蒸汽發(fā)生器課程教學(xué)設(shè)計(jì)

“蒸汽發(fā)生器〃

課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

Xxx

2014151218

哈爾濱工程大學(xué)

目錄

目錄........................................1

第一章緒論

第一節(jié)蒸汽發(fā)生器概述...............................2

第二節(jié)蒸汽發(fā)生器的基本設(shè)計(jì)技術(shù)要求...................3

第三節(jié)蒸汽發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)和主要零部件................4

第四節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)....................................5

第二章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

第一節(jié)給定條件....................................6

第二節(jié)蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算.........................6

第三節(jié)蒸汽發(fā)生器的管束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算...............9

第四節(jié)蒸汽發(fā)生器的水力計(jì)算.........................12

第五節(jié)蒸汽發(fā)生器循環(huán)倍率及循環(huán)速度確定...............20

附錄1蒸汽發(fā)生器熱力計(jì)算表.........................21

附錄2蒸汽發(fā)生器水動(dòng)力計(jì)算表.......................25

附錄3蒸汽發(fā)生器強(qiáng)度計(jì)算表.........................33

第一章緒論

第一節(jié)蒸汽發(fā)生器概述

一、目的和要求

1、運(yùn)用、鞏固、充實(shí)和提高"核動(dòng)力設(shè)備”課中所學(xué)的知識(shí)，掌握蒸汽發(fā)生

器設(shè)計(jì)計(jì)算的基本方法；

2、具備蒸汽發(fā)生器方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)和水動(dòng)力設(shè)計(jì)及計(jì)算的能

力，并能夠在設(shè)計(jì)中綜合考慮安全、法規(guī)、環(huán)境等因素；

3、具備工程制圖的相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)并能將其運(yùn)用于工程設(shè)計(jì)的能力；

4、具備撰寫蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)說(shuō)明書和繪制圖紙等書面方式呈現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的

能力，并能夠體現(xiàn)分析數(shù)據(jù)、分析問(wèn)題，評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案及其結(jié)果合理性

的能力；

6、能夠就蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)進(jìn)行陳述發(fā)言、答辯，能夠清晰表達(dá)觀點(diǎn)，與答

辯教師（工程技術(shù)同行）進(jìn)行有效溝通和交流；

7、能夠在團(tuán)隊(duì)合作中與各成員進(jìn)行有效溝通，共享信息，合作共事，在多

學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；能夠傾聽(tīng)和綜合團(tuán)隊(duì)成員意見(jiàn)，

合理決策。

二、任務(wù)

在課程設(shè)計(jì)中學(xué)生獨(dú)立完成如下任務(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、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(shuō)明書。

三、時(shí)間分配

課程設(shè)計(jì)共安排三周，其具體時(shí)間安排如下：

1、蒸汽發(fā)生器及其設(shè)計(jì)理論指導(dǎo)0.5天

2、蒸汽發(fā)生器方案設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)論證1.5天

3、蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算1.5天

4、蒸汽發(fā)生器的水動(dòng)力計(jì)算3天

5、蒸汽發(fā)生器的強(qiáng)度計(jì)算0.5天

6、蒸汽發(fā)生器的總圖繪制5天

7、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書2天

8、答辯1天

第二節(jié)蒸汽發(fā)生器的基本設(shè)計(jì)技術(shù)要求

在核動(dòng)力裝置中，由于一回路為帶有放射性的回路，而二回路為非放射性回

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)要求包括以下幾方面。

1、蒸汽發(fā)生器及其部件的設(shè)計(jì)，必須保證核電站在任何運(yùn)行工況下所需要

的）蒸汽量及規(guī)定的蒸汽參數(shù)。只有滿足這個(gè)要求才能保證核電站在不同負(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)的改善。

3、蒸汽發(fā)生器的所有部件應(yīng)該絕對(duì)安全可靠。蒸汽發(fā)生器的受熱面是由大

量的小直徑管子組成的，因此在一回路（帶有放射性）中就有大量的管子，使核

電站運(yùn)行的可靠性在很大程度上取決于蒸汽發(fā)生器的可靠性。這樣，蒸汽發(fā)生器

的屏蔽問(wèn)題必須解決，所有部件必須保證工作可靠。

4、蒸汽發(fā)生器各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。一回路工質(zhì)不允許漏入二回路工質(zhì)中去的原因是汽輪機(jī)回路

沒(méi)有生物防護(hù)，任何這種漏入都將會(huì)導(dǎo)致放射性泄漏事故。

5、必須排除加劇腐蝕的彳切可可能性，特別是一回路中的腐蝕。這主要是為

了防止腐蝕產(chǎn)物對(duì)一回路工質(zhì)的污染。腐蝕產(chǎn)物過(guò)多地進(jìn)入到一回路中去，一方

面引起一回路工質(zhì)放射性的增加,另一方面導(dǎo)致放射性腐蝕產(chǎn)物在一回路測(cè)沉積。

腐蝕產(chǎn)物在燃料元件上的沉積是極其危險(xiǎn)的，它會(huì)使傳熱性能驟然下降。

6、蒸汽發(fā)生器必須產(chǎn)生必要純度的蒸汽，以保證蒸汽過(guò)熱器在高溫下可靠

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)該設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)單緊湊，便于安裝使用，同時(shí)易于發(fā)現(xiàn)故障而

即使排出，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、傳熱尺寸、傳熱系數(shù)及冷卻劑等，對(duì)取得蒸汽發(fā)生器最佳技

術(shù)-經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是非常重要的。另外，必須采取見(jiàn)效向外散熱損失的措施。

第三節(jié)蒸汽發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)和主要零部件

從反應(yīng)堆來(lái)的冷卻劑由蒸汽發(fā)生器進(jìn)口接管進(jìn)入下封頭，下封頭由水室隔板

分成進(jìn)口和出口兩個(gè)水室。反應(yīng)堆冷卻劑由進(jìn)口水室進(jìn)入U(xiǎn)型管，在流經(jīng)U型

管時(shí)將熱量傳遞給二回路側(cè)介質(zhì)，而后經(jīng)過(guò)出口水室和蒸汽發(fā)生器的出口接管流

回反應(yīng)堆。

二回路給水由上筒體處的給水接管進(jìn)入環(huán)形分配管，環(huán)形管上有一系列倒J

形管，給水由倒J形管噴出，與汽水分離器的疏水混合后，經(jīng)過(guò)下降套筒和下筒

體之間的環(huán)形通道向下流動(dòng)，再由下降套筒和管板之間的通道進(jìn)入管束。

水在通過(guò)管束上升時(shí)被加熱，部分水變成蒸汽，形成汽水混合物。汽水混合

物流出管數(shù)頂部后進(jìn)入分離器進(jìn)行粗分離，然后進(jìn)入干燥器進(jìn)行細(xì)分離（干燥X

干燥蒸汽經(jīng)蒸汽出口接管流向汽輪機(jī)。

蒸汽發(fā)生器的主要零部件為：

1、傳熱管

U型傳熱管是一、二回路之間的壓力邊界，管材一般為含Ni-Cr-Fe的

Inconel-690合金，這種合金是在Inconel-600合金基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)一次特殊的熱

處理后改進(jìn)而來(lái)的，其抗腐蝕性能有了較大的改善。本次設(shè)計(jì)采用Inconel-600

合金（P20mmx1.3mm的傳熱管，彎曲半徑最小的幾排彎管處進(jìn)行消除應(yīng)力處理。

管束采用正方形順排方式。

2、管板

管板是一回路設(shè)備中最厚的實(shí)心鍛件，材料為Mn-Mo-Ni低合金鋼，要求

有良好的塑韌性及淬透性。管板一次側(cè)表面堆焊鎮(zhèn)基合金，以保證與傳熱管有良

好的焊接性能。管板開(kāi)孔數(shù)量巨大，對(duì)管孔及管距的尺寸公差、垂直度及光潔度

等都有很高的要求。管子管板表面平齊并與管板密封焊，然后進(jìn)行全長(zhǎng)度液壓脹

管，以保證一、二回路之間的嚴(yán)密性。

3、下封頭

下封頭為半球形，材料為Mn-Mo-Ni低合金鋼鍛件，內(nèi)表面堆焊奧氏體不

銹鋼。下封頭開(kāi)有四個(gè)大孔，2個(gè)空連接冷卻劑進(jìn)、出口接管，另兩個(gè)為人孔。

下封頭中間有水室隔板，將下封頭分成進(jìn)出口兩個(gè)水室，水室隔板材料為

Inconel-690合金。一次側(cè)人孔用不銹鋼（或銀基合金）石墨纏繞式墊片密封。

4、筒體、襯筒和錐形體

二次側(cè)筒體分上、下兩部分，為板焊或鍛造結(jié)構(gòu)。在管束和下筒體之間設(shè)置

襯筒，襯筒材料為碳鋼。上、下筒體之間由錐形體過(guò)渡，其材料均為Mn-Mo-Ni

低合金鋼鍛件。

5、上封頭

上封頭為標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭，與蒸汽出口接管整體沖壓成形，材料為

Mn-Mo-Ni低合金鋼鍛件。

6、管束支撐板和流量分配板

管束直管段部分裝有6塊支撐板，管束支撐板為四葉梅花孔板，用以支撐管

子以減少振動(dòng)。管子與支撐板接觸處為平臺(tái)，可減少二次側(cè)水在該處濃縮，并降

低阻力。流量分配孔板位于管板上部與第一塊支撐板之間，中間開(kāi)有一個(gè)大孔。

支撐板和流量分配板材料為405不銹鋼，板厚為20mm。

7、防振條

管束U型彎曲處裝有三組扁形防振條，用以隔開(kāi)管子并防止彎管的橫向振

動(dòng)和微振磨損，材料為405不銹鋼。

8、汽水分離裝置

汽水分離裝置分兩級(jí)對(duì)汽水混合物進(jìn)行汽水分離。第一級(jí)為旋葉式汽水分離器,

材料為碳鋼或不銹鋼。第二級(jí)為六角形帶鉤波形板分離器。設(shè)計(jì)要求汽水混合物

經(jīng)過(guò)汽水分離器、重力分離空間、波紋板分離器三重分離后，保證出口蒸汽干度

達(dá)到本次設(shè)計(jì)給定的0.99。

9、給水分配環(huán)管

給水分配環(huán)管位于旋葉式分離器下部，其上有若干倒J形噴管，材料為不銹

鋼。

10、排污管

管板上表面中央水平地裝設(shè)有兩根多孔管道供連續(xù)排污用。

第四節(jié)設(shè)計(jì)任務(wù)

根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，對(duì)蒸汽發(fā)生器提出的設(shè)計(jì)要求如下：

1、計(jì)算傳熱面積；

2、完成傳熱管的排列，確定管束直徑及高度，確定管子的固定支撐，

確定隔板的數(shù)目和結(jié)構(gòu)；

3、確定襯筒、上筒體、下筒體、下封頭及管板的尺寸結(jié)構(gòu)，完成強(qiáng)度

設(shè)計(jì)；

4、完成熱力計(jì)算，確定主要管道內(nèi)徑；

5、完成水動(dòng)力計(jì)算，確定一次側(cè)總阻力、不同循環(huán)倍率下二次側(cè)循環(huán)

阻力及運(yùn)動(dòng)壓頭；

6、用作圖法確定二次側(cè)循環(huán)倍率及循環(huán)速度；

7、繪制蒸汽發(fā)生器的總圖；

8、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。

第二章課程設(shè)計(jì)內(nèi)容

第一節(jié)給定條件

本次課程設(shè)計(jì)給定的主要參數(shù)條件為：

1、蒸汽產(chǎn)量：O=126kg/s;

2、蒸汽干度：x=0.99;

3、蒸汽發(fā)生器的熱效率：n=0.99;

4、一回路側(cè)額定工作壓力：P|=15.0MPa;

5、一回路側(cè)設(shè)計(jì)壓力：p設(shè)J=1.25p1

6、一回路側(cè)冷卻劑入口溫度；/；=310℃

7、一回路側(cè)冷卻劑出口溫度；<=290℃；

8、二回路側(cè)給水溫度：tf=220℃

9、二回路側(cè)額定工作壓力：p,=5MPa;

10、二回路側(cè)設(shè)計(jì)壓力：夕設(shè).2=L25p.,

11、傳熱管壁導(dǎo)熱系數(shù)：4=17.4W/m℃

2

12、傳熱管壁許用應(yīng)力：[<T1]=18kg/mm;

2

13、下筒體許用應(yīng)力:[cr2]=18kg/mm;

14、上筒體許用應(yīng)力：[q]=18kg/mm2;

2

15、球形下封頭許用應(yīng)力：[<r4]=14.5kg/mm;

2

16、管板許用應(yīng)力:[o-5]=1800kg/mm;

17、傳熱管最小節(jié)距：/=1.25"。，一般取為1.35~1.45d。;

18、上筒體內(nèi)徑3200mm,高度4000mm。

19、下降空間：

⑴入口阻力系數(shù)=1；(2)出口阻力系數(shù)二1；⑶定位裝置阻力系數(shù)=1;(4)絕

對(duì)粗糙度AuO.lSmm。

20、流量分配管板：

⑴單元面積=533mm2;(2)單元開(kāi)孔面積=216mm2。

第二節(jié)蒸汽發(fā)生器的熱力計(jì)算

一、熱平衡計(jì)算

1.一回路放熱量為：

Q=D?r?x+(D+Cs?D)?(is-if)=231210.99kW

其中，D為二回路蒸汽產(chǎn)量，126kg/s；

r為二回路水汽化潛熱，查表得1639.04kJ/kg;

x為蒸汽干度，0.99;

G為排放系數(shù)，0.01;

為二回路飽和水比焰,1155.14kJ/kg;

。為二回路給水比焰,944.88kJ/kgo

2.一回路水流量為：

Q

Gi="=2118.94kg/s

n(4-4)

其中，Q為一回路放熱量；

T]為蒸汽發(fā)生器熱效率，0.99;

匕為一回路水進(jìn)口比焰，查表得1396.04kJ/kg;

i；為一回路水出口比始,查表得1285.82kJ/kgo

二、傳熱計(jì)算

1.計(jì)算傳熱管內(nèi)徑

傳熱管外徑選定為d。=22mm,則直管計(jì)算壁厚為：

p?cL

“設(shè)10

S]=---------------=1.120mm

200QJ+0.8P設(shè)1

其中，P?為一次側(cè)設(shè)計(jì)壓力，191.25kg/m2;

取1

為傳熱管外徑，22mm;

[5]為傳熱管許用應(yīng)力，18kg/mm2。

節(jié)距t選定為1.4d0,則彎曲減薄系數(shù)為：

其中，Rmin為最小節(jié)圓半徑，2to

負(fù)公差修正系數(shù)選為8=1,102,則傳熱管計(jì)算壁厚為：

Si=S]■(p-(pR=1.350mm

選定傳熱管壁厚為Si=1.350mm,

則傳熱管內(nèi)徑為：&=d。-2sl=19.3mm,

單管流通截面積為：a=7Td，/4=2.93x10-4m2。

2.計(jì)算U型管數(shù)目

一次側(cè)水流速選為的=5.9m/s,則一回路流通面積為：

A=—~-=0.497m2

的

貝UU型管數(shù)目為：ri=A/a=1700o

3.計(jì)算傳熱面積

(1)計(jì)算傳熱管一次側(cè)放熱系數(shù)

一次側(cè)水雷諾數(shù)為：

=-u-i^di=9.33*10八5

HiUi

其中，的為一回路水流速，5.9m/s;

4為傳熱管內(nèi)徑，0.0193m;

%為一次側(cè)水動(dòng)力粘度，查表得8.83xl(y5kg/(m.s)；

5為一次側(cè)水比容，查表得0.001378m3/kg。

則一次側(cè)水放熱系數(shù)為：

%=0.0233Re產(chǎn)Pr產(chǎn)=38006W/(m2?℃)

其中，入1為一次側(cè)水導(dǎo)熱系數(shù)，查表得0.5589W/(m-。。;

4為傳熱管內(nèi)徑，0.0193m;

Re,為一回路水雷諾數(shù)，9.33*10人5;

Pry為一回路水普朗特?cái)?shù),查表得0.8657。

⑵確定傳熱管壁熱阻

Rw==828766m2?℃/W

2人w出o

⑶確定污垢熱阻

對(duì)于銀基合金，42

Rf=0.26x10-m?℃/Wo

(4)計(jì)算對(duì)數(shù)平均溫差

大端溫差

△《max=t；-ts=46.09℃

其中，匕為一回路水入口溫度，310℃;

為二次側(cè)飽和溫度，查表得

G264℃O

小端溫差

△tmin=￡；—ts=26,09℃

其中，t；為一回路水入口溫度，290℃;

G為二次側(cè)飽和溫度，查表得264℃O

對(duì)數(shù)平均溫差為：

△1="吧］發(fā)型=35.15℃。

1A°max

In------

△tmin

⑸計(jì)算傳熱管二次側(cè)沸騰換熱系數(shù)

假設(shè)傳熱管傳熱系數(shù)k'=5830W/(m2?℃),則傳熱管熱流密度為：

2

q=k-Atln=205052W/m

則二次側(cè)沸騰換熱系數(shù)為：

01572

a2=0.557psc?°-=30473W/(m?℃)o

(6)計(jì)算傳熱管傳熱系數(shù)

傳熱管傳熱系數(shù)為：

d11,—

k=—n?一+Rw+Rf+—=5833.65W/(m2-℃)

d[a](X，2

比較k與V的誤差：

k_k'

8=——xl00%<5%

K

比較精確。

⑺計(jì)算傳熱面積

計(jì)算傳熱面積為：

Q,

—=1152.65m2

k-Atm

其中，Q為一回路放熱量，231210.99kWo

(8)設(shè)計(jì)傳熱面積

設(shè)計(jì)傳熱面積為：5設(shè)=C?冗=1267.92m2

其中,C為傳熱裕度系數(shù)，1.1。

第三節(jié)蒸汽發(fā)生器的管束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算

一、管束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及蒸汽發(fā)生器強(qiáng)度計(jì)算

一、管束結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.確定傳熱管排列方式為正方形排列。

2.估算管束直徑：

0tb—2.0944m

其中，n為計(jì)算U型管數(shù)目取整值，1700；

t為節(jié)距，0.0308m。

3.確定排管方案，實(shí)際布管數(shù)為n=1704根。

4.傳熱管總長(zhǎng)為：

_尸設(shè)_

~=18100m

總7ld0

彎管總長(zhǎng)為：

L彎=：n（Dtb+D節(jié)）=1969.63m

其中，。-為最小節(jié)圓直徑，4t

■po

直管總長(zhǎng)為：

L直=%i—L彎=151337n

5.管束直段高為："直=L直12rl=4.44m

管束彎段高為：H彎=%/2=1.05m

管束總高為：““="吉+”玄=5.49m。

二、蒸汽發(fā)生器強(qiáng)度計(jì)算

1.襯筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

襯筒內(nèi)徑為：Dwi=0山+2mt=2155.45mm

其中，既為裝配間隙，取為15mm。

襯筒外徑為：Dw。=Dwi+26=2179.45mm

其中，6為襯筒壁厚，取為12mm。

2.下筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下筒體內(nèi)徑為：/下=Dwo+25=2355.45mm

其中，B為下降流道寬度,取為88mm。

計(jì)算壁厚為：

Sz~~——設(shè)2i下=

2—200[(72]—L2P設(shè)2一

女乙

其中，P邙為二次側(cè)設(shè)計(jì)壓力，63.75kg/m2;

取乙

E]為下筒體許用應(yīng)力，18kg/mm2。

下筒體設(shè)計(jì)壁厚取為：52=42.10mm,則下筒體外徑為：

D_=D_+2s2=2418.62mm。

。下i下

與管板焊接壁厚為》=86mm。

3.上筒體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

計(jì)算壁厚為：

,P設(shè)2-匕D上

S。=——―-———————=57.90mm

3200[a]-1.2P^

3lx/2

2

其中，PQ為二次側(cè)設(shè)計(jì)壓力，63.75kg/m;

0」為上筒體內(nèi)徑，3200mm;

I上

[嗎]為上筒體許用應(yīng)力，18kg/mm2。

則上筒體設(shè)計(jì)壁厚取為S3=58mm。

4.球形下封頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

球形下封頭外徑選定為D0=D=2418.6mm。

Ob

球形下封頭計(jì)算壁厚為：

p?D

,設(shè)10「

S.=——T--——————二75.47mm

4400[a]+1.6P

4以1

其中，["為球形下封頭許用應(yīng)力，14.5kg/mm2。

則球形下封頭設(shè)計(jì)壁厚取為S4=75.50mm,

球形下封頭內(nèi)徑為2=Do-2s4=1973.4mm。

5.管板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

管板承壓部分直徑選定為D=Di=2124.40mmo

筒體根部壁厚與直徑比為S//。=0.17。

則管板計(jì)算壁厚為：

55=*DB1設(shè)］/向=360.15mm

其中，F(xiàn)為系數(shù)，根據(jù)》/DB的值，查TEMA標(biāo)準(zhǔn)F=1.103；

2

［西］為管板許用應(yīng)力，1800kg/mmo

管板設(shè)計(jì)壁厚取為S5=360mm,堆焊層厚度取為=8mm。

三、主要管道內(nèi)徑的設(shè)計(jì)

1.主管道內(nèi)徑設(shè)計(jì)

主管道計(jì)算流速選定為%°=10m/s,則主管道計(jì)算內(nèi)徑為：

d\.==o.62m

J口10

其中，G］為一次側(cè)水流量，2118.94kg/s;

電為一次側(cè)水比容，0.00138m3/kg。

主管道設(shè)計(jì)內(nèi)徑選定為du=0.62m,則主管道設(shè)計(jì)流速為：

4GiVi一

u=------2=9.75m/s

107Tdijo

2.蒸汽管道內(nèi)徑設(shè)計(jì)

新蒸汽比容為：力=v,x+v'(l-%)=0.039m3/kg

其中，u”為二次側(cè)飽和蒸汽比容，0.03245m3/kg;

u'為二次側(cè)飽和水比容，0.001319m3/kg。

蒸汽管計(jì)算流速選定為%'=37m/s,則蒸汽管計(jì)算內(nèi)徑為：

=0.40m

其中，G2為新蒸汽質(zhì)量流速，126kg/s。

蒸汽管設(shè)計(jì)內(nèi)徑選定為d2i=0.42m,則蒸汽管設(shè)計(jì)流速為：

3.給水管內(nèi)徑設(shè)計(jì)

給水質(zhì)量流速為：

G3=D+Cs-D=127.26kg/s

其中，D為蒸汽產(chǎn)量，126kg/s。

給水管計(jì)算流速選定為&=3.98m/s,則給水管計(jì)算內(nèi)徑為：

其中，力為二次側(cè)給水比容，查表得0.001187m3/kg。

給水管設(shè)計(jì)內(nèi)徑選定為d3i=0.22m,則給水管設(shè)計(jì)流速為：

4G義1)3

%=--Y=3.98m/so

第四節(jié)蒸汽發(fā)生器的水力計(jì)算

I.一次側(cè)水阻力計(jì)算

U型管內(nèi)摩擦阻力計(jì)算

1.傳熱管實(shí)際平均長(zhǎng)度為：I=L總F+2s5=11.34m。

一次側(cè)當(dāng)量直徑為4=0.0193m,則一次側(cè)水流速為：

考慮堵管后的流速為：a；=1.05%=6.20m/so

2.一次側(cè)雷諾數(shù)為：

d；

Re=」^=981005

其中，1為一次側(cè)水動(dòng)力粘度，查表得8.833xloWg/gs）;

電為一次側(cè)水比容，查表得0.001378259m3/kg。

摩擦阻力系數(shù)為：入=0.3164Re-0-25=0.0117

3.溫度修正系數(shù)為：

（P=（H1/H1）°14=0.9934,

其中,1為一次側(cè)水平均溫度下的動(dòng)力粘度，查表得8.83xl（）-5kg/（ms）；

而為一次側(cè)水平均壁溫下動(dòng)力粘度,查表得9.26xl（y5kg/（m.s）。

4.一次側(cè)摩擦阻力為：

I

的】=入淳*=7521則。

二、局部阻力計(jì)算

1.由進(jìn)口管至進(jìn)口水室的突擴(kuò)阻力

2

水室截面積為：Fc=皿2/8=2.01m,其中。為下封頭內(nèi)徑，2.26m。

進(jìn)口管截面積為4=nd^/4=0.30m2,其中辦為進(jìn)口管內(nèi)徑,0.62m。

面積比為：AJFC=0.1493。

突擴(kuò)阻力系數(shù)為：5=0.7。

由進(jìn)口管至進(jìn)口水室的突擴(kuò)阻力為：

△Pi=5小亨=23960Pa

其中,"it為進(jìn)口管水流速，uu=u10=9.71m/s；

Ph為進(jìn)口處水密度，查表得703.63kg/m3。

2.在進(jìn)口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力

水室轉(zhuǎn)彎45。阻力系數(shù)&選定為0.9,則在進(jìn)口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的阻力為：

"2==29810Pa.

3.由進(jìn)口水室至傳熱管束的突縮阻力

傳熱管入口阻力系數(shù)a選定為0.5，則由進(jìn)口水室至傳熱管束的突縮阻力

為：

，2

%Pit

"3=4^—=5383Pa

其中，&為傳熱管內(nèi)考慮堵管后的水流速，5.9m/so

4.在U型管彎頭內(nèi)轉(zhuǎn)彎180。的局部阻力

U型管轉(zhuǎn)180。阻力系數(shù)0選定為0.5，則在U型管彎頭內(nèi)轉(zhuǎn)彎180。的局

部阻力為：

.2_

△P4=6940Pa

其中，出為傳熱管一次側(cè)水平均溫度下的密度，查表得745.68kg/m3。

5.由傳熱管束至出口水室的突擴(kuò)阻力

傳熱管出口阻力系數(shù)原選定為0.6，則由傳熱管束至出口水室的突擴(kuò)阻力

為：

.2

up

12=8354Pa

其中，P2為傳熱管出口處水密度，查表得745.68kg/nR

6.在出口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力

出口管內(nèi)流速為:虱2=G]/（P2&）=9.45m/s0

水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎阻力系數(shù)獲選定為0.9,則在出口水室內(nèi)轉(zhuǎn)彎的局部阻力為：

1122P2

△P6=4笠公="832Pa。

7.由出口水室至出口接管的突縮阻力

出口管突縮阻力系數(shù)3=0.44。

由出口水室至出口接管的突縮阻力為：

△P7=&也愛(ài)=15955Pa。

三、總阻力

總計(jì)算阻力為：

7

△P=LPf+=154484Pao

i=l

設(shè)計(jì)阻力為：

△P八=1.1AP=169932Pa。

設(shè)

II.二次側(cè)水循環(huán)阻力計(jì)算

一、下降空間阻力

下降空間高度選定為%=7.0m。

下降空間當(dāng)量直徑為：%=%下-Dw°=0.18m。

摩擦系數(shù)為：

1

2=---------5-=0.019

(1.74+21g—)

2A

其中，△為下降空間絕對(duì)粗糙度，0.00015m。

2

下降空間截面積為：Fd=咿,下2-ZV)/4=0.621m,其中，％下為下筒

體內(nèi)徑，Ow。為襯筒外徑。

以循環(huán)倍率CR=3為例：

下降空間水流速為：ud=CRDvd/Fd=0.794m/so

D為新蒸汽產(chǎn)量，126kg/s;

口為下降空間水比容，近似取為飽和比容，查表得0.00129m3/kg。

局部阻力系數(shù)和為：

Wt=a"+tout+多=3

其中，％為入口阻力系數(shù)，1；

《圖為出口阻力系數(shù)，1；

分為定位裝置阻力系數(shù)，1。

則下降空間阻力為：

外=卜居+?空=9皿。

其中，Pd為下降空間水密度，近似取飽和密度，查表得777.57kg/m3。

:、上升空間阻力

1.摩擦阻力

⑴折算速度的計(jì)算

支撐板定位拉桿數(shù)量選定為4=12根。

222

上升空間流通面積為：FU=7i[Dwi-(2n+n')d0]/4=2.28m，其中,Dwi

為下筒體內(nèi)徑，n為實(shí)際U型管數(shù)，公為傳熱管外徑。

上升空間當(dāng)量直徑為：

4F

de=——----------——=0.038m

n[Dwi+(2n+n)d0]

循環(huán)速度為：u0=CRDV'/FU=0.216m/s,其中，u'為二次側(cè)飽和水比

容,查表得0.00129m3/kg。

出口水相折算速度為：

uo2=(CR—l)Dv/Fu=0.144m/so

水相平均折算速度為：u0=1(u0+uo2)=0.180m/so

出口汽相折算速度為：uo2=Dv"/Fu=2.204m/s,其中，u”為二次側(cè)飽

和蒸汽比容，查表得0.039m3/kg。

汽相平均折算速度為：%=會(huì);2=L102m/s。

⑵分相摩阻系數(shù)的計(jì)算

水相雷諾數(shù)為：Re/01=%4/叨=52404,其中叨為水相運(yùn)動(dòng)粘度，杳表

得1.28xlCf7m2/s。

汽相雷諾數(shù)為：Re。。1=寸"包=57714,其中辦為汽相運(yùn)動(dòng)粘度，查

表得7.11xl0-7m2/s。

25

水相摩阻系數(shù)為：入si=0.3164ReZol-°-=0.02o

25

汽相摩阻系數(shù)為：入=0.3164Reflor°-=0.0196o

⑶分相摩擦阻力的計(jì)算

按折算速度計(jì)算的水相摩擦阻力為：

(AP/)/o=AZol^^=29.77Pa

其中，/為管束直管段高，4.437m。

按折算速度計(jì)算的汽相摩擦阻力為：

1Hs西之

大力="94Pa。

參量均為：%=JCJSPf%。=1.579。

由于是t-t工況，系數(shù)Q=20,則：

分水相折算系數(shù)

①/=1+?3=14.07。

X1X/

分汽相折算系數(shù)

①9」=1+QX1+X」=35.07。

水相摩擦阻力為：("/>=%/?("/。=418.85Pa0

汽相摩擦阻力為:SPf)g=①g/.("/。。=418.85Pao

(4)上升空間摩擦阻力的計(jì)算

上升空間摩擦阻力為：

_("力+("f)g_

lArf——----------------------------——4-lo.O30

2.局部阻力

⑴支撐板開(kāi)孔設(shè)計(jì)

上升流道單元面積為：Au=Fu/(2n+n')=668mm2。

支撐板數(shù)目選定為N=6個(gè)，支撐板開(kāi)孔設(shè)計(jì)為四葉梅花孔。

支撐板單元開(kāi)孔面積設(shè)計(jì)為：即=147mm2。

面積比為：au/Au=0.22o

則查圖可知，局部阻力系數(shù)為：弓=40。

⑵分相局部阻力計(jì)算

按折算速度計(jì)算的水相局部阻力為：

_，2

U

(△P"。=N0$nr=3O12Pa。

2u

按折算速度計(jì)算的汽相局部阻力為：

_??2

1U

(APDg。=石嗚畀nr=1231Pa。

"32u

參量X2為：x2=jSPDs/(AP,)g°=1.565。

參數(shù)ZR為:ZR=(0.19+0.92ps/Pc)T=2.510o

參數(shù)K為：K=ZR+ZRT=2.908o

分水相折算系數(shù)為：

K1

7=

①72=1+3.268O

分汽相折算系數(shù)為：

22

0>52=1+KX2+X2=7.994。

水相局部阻力為：

(△Pi)i=①/.SPDs=9843Pao

汽相局部阻力為：

(△匕%=①城？-(AP/)50=9843Pa。

(3)上升空間局部阻力的計(jì)算

上升空間局部阻力為：

(APM+

dPi==9843Pao

3.彎管區(qū)阻力

⑴分相摩擦阻力系數(shù)計(jì)算

管束彎頭最大節(jié)圓直徑為：db=Dtb-do=2.0944m。

彎管區(qū)重心至圓心距離：ys=0.2212〃=0.4444mo

計(jì)算沖刷排數(shù)N0=ys/t-1=14.43,取整為M=14o

水相雷諾數(shù)為：ReZo2=〃；2匿/叨=41922。

汽相雷諾數(shù)為：Rego2="02直/力=115430。

水相摩擦阻力系數(shù)為：

0.008Xn”

人,。2=40.044+7——2Re/2-015=0318。

-1)O

其中，系數(shù)=%2=t〃o=1.4；

系數(shù)=

m0.43+1.13/%!=1.237O

汽相摩擦阻力系數(shù)為：

0.008*2n”

入go2=40.044+Qi"Regjis=0.273o

⑵分相阻力計(jì)算

折算水相阻力為：

.2

(APj°=N%°2妥=35.715Pa.

2u

折算汽相阻力為：

1?2

1，Un

。=及。券=

(△Pb)gQN278.402Pao

參量為

X3：X3==0.675o

由于是t-t工況，系數(shù)。2=20,則：

分水相折算系數(shù)

①1=1+導(dǎo)熱=32.828。

分汽相折算系數(shù)

22。

%3=1+C1X3+X3=14.954

水相摩擦阻力為：

2

(△Ph)z=(P/3-(AP/,)/o=1172Pao

汽相摩擦阻力為：

“"◎/?(△PQg-imPa。

⑶彎管區(qū)阻力計(jì)算

彎管區(qū)阻力為：

"廣皎等也=l"2Pa。

4.加速阻力

管束出口質(zhì)量含汽率為：xc=1/CR=0.333o

管束出口體積含汽率為：

X\)

=c

Sc--------------r=0.939o

%囚+(1-xc)v

管束出口截面含汽率為：(pc=Cc-pc=0.833,其中系數(shù)金=0.833+

0.051nps=0.887,Ps單位為MPa.

2

質(zhì)量流速為：G=u0/v=167.65kg/(m?s)。

加速阻力為：

[(1-x)2u,x2u"

△P=G2----c-4--c----u=207.76Pa

-(Pc(Pco

5.流量分配孔阻力

單元開(kāi)孔面積與單元面積比值為：au/Au=0.405,其中力u為孔板單元

2

面積，533mm2;即'為單元開(kāi)孔面積，216mmo

查表得阻力系數(shù)a為：&=8。

孔板局部阻力為：

1Z2

XPh=&14512Pa。

2u

6.上升空間阻力

上升空間阻力為：

=*+叫4-弗+dPa+g=11786.73Pao

三、汽水分離器阻力

汽水分離器阻力給定為：APs=12600Pao

循環(huán)總阻力

循環(huán)總阻力為：

%=XPd+此+小=25296.73Pao

III.運(yùn)動(dòng)壓頭計(jì)算

預(yù)熱段高度計(jì)算

液面高度即下降空間高度，選定為“()=7.0m。

下降空間下端壓力為：Plow=Ps+PdgH。=505330Pao

飽和水焰對(duì)壓力的變化率為：

△i/M=(Q-is)/(P，°w-Ps)=0.0711J/(kg-Pa)

其中，3為P/°w壓力下的飽和水比焰，查表得1.159*10A6J/kg,

%為Ps壓力下的飽和水比焰，查表得1155100J/kgo

循環(huán)水量為：G=CRD=378kg/so

預(yù)熱段高度為：

is—if

---1---(Pd9"0一"d)

CRAP

HP=-----------------------=0.583m

27idonq

—7---1----Pd9

°XP

其中，“為給水比熔，944880J/kg;

△Pd為下降空間阻力；

q為傳熱管熱負(fù)荷。

運(yùn)動(dòng)壓頭計(jì)算

蒸發(fā)段高度為：Hrl=Htb-HP=4.907m,”切為管束總高。

管束上方區(qū)段高度為：Hr2=H0-Htb=1.51mo

蒸發(fā)段平均質(zhì)量含汽率為：石=&/2=0.167。

蒸發(fā)段平均體積含汽率為：

-八］U

01=--n-----------------'=0.858。

xxu+(1—無(wú)Qu

蒸發(fā)段平均截面含汽率為：弧=金耳=0761。

管束上方區(qū)段平均截面含汽率為：和=%=0.833.

蒸發(fā)區(qū)段運(yùn)動(dòng)壓頭為：

Pm-i=(p-p")g@i”ri=27528.91Pao

管束上方區(qū)段壓頭為：

Pm2=(P)9。2%2=9272.79Pa。

運(yùn)動(dòng)壓頭為：Pm=Pml+Pm2=36801.70Pao

第五節(jié)蒸汽發(fā)生器循環(huán)倍率及循環(huán)速度確定

將循環(huán)倍率、循環(huán)總阻力及運(yùn)動(dòng)壓頭列表并作圖：

循環(huán)倍率CR345

循環(huán)總阻力AP，Pa25296.7334274.8145019.35

運(yùn)動(dòng)壓頭PMPa36801.734951.0633828.79

循環(huán)倍率的確定

可確定循環(huán)倍率約為4,滿足核電站電站蒸汽發(fā)生器滿負(fù)荷運(yùn)行要求。

附錄1蒸汽發(fā)生器熱力計(jì)算表

一、熱平衡

序號(hào)項(xiàng)目單位公式及來(lái)源數(shù)值

1一回路放熱量kW給定231210.9

2一回路工作壓力APa給定1.5*10人

f

3一回路水進(jìn)口溫八℃給定310

ff

4一回路水出口溫“I℃給定290

一回路水平均溫

5ta℃300

度

6一回路水進(jìn)口焰i；kJ/Kg查表1396.04

7一回路水出口焰Z.kJ/Kg查表1285.82

8蒸發(fā)器熱效率給定0.99

9一回路水流量kg/sQ/7（ii，-ii"）2118.94

A

10二回路工作壓力PsPa給定5*106

11二回路飽和溫度ts℃查表264

12二回路水飽和燃iskJ/kg查表1155.14

13二回路給水溫度tf℃給定220

14二回路給水焰ifKJ/Kg查表944.88

15汽化潛熱rkJ/Kg查表1639.04

16蒸汽干度X給定0.99

17排放系數(shù)G給定0.01

Q

18二回路蒸汽產(chǎn)量Dkg/srx+1.01（（；126

19二回路排污量Dbdkg/sGD1.26

二、傳熱計(jì)算

序項(xiàng)目單位公式及來(lái)源數(shù)值

20傳熱管外徑d0m選定0.022

21傳熱管內(nèi)徑4m選定0.0193

22單管流通面積am2）：2.93*10A

23U型管數(shù)目n結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定1696

24一回路流通面積Am2