Расчет труб поверхности нагрева

 

Материал - сталь Х18Н10Т.

Номинальное допускаемое напряжение для этой стали при t₁' = 320 °C: [σ_н] = 11,72 кгс/мм².

Рисунок 3.6 - Труба поверхности нагрева

 

Толщина стенки трубы:

 

 

прибавка к толщине стенки на минусовый допуск:

 

 

прибавка на уплотнение за счет коррозии;

прибавка по технологическим соображениям;

прибавка на утонение стенки изогнутой части трубы (для расчета предварительно задаём δ = 1,6 мм, овальность принимаем а = 12%);

 

 мм

 

Допустимое d _тр = 1,492 мм, а ранее мы выбрали d _тр = 1,6 мм.

То есть, оставляем толщину трубки коллектора 1,6 мм.

Расчет толщины обечайки корпуса

 

Корпус ПГ состоит из цилиндрической части и двух эллиптических днищ: нижнего и верхнего. Материал корпуса из стали 22К. Внутренний диаметр корпуса зависит от диаметра последнего слоя навивки пучка труб и ширины кольцевого канала между обечайкой трубного пучка и корпусом. Кольцевой канал является опускным участком контура естественной циркуляции рабочего тела. От площади проходного сечения канала зависит скорость воды в опускном участке, которая не должна превышать значение w_оп = 2 м/с.

Площадь опускного участка кольцевого канала:

 

f_ОП= м²

 

Внутренний диаметр обечайки корпуса:

 

м

 

В верхней обечайке корпуса имеется два ослабляющих отверстия (Рис 3.7)

 

d₁=0,3 м и d₂=0,1 м

 

Рисунок 3.7 - Верхняя обечайка корпуса

 

Выберем наибольший диаметр и уточним для него толщину стенки:

 

А=

 

При 0.2<А<1.0

 

j=

мм

мм

мм

d_н.кор^н= d_в.кор+2^.d_кор=3,83+2^.0,109=4,048 м

d_н.кор^в= d_в.кор+2^.d_кор=3,83+2^.0.137=4,104 м

 

Толщина нижнего укрепленного эллиптического днища (Рис. 3.8):

 

Рисунок 3.8 - Нижнее укрепленное эллиптическое днище

 

 

где:

d_вн.дн. = d_{вн.корп.} = 3,83 м

H_дн = 0,2·d_вн.дн. = 0,2·3,83 = 0,766 м

 

Получаем:

 

.

 

Принимаем δ_дн = 0,132 м.

Толщина верхнего укрепленного эллиптического днища (Рис. 3.9):

 

Рисунок 3.9 - Верхнее укрепленное эллиптическое днище

 

 

где:

d_вн.дн. = d_{вн.корп.} = 4,104 м

H_дн = 0,2·d_вн.дн. = 0,2·4,104 = 0,8088 м

 

Получаем:

 

.

 

Принимаем δ_дн = 0,102 м.

Толщина стенки конического переходного участка (Рис. 3.10)

 

Рисунок 3.10 - Коническая обечайка

 

Примем высоту конической обечайки H_{кон.обеч.}=0,350 м, тогда:

 

_р = 0,9·1,25·0,102·P₂ = 0,9·1,25·6,2·0,102 = 0,711кгс/мм²;

 

Материал 22К

 

м

 

Результаты прочностного расчета приведены в таблице 3.2

 

Таблица 3.2 - Результаты прочностного расчета

Наименование детали	Pp, МПа	tр, ^0С	Материал	d, мм
Перфорированная часть коллектора	17	320	10ГН2МФА	182
Соединительная обечайка	17	320	10ГН2МФА	40.1
Наружная обечайка коллектора	17	320	10ГН2МФА	200
Днища коллектора	17	320	10ГН2МФА	52
Трубка поверхности нагрева	17	320	Х18Н10Т	1,6
Нижняя обечайка корпуса	6,5	279.53	22К	109
Верхняя обечайка корпуса	6,5	279.53	22К	137
Нижнее днище	6,5	265,87	22К	132
Верхнее днище	6,5	279.53	22К	102
Коническая соединительная обечайка	6,5	279.53	22К	89

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

Основной задачей гидравлического расчета является определение потерь давления в каналах и затрат на прокачку теплоносителя.

Расчет начинается с определения необходимых геометрических характеристик четырех участков тракта теплоносителя (рис. 4.1):

.Разделительная обечайка

.Соединительная обечайка с раздающей камерой

.Трубы теплообменного пучка

.Собирающая камера с кольцевым каналом

 

 - направление движения теплоносителя

Рисунок 4.1 - Участки тракта теплоносителя гидравлического расчета

 

Определим длину камеры теплоносителя

 

 

Длина камеры теплоносителя,не занятой полем отверстий 0.7 м

Длина первого участка:

 

 

Длину кольцевого канала примем 3 м

 

 

Длина второго участка

 

 

Длину соединительной обечайки с раздающей и собирающей камерами теплоносителя примем 10 м

 

 

Длина третьего участка

 

 

Длина четвертого участка

 

 

В качестве гидравлического диаметра на всех расчетных участках,за исключением четвертого,принимаютя внутренние диаметры соответственно разделительной обечайки,соединительной обечайки с камерой теплоносителя и теплообменных труб [2]:

 

Исходя из заданного соотношения площадей проходного сечения кольцевого канала и разделительной обечайки

 

 

Тогда гидравлический диаметр четвертого расчетного участка

 

 

Коэффициенты трения на расчетных участках:

 

 

Шероховатость на всех учатсках, кроме третьего(

 

 

Местные сопротивления на первом участке представланы резким поворотом потока на 90⁰ и внезапным расширением проходного сечения при потока из разделительной обечайки в соединительную

 

 

На втором участке местные сопротивления отсутствуют

На третьем участке местные сопротивления представлены входом в трубу, выходом из нее в камеру и плавными поворотами

 

 

Местные сопротивления четвертого участка включают в себя только резкий потока теплоносителя при ві ходе из ПГ

 

 

Массовые скорости теплоносителя на участках

 

 

Гидравлические сопротивления расчетных участков

 

 

 

Гидравлическое сопротивление ПГ по тракту теплоносителя

 

 

Мощность ГЦН,затрачиваемая на прокачку теплоносителя через ПГ

 

Таблица результатов

Обозначение	Значение		Размерность
Тепловая мощность Qэк	159380.2		кВт
Qисп	627381.6		кВт
Расход теплоносителя Gтн	3720.62		кг/с
Энтал. на выходе из испарительного участка i’’1u	1276.26		кДж/кг
t’’1u	288.63		^0C
wr1	2737.48		кг/м^2с
Вход теплоносителя в испарительный участок
Re	431582.4
a1	26.87		кВт/м^2К
5t	39.14		^0C
tcт	293.91		^0C
к	6.37		кВт/м^2К
q	249.32		кВт/м^2
a2	49.86		кВт/м^2К
Выход теплоносителя из испарительного участка
5t	7.77		^0C
tcт	283.45		^0C
к	4.69		кВт/м^2К
q	36.4		кВт/м^2
a2	12.97		кВт/м^2К
Вход теплоносителя в экономайзерный участок
Re	104728
a1	12.34		кВт/м^2К
Выход теплоносителя из экономайзерного участка
Re	556759
a1	4.68		кВт/м^2К
Сепорация пара
Жалюзийные сепораторы
Nокр	8		шт
hж	0.417		м
Sокр	0.203		м
Циклоные сепораторы
Nc	143		шт
m	7		шт
Dвн^верх.об.	4.56		м
Прочностной расчет
Коллектор
dкол	0.182		м
j1	0.867
j2	0.49
j3	0.253
S1k	0.0286		м
dн.к.	1.284		м
dв.к.= dв.но	0.93		м
hk	1.75		м
dco	0.0401		м
dн.co.	1.01		м
hco	3.37		м
hнo	3.5		м
Гидравлический расчет
5 Р		кПа
N		4111	кВт

ВЫВОДЫ

 

Целью курсового проекта являлся расчет вертикального парогенератора с витой поверхностью нагрева и естестрвенной циркуляцией рабочего тела.

. При тепловом расчете площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора были определены коефициенты теплоотдачи от теплоносителя к стенке трубы, а также от стенки трубы к рабочему телу на испарительном и экономайзерном участке, которые соответственно равны:

Вход теплоносителя в испарительный участок a₁ = 26.87 кВт/(м^2.К)

Вход теплоносителя в экономайзерный участок a₁ = 12.34кВт/(м^2.К)

Выход теплоносителя из экономайзерного участока a₁ = 4.68 кВт/(м^2.К)

. Основной целью конструкционного расчета парогенератора было определение среднего угла навивки труб поверхности нагрева, который составил b = 24.31 ^о

Также были определены основные кострукционные характеристики пучка теплообменных труб:

Число труб поверхности нагрева n = 10562

Число слоёв навивки трубного пучка N_сл = 45

Диаметр 1-го слоя d_1сл = 1.488 м

Диаметр последнего слоя d_mсл = 3.6 м

Массовая скорость рабочего тела в межтрубном пространстве Wr =652 кг/(м^2.с)

. Был прочностной расчет элементов парагенератора, в котором определили толщины камер подвода теплоносителя к трубам поверхности нагрева, а также расчет коллектора, толщин обичаек корпуса.

Результаты вышеуказанных расчетов приведены в таблице результатов.

. Гидравлический расчет был выполнен с целью определения мощности ГЦН, затрачиваемой на прокачку теплоносителя через парогенератор N = 4111 кВт.

Графическая часть проекта, состоящая из двух чертежей:

- основной вид вертикального парогенератора;

-   деталировка.

Основные определяющие размеры, приведенные на чертежах являются результатами расчетов пояснительной записки.

ПЕРЕЧЕНЬ СС ЫЛОК

 

1. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных электростанций: Учебник для вузов. - 3-е изд.,перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1987. - 384с.

. Кутепов А.М., Стерман Л.С., Стюшин Н.Г. Гидродинамика и теплообмен при парообразовании: Учебное пособие для вузов. - 3-е изд. испр. -М.: Высш. Шк., 1986. -448с.

3. Расчет на прочность деталей парогенераторов АЭС: Методические указания к проекту по дисциплине “Парогенераторы атомных электростанций” для студентов специальности 0520 “Парогенераторостроение” / Сост. В.К.Щербаков,Я.В.Ященко - К.: КПИ, 1986. - 28с.

.   Методические указания к самостоятельной работе по дисциплине “Парогенераторы АЭС” для студентов специальности “Атомные электрические станции” / Сост. В.П.Рожалин. -.: КПИ, 1990. - 80с.