壓水堆蒸汽發(fā)生器設計說明書資料

1、“蒸汽發(fā)生器”課程設計說明書蒸汽發(fā)生器是產(chǎn)生汽輪機所需蒸汽的換熱設備。在核反應堆中，核裂變產(chǎn)生的能量t 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、溫度和二 的蒸汽。此蒸汽再進入汽輪機中做功，轉(zhuǎn)化為電能或者機械能。在壓水堆核電站中，蒸汽發(fā)生器是一回路系統(tǒng)中的一個主要設備，具有尺寸大，重彳 設計、制造復雜，作用大的特點，再設計和制造方面被稱為當代熱交換器技術(shù)的最高水三 實際運行經(jīng)驗表明，蒸汽發(fā)生器能否安全、可靠的運行，對整個核動力裝置的經(jīng)濟性和 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)常發(fā)生傳熱管J 破損，在可靠性上存在嚴重問題，是核蒸汽供應系統(tǒng)

2、的致命弱點，保證蒸汽發(fā)生器的制 量有助于提高其安全可靠性。由于蒸汽發(fā)生器制造相當復雜，技術(shù)密集程度高，要求制 量符合設計說明書上的要求，因此，設計說明書在蒸汽發(fā)生器的制造過程中就尤為重要。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。作者在參考了 寧老師編寫的“蒸汽發(fā)生器”課程設計指導書和核動力設備，在閱讀了大量文獻 提出了蒸汽發(fā)生器的一種新的方案設計，并進行了論證。通過強度計算和結(jié)構(gòu)設計，確j 蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)尺寸，然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2 更佳的設計方案。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark24 o Curre

3、nt Document 第一章緒論1 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 一、蒸汽發(fā)生器概述1 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 二、蒸汽發(fā)生器的基本技術(shù)要求1 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 三、蒸汽發(fā)生器的設計與計算2 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 四、目的和要求3 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 五、任務3 HYPERLINK l bo

4、okmark63 o Current Document 第二章課程設計的具體內(nèi)容4 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 一、給定條件4 HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 二、蒸汽發(fā)生器的熱力計算4 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document 三、蒸汽發(fā)生器的水動力計算5 HYPERLINK l bookmark184 o Current Document 四、蒸汽發(fā)生器的強度計算8 HYPERLINK l bookmark192 o Current Do

5、cument 五、蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設計9六、蒸汽發(fā)生器的總圖繪制和部件圖繪制9 HYPERLINK l bookmark216 o Current Document 第三章課程設計計算過程10 HYPERLINK l bookmark219 o Current Document 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 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 三、換熱面積的計算11 HYPERLINK l bookmark228 o Current Document 四、管束結(jié)構(gòu)的計算12 HYPERLINK l book

6、mark234 o Current Document 五、強度計算13六、主要管道內(nèi)徑的計算14 HYPERLINK l bookmark262 o Current Document 七、一回路水阻力的計算15 HYPERLINK l bookmark328 o Current Document 八、二回路水循環(huán)阻力的計算17九、運動壓頭的計算23 HYPERLINK l bookmark339 o Current Document 十、循環(huán)倍率的確定24 HYPERLINK l bookmark345 o Current Document 第四章結(jié)論與評價25附錄26 HYPERLINK l

7、 bookmark348 o Current Document 一、附錄1蒸汽發(fā)生器熱力計算表26 HYPERLINK l bookmark354 o Current Document 二、附錄2蒸汽發(fā)生器水動力計算表30 HYPERLINK l bookmark357 o Current Document 三、附錄3蒸汽發(fā)生器強度計算表40附圖見零號圖紙 HYPERLINK l bookmark363 o Current Document 參考文獻42第一章緒論一、蒸汽發(fā)生器概述蒸汽發(fā)生器是核電動力設備中的一個主要部件，產(chǎn)生汽輪機所需蒸汽的換 熱設備。在核能反應堆中，核能產(chǎn)生的熱量由冷卻劑帶

8、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 汽再進入汽輪機中做功，轉(zhuǎn)換為電能或機械能。在這個能量轉(zhuǎn)換過程中，蒸汽 發(fā)生器既是一回路設備，又是二回路設備，所以被稱為一、二回路的樞紐。實 際運行經(jīng)驗表明，蒸汽發(fā)生器能否安全、可靠地運行，對整個核動力裝置的經(jīng) 濟性和安全性具有十分重要的影響。國外壓水堆核電站的運行經(jīng)驗表明，蒸汽發(fā)生器的性能(無論是靜態(tài)性能 還是動態(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，接近壓水堆動力裝置總數(shù)的四 分之一。各國都把研究和改進蒸汽發(fā)生器當做完善壓水堆核電技術(shù)的

9、重要環(huán) 節(jié)，并制定了龐大的研究計劃，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；無損探傷計數(shù)；振動、磨損、疲勞研究；改進結(jié)構(gòu)設 計，減少腐蝕化學物的濃縮；改進水質(zhì)控制等。二、蒸汽發(fā)生器的基本技術(shù)要求在核動力裝置中，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)生器時對結(jié)構(gòu)、強度、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)生器及其部件的設計，必須供給核電站在任何運行工況下所需的蒸 汽量及規(guī)定的蒸汽參數(shù)。只有滿足這個要求才能保證電站在任何負荷下經(jīng)濟運 行。(2)蒸汽發(fā)生器的容量應該最大限度地滿足功率負荷的需要，而且要

10、求隨著單 機容量的增加，其技術(shù)經(jīng)濟指標得到相應改善。(3)蒸汽發(fā)生器的所有部件應 該絕對地安全可靠。蒸汽發(fā)生器單個零、部件的裝配必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。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行，并保證 汽輪機也可靠而經(jīng)濟地運行。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(xiàn)故障而及時 排除，并有可能徹底疏干。保證蒸汽發(fā)生器具有較高的技術(shù)經(jīng)濟指標。在設計蒸汽發(fā)生器時，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。

11、另外，必須采取減少向外散熱損失的措施。三、蒸汽發(fā)生器的設計與計算蒸汽發(fā)生器的設計計算包括熱力計算、水動力計算、強度計算、結(jié)構(gòu)設計 等。熱力學計算主要通過傳熱學知識計算傳熱管傳熱面積，然后與管束結(jié)構(gòu)設 計相結(jié)合可以得到傳熱管長度、管束直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)。強度計算通過壓力校驗 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)生器中要通過強度 計算得出的參數(shù)有傳熱管、上下筒體、球形下封頭管板等的壁厚。在強度計算 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。水動力計 算是最后一步，因為只有結(jié)構(gòu)尺寸確定，運動狀態(tài)已知的情況下水力情況才得 以確定。水力計算包括一回路水阻力計算、二回路水循環(huán)

12、阻力計算、運動壓頭 計算等。其中一回路水阻力計算相對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；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(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)的流動形式。而且計算過程誤差較大，往往需要在試 驗中進一步修正。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。設計中常用圖解法來確定循環(huán)倍率，即先假設 幾個不同的循環(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)

13、定工況的循環(huán)倍率值。循環(huán)倍率值一般取25為宜， 其值過小會導致傳熱惡化，腐蝕加劇等；而過大則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結(jié)構(gòu)選型和熱力計算之后進行，但是結(jié)構(gòu)設計和 熱力計算又需要水力計算數(shù)據(jù)，因此三者往往要反復交替進行，以使設計逐步口。四、目的和要求：1、運用“核動力設備”課中所學的知識，并加以鞏固、充實和提高。2、掌握蒸汽發(fā)生器設計計算的標準方法。3、具有初步綜合考慮蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)設計的能力。4、培養(yǎng)學生查閱資料，合理選擇和分析數(shù)據(jù)的能力，提高學生的運算、 繪圖等基本技能。5、培養(yǎng)學生對工程技術(shù)問題的嚴肅認真和負責態(tài)度。五、任務：1、完成蒸汽

14、發(fā)生器的方案設計與論證2、完成蒸汽發(fā)生器的熱力計算3、完成蒸汽發(fā)生器的水動力計算4、完成蒸汽發(fā)生器的強度計算5、完成蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設計6、繪制蒸汽發(fā)生器的總圖7、編寫設計說明書。第二章課程設計的具體內(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：門=0.99 ；4、一回路側(cè)額定工作壓力：p = 15.0MPa；5、一回路側(cè)設計壓力：P設=1.25pi6、一回路側(cè)冷卻劑入口溫度；t = 310 C17、一回路側(cè)冷卻劑出口溫度；t = 290C；18、二回路側(cè)給水溫度：t = 220 C9、二回路側(cè)額定工作壓力 :p = 5MPa；S10、二

15、回路側(cè)設計壓力：p設=1.25p11、 傳熱管壁導熱系數(shù)：人我=17.4 W/mC12、傳熱管壁許用應力:凌=18 kg/mm2；13、下筒體許用應力：g = 18 kg/mm2；14、上筒體許用應力：疽=18 kg/mm2；15、球形下封頭許用應力3 g = 14.5 kg/mm2；16、管板許用應力：g = 1800 kg/mm2；17、傳熱管最小節(jié)距：t = 1.25d，一般取為1.351.45 d ；18、 上筒體內(nèi)徑3200 mm,高虎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) 絕對粗糙度 =0.15 m

16、m。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)生器的熱力計算1、完成一回路冷卻劑對傳熱管內(nèi)壁的強迫對流放熱計算，確定1值：以=0.023 Re0.8 - Pr0.41d f f2、完成傳熱管壁的導熱計算，確定管壁熱阻#w值R =史 ln 土W 2 d3、確定污垢熱阻R值：對于不銹鋼：R =（0.52 0.69）x 10-4 m2 - C/W對于鎳基合金：R = 0.26 x 10-4 m2 C/W 一般污垢層厚度為0.05mm。4、完成傳熱管外壁對二回路工質(zhì)的沸騰換熱計算a = 0.557 p 0.15 q 0.7式中：pPa； q w

17、/m25、完成傳熱系數(shù)上值的計算：k 廠;+ %+! + Rfi io6、確定傳熱面積F值：F = -k At式中：Q一傳熱量；At 一傳熱溫差。設計傳熱面積F設=C F式中：C設計儲備系數(shù)，一般取C=1.1。三、蒸汽發(fā)生器的水動力計算：主要包括：1、一回路側(cè)水動力計算；2、二回路側(cè)循環(huán)倍率的計算：1、一回路側(cè)水動力計算：計算的具體步驟：（1）傳熱管內(nèi)的摩擦阻力（AP）H P u 2AP =人-3i式中：入一摩擦阻力系數(shù)，按有關公式或圖表求取;H一管子長度，m；d一管子內(nèi)直徑，（m）； i確定a2值圖1一回路側(cè)水力計算簡圖P1 一回側(cè)路冷卻劑的平均密度，kg/m3；一一回側(cè)路冷卻劑的平均流速，

18、m/s；（2）、局部阻力：（AP）AP =Ql2式中：& 一局部阻力系數(shù)。&值主要取決于通道的結(jié)構(gòu)型式，通過實驗求得， 屬于經(jīng)驗數(shù)據(jù)。一回路側(cè)總的局部阻力：AP = AP +AP +AP +AP +AP +AP +APA B C D E F G其中：由進口管至進口水室，通道截然突然擴大的局部阻力一APA在進口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力一APB由進口水室至傳熱管束，通道截面突然縮少的局部阻力一AP在U型管彎頭內(nèi)轉(zhuǎn)彎180的局部阻力一APD由傳熱管束至出口水室，通道截面突然擴大的局部阻力一APE在出口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力一APF由出口水室至出口接管，通道截面突然縮小的局部阻力一APGAP =& .GG

19、七 2一回路側(cè)的水阻力：AP =AP +AP考慮貯備系數(shù)。其值為計算阻力的10%因此：AP = 1.1 APH2、二回路側(cè)循環(huán)倍率的計算：在設計中，常用圖解法來確定循環(huán)倍率C.值和循環(huán)速度。值。即先假定 幾個不同的循環(huán)倍率cri、cr2、cr3值。分別計算其運動壓頭P和總阻 力AP，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)定工況時的 CR值，同時也可求出u值。n:CR1CR2CR3R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：P = （p P 陽式中：H 上升空間含汽段高度。PP 一分別表示飽和水和飽和汽的密度;一表示上升空間平均截面含汽率。（2）水循環(huán)總阻力AP的計算：

20、總阻力 AP = AP +AP +AP其中：AP ,AP和AP 一分別表示下降空間、上升空間和分離器的阻力。 d rs一般AP 50% AP,AP由實驗確定而 AP = AP + AP + AP + AP式中：aP ,AP:AP和AP分別表示摩擦阻力、局部阻力、彎頭區(qū)阻力和加速 f l ba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(nèi)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： TOC o 1-5 h z 計算管壁厚度S =g設 日0甲。（mm）200b+ 0.8PR設式中：P設一設計壓力（kg/cm2）d

21、。管子外徑（mm）t 許用應力。中一負公差修正系數(shù)，一般取中=1.102 R一彎曲減薄系數(shù)式中：R一彎曲半徑，取最小節(jié)圓半徑。2.筒體的強度計算：計算筒體厚度S=設D（mm）200ln -1 - 2P設式中：D.筒體內(nèi)徑（mm） 13、球型封頭的強度計算：, P - D計算壁厚(mm)S = 設 400卜 J+1 - 6P設式中：D 一球型封頭外徑（mm）4、管板的強度計算：計算壁厚S = 2 - F - D ：|設(mm)式中：F系數(shù)，查TEMA標準F=1.04D水壓部分直徑（mm）五、蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設計：主要完成下列工作：1、管束組件的結(jié)構(gòu)設計：確定流程數(shù)，完成傳熱管的排列，確定管束直徑

22、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)設計：確定襯筒的幾何形狀和尺寸。襯筒內(nèi)徑：D = D + 25式中：5七為裝配間隙，約1020 mm。襯筒外徑：D = D + 25式中：5為襯筒壁原，成為 12 mm。3、下筒體結(jié)構(gòu)設計：下筒體內(nèi)徑D =D + 2 B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：采用三級汽水分離方式，但不做詳細設計，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：確定給水管的結(jié)構(gòu)，布

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

24、kg (5.0MPa)； s二回路汽化潛熱：r= i - i =2793.6-1154.2=1639.73kj/kg(5.0MPa)；排污量：D = C D = 0.01 x 126 = 1.26kg / s ；十度:尤=0.99；換熱量：Q = Drx + (D + Dd)化if) = 231278.98 ；一回路水流量：G =一 = 2128.40kg/。11二、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：錯誤！未找到引用源。；負公差修正系數(shù)：中=1.102； 彎曲減薄系數(shù)：中R = 1 +

25、4 = 1.0922R4R ；min一回路側(cè)設計壓：P= 1.25P = 1S110k00m2/9.8*10 -4kg / cm = 191.3265 kg / cm 傳熱管壁厚：S =工例=1.35mm ,1 200氣+ 0.82 R此處取S=1.5mm ；傳熱管內(nèi)徑：d = d 2S = 19mm ；11單官流通面積：a = 兀d2 =彳兀x 192 = 284mm2選取一回路側(cè)水流速度為：u = 5.0m / s一回路水平均比容：V = 0.001378m3 / kg （15.0MPa, 300C，飽和水）則一回路側(cè)流通面積為：A = 室 =0.5867m2u1U型管數(shù)目為： =A =

26、QA* = 2128,40根瑞排管最后確定69型管數(shù)目為： a a284n=2092。三、換熱面積的計算一回路側(cè)水導熱系數(shù)：=0.5614W/（m-C）（15.0MPa, 300C，飽和水）一回路側(cè)水普朗特數(shù)：P = 0.8616（15.0MPa, 300C，飽和水）一回路側(cè)水動力粘度：氣=8.833x10-5kg/mss （15.0MPa, 300C，飽和水）一回路側(cè)雷諾數(shù)：Re = Ud = 7.8x1051 1一回路側(cè)換熱系數(shù)：以=0.023土Re 0.8 Pr 0.4 =33129Wm2 C1 d f fi傳熱管導熱系數(shù)：X = 17.4W / （m C）（給定）傳熱管壁熱阻：R =

27、2? In * = 9.268 x10一 5 m2- C / W w i污垢熱阻：R = 2.6X10-5m2.C/W （按 I-600選定） f=t t = 310 264 = 46.06C=t t = 290 264 = 26.06CAtmax I AL = 4 = 35.12C ln 土 ln 46At26min先假設一個傳熱系數(shù)k,然后進行迭代，最后得Atmax傳熱溫差：AtminAtln（d 11 、T以求得試取 k = f + R + R += 5258W/m22, CI 皆 w f a 2 J此時熱負荷：q=k - A tln=185960 W/m2二回路側(cè)放熱系數(shù)：a 2=.0

28、557ps05q0.7=28485所需傳熱面積:f = = 12529dmm W/m2 C k . A tln傳熱裕度系數(shù)：C=1.1設計傳熱面積：F設=C - F = 1368.mm四、管束結(jié)構(gòu)的計算傳熱管總長：L =三設=19994m總兀do傳熱管排列方式：按正方形排列最小U型管節(jié)圓直徑：D = 41 = 0.12 m節(jié)實際布管數(shù)：n=2070根管束直徑：D=2.28mtb平均直徑： D = 0.5 x( 0.12 +2.280,6466mi彎管總長：L = 0.質(zhì) D-n = 49G6i87m彎直管總長：L = L總L彎=15892m= m管束直段高：H直=L直=3L8m彎管段高為：D

29、= 1.14mm管束總高：H = H直+ H彎=496m五、強度的計算（1） 襯筒內(nèi)徑：D = D + 26 = 2.31m,其中0 t是裝配間隙，約1020mm, 取15mm；襯筒外徑：D = D . + 26 =22334m 其中。是襯筒壁厚，給定為12mm。（2） 下筒體內(nèi)徑：D下=D + 2B = 258m，其中B為下降流道寬度，取為 88mm。二回路側(cè)設計壓力：P兀2=1.25P = 63.7755kg/cm2下筒體許用應力：。=18kg/mm2下筒體計算壁厚：下筒體計算壁厚：S =設，2.,下=46.42mm200g -1.2P設，2設計壁厚為：S = 46mm下筒體外徑為：D =

30、 D. +2S = 2672mm（3）上筒體許用應力：O =18kg/mm2上筒體內(nèi)徑：Dj上=3200mm（給定）上筒體計算壁厚：S = 設，2 .，上=57.92mm200g - 1.2P設，2設計壁厚取為：S = 58mm則上筒體外徑為：D上=D.上+ 2S = 3.316m（4）球形下封頭許用應力： = 14-5kg/mm2球形封頭外徑：D = D = 2602mm計算壁厚：s= %D = 83.82mm 400q +1.6P設,1設計壁厚取為：S=67mm（5）管板許用應力： = 18。/mm2承壓部分直徑：D = D = 2510mmi計算壁厚：S=1FD，1-4257553mm2

31、 / 2 設計壁厚選取為：S = 426mm堆焊層厚度：S堆=10mm（6）傳熱管實際平均長度：l =總+2管板厚40412m n 總最長管子長：l =兀R + 2H直+ 2管瓠厚86h2.111m 最短管子長：l =兀R . + 2H直 +勿管板厚=8.9063 六、主要管道內(nèi)徑的計算主管道計算流速：u = 10.5m / s（選取，812m/s） 主管道計算內(nèi)d =。1 % = 0.596m1i 兀 u 110主管道設計內(nèi)徑：d = 0.6m1i主管道設計流速：u10 =專 = 10.47m/ s1i新蒸汽比容：v = vx + v（1-x） = 0.03906m3 /kg蒸汽管計算流速：

32、u = 34m/s（選取，3040m/s）24G v烝汽官計算內(nèi)徑：d = ：一I = 0.429m2i 兀 U12蒸汽管設計內(nèi)徑：d = 0.43m2i蒸汽管設計流速：U2 = 4GdV-2 = 33.89m/ss2i二回路給水比容：v = 0.001187m3 / kg給水管計算流速：u = 3.4m / s(選取，25m/s) 給水管計算內(nèi)徑：d=：彳氣七=0.238m3i ；兀 UY 3給水管設計內(nèi)徑：d = 0.24m3i給水管設計流速：u =箜叢=394m/ss3 兀d 23i七、一回路水阻力的計算(1)U型管內(nèi)摩擦阻力計算考慮堵管后流速u = 1.05u = 1.05 x 5.0

33、0 = 5.25m / s一回路側(cè)水雷諾數(shù):Re = 虬 =8193347.34 門v摩擦阻力系數(shù)：人=0.3164Re -0.25 = 001(0825平均壁溫：t = 0.5(t + t ) = 0.5 x (300 + 264) = 282C在此壁溫下的動力粘度：門=9.544x10-5Pa-s溫度修正系數(shù)：溫度修正系數(shù)$ = (1)。.14 = 0.989門1l - u 2 摩擦阻力：kP =X=快953P7Pai i(2)局部阻力計算下封頭內(nèi)徑：？ = 2.468m兀水室截面積：F = - D2 = 22翹mm2進口管內(nèi)徑：d1 = 0.6m(與主管道相同)進口管截面積：A =-d

34、2 =-x 0.6202 = 0.2827 m 214 ii 4突擴阻力系數(shù)：& = (1-F)2 = 0077076c一回路側(cè)水入口處比容：v j = 0.001421m3/kg(15.0MPa, 310C)入口管內(nèi)流速：u =4Gj = 10.47m/s1i 兀 d 21i從入口管至水室阻力：Ap云1寺1i255福57PaPa水室轉(zhuǎn)彎45。阻力系數(shù)：& 2 = 0.9 (查表，線性插值)水室轉(zhuǎn)彎45。阻力：AP 云 一 = 29892Pa7Pa2 2v1iA考慮堵管后截面積：A，= 一 = 0.5590m21.05一 A系數(shù)：=0.234Fc查圖得傳熱管入口阻力系數(shù)：& 3 = 0.45u

35、2傳熱管入口阻力：AP =& = 4364I63Pa3 2v1iU型管轉(zhuǎn)180阻力系數(shù)：& 4= .5，2U 型管轉(zhuǎn) 180 阻力：AP =& 筆=4992P2Pa44 2v1傳熱管出口阻力系數(shù)：& 5= 0.537出口處水比容(15.0MPa, 290C)： v = 0.001341m3 / kgu，2傳熱管出口阻力：AP =& f = 5035P0Pa55 2v2出口管內(nèi)流速：u =2 = 10.2m/s1水室轉(zhuǎn)彎45。阻力系數(shù)：& 6= 0.9(查表，線性插值)u 2水室轉(zhuǎn)彎阻力：AP =& f = 34804Pa7Pa66 2v2出口管突縮阻力系數(shù)：&廣0.45出口管突縮阻力：AP =

36、& 竺= 17406PO8Pa77 2v2總阻力：AP = AP +亍 AP =175M7P78Pai=1設計阻力：AP設=1.1AP = 186728Pa Pa八、二回路水循環(huán)的阻力計算(1)下降空間阻力下降空間水比容：vd = 0.001286m3 / kg入口阻力系數(shù)：&偵=1 ；出口阻力系數(shù)：& ut = 1;定位裝置阻力系數(shù)：&f = 1下降空間高度：H0=5.78m襯筒外徑：Dw0=2.334m下筒體內(nèi)徑：D= 2.51血i，下下降空間當量直徑：De = D -D = 0.176mi ,下wo絕對粗糙度：A = 0.15mm摩擦系數(shù)：人=(1.74 + 2lg De)-2 = (1

37、.74 + 2xlg(176/0.)30= 001018885 d2A2 x 0.15兀下降空間截面積：Fd= - (D2下 - D2 ) = 0.70mm2下降空間水流速：u = CRDd = 126x0.001286x3,4,5 =E07260)968.18im/s d F0.68下降空間阻力：AP = (kH + R)蘭2 =740561903861,1622.68Pa d De 2(2)上升空間阻力a)摩擦阻力飽和水比容：v = 0.001286m3 / kg飽和水密度：p=1/v=771.60kg/m3飽和蒸汽比容：v = 0.03906m3 / kg飽和蒸汽密度：p = % = 2

38、5.60kg / m3支撐板定位拉桿數(shù)量：n = 108上升空間流通面積：F = D2 - (2n + n )d2 = 2.66m2 u 4 wio上升空間當量直徑：de =4= 0.03844m兀D . + (2n + n乂循環(huán)速度：u = CD- = 126x 0.001286 x 3,4,5 = 0.120,0.227,0.383m/s s0 F2.81出口水相折算速度：u = q T)S，= 0.124QOU692122而m/s 02 Fu液相平均折算速度：u = -(u + u ) = 0J626；0226002|m/m / s o 2002Dv出口汽相折算速度：u- = 一 = 1

39、.886m/ss02 Fu1汽相平均折算速度：u = -u- = 097mm/s 02 02液相動力粘度：v = 0.000100003m2 / sl汽相動力粘度：v = 1.803x10-5m2 / sg液相雷諾數(shù)：Re = L = 42834,62硒883976484.95lo v l汽相雷諾數(shù)：Re睥=生f =6729 g 判別流型：都為紊流管束直段高：H直=3.84m液相摩阻系數(shù)：40 =0.3164Rel0-0.25=0.02174,0.02000,0.01897汽相摩阻系數(shù)：人=0.3164Re-0.25 = 0.02142按折算速度計算的液相摩擦阻力：(A P )=人 H 直 =

40、5=#=35Pafi。l2 de按折算速度計算的汽相摩擦阻力：(AP ) = 1 人 H直:P = 8.84Paf g。 3 g 2 de參量 X： X = /(A。)l。 = 1.54, 2.155,22666f go 2:2 = 1 + 20 + -L = 睫9l X X 22一g : 2 = 1g液相摩擦阻力：+ 20 X + X 2 = 34422,48.4/7,2 61.2(APf) / = 2 (APf) o = 30已64304.43412.04Pa汽相摩擦阻力：(AP ) =02 (AP ) = 302,430324153,412.04Pa f g g f go1摩擦阻力：AP

41、 =-(AP) +(AP) =3(27.68(354153,41204f 2 fi f gb)局部阻力：支撐板數(shù)目：N=5兀上升流道單兀面積：A = 12 - d2 = 519.9mm2支撐板單元開孔面積：a=1=4*pi*122）=113.1m2面積比：au/Au=0.218局部阻力系數(shù)：&廣541按折算速度計算的液相局部阻力：(AP)= N& 02i io i 2=2494,44踮62129P573.04 Pa按折算速度計算的汽相局部阻力：（AP） =1 N&妃! = 955.6BPaI go 3 i 2參量X： X =(A P)lo = 1.64, 2.299 , 2.83(A P )l

42、 go二回路工作壓力：P = 5.0MPa臨界壓力：Pc = 22.15MPaP、參數(shù) Zr = (0.19 + 0.92 -1 = 2.515 c參數(shù) K： K = Zr + z1 = 2.913R中 2： 2 = 1 + + X = 3.1224642中2：2 = 1 + KX + X2 =屢06皿昭耽24 g g液相局部阻力：（AP）=中2（AP） = 768010,0452340）16359.22?。l lll lo汽相局部阻力：（AP）=中2（AP） = 6580.3（0,0452340016359.22Pal ggl go局部阻力：AP =D6580,10045,13400PaPa

43、lc）彎管區(qū)阻力管束彎頭最大節(jié)圓直徑：4 = 2.24mm彎管區(qū)重心至圓心距離：y= 0.2122= 00羿838m計算沖刷排數(shù)：N=當-1三15t系數(shù)：x = x = = 1.36o系數(shù)：n = 0.43 + 1.13 = 1.249xi液相雷諾數(shù)：Re =氏2隹=3399251558,604467986.62loVl汽相雷諾數(shù)：Re =仁空=9925968g液相摩擦阻力：七=40.044 + ，08X2 Re-0.15 =0.362,0.341,0.3621汽相摩擦阻力：人=1.5715Re-o.i5 = 0.3117=32.5568593719432Pa Pa液相阻力：（AP） = N仇

44、：2沖 b lolo 2汽相阻力：（AP ）= N 人Uoi P = 779PPab gogo 2參量 X： X =:旦bL = 0.68,0.99,1.29* (APb 匕2 : 2 = 1 + 20 + -L = 32.7,皿撬.網(wǎng)loloXX 22 :2 = 1 + 20X + X 2 = 3542,4183,638 g g液相阻力：(AP) =O2(AP) =Pa b l l b lo汽相阻力：(AP) =O2(AP) =1964X9527Q733P65.645Pa b g g b go彎管區(qū)阻力：AP = !(AP) + (AP) = 106塵153SW73P65.645Pab 2d

45、）加速阻力管束出口質(zhì)量含汽率:1CR=0.333,0.25,0.20P,7P = 0.939,0.911,0.885X2 P+ (p,系數(shù)：C = 0.833 + 0.05ln(導)=0.913管束出口體積含汽率:管束出口截面含汽率：船=CP2 = 0.857,0.831,0.807質(zhì)量流速：G = u0p = 155.0；2076U24i1.3Wm9*kg / m s2 (1 Y )2Y21加速阻力：AP = G ；( 2)+活一 = 188,27251286a240.11Pa22e）流量分配孔板阻力：阻力系數(shù)：&廣7.8孔板局部阻力： P =h*號=122752U59292Pa 249.3

46、2 Pa上升空間阻力：AP =AP+ AP +AP +AP +AP = 8255,12483,16532Pal b a hPaf)汽水分離器阻力：AP = 12600,14900,17090Pasg)循環(huán)總阻力：AP =AP +AP +AP =21697,28701,35683PaPa總 d r s九、運動壓頭的計算(1)預熱段高度計算：二回路給水焓：if = 944380J / kg二回路飽和水焓：i = 1154500J/kkgs液面高度：H = 5.78m下降空間下端壓力：p = p + g p H = 50400087PaploW壓力下的飽和水焓：i = 1157250J/kkg -A

47、i = isi - is = 0.0624J / kg Pa slAp p pF + 手(PdgH +A。)預熱段高度：H =一rP 二 O-=0.515,05鄰0526|m網(wǎng)+;； Pdg(2)運動壓頭計算：蒸發(fā)段高：H = H廣 H = 444m,4.46,4.45m管束上方區(qū)段高度：H2 = H -牛=0.8m蒸發(fā)段平均質(zhì)量含汽率：X = 1x = 0.167,0.125,0.100m TOC o 1-5 h z 12 23頃人一、烝發(fā)段平均體積含汽率：p = p_ = 0.859,0.813,0.7711x1 p+ (1*蒸發(fā)段平均截面含汽率：$ = CP =0.78400742717

48、05 11管束上方區(qū)段平均截面含汽率：$2 =$2 = 0.857,0.832,0.808蒸發(fā)段運動壓頭：P 1= (p - p)gH 廣25640,20理觀皈PO54.63Pa 管束上方區(qū)段壓頭：P 2 = (p - p)g&2H 2 = 5055,44Q29456J4764.14Pa 運動壓頭：P = P 1 + P 2 = 3069&2429312453網(wǎng)818.77Pa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(shù)值列出表并做曲線:項 目符號單位數(shù)值循環(huán)倍率CR345運動壓頭PmPa308552929327885循環(huán)總阻力 P總Pa215972870135683循環(huán)倍率

49、圖運動壓頭Pm總阻力 P總循環(huán)倍率Cr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)果計算循環(huán)速度u = CD = 126 x 0.001286 x 4.1=0.255誠s， o F2.81滿足不低于0.1并最好大于0.2m/s的要求。第四章結(jié)論與評價本設計說明書主要對立式U型管自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器的設計計算進行說 明解釋。完成了蒸汽發(fā)生器的方案設計與論證，基本完成了課程設計要求的對 蒸汽發(fā)生器熱力、水動力、強度和結(jié)構(gòu)設計等項目的計算任務，繪制了蒸汽發(fā) 生器的總圖。鞏固、充實和提高了“核動力設備”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，培養(yǎng)了自己查閱資料，合

50、理選擇和分析數(shù)據(jù)的 能力，提高了自己的運算、繪圖等基本技能。通過本次設計，我對蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)、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”的大體步驟與過程初步了解。通過上述的計算過程和結(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 大導致汽水分離器的負荷過大，引發(fā)汽輪機安全的問題。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)生器的課程設計有如下不足，仍需要加 以改進和驗證：在計算

51、兩相流的壓降等時選用的分相流模型是否能夠較為有效的滿足實 際情況未知，需要加以大量合理的試驗驗證。在自己設計支撐板單元開孔的時候，如何開孔的情況沒有進行合理性的驗 證，結(jié)構(gòu)強度以及實際是否能夠精確的加工出該種形狀有待驗證。結(jié)構(gòu)強度設計的時候在理論計算的基礎上選定實際加工的尺寸的時候選 取厚度不夠保守，實際情況需要根據(jù)工程經(jīng)驗驗證。在管束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，由于對機械加工、材料等方面知識了解不夠，結(jié)構(gòu)設計也存在諸多 不不嚴謹?shù)脑O計，而且閱讀的文獻資料不足，

52、一些經(jīng)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，作圖有許多欠妥之處，有許多未按國 標進行設計，有些零件圖比例掌握的不是很好，精細度不是很好，該圖只是為 了掌握部分繪圖基礎知識，沒有實際加工的意義。附錄1:蒸汽發(fā)生器熱力計算表一、熱平衡序號項 目符號單位公式及來源數(shù)值1一回路工作壓力p1Pa給定15*1062一回路水進口溫度，t1C給定3103一回路水出口溫度 t1C給定2904一回路水平均溫度taC1,”、21 1*1J3005一回路水進口焓i1kJ/Kg查表1394.216一回路水出口焓.i1kJ/Kg查表1284.457蒸發(fā)器熱效率門給定0.998二回路工作壓力psPa給

53、定5*1069二回路飽和溫度tsC查表263.9410二回路水飽和焓iskJ/kg查表1154.5011二回路給水溫度tfC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( i -if)231.28*10319一回路水流量G1kg/sQ/門-(i-i1)2128.4二、傳熱計算序號項 目符號單位公式及來源數(shù)值20傳熱管外徑dom選定22*10-321傳熱管內(nèi)徑d.1m選

54、定19*10-322單管流通面積am21刀兀d 24 ，2.835*10-423一回路水流速u1m/s選定524一回路水平均比容1m3/Kg查表0.001378325一回路流通面積Am2G匕/ U0.586726U型管數(shù)目nA/a206927一回路水導熱系數(shù)力1W/m C查表561.44*10-328一回路水動力粘度n 1kg/m s查表88.33*10-629一回路水普朗特數(shù)Prf查表0.861630一回路水雷諾數(shù)Refud/ nv11 1 17.8*10531一回路側(cè)放熱系數(shù)a1W/m2 C力0.023 /Re0.8 Pro.43313032傳熱管導熱系數(shù)力wW/m2 Ci 給定17.43

55、3傳熱管壁熱阻Rwm2 C/WR = % ln d w 2人 d9.268*10-534污垢熱阻Rfm2 C/W按 Inconel600 選定0.26*10-435二回路側(cè)放熱系數(shù)a2W/m2 Ca = 0.557po.i5 q 0.72848.9636傳熱系數(shù)kW/m2 C1 匕 1 o 1 D k d a + ” + a + /529537大端溫差AtmaxCiiott46.0638小端溫差AtminCtff-11s26.0639對數(shù)平均溫差AtlnCAt-At/ maxmin lnlAt/ At .)35.12序號項 目符號單位公式與來源數(shù)值40熱負荷qW/ m2q - At ln185

56、96041計算傳熱面積Fm2Q!A0-3 q)1243.742傳熱裕度系數(shù)選定1.143設計傳熱面積F設m2C - F1368.08三、管束結(jié)構(gòu)1傳熱管總長L總mF穌d設。1979.42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D節(jié)m4t0.125實際布管數(shù)n根結(jié)構(gòu)設計定20706管束直徑Dtbm結(jié)構(gòu)設計定2.287彎管總長L彎m結(jié)構(gòu)設計定3901.868直管總長L直mL L 總彎1589.149管束直段高H直mL 直/2n3.8410管束彎段高H彎mRmax1.1411管束總高HtbmH +H 彎4.9612傳熱管實際平均長度lm（L總/n） +2管板厚10.

57、4113最長呂了長lmaxm兀R max+2H直+2管板厚12.1114最短管于長l.minm兀R mii+2H直+2管板厚8.72四、主要管道內(nèi)徑序號項 目符號單位公式與來源數(shù)值1冷卻劑平均比容v1m3/Kg查表1.37810-32主管道計算流速,， u10m/s選?。?12 m/s10.53主管道計算內(nèi)徑d，1imJ4G V 沅u 、1 f 100.58274主管道設計內(nèi)徑d1im選取0.65主管道設計流速u10m/s4G V /nd 210.476新蒸汽比容V2m3/KgVx+VG-x)7蒸汽管計算流速.， u2m/s選?。?040 m/s348蒸汽管計算內(nèi)徑d2imJ4G V /nu0

58、.42939蒸汽管設計內(nèi)徑d2im選取0.4310蒸汽管設計流速u2m/s4G V /nd 233.8911二回路給水比容V3m3/Kg查表0.00118712給水管計算流速u3m/s選?。?5 m/s3.413給水管計算內(nèi)徑d3im4G3 V 3/ nu；0.237814給水管設計內(nèi)徑d3im選取0.2415給水管設計流速u3m/s4G V /n -d23.34附錄2：蒸汽發(fā)生器水力計算表序號項 目符號單位公式及來源數(shù)值1一回路水阻力計算一、U型管內(nèi)摩擦阻力計算1傳熱管實際平均長度lm結(jié)構(gòu)設計10.412當量直徑d im結(jié)構(gòu)設計19*10-33一回路水流量G1kg/s熱工計算定2128.44

59、一回路水平均比容v1m3/kg查表0.00137835一回路水流速u1m/s熱工計算定56考慮堵管后流速,， u1m/s1.05u15.257一回路水雷諾數(shù)Reu u d 1in v1 1熱工計算定8.193*1058摩擦阻力系數(shù)力0.3164R&250.010529平均溫度下動力粘度n1kg/m s查表88.33*10-610壁溫下動力粘度n1kg/m s按（ta +七）查表95.45*10-611溫度修正系數(shù)中（q 對）.14110.989212摩擦阻力P fPa.H 士 u 2 人直1de 甲V429531二、局部阻力計算13下封頭內(nèi)徑D1m結(jié)構(gòu)設計定2.46814水室截面積F cm2兀

60、D 2812.39215進口管內(nèi)徑d1im選定0.616進口管截面積A1m2:，d；.0.283序號項 目符號單位公式及來源數(shù)值17比值A IF1 c0.11818突擴阻力系數(shù)&1查表0.777619一回路水入口處比容V1im3/kg查表0.001421220一回路水入口處密度P1ikg/m31、.1i703.6321入口管內(nèi)流速u1im/s熱工計算定10.4722從入口管至水室阻力AP1PaU u 2 - P g1.亍2996423水室轉(zhuǎn)彎45阻力系數(shù)g2查表0.924水室轉(zhuǎn)彎45阻力AP2PaUu 2 - Pg 2 亍3468225傳熱管流道截面Am2熱工計算定0.586926考慮有堵管后