壓水堆蒸汽發(fā)生器設計說明書解讀

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“蒸汽發(fā)生器〞

課程設計說明書

序言

蒸汽發(fā)生器是產生汽輪機所需蒸汽的換熱設施。在核反應堆中，核裂變產生的能量由冷卻劑帶出，經過蒸汽發(fā)生器將熱量傳達給二回路的給水，使其產生必定的壓力、溫度和干度的蒸汽。此蒸汽再進入汽輪機中做功，轉變?yōu)殡娔芑蛟S機械能。

在壓水堆核電站中，蒸汽發(fā)生器是一回路系統(tǒng)中的一個主要設施，擁有尺寸大，重量重，設計、制造復雜，作用大的特色，再設計和制造方面被稱為今世熱互換器技術的最高水平。實質運轉經驗說明，蒸汽發(fā)生器可否安全、靠譜的運轉，對整個核動力裝置的經濟性和安全靠譜性有著十分重要的影響。長久以來國際上壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器常常發(fā)生傳熱管腐化損壞，在靠譜性上存在嚴重問題，是核蒸汽供應系統(tǒng)的致命短處，保證蒸汽發(fā)生器的制造質量有助于提升其安全靠譜性。因為蒸汽發(fā)生器制造相當復雜，技術密集程度高，要求制造質量切合設計說明書上的要求，所以，設計說明書在蒸汽發(fā)生器的制造過程中就尤其重要。

本設計說明書是針對壓水堆設計的立式U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器。作者在參照了孫中寧老師編寫的?“蒸汽發(fā)生器〞課程設計指導書?和?核動力設施?，在閱讀了大批文件后，提出了蒸汽發(fā)生器的一種新的方案設計，并進行了論證。經過強度計算和構造設計，確立了

蒸汽發(fā)生器的構造尺寸，而后分別進行了蒸汽發(fā)生器的熱力計算、水動力計算，希望能獲取更佳的設計方案。

目錄

第一章緒論1

一、蒸汽發(fā)生器概括.1

二、蒸汽發(fā)生器的根本技術要求.1

三、蒸汽發(fā)生器的設計與計算.2

四、目的和要求.3

五、任務.3

第二章課程設計的詳細內容4

一、給定條件.4

二、蒸汽發(fā)生器的熱力計算.4

三、蒸汽發(fā)生器的水動力計算.5

四、蒸汽發(fā)生器的強度計算.8

五、蒸汽發(fā)生器的構造設計.9

六、蒸汽發(fā)生器的總圖繪制和零件圖繪制.9

第三章課程設計計算過程10

一、依據熱均衡確立換熱量.10

二、管徑的選用以及傳熱管數目的確定.10

三、換熱面積的計算.11

四、管制構造的計算.12

五、強度計算.13

六、主要管道內徑的計算.14

七、一回路水阻力的計算.15

八、二回路水循環(huán)阻力的計算.17

1

九、運動壓頭的計算.23

十、循環(huán)倍率的確定.24

第四章結論與評論25

附錄26

一、附錄1蒸汽發(fā)生器熱力計算表.26

二、附錄2蒸汽發(fā)生器水動力計算表.30

三、附錄3蒸汽發(fā)生器強度計算表.40

附圖

見零號圖紙

參照文件42

第一章緒論

一、蒸汽發(fā)生器概括

蒸汽發(fā)生器是核電動力設施中的一個主要零件，產生汽輪機所需蒸汽的換熱設施。在核能反應堆中，核能產生的熱量由冷卻劑帶出，經過蒸汽發(fā)生器傳給二回路的給水，使其產生擁有必定壓力、必定溫度和必定干度的蒸汽，此蒸汽再進入汽輪機中做功，變換為電能或機械能。在這個能量變換過程中，蒸汽發(fā)生器既是一回路設施，又是二回路設施，所以被稱為一、二回路的樞紐。實質運轉經驗說明，蒸汽發(fā)生器可否安全、靠譜地運轉，對整個核動力裝置的經濟性和安全性擁有十分重要的影響。

外國壓水堆核電站的運轉經驗說明，蒸汽發(fā)生器的性能〔不論是靜態(tài)性能仍是動向性能〕均能知足使用要求，但在靠譜性方面卻難以令人滿意。在運轉中發(fā)生蒸汽發(fā)生器傳熱管損壞事故的裝置數目，靠近壓水堆動力裝置總數的四分之一。各國都把研究和改進蒸汽發(fā)生器當成完美壓水堆核電技術的重要環(huán)

節(jié)，并擬訂了宏大的研究方案，主要包含蒸汽發(fā)生器的熱工水利剖析；腐化理論和傳熱管資料的研制；無損探傷計數；振動、磨損、疲憊研究；改進構造設計，減少腐化化學物的濃縮；改進水質控制等。

二、蒸汽發(fā)生器的根本技術要求

在核動力裝置中，因為一回路為帶有放射性回路，而二回路為無放射性回

路，所以在研制蒸汽發(fā)生器時對構造、強度、資料抗腐化性、密封性等都提出

了很高的要求，此中最根本的技術要求為：

蒸汽發(fā)生器及其零件的設計，一定供應核電站在任何運轉工況下所需的蒸汽量及規(guī)定的蒸汽參數。只有知足這個要求才能保證電站在任何負荷下經濟運轉。1

蒸汽發(fā)生器的容量應當最大限度地知足功率負荷的需要，并且要求跟著單

機容量的增添，其技術經濟指標獲取相應改良。(3)蒸汽發(fā)生器的全部零件應

該絕對地安全靠譜。

蒸汽發(fā)生器單個零、零件的裝置一定保證在密封面上清除一回路工質漏入二回路中去的可能性。

(5)一定清除加劇腐化的任何可能性，特別是一回路中的腐化。(6)蒸汽發(fā)生

器一定產生必需純度的蒸汽，以保證蒸汽發(fā)生器在高溫下靠譜地運轉，并保證

汽輪機也靠譜而經濟地運轉。

蒸汽發(fā)生器應設計得簡單緊湊，便于安裝使用，同時易于發(fā)現故障而實時清除，并有可能完全疏干。

保證蒸汽發(fā)生器擁有較高的技術經濟指標。在設計蒸汽發(fā)生器時，要考慮

一、二回路兩種工質的種類和參數，正確地選擇構造方案、資料、傳熱管尺寸、傳熱系數以及冷卻劑等。此外，一定采納減少向外散熱損失的舉措。

三、蒸汽發(fā)生器的設計與計算

蒸汽發(fā)生器的設計計算包含熱力計算、水動力計算、強度計算、構造設計等。熱力學計算主要經過傳熱學知識計算傳熱管傳熱面積，而后與管制構造設計相聯合能夠獲取傳熱管長度、管制直徑等構造參數。強度計算經過壓力校驗等用于選用蒸汽發(fā)生器構造資料、確立構造尺寸等。蒸汽發(fā)生器中要經過強度計算得出的參數有傳熱管、上下筒體、球形下封頭管板等的壁厚。在強度計算得出參數后要留取必定余量，以知足變工況下出現超壓狀況的需求。水動力計算是最后一步，因為只有構造尺寸確立，運動狀態(tài)的狀況下水力狀況才得以確立。水力計算包含一回路水阻力計算、二回路水循環(huán)阻力計算、運動壓頭

計算等。此中一回路水阻力計算相對簡單主要包含單相水U型管管內摩擦阻力和局部阻力兩項；二回路水循環(huán)阻力計算及運動壓頭計算比較復雜。因為蒸汽發(fā)生器內二回路側流體的水力特征取決于流體工質的性質和狀態(tài)、流道的結

2

構和幾何形態(tài)，以及工質的流動形式。并且計算過程偏差較大，常常需要在試

驗中進一步修正。二回路水循環(huán)阻力包含降落空間阻力、上漲空間阻力、汽水

分離器阻力等。而上漲空間阻力又包含摩擦阻力、局部阻力、彎管區(qū)阻力、加

速阻力、流量分派孔阻力五項。設計中常用圖解法來確立循環(huán)倍率，即先假定

幾個不一樣的循環(huán)倍率分別計算其運動壓頭和總阻力，在直角坐標系作出相應曲

線，兩根曲線交點即為穩(wěn)固工況的循環(huán)倍率值。循環(huán)倍率值一般取2~5為宜，其值過小會致使傳熱惡化，腐化加劇等；而過大那么會增大汽水分離器負荷，使蒸汽干度降低，危機汽輪機安全。

計算過程中水力計算是在構造選型和熱力計算以后進行，可是構造設計和熱力計算又需要水力計算數據，所以三者常常要頻頻交替進行，以使設計逐漸完美。

四、目的和要求：

1、運用“核動力設施〞課中所學的知識，并加以牢固、充分和提升。

2、掌握蒸汽發(fā)生器設計計算的標準方法。

3、擁有初步綜合考慮蒸汽發(fā)生器構造設計的能力。

4、培育學生查閱資料，合理選擇和剖析數據的能力，提升學生的運算、

畫圖等根本技術。

5、培育學生對工程技術問題的嚴肅仔細和負責態(tài)度。

五、任務：

1、達成蒸汽發(fā)生器的方案設計與論證

2、達成蒸汽發(fā)生器的熱力計算

3、達成蒸汽發(fā)生器的水動力計算

4、達成蒸汽發(fā)生器的強度計算

5、達成蒸汽發(fā)生器的構造設計

6、繪制蒸汽發(fā)生器的總圖

7、編寫設計說明書。

3

第二章課程設計的詳細內容一、給定條件1、蒸汽產量：D=126kg/s；2、蒸汽干度：x=0.99；3、蒸汽發(fā)生器的熱效率：0.99；4、一回路側額定工作壓力：p115.0MPa；5、一回路側設計壓力：p設,11.25p16、一回路側冷卻劑進口溫度；t1310℃7、一回路側冷卻劑出口溫度；t1290℃；8、二回路側給水溫度：tf220℃9、二回路側額定工作壓力：ps5MPa；10、二回路側設計壓力：p設,21.25ps11、傳熱管壁導熱系數：w17.4W/m℃12、傳熱管壁許用應力：[1]18kg/mm2；13、下筒體許用應力：[2]18kg/mm2；14、上筒體許用應力：[3]18kg/mm2；15、球形下封頭許用應力：[4]14.5kg/mm2；16、管板許用應力：[5]1800kg/mm2；17、傳熱管最小節(jié)距：t1.25do，一般取為1.35~1.45do；18、上筒體內徑3200mm，高度4000mm。

19、降落空間：

進口阻力系數=1；(2)出口阻力系數=1；(3)定位裝置阻力系數=1；(4)

絕對粗拙度=0.15mm。

20、流量分派管板：

(1)單元面積=533mm2;(2)單元開孔面積=216mm2。

二、蒸汽發(fā)生器的熱力計算

1、達成一回路冷卻劑對傳熱管內壁的逼迫對流放熱計算，確立a1值：

10.023Re0f.8Prf0.4di4

2、達成傳熱管壁的導熱計算，確立管壁熱阻RW值：

RWdolndo2wdi、確立污垢熱阻Rf值：

關于不銹鋼：Rf0.52~0.69104m2℃/W關于鎳基合金：Rf0.26104m2℃/W一般污垢層厚度為0.05mm。

4、達成傳熱管外壁對二回路工質的沸騰換熱計算，確立a2值

0.557p0.15q0.7

式中：p—Pa；q—w/m2

5、達成傳熱系數k值的計算：

1do11kdiRwRfio6、確立傳熱面積F值：F

Q

kt式中：Q—傳熱量；t—傳熱溫差。

設計傳熱面積F設CF式中：C—設計儲蓄系數，一般取C=1.1。

三、蒸汽發(fā)生器的水動力計算：

主要包含：1、一回路側水動力計算；

2、二回路側循環(huán)倍率的計算：

1、一回路側水動力計算：

計算的詳細步驟：

〔1〕傳熱管內的摩擦阻力〔Pf〕

H1u12Pf2di式中：—摩擦阻力系數，按相關公式或圖表求?。?/p>

H—管子長度，m；

di—管子內直徑，〔m〕；

圖1一回路側水力計算簡圖

1—一回側路冷卻劑的均勻密度，kg/m3；5

u1—一回側路冷卻劑的均勻流速，m/s；

〔2〕、局部阻力：〔Pl〕

Pl

1u12

2

式中：—局部阻力系數。值主要取決于通道的構造型式，經過實驗求得，屬于經驗數據。

一回路側總的局部阻力：

PPAPBPCPDPEPFPG

此中：

①由進口管至進口水室，通道截然忽然擴大的局部阻力—PA

Au2APAA2

②在進口水室內轉彎的局部阻力—PB

PBB

BuB2

2

③由進口水室至傳熱管制，通道截面忽然縮少的局部阻力—PC

PCC

CuC2

2

④在U型管彎頭內轉彎180°的局部阻力—PD

PDD

DuD2

2

⑤由傳熱管制至出口水室，通道截面忽然擴大的局部阻力—PE

PEEuE2E2⑥在出口水室內轉彎的局部阻力—PF

6

PFFuF2F2⑦由出口水室至出口接收，通道截面忽然減小的局部阻力—PG

GuG2PGG2

一回路側的水阻力：PHPfPl

考慮儲備系數。其值為計算阻力的10%

所以：P1.1PH

2、二回路側循環(huán)倍率的計算：

在設計中，常用圖解法來確立循環(huán)倍率CR值和循環(huán)速度uo值。即先假定

幾個不一樣的循環(huán)倍率CR1、CR2、CR3值。分別計算其運動壓頭Pm和總阻

力P，在直角坐標系里做出相應的曲線，二根曲線的交點即為穩(wěn)固工況時的

CR值，同時也可求出uo值。

PmPPmP

·····

CRCR1CR2CR3

圖2用圖解法計算循環(huán)倍率的曲線

〔1〕運動壓頭Pm的計算：

PmlggHr

式中：Hr—上漲空間含汽段高度。

l,g—分別表示飽和水和飽和汽的密度；

—表示上漲空間均勻截面含汽率。

〔2〕水循環(huán)總阻力P的計算：

總阻力PPdPrPs7

此中：Pd,Pr和Ps—分別表示降落空間、上漲空間和分離器的阻力。一般Pd10%P,PS由實驗確立

而PrPfPlPbPa

式中：Pf,Pl,Pb和Pa分別表示摩擦阻力、局部阻力、彎頭區(qū)阻力和加快度阻力，可按相應的公式進行計算。

四、蒸汽發(fā)生器的強度計算：

主要內容有：1、傳熱管的強度計算；2、筒體的強度計算；3、封頭的強度計算；4、管板的強度計算。1、傳熱管的強度計算：計算管壁厚度SP設d0R〔mm〕0.8P設200式中：P設—設計壓力〔kg/cm2〕o—管子外徑〔mm〕d—許用應力。

—負公差修正系數，一般取=1.102

—曲折減薄系數

doR14R式中：R—曲折半徑，取最小節(jié)圓半徑。

2．筒體的強度計算：

計算筒體厚度P設Di〔mm〕S12P設200式中：Di—筒體內徑〔mm〕

3、球型封頭的強度計算：

計算壁厚P設Do〔mm〕S16P設400式中：Do—球型封頭外徑〔mm〕

4、管板的強度計算：

計算壁厚1P設〔mm〕SFD2

8

式中：F—系數，查TEMA標準F=1.04

D—水壓局部直徑〔mm〕

五、蒸汽發(fā)生器的構造設計：

主要達成以下工作：

1、管制組件的構造設計：

確立流程數，達成傳熱管的擺列，確立管制直徑及高度，最正確高-徑比一般取為3；確立管子的固定支撐，確立隔板的數目和構造。

2、襯筒的構造設計：

確立襯筒的幾何形狀和尺寸。

襯筒內徑：DwiD管制2t

式中：t為裝置空隙，約10~20mm。

襯筒外徑：DwoDwi2

式中：為襯筒壁厚，取為12mm。

3、下筒體構造設計：

下筒體內徑Di,下Dwo2B

式中：B為降落流道寬度，取為88mm。

4、管板：

確立開孔數及相關幾何尺寸，確立堆焊層與筒體的連結。

5、分離器組件：

采納三級汽水分離方式，但不做詳盡設計，其相應于循環(huán)倍率為3、4、5時的流動阻力人為設定為12600Pa、14900Pa、17090Pa。

6、給水管裝置：

確立給水管的構造，部署及相關幾何尺寸。

7、排污裝置：

確立排污管的構造、部署及相關幾何尺寸。

六、繪制蒸汽發(fā)生器的總圖和主要零件圖：

按著國家標準和制圖要求繪制蒸發(fā)器總圖一張和零件圖1~2張。

9

第三章課程設計計算過程一、依據熱均衡確立換熱量一回路進口焓值：i1'=1394.21kJ/kg(15.0MPa，310℃〕；一回路出口焓值：i1''=1284.45kJ/kg〔15.0MPa，290℃〕；二回路給水焓：if=944.38kJ/kg(5.0MPa，220℃〕；二回路飽和水溫：ts=264℃〔5.0MPa〕；二回路飽和水焓：is=1154.50kj/kg〔5.0MPa〕；二回路飽和蒸汽焓值：is''=2793.6kj/kg〔5.0MPa〕；二回路汽化潛熱：r=is''-is=2793.6-1154.2=1639.73kj/kg〔5.0MPa〕；排污量：DdCsD0.011261.26kg/s；干度：x=0.99；換熱量：QDrx(DDd)(isif)231278.98；一回路水流量：G1Q2128.40kg。'''(i1i1)s二、管徑的選用以及傳熱管數目的確定

選用傳熱管的外徑為：d。=22mm；

節(jié)距選用為：t=30mm〔在1.35~1.45d。之間〕；

那么最小節(jié)圓半徑為：錯誤！未找到引用源。；

負公差修正系數：=1.102；

曲折減薄系數：R1do.82；4Rmin1.092一回路側設計壓：P1.25P5*0000002/9.8*104kg/cm191.3265kg/cm設,11191.3kg/cm

10傳熱管壁厚：S1P設,1do1.35mm，200[R1]0.8P設,1此處取S11.5mm；

傳熱管內徑：dido2S119mm；單管流通面積：a1di21192284mm244選用一回路側水流速度為：u15.0m/s一回路水均勻比容：v10.001378m3/kg〔15.0MPa，300℃，飽和水〕那么一回路側流通面積為：G1v12A0.5867mu1U型管數目為：nAG1v1/u12128.40*0.001378/52069aa2069，依據排管最后確立U型管數目為：n=2092。284三、換熱面積的計算

一回路側水導熱系數：10.5614W/(m℃〕〔15.0MPa，300℃，飽和水〕

一回路側水普朗特數：Prf0.8616〔15.0MPa，300℃，飽和水〕

一回路側水動力粘度：18.83310-5kg/m·ss〔15.0MPa，300℃，飽和水〕一回路側雷諾數：Refu1di7.81051v1一回路側換熱系數：10.0231Ref0.8Prf0.433129W/m8.722·℃di傳熱管導熱系數：w17.4W/(m℃)〔給定〕傳熱管壁熱阻：Rwdolndo9.268105m2℃/W2wdi

11

污垢熱阻：Rf2.6105m2℃/W〔按I-600選定〕tmaxt1'ts31026446.06℃?zhèn)鳠釡夭睿簍mint1''ts29026426.06℃tlntmaxtmin4626℃t35.12maxln46ln26tmin先假定一個傳熱系數k，而后進行迭代，最后得do11122以求得試取kRwRf·℃529558W/mmKdi12此時熱負荷：q=k·Δtln=185960W/m2二回路側放熱系數：α20.150.7s=28485=.0557pq所需傳熱面積：FQ222k126952.80.1mmW/m·℃tln傳熱裕度系數：C=1.1

2設計傳熱面積：F設CF13781368.08mm

四、管制構造的計算

F設19794939m傳熱管總長：L總do傳熱管擺列方式：按正方形擺列最小U型管節(jié)圓直徑：D節(jié)4t0.12m實質布管數：n=2070根管制直徑：tb=2.28mD均勻直徑：D0.5〔0.12+2.28〕=1.2m0.6466m彎管總長：彎0.54036.87LDn3902mm直管總長：L直L總L彎99m15892m

12

管制直段高：H直L直3.2n3.84mm彎管段高為：Dmax1.174mm管制總高：HtbH直H彎4.96m

五、強度的計算

〔1〕襯筒內徑：DwiD管制2t2.31m，此中δt是裝置空隙，約10~20mm，

取15mm；

襯筒外徑：DwoDwi222.334m.，此中δ是襯筒壁厚，給定為12mm。

〔2〕下筒體內徑：Di,下Dwo2B2..518m，此中B為降落流道寬度，取為

88mm。二回路側設計壓力：P設，1.25Ps63.7755kg/cm22下筒體許用應力：[σ]=18kg/mm2下筒體計算壁厚：下筒體計算壁厚：S'P設，Di,下456.4372mm200[21.2P設，2]

設計壁厚為：S46mm

下筒體外徑為：Do,下Di,下2S267502mm〔3〕上筒體許用應力：[σ]=18kg/mm2上筒體內徑：Di,上3200mm〔給定〕上筒體計算壁厚：S'P設，2Di,上57.92mm200[]1.2P設，2設計壁厚取為：S58mm那么上筒體外徑為：Do,上Di,上2S3.316m〔4〕球形下封頭許用應力：[]14.5kg/mm2球形封頭外徑：DoDs26702mm13

計算壁厚：S'P設，1Do6683.3mm82400[]1.6P設，1設計壁厚取為：S=67mm〔5〕管板許用應力：[]1800kg/mm2承壓局部直徑：DDi25108mm計算壁厚：S'1P設，1425437..5m57mmFD[]2設計壁厚選用為：S426mm

堆焊層厚度：S堆10mm

l總〔6〕傳熱管實質均勻長度：l2管S板厚10=10.44m.412m總n

最長管子長：lmaxRmax2H最短管子長：lmaxRmin2H

直

直

2S管板15厚.86m=12.111m

22S管板8厚.89=8m.906m

六、主要管道內徑的計算

主管道計算流速：u'10.5m/s〔選用，8~12m/s)10'4G1v10.596m主管道計算內d1iu10'主管道設計內徑：d1i0.6m主管道設計流速：u104G1v110.47m/sd12i新蒸汽比容：v2v''xv'(1x)0.03906m3/kg蒸汽管計算流速：u2'34m/s〔選用，30~40m/s〕

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蒸汽管計算內徑：d2i'4G2v20.429mu2'蒸汽管設計內徑：d2i0.43m蒸汽管設計流速：u24G2v233.89m/ssd22i二回路給水比容：v30.001187m3/skg給水管計算流速：u3'3.4m/s〔選用，2~5m/s〕'4G3v30.238m給水管計算內徑：d3iu3'給水管設計內徑：d3i0.24m給水管設計流速：u34G3v33..9734m/ssd32i

七、一回路水阻力的計算

(1)U型管內摩擦阻力計算

考慮堵管后流速u1'1.05u11.055.005.25m/s

u1'di一回路側水雷諾數：Re819334819327.34v1

摩擦阻力系數：0.3164Re0.250..01082601052均勻壁溫：t0.5(tats)0.5(300264)282℃在此壁溫下的動力粘度：'9.544105Pas1溫度修正系數：溫度修正系數：(1)0.140.989'1

15

l'2摩擦阻力：Pfa.77Pa2div1(2)局部阻力計算下封頭內徑：Dl52.468m水室截面積：Fc222Dl22.47.392m8進口管內徑：d1i0.6m〔與主管道同樣〕進口管截面積：222A14d1i40.6200.2827m突擴阻力系數：1(1A1)200..77037776Fc一回路側水進口處比容：v1i0.001421m3/kg〔15.0MPa，310℃〕進口管內流速：u1i4G1v1i10.47m/sd12i從進口管至水室阻力：P1u12i2558525647Pa.Pa12v1i水室轉彎45°阻力系數：20.9〔查表，線性插值〕水室轉彎45阻力：P22u12i34683Pa29892.47Pa2v1i考慮堵管后截面積：A'A221.050.5590m系數：A'0.234Fc查圖得傳熱管進口阻力系數：30.452傳熱管進口阻力：P3u1'4364Pa2v1i33878.63Pa

16

U型管轉180°阻力系數：40.5U型管轉180°阻力：P4u'24992Pa.52Pa412v1傳熱管出口阻力系數：50.5873

3kg出口處水比容〔15.0MPa，290℃〕：v20.001341m/2傳熱管出口阻力：P5u1'54446035Pa.30Pa52v2出口管內流速：u2G1v210.2m/sA1水室轉彎45°阻力系數：60.9〔查表，線性插值〕水室轉彎阻力：P6u224811Pa2v2630004.97Pa

出口管突縮阻力系數：70.45

出口管突縮阻力：P77u22153357406Pa.88Pa2v27總阻力：PPfPi=175207Pa169280.78Pai1

設計阻力：P設1.1P192728Pa86Pa

八、二回路水循環(huán)的阻力計算

(1)降落空間阻力降落空間水比容：vd0.001286m3/kg進口阻力系數：in1；出口阻力系數：out1；17

定位裝置阻力系數：f1降落空間高度：H0=5.78m襯筒外徑：Dw0=2.334m下筒體內徑：Di,下2.518m降落空間當量直徑：DeDi,下Dwo0.176m絕對粗拙度：0.15mm摩擦系數：De217622d(1.742lg)〔176/0..3〕]2(1.742lg2)0.=0012.0188850.15降落空間截面積：Fd22224(Di,下Dwo)0.70m689m降落空間水流速：udCRDvd1260.001286[3,4,5][0..726,071,0.94,1.968,.18].21]m/sFd0.68降落空間阻力：Pd(H0)ud2d[742,1319,2061][700.56,1038.5,1622.68]PaDe2(2)上漲空間阻力a)摩擦阻力飽和水比容：v'0.001286m3/kg飽和水密度：ρ’=1/v’=771.60kg/m3飽和蒸汽比容：v''0.03906m3/kg飽和蒸汽密度：''1''25.60kg/m3v支撐板定位拉桿數目：n'1018上漲空間流通面積：Fu[Dwi2(2nn')do2]2.8661m24上漲空間當量直徑：de4Fu0.86[Dwi(2nn')d0]03544m循環(huán)速度：u0CRDv'1260.001286[3,4,5][0.120,07.266,027.310]283]m/ssFu2.8118

出口水相折算速度：

液相均勻折算速度：

出口汽相折算速度：

汽相均勻折算速度：

液相動力粘度：vl

汽相動力粘度：vg

液相雷諾數：Relo

u02'(CR1)Dv'[0.1133,024,0.18.699,0.248]m/s.2265]m/sFu'1(u0u02')[0.1416,0.162,0.226,01982,0.279]m/s.2548m/suo2''Dv''1.737886m/ssu02Fuu''1''0.943m/87s02u020.000100003m2/s

1.803105m2/s

'uode[4249144834,62643,77337].64,59488.29,6484.95]

汽相雷諾數：Rego

鑒別流型：都為紊流

vl

''

uode

vg

====46729

管制直段高：H直3.814m

液相摩阻系數：λl0=0.3164Rel0-0.25=[0.02174,0.02000,0.01897]

汽相摩阻系數：go0.3164Rego0.250.021452

按折算速度計算的液相摩擦阻力：

'2'H直uo(Pf)lolo=[20.95,40.91,62.35]Pa2de''2'1H直uo按折算速度計算的汽相摩擦阻力：(Pf)gogo8.84Pa32de(Pf)lo參量X：X[1.54,2.15,5,22.66].(Pf)go22201[14..02,104,10..5,862,8.7].69]l：l1X2X19

2g：2120XX2[344.2,.2,48.487,61..2]61.2]g液相摩擦阻力：22,430,541]Pa(Pf)ll(Pf)lo[300.68,24.53,412.04]Pa汽相摩擦阻力：(Pf)gg2(Pf)go[302,430,5.68,3241].53,412.04]Pa摩擦阻力：Pf1[(Pf)l(Pf)g][3072,.68,324430,541].53,412Pa.04]b〕局部阻力：2支撐板數目：N=5上漲流道單元面積：Aut24do2519..9mm2支撐板單元開孔面積：au=1/4*pi*122)=113.1m2面積比：au/Au=0.218

局部阻力系數：l5041

按折算速度計算的液相局部阻力：

u'2'(Pl)loNo[[2090,4080,6219]Pa337.36,4581.22,7573.04]Pal2''2''1uo按折算速度計算的汽相局部阻力：(Pl)go777955.4Pa63PaNl23參量X：X(Pl)lo[1.64,2.29,2.(Pl)go9,2.83]二回路工作壓力：Ps5.0MPa臨界壓力：Pc22.15MPa參數ZR(0.190.92Ps)12.515Pc參數K：KZR12.913ZR221K1[3.15,2.54,2.16]l：lXX25,2.46,2.15]20

2g：2g1KXX2[8..00,1246,12..17,1792,17..12]24]液相局部阻力：26580,10045,13400]Pa(Pl)ll(Pl)lo[7643.30,11627.28,16359.22]Pa汽相局部阻力：(Pl)g2g(Pl)go[7643[6580,10045,13400].30,11627.28,16359.22]Pa局部阻力：Pl[7Pa[6580,10045,13400]Pac〕彎管區(qū)阻力管制彎頭最大節(jié)圓直徑：db234.28mm彎管區(qū)重心至圓心距離：ys0.21220.4db0.4838m計算沖洗排數：N'ys115t系數：x1x2t1.36do系數：n0.431.131.24259x1液相雷諾數：Relou02'de[[34372,51,3993.558,68744]0989.96,67986.62]vl汽相雷諾數：Regouo''2de9426093459.68vg

液相摩擦阻力：

汽相摩擦阻力：

lo4[0.0440.08x2n]Relo0.15[0.362,0.341,0.362](x11)go1.5715Rego0.150.3117液相阻力：(Pb)loN'louo'22'[3226..15,555,68..9,11737,94..3]Pa28]Pa2汽相阻力：(Pb)goN'uo''22''go70.9.9Pa2

21

(Pb)lo[0.68,0.99,1.29]參量X：XPb)go(2

lo

2

g

:

:

2201[732.5,5.7,22.00,3.3,17.88].2]lo1X2X2120XX2[153.42.0,214.83.7,28，6.38].4g液相阻力：2[1064,1538,2021]Pa(Pb)ll(Pb)lo[196.219,276.73,365.645]Pa汽相阻力：(Pb)gg2(Pb)go[196[1064,1538,201.219,276.733,365]Pa.645]Pa彎管區(qū)阻力：Pb1[(Pb)l(Pb)g][196064,1538,201.219,276.733]Pa,365.645]Pad〕加快阻力2管制出口質量含汽率：x21[0.333,0.25,0.20]CRx2''管制出口體積含汽率：2x2(1x2)[0.939,0.911,0.885]'''系數：C0.8330.05ln(ps6)0.91310管制出口截面含汽率：2C2[0.857,0.831,0.807]質量流速：G'[107,176.095,2u0220.119]·kgs/ms55.3,207.1,241.3]kg/m加快阻力：Pa2(1x2)2x221[13688,255,286]Pa.72,185.61,240.11]PaG['(12)''']2e〕流量分派孔板阻力：阻力系數：h7.8孔板局部阻力：Phuo221,215,292]Pah2[12.75,159.56,249.32]Pa上漲空間阻力：PrPfPlPbPaPh[8255,12483,16532]PaPaf〕汽水分離器阻力：Ps[12600,14900,17090]Pa22

g〕循環(huán)總阻力：P總PdPrPs[21601597,28701,35683]PaPa

九、運動壓頭的計算

〔1〕預熱段高度計算：

二回路給水焓：if944380/kgJ二回路飽和水焓：is115424500J/kgkg

液面高度：Ho5.78m降落空間下端壓力：plowpsgdHo504004087Paplow壓力下的飽和水焓：isl115725；iislis0.0624J/kgPa50J/kgkgpplowpsisifi(dgHoPd)CR預熱段高度：Hpp[0.552,015,0.5.520,08,0.564].526]m2donqidgGp(2)運動壓頭計算:蒸發(fā)段高：Hr1HtbHp4[4.43.46,4m.46,4.45]m管制上方區(qū)段高度：Hr2HoHtb0.8m蒸發(fā)段均勻質量含汽率：x11[0.167,0.125,0.100]mx22x1''蒸發(fā)段均勻體積含汽率：[0.859,0.813,0.771]1x1(1x1)'''

蒸發(fā)段均勻截面含汽率：1C1[0.784,0.74,0.742,0.71].705]

管制上方區(qū)段均勻截面含汽率：22[0..857,0..831,02,0..807]8]

23

蒸發(fā)段運動壓頭：Pm1(''')g1Hr1802,24392,23126]Pa[25640.40,24278.86,23054.63]Pa管制上方區(qū)段壓頭：Pm2(''')g2Hr2[50553,4902,4759]Pa.84,4905.66,4764.14]Pa

運動壓頭：PmPm1Pm2[30855,29293,27855]Pa696.4,29184.52,27818.77]Pa

十、循環(huán)倍率的確定

將循環(huán)倍率、循環(huán)運動壓頭和循環(huán)運動壓頭對應數值列出表并做曲線：

項目符號單位數值循環(huán)倍率C345R運動壓頭PPa308552929327885m循環(huán)總阻力P總Pa215972870135683

40000循環(huán)倍率圖35000300002500020000運動壓頭Pm15000總阻力P總10000500000123456循環(huán)倍率CR

結論：由上圖可近似確立循環(huán)倍率為4.1，知足2到5之間的要求。再由該結果計算循環(huán)速度u0CRDv'1260.001286Fu4.1=0.255m/s，2.81知足不低于0.1并最好大于0.2m/s的要求。

24

第四章結論與評論

本設計說明書主要對峙式U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的設計計算進行說明解說。達成了蒸汽發(fā)生器的方案設計與論證，根本達成了課程設計要求的對蒸汽發(fā)生器熱力、水動力、強度和構造設計等工程的計算任務，繪制了蒸汽發(fā)生器的總圖。牢固、充分和提升了“核動力設施〞課中所學的知識，掌握了蒸汽發(fā)生器設計計算的標準方法，培育了自己查閱資料，合理選擇和剖析數據的能力，提升了自己的運算、畫圖等根本技術。

經過本次設計，我對蒸汽發(fā)生器的構造、原理有了進一步理解。同時也對

立式U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器“設計〞的大概步驟與過程初步認識。

經過上述的計算過程和結果能夠獲取，本蒸汽發(fā)生器的循環(huán)倍率大概是

4.1，循環(huán)速度大概是0.255m/s。循環(huán)倍率的合理能夠較為有效的防備循環(huán)倍率過小產生蒸汽膜而有可能惹起傳熱管的腐化破碎的狀況；也防備了循環(huán)倍率過大致使汽水分離器的負荷過大，引起汽輪機安全的問題。循環(huán)速度的合理也有效的防備了形成滯留，減緩了應力腐化的狀況。

本次立式U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的課程設計有以下缺少，仍需要加以改進和考證：

在計算兩相流的壓降等時采納的分相流模型能否能夠較為有效的知足實質狀況未知，需要加以大批合理的試驗考證。

在自己設計支撐板單元開孔的時候，怎樣開孔的狀況沒有進行合理性的考證，構造強度以及實質能否能夠精準的加工出該種形狀有待考證。

構造強度設計的時候在理論計算的根基上選定實質加工的尺寸的時候選用厚度不夠守舊，實質狀況需要依據工程經驗考證。

在管制直徑和彎管計算以及傳熱管排布等環(huán)節(jié)做了較大簡化辦理；其次，“高徑比〞比較小，大概是2.2左右，與最優(yōu)值3偏離較大，使得汽水的重力分離不可以很好的起到不用。

此外，因為對機械加工、資料等方面知識認識不夠，構造設計也存在諸多25

不不謹慎的設計，并且閱讀的文件資料缺少，一些經驗值的選定不夠合理；在

有限的時間里做出較為復雜的A0圖紙，作圖有很多不妥之處，有很多未按國

標進行設計，有些零件圖比率掌握的不是很好，精美度不是很好，該圖不過為

了掌握局部畫圖根基知識，沒有實質加工的意義。

26

附錄

附錄1：蒸汽發(fā)生器熱力計算表

序號項目

一回路工作壓力

一回路水進口溫度

一回路水出口溫度

一回路水均勻溫度

一回路水進口焓

一回路水出口焓

7蒸發(fā)器熱效率

二回路工作壓力

二回路飽和溫度

二回路水飽和焓

二回路給水溫度

二回路給水焓

13汽化潛熱14蒸汽干度15排放系數

二回路蒸汽產量

二回路排污量

一回路放熱量

一回路水流量

一、熱均衡符號單位公式及根源數值p1Pa給定15*106t1℃給定310t1℃給定290ta℃1t1t13002i1kJ/Kg查表1394.21i1kJ/Kg查表1284.45給定0.99psPa給定65*10ts℃查表263.94iskJ/kg查表1154.50tf℃給定220ifKJ/Kg查表944.38rkJ/Kg查表1639.73x給定0.99Cs給定0.01Dkg/s給定126Dbdkg/sCsD1.26QkWD[rx+1.01(is-if)]231.28*103G1kg/sQ/〔i1′-i1″〕2128.4

27

序號項目

二、傳熱計算

符號單位

公式及根源數值

傳熱管外徑

傳熱管內徑

單管流通面積

一回路水流速

一回路水均勻比容

一回路流通面積

U型管數目

一回路水導熱系數

一回路水動力粘度

一回路水普朗特數

一回路水雷諾數

一回路側放熱系數

傳熱管導熱系數

傳熱管壁熱阻

34污垢熱阻

二回路側放熱系數

36傳熱系數37大端溫差38小端溫差

對數均勻溫差

dom

dim

am2

u1m/s

m3/Kg

Am2

n

W/m·℃

kg/m·s

Prf

Ref

W/m2·℃

W/m2·℃

Rwm2·℃/W

f2·℃/WRmW/m2·℃

kW/m2·℃tmax℃tmin℃tln℃

選定

選定

1di24

選定

查表

G11u1

A/a

查表

查表

查表

u1di/110.0231Re0f.8Prf0.4di給定RWdolndo2wdi按Inconel—600選定

20.557ps0.15q0.71do11RfkdiRwiot1tst1tstmaxtminlntmaxtmin

-322*10

19*10-3

2.835*10-4

5

0.0013783

0.5867

2069

561.44*10-3

88.33*10-6

0.8616

7.8*105

33130

17.4

-59.268*10

0.26*10-4

2848.96

5295

46.06

26.06

35.12

28

序號項目符號單位公式與根源數值40熱負荷qW/m2qtln18596041計算傳熱面積Fm2Q103q1243.742傳熱裕度系數選定1.143設計傳熱面積F設m2CF1368.08

三、管制構造

1傳熱管總長L總mF設do1979.42擺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D節(jié)m4t0.125實質布管數n根構造設計定20706管制直徑Dtbm構造設計定2.287彎管總長L彎m構造設計定3901.868直管總長L直mL總—L彎1589.149管制直段高H直mL直/2n3.8410管制彎段高H彎mRmax1.1411管制總高HtbmH直+H彎4.9612傳熱管實質均勻長度lm〔L總/n〕+2管板厚10.4113最長管子長lmaxmRmax+2H直+2管板厚12.1114最短管子長lminmRmin+2H直+2管板厚8.72

29

四、主要管道內徑

序號項目

冷卻劑均勻比容

主管道計算流速

主管道計算內徑

主管道設計內徑

主管道設計流速

6新蒸汽比容

蒸汽管計算流速

蒸汽管計算內徑

蒸汽管設計內徑

蒸汽管設計流速

二回路給水比容

給水管計算流速

給水管計算內徑

給水管設計內徑

給水管設計流速

符號

1

u10

d1i

d1i

u10

2

u2

d2i

d2i

u2

3

u3

d3i

d3i

u3

單位

m3/Kg

m/s

m

m

m/s

m3/Kg

m/s

m

m

m/s

m3/Kg

m/s

m

m

m/s

公式與根源數值查表1.37810-3選用：8~12m/s10.54G11u100.5827選取0.64G11d12i10.47x1x0.0.3906選用：30~40m/s344G22u20.4293選取0.434G22d22i33.89查表0.001187選用：2~5m/s3.44G33u30.2378選取0.244G33d32i3.34

30

附錄2：蒸汽發(fā)生器水力計算表

序號項目符號單位公式及根源

Ⅰ一回路水阻力計算

一、U型管內摩擦阻力計算

數值

傳熱管實質均勻長度

2當量直徑3一回路水流量

一回路水均勻比容

5一回路水流速

考慮堵管后流速

一回路水雷諾數

8摩擦阻力系數

均勻溫度下動力粘度

壁溫下動力粘度

溫度修正系數

12摩擦阻力

13下封頭內徑14水室截面積15進口管內徑

進口管截面積

lm構造設計dim構造設計G1kg/s熱工計算定1m3/kg查表u1m/s熱工計算定u1m/s1.05u1Reu1di熱工計算定11-0.250.3164Re1kg/ms查表1kg/ms按1tats查表20.1411H直2PfPau1de1二、局部阻力計算D1m構造設計定Fcm2D128d1im選定A1m24d12i

10.41

19*10-3

2128.4

0.0013783

5

5.25

8.193*105

0.01052

-688.33*10

95.45*10-6

0.9892

42953

2.468

2.392

0.6

0.283

31

序號項目符號單位

公式及根源

數值

17比值

突擴阻力系數

一回路水進口處比容

一回路水進口處密度

進口管內流速

從進口管至水室阻力

水室轉彎45°阻力系數

水室轉彎45°阻力

傳熱管流道截面

考慮有堵管后截面

27系數

傳熱管進口阻力系數

傳熱管進口阻力

U型管轉180°阻力系數

U型管轉180°阻力

傳熱管出口阻力系數

出口處水比容

出口處水密度

傳熱管出口阻力

1

1i

1i

u1i

P1

2

P2

A

′

3

P3

4

P4

5

2

2

P5

m3/kg

kg/m3

m/s

Pa

Pa

m2

m2

Pa

Pa

m3/kg

kg/m3

Pa

A1Fc

查表

查表

11i

熱工計算定

u12i1i

12

查表

u12i1i

22

熱工計算定

A/1.05

Fc

查表

u121i

32

查表

u121

42

查表

查表

12

u122

52

0.118

0.7776

0.0014212

703.63

10.47

29964

0.9

34682

0.5869

0.5590

0.2337

0.45

4343.6

0.5

4992.3

0.5572

0.001341

745.68

6034.7

32

序號工程符號單位36出口管內流速u2m/s37水室轉彎阻力系數ξ638水室轉彎阻力P6Pa39出口管突縮阻力系數ξ740出口管突縮阻力P7Pa三、總阻力41總阻力PPa42設計阻力P設Pa

Ⅱ二回路水循環(huán)阻力計算

一、降落空間阻力

公式及根源

G12A1

查表

6u22

2

查表

7u222

2

7

PfPi

i1

11P

數值

10.12

0.9

34811.1

0.45

174.5.5

175207

192728

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降落空間水比容vdm3/kg近似取飽和比容0.0012865降落空間水密度31771.60dkg/mvd6進口阻力系數ξin選用17出口阻力系數out選用18定位裝置阻力系數ξf選用1

33

序號項目

符號單位公式及根源數值

降落空間高度

10套筒外徑11下筒體內徑

降落空間當量直徑

13絕對粗拙度14摩擦系數

降落空間截面積

降落空間水流速

降落空間阻力

H0m構造設計定Dw0m構造設計定Dsim構造設計定DemDsi—Dwom選定1dDe2(1.7421g)2Fdm2Dsi2Dwo24udm/sCRDdFdPdPa(Ho)ud2dde2

二、上漲空間阻力

1、摩擦阻力

5.78

2.334

2.51

0.176

1.5*10-4

0.01889

0.6696

0.7260.9681.21

74213192061

1飽和水比容vm3/kg查表0.0012862飽和水密度kg/m31v771.603飽和蒸汽比容v3查表0.03906m/kg4飽和蒸汽密度31v25.60kg/m5套筒內徑Dw1m構造設計定2.316傳熱管外徑d0m熱工計算定22*10-37支撐板定位拉桿數目n根構造設計定188上漲空間流通面積Fum2[Dw212nndo2)]2.614

34

序號項目

符號單位

公式及根源數值

上漲空間當量直徑

10循環(huán)速度

出口水相折算速度

水相均勻折算速度

出口汽相折算速度

汽相均勻折算速度

水相運動粘度

汽相運動粘度

17水相雷諾數18汽相雷諾數19鑒別流態(tài)20管制直段高

水相摩阻系數

汽相摩阻系數

按折算速度計算的水23相摩擦阻力

按折算速度計算的汽24相摩擦阻力

25參量X2

dem

uom/s

uo2m/s

uom/s

uo2m/s

uo

vlm2/s

vgm2/s

Relo

Rego

Hsm

lo

go

PfloPaPfgoPa

4Fu

[Dwi2nndo]

CRDv'

Fu

(CR1)Dv'

Fu

1uouo22

Dv"Fu

1uo22

查表

查表

uodevl

uodevg

臨界值:1000

構造設計定

0.3164Relo0.25

0.3164Rego0.25

Hsuo2lode21Hsuo2"gode23PfloPfgo

0.035440.1200.2660.3100.1240.1860.2480.1620.2260.2791.8860.9431.28*10-77.15*10-744834626437733746729紊流3.840.0210.0200.0187400970.0215220.9540.9162.358.841.542.152.6626l227g

水相摩擦阻力

PflPa

查圖或計算14.410.58.7查圖或計算34.248.761.22Pflo302430541l35序項目號

符號單位公式及根源數值

汽相摩擦阻力

30摩擦阻力

1支撐板數目

上漲流道單元面積

支撐板單元開孔面積

4面積比

PfgPa2PfggoPfPaPflPfg22、局部阻力

N個構造設計定

Aumm2構造設計定

aumm2構造設計定

au/Au

302.1430.1540.7

302.1430.1540.7

5

519.9

113.1

0.218

局部阻力系數

按折算速度計算的水6相局部阻力

按折算速度計算的汽7相局部阻力

8參量X

二回路工作壓力

10臨界壓力11參數ZR12參數K132l2

g

水相局部阻力

汽相局部阻力

局部阻力

l

PlloPaPgoPal

psPa

pcPa

PllPaPlgPaPlPa

查圖Nluo221uo2Nl23PlloPlgo

給定

查水蒸汽表

10.190.92ps

pcZR1ZR1K1XX21KXX22Plllo2PlggoPllPlg2

41

209040806219

777.4

1.642.292.83

65*10

622.15*10

2.515

2.913

3.152.462.15

8.4612.9217.24

65801004513400

65801004513400

65801004513400

36

序項目號

3、彎管區(qū)阻力

符號單位公式及根源數值

管制彎頭最大節(jié)園直徑

彎管區(qū)重心至園心距離

dbm

ysm

構造設計定2.28

0.2122db0.4838

3節(jié)距

計算沖洗排數

5系數

tm

N'

x1=x2

構造設計定

ys1(取整數)t

t/do

0.03

15

1.36

6系數

n

0.43

1.13

x1

1.2593437515568747水相雷諾數8汽相雷諾數

水相磨擦阻力系數

汽相磨擦阻力系數

水相阻力

汽相阻力

13參量X

214lo

215go

16水相阻力17汽相阻力

Relo

Rego

lox1=x2

gox1=x2

PbloPa

PbgoPa

PblPaPbgPa

uo2devl

uo2devg

0.08x20.1540.044(x1)nRelo10.08x20.1540.0