Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский институт машиностроения (ЛМЗ-ВТУЗ)

Факультет атомного энергетического машиностроения

Кафедра спецэнергомашиностроения

Курсовой проект

По дисциплине Парогенераторы и теплообменные аппараты

На тему:

«Проектирование и расчет горизонтального парогенератора с прямыми змеевиками»

Выполнил: студент группы 5301

Хоменко А.А.

Проверил: проректор по учебной

‘работе, профессор

Юрковский В.Б.

Санкт-Петербург 2009 г.

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………………………..............

1. Конструкция горизонтального парогенератора…………………………………………...

2. Методика расчёта……………………………………………………………… …………………………..

3. Исходные данные…………………………………………………………………………………………….

4. Тепловой расчёт……………………………………………………………………………………………….

4.1. Расчет тепловой мощности ПГ и параметров рабочей среды……………..

4.2. Расчет трубы поверхности теплообмена………………………………………………...

4.3. Расчет числа труб поверхности теплообмена………………………………………...

4.4. Расчет внутреннего диаметра корпуса ПГ………………………………………………

4.5. Расчет возможности размещения ВБСУ………………………………………………….

4.6. Расчет основных геометрических характеристик коллектора теплоносителя и компоновка поверхности теплообмена ……………………………

4.7. Расчет площади поверхности теплообмена и основных геометрических характеристик корпуса ПГ…………………………………………………...

5. Гидравлический расчёт……………………………………………………………………………………

5.1. Гидравлический расчет первого контура ……………………………………………….

5.1.1. Расчет сепарационных устройств …………………………………………………………

5.2. Гидравлический расчет второго контура ……………………………………………….

5.2.1. Расчет гидравлического сопротивления питательного ……………………...

водяного тракта……………………………………………………………………………………………….

5.2.2. Расчет гидравлического сопротивления парового тракта …………………

5.2.3. Расчет мощности привода питательного насоса…………………………………

6. Расчёт на прочность основных элементов ПГ……………………………………………….

6.1. Расчет на прочность коллектора теплоносителя……………………………………

6.2. Расчет на прочность основных элементов корпуса ПГ………………………….

6.2.1. Расчет на прочность эллиптических днищ…………………………………………...

6.2.2. Расчет на прочность центрального участка цилиндрической

части корпуса…………………………………………………………………………………………………...

6.2.3. Расчет на прочность бокового участка цилиндрической

части корпуса…………………………………………………………………………………………………...

7. Расчёт стоимости изготовления ПГ………………………………………………………………...

7.1. Расчет стоимости изготовления корпуса ПГ……………………………………………

7.2. Расчет стоимости изготовления коллектора теплоносителя…………………

7.3. Расчет стоимости изготовления трубной системы…………………………………

7.4. Расчет стоимости изготовления ПДЛ с отбортовкой и ППДЛ без

учета ребер жесткости…………………………………………………………………………………….

7.5. Расчет стоимости изготовления жалюзийных сепараторов ………………….

7.6. Расчет стоимости изготовления ПГ …………………………………………………………

8. Анализ результатов расчёта………………………………………………………………….………..

Заключение………………………………………………………………………………………………………….

Список литературы………………………………………………………………………………………………

Введение

Основой технологического процесса производства электрической энергии на паротурбинных АЭС является превращение тепла в механическую энергию, а механическую в электрическую.

Всё многообразие конкретных вариантов тепловых схем АЭС по технологии производства рабочего пара чётко делиться на два принципиально различных типа.

Рабочий пар на АЭС может быть получен или непосредственно в ядерном реакторе, или же в специальном агрегате за счёт тепла, поступившего из ядерного реактора. В первом случае АЭС состоит из одного контура, соединяющего непосредственно ядерный реактор, который производит рабочий пар, и турбогенератор. Такие АЭС называют одноконтурными. Во втором случае необходимо иметь по крайней мере два контура. Один из них объединяет ядерный реактор и агрегат, вырабатывающий пар, - парогенератор, а другой соединяет ПГ с турбогенератором. Выполненные по этой схеме АЭС называют двухконтурными.

Основной признак одноконтурной схемы – наличие реактора, производящего рабочий пар. В двухконтурных АЭС производство рабочего пара осуществляется в специальной парогенераторной установке. Тепло для подогрева питательной воды до температуры насыщения, испарения её в заданном количестве и перегрева пара вносится в парогенераторную установку первичным теплоносителем, который нагревается в реакторе. Таким образом, первичный теплоноситель является охлаждающей средой для реактора и греющей средой для ПГ. При такой технологии производства рабочего пара процессы выделения тепла и передачи его рабочему телу осуществляются в разных агрегатах.

В качестве первичного теплоносителя применяются газообразные и жидкие вещества. Движение теплоносителя в первом контуре реактора осуществляется при помощи насоса. Первый контур является замкнутым. Для очистки теплоносителя от примесей некоторое его количество выводится из контура. Схема второго контура, включающего ПГ, турбогенератор и систему регенеративного подогрева воды, принципиально не отличается от схем рабочих контуров ТЭС и одноконтурной АЭС.

Производство пара начинается с подогрева поступающей в ПГ воды до температуры насыщения и заканчивается перегревом выработанного пара до заданной температуры.

Теплообменные аппараты широко применяются во многих отраслях промышленности: энергетике, химической и нефтеперерабатывающей промышленности и др.

ПА АЭС представляет собой единичный теплообменный аппарат или их совокупность. В ПГ осуществляется производство рабочего пара с использованием тепла, отводимого из активной зоны реактора охлаждающей средой, направляемой в поверхности нагрева ПГ.

Основные характеристики ПГ АЭС такие же, как и ПГ ТЭС: паропроизводительность, параметры пара и температура питательной воды. В общем случае ПГ состоит из подогревательного, паропроизводящего и перегревательного элементов.

ПГ в целом делятся на три типа: прямоточные (все элементы включены в одну последовательную цепь с однократным принудительным движением в них рабочего тела за счёт напора, создаваемого насосом), с естественной циркуляцией (многократный проход воды через поверхность нагрева испарителя за счёт естественного напора) и с многократной принудительной циркуляцией (многократное движение воды в замкнутом контуре испарителя, но за счёт напора, создаваемого насосом).

Поэтому целесообразно рассмотреть требования, предъявляемые к ПГ АЭС, и определить соответствие существующих типов теплообменных аппаратов этим требованиям.

Основные требования к ПГ АЭС:

1. Схема ПГ и конструкция его элементов должны обеспечить необходимую производительность и заданные параметры пара при любых режимах работы АЭС. Выполнение этого требования предусматривает наиболее экономичную работу станции как при нормальной, так и при переменных нагрузках.

2. Единичная мощность ПГ должна быть максимально возможной при заданных условиях. Это требование связано с улучшением технико-экономических показателей при укрупнении мощности единичного агрегата.

3. Все элементы ПГ должны обладать безусловной надёжностью и абсолютной безопасностью. Поверхность теплообмена в ПГ выполняется из большого числа труб малого диаметра, т.е. в ней сосредотачивается большое число труб первого радиоактивного контура. В связи с этим надёжность работы АЭС в значительной степени определяется надёжностью ПГ. Необходимо правильно решать вопросы радиационной защиты и обеспечивать прочность всех элементов конструкции.

4. Соединения элементов и деталей ПГ должны обеспечивать плотность, исключающую возможность перетечек из одного контура в другой. Сколько-нибудь существенное попадание теплоносителя в рабочее тело недопустимо, так как паротурбинный контур не имеет биологической защиты. Проникновение рабочего тела в первый контур приведёт к повышению радиоактивности теплоносителя и отложению радиоактивных продуктов коррозии в первом контуре. Наиболее опасны отложения продуктов коррозии на твэлах. В этом случае может произойти резкое уменьшение теплоотвода.

5. ПГ должен вырабатывать пар необходимой чистоты, что обеспечит надёжность высокотемпературных пароперегревателей, а так же надёжную и экономичную работу турбины.

6. Конструкция элементов ПГ должна быть проста и компактна, должна обеспечивать удобство монтажа и эксплуатации, возможность обнаружения и ликвидации повреждений, возможность полного дренирования.

7. Схема и конструкция ПГ должны обеспечить высокие технико-экономические показатели. При проектировании ПГ бывают заданными вид и параметры теплоносителя и рабочего тела на входе и выходе. Поэтому особое значение для получения оптимальных технико-экономических показателей ПГ имеет правильный выбор его конструкционной схемы, материалов, размеров, элементов поверхностей теплообмена, скоростей теплоносителя и рабочего тела. Необходимо принимать меры для снижения потерь в окружающую среду.

Парогенератор может состоять из следующих элементов:

водяного экономайзера, испарителя и пароперегревателя.

По способу организации движения рабочего тела парогенераторы делятся на три группы: с естественной циркуляцией, с многократной принудительной циркуляцией и прямоточные.

По количеству корпусов, в которые заключена теплопередающая поверхность, парогенераторы делятся на корпусные и секционные (модульные).

Если вся теплопередающая поверхность парогенератора размещена в одном корпусе, то такая конструкция называется корпусной.

По способу расположения в пространстве парогенераторы делятся на горизонтальные и вертикальные.

По способу подвода и отвода теплоносителя: коллекторные и камерные.

По способу компоновки поверхности теплообмена: из пучка труб, секционные, ширмовые и змеевиковые.

По способу размещения компенсаторов температурных расширений: в корпусе или в теплопередающей поверхности.