壓水堆蒸汽發(fā)生器設計說明書綜述壓水堆蒸汽發(fā)生器設計說明書綜述50/50壓水堆蒸汽發(fā)生器設計說明書綜述“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備。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，使其產生必然的壓力、溫度和干度的蒸汽。此蒸汽再進入汽輪機中做功，轉變成電能也許機械能。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，擁有尺寸大，重量重，設計、制造復雜，作用大的特點，再設計和制造方面被稱為今世熱交換器技術的最高水平。實質運行經驗表示，蒸汽發(fā)生器可否安全、可靠的運行，對整個核動力裝置的經濟性和安全可靠性有著十分重要的影響。長遠以來國際上壓水堆核電站蒸汽發(fā)生器經常發(fā)生傳熱管腐化破壞，在可靠性上存在嚴重問題，是核蒸汽供給系統(tǒng)的致命缺點，保證蒸汽發(fā)生器的制造質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，技術密集程度高，要求制造質量吻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特別重要。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《核動力設備》，在閱讀了大量文件后，提出了蒸汽發(fā)生器的一種新的方案設計，并進行了論證。經過強度計算和結構設計，確定了蒸汽發(fā)生器的結構尺寸，爾后分別進行了蒸汽發(fā)生器的熱力計算、水動力計算，希望能獲得更佳的設計方案。目錄第一章緒論1一、蒸汽發(fā)生器歸納.1二、蒸汽發(fā)生器的基本技術要求.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)生器的結構設計.9六、蒸汽發(fā)生器的總圖繪制和部件圖繪制.9第三章課程設計計算過程10一、依照熱平衡確定換熱量.10二、管徑的采用以及傳熱管數(shù)量的確定.10三、換熱面積的計算.11四、管束結構的計算.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.171九、運動壓頭的計算.23十、循環(huán)倍率的確定.24第四章結論與議論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)生器歸納蒸汽發(fā)生器是核電動力設備中的一個主要部件，產生汽輪機所需蒸汽的換熱設備。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，使其產生擁有必然壓力、必然溫度和必然干度的蒸汽，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)生器既是一回路設備，又是二回路設備，因此被稱為一、二回路的樞紐。實質運行經驗表示，蒸汽發(fā)生器可否安全、可靠地運行，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行經驗表示，蒸汽發(fā)生器的性能（無論是靜態(tài)性能還是動向性能）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)生器傳熱管破壞事故的裝置數(shù)量，湊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)生器當作完滿壓水堆核電技術的重要環(huán)節(jié)，并擬定了弘大的研究計劃，主要包括蒸汽發(fā)生器的熱工水利解析；腐化理論和傳熱管資料的研制；無損探傷計數(shù)；振動、磨損、疲倦研究；改進結構設計，減少腐化化學物的濃縮；改進水質控制等。二、蒸汽發(fā)生器的基本技術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)生器時對結構、強度、資料抗腐化性、密封性等都提出了很高的要求，其中最基本的技術要求為：蒸汽發(fā)生器及其部件的設計，必定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濟運行。1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，而且要求隨著單機容量的增加，其技術經濟指標獲得相應改進。(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、部件的裝置必定保證在密封面上消除一回路工質漏入二回路中去的可能性。(5)必定消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)生器必定產生必要純度的蒸汽，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)故障而及時消除，并有可能完整疏干。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(shù)，正確地選擇結構方案、資料、傳熱管尺寸、傳熱系數(shù)以及冷卻劑等。別的，必定采用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、結構設計等。熱力學計算主要經過傳熱學知識計算傳熱管傳熱面積，爾后與管束結構設計相結合能夠獲得傳熱管長度、管束直徑等結構參數(shù)。強度計算經過壓力校驗等用于采用蒸汽發(fā)生器結構資料、確定結構尺寸等。蒸汽發(fā)生器中要經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)后要留取必然余量，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，由于只有結構尺寸確定，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)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。由于蒸汽發(fā)生器內二回路側流體的水力特點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。而且計算過程誤差較大，經常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、汽水分別器阻力等。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，即先假設幾個不相同的循環(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，兩根曲線交點即為牢固工況的循環(huán)倍率值。循環(huán)倍率值一般取2~5為宜，其值過小會以致傳熱惡化，腐化加劇等；而過大則會增大汽水分別器負荷，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構選型和熱力計算此后進行，但是結構設計和熱力計算又需要水力計算數(shù)據(jù)，因此三者經常要屢次交替進行，以使設計漸漸完滿。四、目的和要求：1、運用“核動力設備”課中所學的知識，并加以牢固、充分和提高。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)生器結構設計的能力。4、培養(yǎng)學生查閱資料，合理選擇和解析數(shù)據(jù)的能力，提高學生的運算、繪圖等基本技術。5、培養(yǎng)學生對工程技術問題的嚴肅認真和負責態(tài)度。五、任務：1、完成蒸汽發(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)生器的結構設計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、一回路側冷卻劑入口溫度；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(shù)：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、下降空間：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=0.15mm。20、流量分配管板：(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、完成一回路冷卻劑對傳熱管內壁的強迫對流放熱計算，確定a1值：10.023Re0f.8Prf0.4di42、完成傳熱管壁的導熱計算，確定管壁熱阻RW值：RWdolndo2wdi、確定污垢熱阻Rf值：對于不銹鋼：Rf0.52~0.69104m2℃/W對于鎳基合金：Rf0.26104m2℃/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的沸騰換熱計算，確定a2值0.557p0.15q0.7式中：p—Pa；q—w/m25、完成傳熱系數(shù)k值的計算：1do11kdiRwRfio6、確定傳熱面積F值：F

Qkt式中：Q—傳熱量；t—傳熱溫差。設計傳熱面積F設CF式中：C—設計貯備系數(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(shù)，按有關公式或圖表求取；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—一回側路冷卻劑的平均密度，kg/m3；5u1—一回側路冷卻劑的平均流速，m/s；（2）、局部阻力：（Pl）Pl

1u122式中：—局部阻力系數(shù)。值主要取決于通道的結構型式，經過實驗求得，屬于經驗數(shù)據(jù)。一回路側總的局部阻力：PPAPBPCPDPEPFPG其中：①由入口管至入口水室，通道截然突然擴大的局部阻力—PAAu2APAA2②在入口水室內轉彎的局部阻力—PBPBB

BuB22③由入口水室至傳熱管束，通道截面突然縮少的局部阻力—PCPCC

CuC22④在U型管彎頭內轉彎180°的局部阻力—PDPDD

DuD22⑤由傳熱管束至出口水室，通道截面突然擴大的局部阻力—PEPEEuE2E2⑥在出口水室內轉彎的局部阻力—PF6PFFuF2F2⑦由出口水室至出口接收，通道截面突然減小的局部阻力—PGGuG2PGG2一回路側的水阻力：PHPfPl考慮貯備系數(shù)。其值為計算阻力的10%因此：P1.1PH2、二回路側循環(huán)倍率的計算：在設計中，常用圖解法來確定循環(huán)倍率CR值和循環(huán)速度uo值。即先假設幾個不相同的循環(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牢固工況時的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—上升空間含汽段高度。l,g—分別表示飽和水和飽和汽的密度；—表示上升空間平均截面含汽率。（2）水循環(huán)總阻力P的計算：總阻力PPdPrPs7其中：Pd,Pr和Ps—分別表示下降空間、上升空間和分別器的阻力。一般Pd10%P,PS由實驗確定而PrPfPlPbPa式中：Pf,Pl,Pb和Pa分別表示摩擦阻力、局部阻力、彎頭區(qū)阻力和加速度阻力，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(shù)，一般取=1.102—波折減薄系數(shù)doR14R式中：R—波折半徑，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）SFD28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)生器的結構設計：主要完成以下工作：1、管束組件的結構設計：確定流程數(shù)，完成傳熱管的排列，確定管束直徑及高度，最正確高-徑比一般取為3；確定管子的固定支撐，確定隔板的數(shù)量和結構。2、襯筒的結構設計：確定襯筒的幾何形狀和尺寸。襯筒內徑：DwiD管束2t式中：t為裝置縫隙，約10~20mm。襯筒外徑：DwoDwi2式中：為襯筒壁厚，取為12mm。3、下筒體結構設計：下筒體內徑Di,下Dwo2B式中：B為下降流道寬度，取為88mm。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、分別器組件：采用三級汽水分別方式，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：確定給水管的結構，部署及有關幾何尺寸。7、排污裝置：確定排污管的結構、部署及有關幾何尺寸。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1~2張。9第三章課程設計計算過程一、依照熱平衡確定換熱量一回路入口焓值：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、管徑的采用以及傳熱管數(shù)量的確定采用傳熱管的外徑為：d。=22mm；節(jié)距采用為：t=30mm（在1.35~1.45d。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)：=1.102；波折減薄系數(shù)：R1do.82；4Rmin1.092一回路側設計壓：P1.25P5*0000002/9.8*104kg/cm191.3265kg/cm設,11191.3kg/cm10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采用一回路側水流速度為：u15.0m/s一回路水平均比容：v10.001378m3/kg（15.0MPa，300℃，飽和水）則一回路側流通面積為：G1v12A0.5867mu1U型管數(shù)量為：nAG1v1/u12128.40*0.001378/52069aa2069，依照排管最后確定U型管數(shù)量為：n=2092。284三、換熱面積的計算一回路側水導熱系數(shù)：10.5614W/(m℃）（15.0MPa，300℃，飽和水）一回路側水普朗特數(shù)：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(shù)：Refu1di7.81051v1一回路側換熱系數(shù)：10.0231Ref0.8Prf0.433129W/m8.722·℃di傳熱管導熱系數(shù)：w17.4W/(m℃)（給定）傳熱管壁熱阻：Rwdolndo9.268105m2℃/W2wdi11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先假設一個傳熱系數(shù)k，爾后進行迭代，最后得do11122以求得試取kRwRf·℃di12此時熱負荷：q=k·Δtln=185960W/m2二回路側放熱系數(shù)：α20.150.7s=28485=.0557pq所需傳熱面積：FQ222k126952.80.1mmW/m·℃tln傳熱裕度系數(shù)：C=1.12設計傳熱面積：F設CF13781368.08mm四、管束結構的計算F設19794939m傳熱管總長：L總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節(jié)4t0.12m實質布管數(shù)：n=2070根管束直徑：tb=2.28mD平均直徑：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99m15892m12管束直段高：H直L直3.2n3.84mm彎管段高為：Dmax1.174mm管束總高：HtbH直H彎4.96m五、強度的計算（1）襯筒內徑：DwiD管束2t2.31m，其中δt是裝置縫隙，約10~20mm，取15mm；襯筒外徑：DwoDwi222.334m.，其中δ是襯筒壁厚，給定為12mm。（2）下筒體內徑：Di,下Dwo2B2..518m，其中B為下降流道寬度，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則上筒體外徑為：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承壓部分直徑：DDi25108mm計算壁厚：S'1P設，1425437..5m57mmFD[]2設計壁厚采用為：S426mm堆焊層厚度：S堆10mml總（6）傳熱管實質平均長度：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=12.111m22S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（采用，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（采用，30~40m/s）14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（采用，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/su1'di一回路側水雷諾數(shù)：Re819334819327.34v1摩擦阻力系數(shù)：0.3164Re0.250..01082601052平均壁溫：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(shù)：溫度修正系數(shù)：(1)0.140.989'115l'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入口管內徑：d1i0.6m（與主管道相同）入口管截面積：222A14d1i40.6200.2827m突擴阻力系數(shù)：1(1A1)200..77037776Fc一回路側水入口處比容：v1i0.001421m3/kg（15.0MPa，310℃）入口管內流速：u1i4G1v1i10.47m/sd12i從入口管至水室阻力：P1u12i2558525647Pa.Pa12v1i水室轉彎45°阻力系數(shù)：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(shù)：A'0.234Fc查圖得傳熱管入口阻力系數(shù)：30.452傳熱管入口阻力：P3u1'4364Pa2v1i33878.63Pa16U型管轉180°阻力系數(shù)：40.5U型管轉180°阻力：P4u'24992Pa.52Pa412v1傳熱管出口阻力系數(shù)：50.58733kg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(shù)：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(shù)：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)下降空間阻力下降空間水比容：vd0.001286m3/kg入口阻力系數(shù)：in1；出口阻力系數(shù)：out1；17定位裝置阻力系數(shù)：f1下降空間高度：H0=5.78m襯筒外徑：Dw0=2.334m下筒體內徑：Di,下2.518m下降空間當量直徑：DeDi,下Dwo0.176m絕對粗糙度：0.15mm摩擦系數(shù)：De217622d(1.742lg)（176/0..3）]220.15下降空間截面積：Fd22224(Di,下Dwo)0.70m689m下降空間水流速：udCRDvd1260.001286[3,4,5][0..726,071,0.94,1.968,.18].21]m/sFd0.68下降空間阻力：Pd(H0)ud2d[742,1319,2061][700.56,1038.5,1622.68]PaDe2(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：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(shù)量：n'1018上升空間流通面積：Fu[Dwi2(2nn')do2]2.8661m24上升空間當量直徑：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：液相平均折算速度：出口汽相折算速度：汽相平均折算速度：液相動力粘度：vl汽相動力粘度：vg液相雷諾數(shù)：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/s1.803105m2/s'uode[4249144834,62643,77337].64,59488.29,6484.95]汽相雷諾數(shù)：Rego鑒識流型：都為紊流

vl''uodevg

====46729管束直段高：H直3.814m液相摩阻系數(shù)：λl0=0.3164Rel0-0.25=[0.02174,0.02000,0.01897]汽相摩阻系數(shù)：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：l1X2X192g：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(shù)量：N=5上升流道單元面積：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(shù)：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(shù)ZR(0.190.92Ps)12.515Pc參數(shù)K：KZR12.913ZR221K1[3.15,2.54,2.16]l：lXX25,2.46,2.15]202g：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)阻力管束彎頭最大節(jié)圓直徑：db234.28mm彎管區(qū)重心至圓心距離：ys0.21220.4db0.4838m計算沖刷排數(shù)：N'ys115t系數(shù)：x1x2t1.36do系數(shù)：n0.431.131.24259x1液相雷諾數(shù)：Relou02'de[[34372,51,3993.558,68744]0989.96,67986.62]vl汽相雷諾數(shù)：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''go70.9.9Pa221(Pb)lo[0.68,0.99,1.29]參量X：XPb)go(2lo2g

::

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[1064,1538,2013]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）加速阻力2管束出口質量含汽率：x21[0.333,0.25,0.20]CRx2''管束出口體積含汽率：2x2(1x2)[0.939,0.911,0.885]'''系數(shù)：C0.8330.05ln(ps6)0.91310管束出口截面含汽率：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加速阻力：Pa2(1x2)2x221[13688,255,286]Pa.72,185.61,240.11]PaG['(12)''']2e）流量分配孔板阻力：阻力系數(shù)：h7.8孔板局部阻力：Phuo221,215,292]Pah2[12.75,159.56,249.32]Pa上升空間阻力：PrPfPlPbPaPh[8255,12483,16532]PaPaf）汽水分別器阻力：Ps[12600,14900,17090]Pa22g）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下降空間下端壓力：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管束上方區(qū)段高度：Hr2HoHtb0.8m蒸發(fā)段平均質量含汽率：x11[0.167,0.125,0.100]mx22x1''蒸發(fā)段平均體積含汽率：[0.859,0.813,0.771]1x1(1x1)'''蒸發(fā)段平均截面含汽率：1C1[0.784,0.74,0.742,0.71].705]管束上方區(qū)段平均截面含汽率：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管束上方區(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(shù)值列出表并做曲線：項目符號單位數(shù)值循環(huán)倍率C345R運動壓頭PPa308552929327885m循環(huán)總阻力P總Pa21597287013568340000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：由上圖可近似確定循環(huán)倍率為4.1，滿足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滿足不低于0.1并最好大于0.2m/s的要求。24第四章結論與議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講解。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、強度和結構設計等項目的計算任務，繪制了蒸汽發(fā)生器的總圖。牢固、充分和提高了“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，合理選擇和解析數(shù)據(jù)的能力，提高了自己的運算、繪圖等基本技術。經過本次設計，我對蒸汽發(fā)生器的結構、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認識。經過上述的計算過程和結果能夠獲得，本蒸汽發(fā)生器的循環(huán)倍率大體是4.1，循環(huán)速度大體是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裂的情況；也防備了循環(huán)倍率過大概使汽水分別器的負荷過大，惹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)生器的課程設計有以下不足，仍需要加以改進和考據(jù)：在計算兩相流的壓降等時采用的分相流模型可否能夠較為有效的滿足實質情況未知，需要加以大量合理的試驗考據(jù)。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考據(jù)，結構強度以及實質可否能夠精確的加工出該種形狀有待考據(jù)。結構強度設計的時候在理論計算的基礎上選定實質加工的尺寸的時候采用厚度不夠保守，實質情況需要依照工程經驗考據(jù)。在管束直徑和彎管計算以及傳熱管排布等環(huán)節(jié)做了較大簡化辦理；其次，“高徑比”比較小，大體是2.2左右，與最優(yōu)值3偏離較大，使得汽水的重力分別不能夠很好的起到不用。別的，由于對機械加工、資料等方面知識認識不夠，結構設計也存在諸多25不不慎重的設計，而且閱讀的文件資料不足，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，作圖有好多不當之處，有好多未按國標進行設計，有些部件圖比率掌握的不是很好，精巧度不是很好，該圖可是為了掌握部分繪圖基礎知識，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入口溫度一回路水出口溫度一回路水平均溫度一回路水入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(shù)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、熱平衡符號單位公式及本源數(shù)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″）2128.427序號項目

二、傳熱計算符號單位

公式及本源數(shù)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平均比容一回路流通面積U型管數(shù)量一回路水導熱系數(shù)一回路水動力粘度一回路水普朗特數(shù)一回路水雷諾數(shù)一回路側放熱系數(shù)傳熱管導熱系數(shù)傳熱管壁熱阻34污垢熱阻二回路側放熱系數(shù)36傳熱系數(shù)37大端溫差38小端溫差對數(shù)平均溫差

domdimam2u1m/sm3/KgAm2nW/m·℃kg/m·sPrfRefW/m2·℃W/m2·℃Rwm2·℃/Wf2·℃/WRmW/m2·℃kW/m2·℃tmax℃tmin℃tln℃

選定選定1di24選定查表G11u1A/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*1019*10-32.835*10-450.00137830.58672069561.44*10-388.33*10-60.86167.8*1053313017.4-59.268*100.26*10-42848.96529546.0626.0635.1228序號項目符號單位公式與本源數(shù)值40熱負荷qW/m2qtln18596041計算傳熱面積Fm2Q103q1243.742傳熱裕度系數(shù)選定1.143設計傳熱面積F設m2CF1368.08三、管束結構1傳熱管總長L總mF設do1979.42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實質布管數(shù)n根結構設計定20706管束直徑Dtbm結構設計定2.287彎管總長L彎m結構設計定3901.868直管總長L直mL總—L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直+H彎4.9612傳熱管實質平均長度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8.7229四、主要管道內徑序號項目冷卻劑平均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1u10d1id1iu102u2d2id2iu23u3d3id3iu3

單位m3/Kgm/smmm/sm3/Kgm/smmm/sm3/Kgm/smmm/s

公式與本源數(shù)值查表1.37810-3采用：8~12m/s10.54G11u100.5827選取0.64G11d12i10.47x1x0.0.3906采用：30~40m/s344G22u20.4293選取0.434G22d22i33.89查表0.001187采用：2~5m/s3.44G33u30.2378選取0.244G33d32i3.3430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本源Ⅰ一回路水阻力計算一、U型管內摩擦阻力計算

數(shù)值傳熱管實質平均長度2當量直徑3一回路水流量一回路水平均比容5一回路水流速考慮堵管后流速一回路水雷諾數(shù)8摩擦阻力系數(shù)平均溫度下動力粘度壁溫下動力粘度溫度修正系數(shù)12摩擦阻力13下封頭內徑14水室截面積15入口管內徑入口管截面積

lm結構設計dim結構設計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結構設計定Fcm2D128d1im選定A1m24d12i

10.4119*10-32128.40.001378355.258.193*1050.01052-688.33*1095.45*10-60.9892429532.4682.3920.60.28331序號項目符號單位

公式及本源

數(shù)值17比值突擴阻力系數(shù)一回路水入口處比容一回路水入口處密度入口管內流速從入口管至水室阻力水室轉彎45°阻力系數(shù)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(shù)傳熱管入口阻力系數(shù)傳熱管入口阻力U型管轉180°阻力系數(shù)U型管轉180°阻力傳熱管出口阻力系數(shù)出口處水比容出口處水密度傳熱管出口阻力

11i1iu1iP12P2A′3P34P4522P5

m3/kgkg/m3m/sPaPam2m2PaPam3/kgkg/m3Pa

A1Fc查表查表11i熱工計算定u12i1i12查表u12i1i22熱工計算定A/1.05Fc查表u121i32查表u12142查表查表12u12252

0.1180.77760.0014212703.6310.47299640.9346820.58690.55900.23370.454343.60.54992.30.55720.001341745.686034.732序號項目符號單位36出口管內流速u2m/s37水室轉彎阻力系數(shù)ξ638水室轉彎阻力P6Pa39出口管突縮阻力系數(shù)ξ740出口管突縮阻力P7Pa三、總阻力41總阻力PPa42設計阻力P設PaⅡ二回路水循環(huán)阻力計算一、下降空間阻力

公式及本源G12A1查表6u222查表7u22227PfPii111P

數(shù)值10.120.934811.10.45174.5.51752071927281循環(huán)倍率CR假設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31771.60dkg/mvd6入口阻力系數(shù)ξin采用17出口阻力系數(shù)out采用18定位裝置阻力系數(shù)ξf采用133序號項目

符號單位公式及本源數(shù)值下降空間高度10套筒外徑11下筒體內徑下降空間當量直徑13絕對粗糙度14摩擦系數(shù)下降空間截面積下降空間水流速下降空間阻力

H0m結構設計定Dw0m結構設計定Dsim結構設計定DemDsi—Dwom選定1dDe2(1.7421g)2Fdm2Dsi2Dwo24udm/sCRDdFdPdPa(Ho)ud2dde2二、上升空間阻力1、摩擦阻力

5.782.3342.510.1761.5*10-40.018890.66960.7260.9681.21742131920611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結構設計定2.316傳熱管外徑d0m熱工計算定22*10-37支撐板定位拉桿數(shù)量n根結構設計定188上升空間流通面積Fum2[Dw212nndo2)]2.61434序號項目

符號單位

公式及本源數(shù)值上升空間當量直徑10循環(huán)速度出口水相折算速度水相平均折算速度出口汽相折算速度汽相平均折算速度水相運動粘度汽相運動粘度17水相雷諾數(shù)18汽相雷諾數(shù)19鑒識流態(tài)20管束直段高水相摩阻系數(shù)汽相摩阻系數(shù)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

demuom/suo2m/suom/suo2m/suovlm2/svgm2/sReloRegoHsmlogoPfloPaPfgoPa

4Fu[Dwi2nndo]CRDv'Fu(CR1)Dv'Fu1uouo22Dv"Fu1uo22查表查表uodevluodevg臨界值:1000結構設計定0.3164Relo0.250.3164Rego0.25Hsuo2lode21Hsuo2"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

符號單位公式及本源數(shù)值汽相摩擦阻力30摩擦阻力1支撐板數(shù)量上升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個結構設計定Aumm2結構設計定aumm2結構設計定au/Au

302.1430.1540.7302.1430.1540.75519.9113.10.218局部阻力系數(shù)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(shù)ZR12參數(shù)K132l2g水相局部阻力汽相局部阻力局部阻力

lPlloPaPgoPalpsPapcPaPllPaPlgPaPlPa

查圖Nluo221uo2Nl23PlloPlgo給定查水蒸汽表10.190.92pspcZR1ZR1K1XX21KXX22Plllo2PlggoPllPlg2

41209040806219777.41.642.292.8365*10622.15*102.5152.9133.152.462.158.4612.9217.2465801004513400658010045134006580100451340036序項目號

3、彎管區(qū)阻力符號單位公式及本源數(shù)值管束彎頭最大節(jié)園直徑彎管區(qū)重心至園心距離

dbmysm

結構設計定2.280.2122db0.48383節(jié)距計算沖刷排數(shù)5系數(shù)

tmN'x1=x2

結構設計定ys1(取整數(shù))tt/do

0.03151.366系數(shù)

n

0.43

1.13x1

1.2593437515568747水相雷諾數(shù)8汽相雷諾數(shù)水相磨擦阻力系數(shù)汽相磨擦阻力系數(shù)水相阻力汽相阻力13參量X214lo215go16水相阻力17汽相阻力

ReloRegolox1=x2gox1=x2PbloPaPbgoPaPblPaPbgPa

uo2devluo2devg0.08x20.1540.044(x1)nRelo10.08x20.1540.044(x11)nRegouo2Nlo2uo