=67mm（5）管板許用應(yīng)力：2510mm425.5mm設(shè)計(jì)壁厚選取為：堆焊層厚度： 管板厚=10.412m管板厚=12.111m2管板厚=8.906m六、主要管道內(nèi)徑的計(jì)算主管道計(jì)算流速： （選取，812m/s)蒸汽管計(jì)算流速： （選取，3040m/s）蒸汽管設(shè)計(jì)內(nèi)徑：33.89m/s二回路給水比容：kg給水管計(jì)算流速： （選取，25m/s）給水管設(shè)計(jì)內(nèi)徑：3.34m/s七、一回路水阻力的計(jì)算(1)U型管內(nèi)摩擦阻力計(jì)算考慮堵管后流速819334摩擦阻力系數(shù)： 0.01052平均壁溫：在此壁溫下的動(dòng)力粘度：溫度修正系數(shù)：42953Pa(2)局部阻力計(jì)算下

23、封頭內(nèi)徑：2.468m 2.392m2進(jìn)口管內(nèi)徑： （與主管道相同）進(jìn)口管截面積：突擴(kuò)阻力系數(shù)： 0.7776一回路側(cè)水入口處比容： （15.0MPa，310） 25647Pa水室轉(zhuǎn)彎45°阻力系數(shù)： （查表，線性插值）34683Pa考慮堵管后截面積：0.5590m2系數(shù)：4查圖得傳熱管入口阻力系數(shù)：5傳熱管入口阻力：4364PaU型管轉(zhuǎn)180°阻力系數(shù)：U型管轉(zhuǎn)180°阻力：4992Pa傳熱管出口阻力系數(shù)：0.587出口處水比容（15.0MPa，290）：傳熱管出口阻力： 6035Pa出口管內(nèi)流速：水室轉(zhuǎn)彎45°阻力系數(shù)： （查表，線性插值）水室轉(zhuǎn)彎阻

24、力：34811Pa出口管突縮阻力系數(shù)：出口管突縮阻力：7406Pa總阻力：=175207Pa設(shè)計(jì)阻力：192728Pa八、二回路水循環(huán)的阻力計(jì)算 (1)下降空間阻力下降空間水比容：入口阻力系數(shù)：； 出口阻力系數(shù)：；定位裝置阻力系數(shù)：下降空間高度：H0=5.78m襯筒外徑：Dw0=2.334m下筒體內(nèi)徑：2.51m下降空間當(dāng)量直徑：絕對(duì)粗糙度：摩擦系數(shù)：（176/0.3）2=0.018885下降空間截面積：70m2下降空間水流速：0.726,0.968,1.21下降空間阻力：742,1319,2061(2)上升空間阻力a) 摩擦阻力飽和水比容：飽和水密度：=1/v=771.60kg/m3飽和蒸汽

25、比容：飽和蒸汽密度：支撐板定位拉桿數(shù)量： 18上升空間流通面積：.61m2上升空間當(dāng)量直徑： 03544m循環(huán)速度：0.120,0.266,0.310m/s出口水相折算速度：0.124,0.186,0.248m/s液相平均折算速度：.162,0.226,0.279m/s出口汽相折算速度：886m/s汽相平均折算速度：943m/s液相動(dòng)力粘度：汽相動(dòng)力粘度：液相雷諾數(shù)：44834,62643,77337汽相雷諾數(shù)：46729判別流型：都為紊流管束直段高：4m液相摩阻系數(shù)：l0 =0.3164Rel0-0.25=0.02174,0.02000,0.01897汽相摩阻系數(shù)：02152按折算速度計(jì)算的

26、液相摩擦阻力：=20.95,40.91,62.35Pa按折算速度計(jì)算的汽相摩擦阻力：84Pa參量X：5,2.66：14.4,10.5,8.7：4.2,48.7,61.2液相摩擦阻力：2, 430,541Pa汽相摩擦阻力：2,430,541摩擦阻力：2, 430,541b）局部阻力：支撐板數(shù)目：N=5上升流道單元面積：.9mm2支撐板單元開孔面積：=1/4*pi*122)=113.1m2面積比：au/Au=0.218局部阻力系數(shù)： 41按折算速度計(jì)算的液相局部阻力： 2090,4080,6219Pa按折算速度計(jì)算的汽相局部阻力：777.4Pa參量X：9 , 2.83二回路工作壓力：臨界壓力：參數(shù)

27、參數(shù)K：5,2.46,2.15 8.46,12.92,17.24液相局部阻力：6580,10045,13400Pa汽相局部阻力： 6580,10045,13400局部阻力： 6580,10045,13400Pac）彎管區(qū)阻力管束彎頭最大節(jié)圓直徑：.28m彎管區(qū)重心至圓心距離： 0.4838m計(jì)算沖刷排數(shù)：系數(shù)：系數(shù)：259液相雷諾數(shù)： 34372,51558,68744汽相雷諾數(shù)： 93459液相摩擦阻力：汽相摩擦阻力：液相阻力：32.5,68.9,117.3Pa汽相阻力： 70.9Pa參量X：32.7,22.3,17.215.0,21.7,28.4液相阻力： 1064,1538,2013Pa

28、汽相阻力： 1064,1538,2013Pa彎管區(qū)阻力： 1064,1538,2013Pad）加速阻力管束出口質(zhì)量含汽率：管束出口體積含汽率：系數(shù)：管束出口截面含汽率：質(zhì)量流速：55.3,207.1,241.3kg/m2·s加速阻力：88,255,286Pae）流量分配孔板阻力：阻力系數(shù)：孔板局部阻力：21, 215,292Pa上升空間阻力：8255,12483,16532Paf）汽水分離器阻力：g）循環(huán)總阻力：1597,28701,35683Pa九、運(yùn)動(dòng)壓頭的計(jì)算（1）預(yù)熱段高度計(jì)算：二回路給水焓：二回路飽和水焓：4500J/kg液面高度：78m下降空間下端壓力：4087Pa壓力下

29、的飽和水焓：50J/kg；預(yù)熱段高度：15,0.520,0.526m(2) 運(yùn)動(dòng)壓頭計(jì)算:蒸發(fā)段高： 4.46,4.46,4.45m管束上方區(qū)段高度：蒸發(fā)段平均質(zhì)量含汽率：蒸發(fā)段平均體積含汽率：蒸發(fā)段平均截面含汽率：784,0.742,0.705管束上方區(qū)段平均截面含汽率：.857,0.831,0.807蒸發(fā)段運(yùn)動(dòng)壓頭： 802,24392,23126Pa管束上方區(qū)段壓頭：3,4902,4759Pa運(yùn)動(dòng)壓頭：0855,29293,27855Pa十、循環(huán)倍率的確定將循環(huán)倍率、循環(huán)運(yùn)動(dòng)壓頭和循環(huán)運(yùn)動(dòng)壓頭對(duì)應(yīng)數(shù)值列出表并做曲線：項(xiàng) 目符號(hào)單 位數(shù) 值循環(huán)倍率CR345運(yùn)動(dòng)壓頭PmPa30855292

30、9327885循環(huán)總阻力P總Pa215972870135683結(jié)論：由上圖可近似確定循環(huán)倍率為4.1，滿足2到5之間的要求。再由該結(jié)果計(jì)算循環(huán)速度，滿足不低于0.1并最好大于0.2m/s的要求。第四章 結(jié)論與評(píng)價(jià)本設(shè)計(jì)說明書主要對(duì)立式 U 型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行說明解釋。完成了蒸汽發(fā)生器的方案設(shè)計(jì)與論證，基本完成了課程設(shè)計(jì)要求的對(duì)蒸汽發(fā)生器熱力、水動(dòng)力、強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等項(xiàng)目的計(jì)算任務(wù)，繪制了蒸汽發(fā)生器的總圖。鞏固、充實(shí)和提高了“核動(dòng)力設(shè)備”課中所學(xué)的知識(shí)，掌握了蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方法，培養(yǎng)了自己查閱資料，合理選擇和分析數(shù)據(jù)的能力，提高了自己的運(yùn)算、繪圖等

31、基本技能。通過本次設(shè)計(jì)，我對(duì)蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)、原理有了進(jìn)一步理解。同時(shí)也對(duì)立式 U 型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器“設(shè)計(jì)”的大體步驟與過程初步了解。通過上述的計(jì)算過程和結(jié)果可以得到，本蒸汽發(fā)生器的循環(huán)倍率大約是4.1，循環(huán)速度大約是0.255m/s。循環(huán)倍率的合理能夠較為有效的避免循環(huán)倍率過小產(chǎn)生蒸汽膜而有可能引起傳熱管的腐蝕破裂的情況；也避免了循環(huán)倍率過大導(dǎo)致汽水分離器的負(fù)荷過大，引發(fā)汽輪機(jī)安全的問題。循環(huán)速度的合理也有效的避免了形成滯留，減緩了應(yīng)力腐蝕的情況。本次立式 U 型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的課程設(shè)計(jì)有如下不足，仍需要加以改進(jìn)和驗(yàn)證：在計(jì)算兩相流的壓降等

32、時(shí)選用的分相流模型是否能夠較為有效的滿足實(shí)際情況未知，需要加以大量合理的試驗(yàn)驗(yàn)證。在自己設(shè)計(jì)支撐板單元開孔的時(shí)候，如何開孔的情況沒有進(jìn)行合理性的驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及實(shí)際是否能夠精確的加工出該種形狀有待驗(yàn)證。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的時(shí)候在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上選定實(shí)際加工的尺寸的時(shí)候選取厚度不夠保守，實(shí)際情況需要根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證。在管束直徑和彎管計(jì)算以及傳熱管排布等環(huán)節(jié)做了較大簡化處理；其次，“高徑比”比較小，大約是2.2左右，與最優(yōu)值3偏離較大，使得汽水的重力分離不能很好的起到不用。另外，由于對(duì)機(jī)械加工、材料等方面知識(shí)了解不夠，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也存在諸多不不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)，而且閱讀的文獻(xiàn)資料不足，一些經(jīng)驗(yàn)值的選定不夠合理；

33、在有限的時(shí)間里做出較為復(fù)雜的A0圖紙，作圖有許多欠妥之處，有許多未按國標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，有些零件圖比例掌握的不是很好，精細(xì)度不是很好，該圖只是為了掌握部分繪圖基礎(chǔ)知識(shí)，沒有實(shí)際加工的意義。 附 錄附錄1：蒸汽發(fā)生器熱力計(jì)算表一、熱平衡序 號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單 位公式及來源數(shù) 值1一回路工作壓力p1Pa給定15*1062一回路水進(jìn)口溫度給定3103一回路水出口溫度給定2904一回路水平均溫度ta3005一回路水進(jìn)口焓kJ/Kg查表1394.216一回路水出口焓kJ/Kg查表1284.457蒸發(fā)器熱效率給定0.998二回路工作壓力psPa給定5*1069二回路飽和溫度ts查表263.9410二回路水飽和焓kJ

34、/kg查表1154.5011二回路給水溫度tf給定22012二回路給水焓ifKJ/Kg查表944.3813汽化潛熱rkJ/Kg查表1639.7314蒸汽干度x給定0.9915排放系數(shù)Cs給定0.0116二回路蒸汽產(chǎn)量Dkg/s給定12617二回路排污量Dbdkg/sCs D1.2618一回路放熱量QkWDrx+1.01(-if)231.28*10319一回路水流量G1kg/sQ/（i1-i1）2128.4 二、傳熱計(jì)算序號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單 位公式及來源數(shù) 值20傳熱管外徑dom選 定22*10-321傳熱管內(nèi)徑dim選 定19*10-322單管流通面積am22.835*10-423一回路水流速u1

35、m/s選定524一回路水平均比容m3/Kg查 表0.001378325一回路流通面積Am20.586726U型管數(shù)目n A/a206927一回路水導(dǎo)熱系數(shù)W/m·查 表561.44*10-328一回路水動(dòng)力粘度kg/m·s查 表88.33*10-629一回路水普朗特?cái)?shù)Prf查 表0.861630一回路水雷諾數(shù)Refu1di/7.8*10531一回路側(cè)放熱系數(shù)W/m2·0.0233313032傳熱管導(dǎo)熱系數(shù)W/m2·給定17.433傳熱管壁熱阻Rwm2·/W9.268*10-534污垢熱阻Rfm2·/W按Inconel600選定0.26

36、*10-435二回路側(cè)放熱系數(shù)W/m2·2848.9636傳熱系數(shù)kW/m2·529537大端溫差46.0638小端溫差26.0639對(duì)數(shù)平均溫差35.12序號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單 位公式與來源數(shù) 值40熱負(fù)荷W/ m2 18596041計(jì)算傳熱面積Fm21243.742傳熱裕度系數(shù)選 定1.143設(shè)計(jì)傳熱面積m21368.08三、管束結(jié)構(gòu)1傳熱管總長m1979.42排列方式正方形正方形3節(jié) 距tm選 定1.4d00.034最小U型管節(jié)園直徑 m4t0.125實(shí)際布管數(shù)n根結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定20706管束直徑Dtbm結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定2.287彎管總長L彎m結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定3901.868直管總長L直m

37、L總L彎1589.149管束直段高H直mL直/3.8410管束彎段高H彎mRmax1.1411管束總高HtbmH直+H彎4.9612傳熱管實(shí)際平均長度m（L總/n）+2管板厚10.4113最長管子長lmaxm+2H直+2管板厚12.1114最短管子長lminm+2H直+2管板厚8.72四、主要管道內(nèi)徑序號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單 位公式與來源數(shù) 值1冷卻劑平均比容m3/Kg查 表1.37810-32主管道計(jì)算流速m/s選?。?12 m/s10.53主管道計(jì)算內(nèi)徑m0.58274主管道設(shè)計(jì)內(nèi)徑m選 取0.65主管道設(shè)計(jì)流速u10m/s10.476新蒸汽比容m3/Kg0.0.39067蒸汽管計(jì)算流速m/s選取

38、：3040 m/s348蒸汽管計(jì)算內(nèi)徑m0.42939蒸汽管設(shè)計(jì)內(nèi)徑m選 取0.4310蒸汽管設(shè)計(jì)流速m/s33.8911二回路給水比容m3/Kg查 表0.00118712給水管計(jì)算流速m/s選?。?5 m/s3.413給水管計(jì)算內(nèi)徑m0.237814給水管設(shè)計(jì)內(nèi)徑m選 取0.2415給水管設(shè)計(jì)流速m/s3.34 附錄2：蒸汽發(fā)生器水力計(jì)算表序 號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單 位公式及來源數(shù) 值一回路水阻力計(jì)算一、U型管內(nèi)摩擦阻力計(jì)算1傳熱管實(shí)際平均長度m結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)10.412當(dāng)量直徑m結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)19*10-33一回路水流量G1kg/s熱工計(jì)算定2128.44一回路水平均比容m3/kg查 表0.00137835一

39、回路水流速m/s熱工計(jì)算定56考慮堵管后流速m/s1.05u15.257一回路水雷諾數(shù)Re熱工計(jì)算定8.193*1058摩擦阻力系數(shù)0.3164Re-0.250.010529平均溫度下動(dòng)力粘度kg/m查 表88.33*10-610壁溫下動(dòng)力粘度kg/m按查表95.45*10-611溫度修正系數(shù)0.989212摩擦阻力Pa42953二、局部阻力計(jì)算13下封頭內(nèi)徑D1m結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定2.46814水室截面積Fcm22.39215進(jìn)口管內(nèi)徑d1im選定0.616進(jìn)口管截面積A1m20.283序號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單 位公式及來源數(shù) 值17比 值0.11818突擴(kuò)阻力系數(shù)查 表0.777619一回路水入口處比容m

40、3/kg查 表0.001421220一回路水入口處密度kg/m3703.6321入口管內(nèi)流速u1im/s熱工計(jì)算定10.4722從入口管至水室阻力Pa2996423水室轉(zhuǎn)彎45°阻力系數(shù)查 表0.924水室轉(zhuǎn)彎45°阻力Pa3468225傳熱管流道截面Am2熱工計(jì)算定0.586926考慮有堵管后截面Am2A/1.050.559027系 數(shù)0.233728傳熱管入口阻力系數(shù)查 表0.4529傳熱管入口阻力Pa4343.630U型管轉(zhuǎn)180°阻力系數(shù)查 表0.531U型管轉(zhuǎn)180°阻力Pa4992.332傳熱管出口阻力系數(shù)查 表0.557233出口處水比容m

41、3/kg查 表0.00134134出口處水密度kg/m3745.6835傳熱管出口阻力Pa6034.7序號(hào)項(xiàng)目符號(hào)單位公式及來源數(shù)值36出口管內(nèi)流速u2m/s10.1237水室轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)6查 表0.938水室轉(zhuǎn)彎阻力Pa634811.139出口管突縮阻力系數(shù)7查 表0.4540出口管突縮阻力Pa7174.5.5三、總阻力41總阻力Pa17520742設(shè)計(jì)阻力設(shè)Pa192728二回路水循環(huán)阻力計(jì)算一、下降空間阻力1循環(huán)倍率CR假定3452給水溫度tf給定2203二回路飽和溫度tS查表263.94下降空間水比容vdm3/kg近似取飽和比容0.0012865下降空間水密度kg/m3771.606入

42、口阻力系數(shù)in選取17出口阻力系數(shù)選取18定位裝置阻力系數(shù)f選取1序號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單位公式及來源數(shù) 值9下降空間高度H0m結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定5.7810套筒外徑Dw0m結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定2.33411下筒體內(nèi)徑Dsim結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定2.5112下降空間當(dāng)量直徑DemDsiDwo0.17613絕對(duì)粗糙度m選 定1.5*10-414摩擦系數(shù)0.0188915下降空間截面積Fdm20.669616下降空間水流速udm/s0.7260.9681.2117下降空間阻力Pa74213192061二、上升空間阻力1、摩擦阻力1飽和水比容m3/kg查 表0.0012862飽和水密度kg/m3771.603飽和蒸汽比容m3/kg查

43、表0.039064飽和蒸汽密度kg/m325.605套筒內(nèi)徑Dw1m結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定2.316傳熱管外徑d0m熱工計(jì)算定22*10-37支撐板定位拉桿數(shù)量根結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定188上升空間流通面積 Fum22.61序號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單位公式及來源數(shù) 值9上升空間當(dāng)量直徑dem0.0354410循環(huán)速度m/s0.1200.2660.31011出口水相折算速度m/s0.1240.1860.24812水相平均折算速度m/s0.1620.2260.27913出口汽相折算速度m/s1.88614汽相平均折算速度0.94315水相運(yùn)動(dòng)粘度m2/s查 表1.28*10-716汽相運(yùn)動(dòng)粘度m2/s查 表7.15*10-717水

44、相雷諾數(shù)44834626437733718汽相雷諾數(shù)4672919判別流態(tài)臨界值:1000紊流20管束直段高Hsm結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定3.8421水相摩阻系數(shù)0.021740.020000.0189722汽相摩阻系數(shù)0.0215223按折算速度計(jì)算的水相摩擦阻力Pa20.9540.9162.3524按折算速度計(jì)算的汽相摩擦阻力Pa8.8425參 量 X1.542.152.6626查圖或計(jì)算14.410.58.727查圖或計(jì)算34.248.761.228水相摩擦阻力Pa302430541序號(hào)項(xiàng) 目符號(hào)單位公式及來源數(shù) 值29汽相摩擦阻力Pa302.1430.1540.730摩擦阻力Pa302.1430.1540.72、局 部 阻 力1支撐板數(shù)目N個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定52上升流道單元面積Aumm2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定519.93支撐板單元開孔面積aumm2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定113.14面 積 比au/Au0.2185局部阻力系數(shù)查 圖416按折算速度計(jì)算的水相局部阻力Pa2090408062197按折算速度計(jì)算的汽相局部阻力Pa777.48參 量 X1.642.292.839二回路工作