压水堆蒸汽发生器设计说明书资料

1、“蒸汽发生器”课程设计说明书蒸汽发生器是产生汽轮机所需蒸汽的换热设备。在核反应堆中，核裂变产生的能量t 却剂带出，通过蒸汽发生器将热量传递给二回路的给水，使其产生一定的压力、温度和二 的蒸汽。此蒸汽再进入汽轮机中做功，转化为电能或者机械能。在压水堆核电站中，蒸汽发生器是一回路系统中的一个主要设备，具有尺寸大，重彳 设计、制造复杂，作用大的特点，再设计和制造方面被称为当代热交换器技术的最高水三 实际运行经验表明，蒸汽发生器能否安全、可靠的运行，对整个核动力装置的经济性和 可靠性有着十分重要的影响。长期以来国际上压水堆核电站蒸汽发生器经常发生传热管J 破损，在可靠性上存在严重问题，是核蒸汽供应系统

2、的致命弱点，保证蒸汽发生器的制 量有助于提高其安全可靠性。由于蒸汽发生器制造相当复杂，技术密集程度高，要求制 量符合设计说明书上的要求，因此，设计说明书在蒸汽发生器的制造过程中就尤为重要。本设计说明书是针对压水堆设计的立式U型管自然循环蒸汽发生器。作者在参考了 宁老师编写的“蒸汽发生器”课程设计指导书和核动力设备，在阅读了大量文献 提出了蒸汽发生器的一种新的方案设计，并进行了论证。通过强度计算和结构设计，确j 蒸汽发生器的结构尺寸，然后分别进行了蒸汽发生器的热力计算、水动力计算，希望能2 更佳的设计方案。 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark24 o Curre

3、nt Document 第一章绪论1 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 一、蒸汽发生器概述1 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 二、蒸汽发生器的基本技术要求1 HYPERLINK l bookmark39 o Current Document 三、蒸汽发生器的设计与计算2 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 四、目的和要求3 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 五、任务3 HYPERLINK l bo

4、okmark63 o Current Document 第二章课程设计的具体内容4 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 一、给定条件4 HYPERLINK l bookmark111 o Current Document 二、蒸汽发生器的热力计算4 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document 三、蒸汽发生器的水动力计算5 HYPERLINK l bookmark184 o Current Document 四、蒸汽发生器的强度计算8 HYPERLINK l bookmark192 o Current Do

5、cument 五、蒸汽发生器的结构设计9六、蒸汽发生器的总图绘制和部件图绘制9 HYPERLINK l bookmark216 o Current Document 第三章课程设计计算过程10 HYPERLINK l bookmark219 o Current Document 一、根据热平衡确定换热量10二、管径的选取以及传热管数目的确定10 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 三、换热面积的计算11 HYPERLINK l bookmark228 o Current Document 四、管束结构的计算12 HYPERLINK l book

6、mark234 o Current Document 五、强度计算13六、主要管道内径的计算14 HYPERLINK l bookmark262 o Current Document 七、一回路水阻力的计算15 HYPERLINK l bookmark328 o Current Document 八、二回路水循环阻力的计算17九、运动压头的计算23 HYPERLINK l bookmark339 o Current Document 十、循环倍率的确定24 HYPERLINK l bookmark345 o Current Document 第四章结论与评价25附录26 HYPERLINK l

7、 bookmark348 o Current Document 一、附录1蒸汽发生器热力计算表26 HYPERLINK l bookmark354 o Current Document 二、附录2蒸汽发生器水动力计算表30 HYPERLINK l bookmark357 o Current Document 三、附录3蒸汽发生器强度计算表40附图见零号图纸 HYPERLINK l bookmark363 o Current Document 参考文献42第一章绪论一、蒸汽发生器概述蒸汽发生器是核电动力设备中的一个主要部件，产生汽轮机所需蒸汽的换 热设备。在核能反应堆中，核能产生的热量由冷却剂带

8、出，通过蒸汽发生器传 给二回路的给水，使其产生具有一定压力、一定温度和一定干度的蒸汽，此蒸 汽再进入汽轮机中做功，转换为电能或机械能。在这个能量转换过程中，蒸汽 发生器既是一回路设备，又是二回路设备，所以被称为一、二回路的枢纽。实 际运行经验表明，蒸汽发生器能否安全、可靠地运行，对整个核动力装置的经 济性和安全性具有十分重要的影响。国外压水堆核电站的运行经验表明，蒸汽发生器的性能(无论是静态性能 还是动态性能)均能满足使用要求，但在可靠性方面却难以令人满意。在运行 中发生蒸汽发生器传热管破损事故的装置数目，接近压水堆动力装置总数的四 分之一。各国都把研究和改进蒸汽发生器当做完善压水堆核电技术的

9、重要环 节，并制定了庞大的研究计划，主要包括蒸汽发生器的热工水利分析；腐蚀理 论和传热管材料的研制；无损探伤计数；振动、磨损、疲劳研究；改进结构设 计，减少腐蚀化学物的浓缩；改进水质控制等。二、蒸汽发生器的基本技术要求在核动力装置中，由于一回路为带有放射性回路，而二回路为无放射性回 路，因此在研制蒸汽发生器时对结构、强度、材料抗腐蚀性、密封性等都提出 了很高的要求，其中最基本的技术要求为：(1)蒸汽发生器及其部件的设计，必须供给核电站在任何运行工况下所需的蒸 汽量及规定的蒸汽参数。只有满足这个要求才能保证电站在任何负荷下经济运 行。(2)蒸汽发生器的容量应该最大限度地满足功率负荷的需要，而且要

10、求随着单 机容量的增加，其技术经济指标得到相应改善。(3)蒸汽发生器的所有部件应 该绝对地安全可靠。蒸汽发生器单个零、部件的装配必须保证在密封面上排除一回路工质漏入 二回路中去的可能性。必须排除加剧腐蚀的任何可能性，特别是一回路中的腐蚀。(6)蒸汽发生 器必须产生必要纯度的蒸汽，以保证蒸汽发生器在高温下可靠地运行，并保证 汽轮机也可靠而经济地运行。蒸汽发生器应设计得简单紧凑，便于安装使用，同时易于发现故障而及时 排除，并有可能彻底疏干。保证蒸汽发生器具有较高的技术经济指标。在设计蒸汽发生器时，要考虑 一、二回路两种工质的种类和参数，正确地选择结构方案、材料、传热管尺寸、 传热系数以及冷却剂等。

11、另外，必须采取减少向外散热损失的措施。三、蒸汽发生器的设计与计算蒸汽发生器的设计计算包括热力计算、水动力计算、强度计算、结构设计 等。热力学计算主要通过传热学知识计算传热管传热面积，然后与管束结构设 计相结合可以得到传热管长度、管束直径等结构参数。强度计算通过压力校验 等用于选取蒸汽发生器结构材料、确定结构尺寸等。蒸汽发生器中要通过强度 计算得出的参数有传热管、上下筒体、球形下封头管板等的壁厚。在强度计算 得出参数后要留取一定余量，以满足变工况下出现超压情况的需求。水动力计 算是最后一步，因为只有结构尺寸确定，运动状态已知的情况下水力情况才得 以确定。水力计算包括一回路水阻力计算、二回路水循环

12、阻力计算、运动压头 计算等。其中一回路水阻力计算相对简单主要包括单相水U型管管内摩擦阻 力和局部阻力两项；二回路水循环阻力计算及运动压头计算比较复杂。因为蒸 汽发生器内二回路侧流体的水力特性取决于流体工质的性质和状态、流道的结 构和几何形态，以及工质的流动形式。而且计算过程误差较大，往往需要在试 验中进一步修正。二回路水循环阻力包括下降空间阻力、上升空间阻力、汽水 分离器阻力等。而上升空间阻力又包括摩擦阻力、局部阻力、弯管区阻力、加 速阻力、流量分配孔阻力五项。设计中常用图解法来确定循环倍率，即先假设 几个不同的循环倍率分别计算其运动压头和总阻力，在直角坐标系作出相应曲 线，两根曲线交点即为稳

13、定工况的循环倍率值。循环倍率值一般取25为宜， 其值过小会导致传热恶化，腐蚀加剧等；而过大则会增大汽水分离器负荷，使 蒸汽干度降低，危机汽轮机安全。计算过程中水力计算是在结构选型和热力计算之后进行，但是结构设计和 热力计算又需要水力计算数据，因此三者往往要反复交替进行，以使设计逐步口。四、目的和要求：1、运用“核动力设备”课中所学的知识，并加以巩固、充实和提高。2、掌握蒸汽发生器设计计算的标准方法。3、具有初步综合考虑蒸汽发生器结构设计的能力。4、培养学生查阅资料，合理选择和分析数据的能力，提高学生的运算、 绘图等基本技能。5、培养学生对工程技术问题的严肃认真和负责态度。五、任务：1、完成蒸汽

14、发生器的方案设计与论证2、完成蒸汽发生器的热力计算3、完成蒸汽发生器的水动力计算4、完成蒸汽发生器的强度计算5、完成蒸汽发生器的结构设计6、绘制蒸汽发生器的总图7、编写设计说明书。第二章课程设计的具体内容一、给定条件1、蒸汽产量：D=126kg/s；2、蒸汽干度:x=0.99；3、蒸汽发生器的热效率：门=0.99 ；4、一回路侧额定工作压力：p = 15.0MPa；5、一回路侧设计压力：P设=1.25pi6、一回路侧冷却剂入口温度；t = 310 C17、一回路侧冷却剂出口温度；t = 290C；18、二回路侧给水温度：t = 220 C9、二回路侧额定工作压力 :p = 5MPa；S10、二

15、回路侧设计压力：p设=1.25p11、 传热管壁导热系数：人我=17.4 W/mC12、传热管壁许用应力:凌=18 kg/mm2；13、下筒体许用应力：g = 18 kg/mm2；14、上筒体许用应力：疽=18 kg/mm2；15、球形下封头许用应力3 g = 14.5 kg/mm2；16、管板许用应力：g = 1800 kg/mm2；17、传热管最小节距：t = 1.25d，一般取为1.351.45 d ；18、 上筒体内径3200 mm,高虎4000 mm。19、下降空间：(1)入口阻力系数=1； (2)出口阻力系数=1 ； (3)定位装置阻力系数=1； (4) 绝对粗糙度 =0.15 m

16、m。20、流量分配管板：(1)单元面积=533 mm2; (2)单元开孔面积=216 mm2。二、蒸汽发生器的热力计算1、完成一回路冷却剂对传热管内壁的强迫对流放热计算，确定1值：以=0.023 Re0.8 - Pr0.41d f f2、完成传热管壁的导热计算，确定管壁热阻#w值R =史 ln 土W 2 d3、确定污垢热阻R值：对于不锈钢：R =（0.52 0.69）x 10-4 m2 - C/W对于镍基合金：R = 0.26 x 10-4 m2 C/W 一般污垢层厚度为0.05mm。4、完成传热管外壁对二回路工质的沸腾换热计算a = 0.557 p 0.15 q 0.7式中：pPa； q w

17、/m25、完成传热系数上值的计算：k 厂;+ %+! + Rfi io6、确定传热面积F值：F = -k At式中：Q一传热量；At 一传热温差。设计传热面积F设=C F式中：C设计储备系数，一般取C=1.1。三、蒸汽发生器的水动力计算：主要包括：1、一回路侧水动力计算；2、二回路侧循环倍率的计算：1、一回路侧水动力计算：计算的具体步骤：（1）传热管内的摩擦阻力（AP）H P u 2AP =人-3i式中：入一摩擦阻力系数，按有关公式或图表求取;H一管子长度，m；d一管子内直径，（m）； i确定a2值图1一回路侧水力计算简图P1 一回侧路冷却剂的平均密度，kg/m3；一一回侧路冷却剂的平均流速，

18、m/s；（2）、局部阻力：（AP）AP =Ql2式中：& 一局部阻力系数。&值主要取决于通道的结构型式，通过实验求得， 属于经验数据。一回路侧总的局部阻力：AP = AP +AP +AP +AP +AP +AP +APA B C D E F G其中：由进口管至进口水室，通道截然突然扩大的局部阻力一APA在进口水室内转弯的局部阻力一APB由进口水室至传热管束，通道截面突然缩少的局部阻力一AP在U型管弯头内转弯180的局部阻力一APD由传热管束至出口水室，通道截面突然扩大的局部阻力一APE在出口水室内转弯的局部阻力一APF由出口水室至出口接管，通道截面突然缩小的局部阻力一APGAP =& .GG

19、七 2一回路侧的水阻力：AP =AP +AP考虑贮备系数。其值为计算阻力的10%因此：AP = 1.1 APH2、二回路侧循环倍率的计算：在设计中，常用图解法来确定循环倍率C.值和循环速度。值。即先假定 几个不同的循环倍率cri、cr2、cr3值。分别计算其运动压头P和总阻 力AP，在直角坐标系里做出相应的曲线，二根曲线的交点即为稳定工况时的 CR值，同时也可求出u值。n:CR1CR2CR3R图2用图解法计算循环倍率的曲线（1）运动压头Pm的计算：P = （p P 阳式中：H 上升空间含汽段高度。PP 一分别表示饱和水和饱和汽的密度;一表示上升空间平均截面含汽率。（2）水循环总阻力AP的计算：

20、总阻力 AP = AP +AP +AP其中：AP ,AP和AP 一分别表示下降空间、上升空间和分离器的阻力。 d rs一般AP 50% AP,AP由实验确定而 AP = AP + AP + AP + AP式中：aP ,AP:AP和AP分别表示摩擦阻力、局部阻力、弯头区阻力和加速 f l ba度阻力，可按相应的公式进行计算。四、蒸汽发生器的强度计算：主要内容有：1、传热管的强度计算；2、筒体的强度计算；3、封头的强 度计算；4、管板的强度计算。1、传热管的强度计算： TOC o 1-5 h z 计算管壁厚度S =g设 日0甲。（mm）200b+ 0.8PR设式中：P设一设计压力（kg/cm2）d

21、。管子外径（mm）t 许用应力。中一负公差修正系数，一般取中=1.102 R一弯曲减薄系数式中：R一弯曲半径，取最小节圆半径。2.筒体的强度计算：计算筒体厚度S=设D（mm）200ln -1 - 2P设式中：D.筒体内径（mm） 13、球型封头的强度计算：, P - D计算壁厚(mm)S = 设 400卜 J+1 - 6P设式中：D 一球型封头外径（mm）4、管板的强度计算：计算壁厚S = 2 - F - D ：|设(mm)式中：F系数，查TEMA标准F=1.04D水压部分直径（mm）五、蒸汽发生器的结构设计：主要完成下列工作：1、管束组件的结构设计：确定流程数，完成传热管的排列，确定管束直径

22、及高度，最佳高-径比一 般取为3；确定管子的固定支撑，确定隔板的数目和结构。2、衬筒的结构设计：确定衬筒的几何形状和尺寸。衬筒内径：D = D + 25式中：5七为装配间隙，约1020 mm。衬筒外径：D = D + 25式中：5为衬筒壁原，成为 12 mm。3、下筒体结构设计：下筒体内径D =D + 2 B式中：B为下降流道宽度，取为88 mm。4、管板：确定开孔数及有关几何尺寸，确定堆焊层与筒体的连接。5、分离器组件：采用三级汽水分离方式，但不做详细设计，其相应于循环倍率为3、4、5 时的流动阻力人为设定为12600Pa、14900Pa、17090Pa。6、给水管装置：确定给水管的结构，布

23、置及有关几何尺寸。7、排污装置：确定排污管的结构、布置及有关几何尺寸。六、绘制蒸汽发生器的总图和主要部件图：按着国家标准和制图要求绘制蒸发器总图一张和部件图12张。第三章课程设计计算过程一、根据热平衡确定换热量一回路进口焓值：i=1394.21 kJ/kg (15.0MPa, 310C)；一回路出口焓值：i=1284.45 kJ/kg(15.0MPa, 290C)；二回路给水焓：if=944.38 kJ/kg(5.0MPa, 220C)；二回路饱和水温：t =264 C(5.0MPa)；二回路饱和水焓：i =1154.50kj/kg(5.0MPa)；二回路饱和蒸汽焓值：i=2793.6 kj/

24、kg (5.0MPa)； s二回路汽化潜热：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；换热量：Q = Drx + (D + Dd)化if) = 231278.98 ；一回路水流量：G =一 = 2128.40kg/。11二、管径的选取以及传热管数目的确定选取传热管的外径为：d。=22mm；节距选取为：t=30mm (在1.351.45d。之间)；则最小节圆半径为：错误！未找到引用源。；负公差修正系数：中=1.102； 弯曲减薄系数：中R = 1 +

25、4 = 1.0922R4R ；min一回路侧设计压：P= 1.25P = 1S110k00m2/9.8*10 -4kg / cm = 191.3265 kg / cm 传热管壁厚：S =工例=1.35mm ,1 200气+ 0.82 R此处取S=1.5mm ；传热管内径：d = d 2S = 19mm ；11单官流通面积：a = 兀d2 =彳兀x 192 = 284mm2选取一回路侧水流速度为：u = 5.0m / s一回路水平均比容：V = 0.001378m3 / kg （15.0MPa, 300C，饱和水）则一回路侧流通面积为：A = 室 =0.5867m2u1U型管数目为： =A =

26、QA* = 2128,40根瑞排管最后确定69型管数目为： a a284n=2092。三、换热面积的计算一回路侧水导热系数：=0.5614W/（m-C）（15.0MPa, 300C，饱和水）一回路侧水普朗特数：P = 0.8616（15.0MPa, 300C，饱和水）一回路侧水动力粘度：气=8.833x10-5kg/mss （15.0MPa, 300C，饱和水）一回路侧雷诺数：Re = Ud = 7.8x1051 1一回路侧换热系数：以=0.023土Re 0.8 Pr 0.4 =33129Wm2 C1 d f fi传热管导热系数：X = 17.4W / （m C）（给定）传热管壁热阻：R =

27、2? In * = 9.268 x10一 5 m2- C / W w i污垢热阻：R = 2.6X10-5m2.C/W （按 I-600选定） f=t t = 310 264 = 46.06C=t t = 290 264 = 26.06CAtmax I AL = 4 = 35.12C ln 土 ln 46At26min先假设一个传热系数k,然后进行迭代，最后得Atmax传热温差：AtminAtln（d 11 、T以求得试取 k = f + R + R += 5258W/m22, CI 皆 w f a 2 J此时热负荷：q=k - A tln=185960 W/m2二回路侧放热系数：a 2=.0

28、557ps05q0.7=28485所需传热面积:f = = 12529dmm W/m2 C k . A tln传热裕度系数：C=1.1设计传热面积：F设=C - F = 1368.mm四、管束结构的计算传热管总长：L =三设=19994m总兀do传热管排列方式：按正方形排列最小U型管节圆直径：D = 41 = 0.12 m节实际布管数：n=2070根管束直径：D=2.28mtb平均直径： D = 0.5 x( 0.12 +2.280,6466mi弯管总长：L = 0.质 D-n = 49G6i87m弯直管总长：L = L总L弯=15892m= m管束直段高：H直=L直=3L8m弯管段高为：D

29、= 1.14mm管束总高：H = H直+ H弯=496m五、强度的计算（1） 衬筒内径：D = D + 26 = 2.31m,其中0 t是装配间隙，约1020mm, 取15mm；衬筒外径：D = D . + 26 =22334m 其中。是衬筒壁厚，给定为12mm。（2） 下筒体内径：D下=D + 2B = 258m，其中B为下降流道宽度，取为 88mm。二回路侧设计压力：P兀2=1.25P = 63.7755kg/cm2下筒体许用应力：。=18kg/mm2下筒体计算壁厚：下筒体计算壁厚：S =设，2.,下=46.42mm200g -1.2P设，2设计壁厚为：S = 46mm下筒体外径为：D =

30、 D. +2S = 2672mm（3）上筒体许用应力：O =18kg/mm2上筒体内径：Dj上=3200mm（给定）上筒体计算壁厚：S = 设，2 .，上=57.92mm200g - 1.2P设，2设计壁厚取为：S = 58mm则上筒体外径为：D上=D.上+ 2S = 3.316m（4）球形下封头许用应力： = 14-5kg/mm2球形封头外径：D = D = 2602mm计算壁厚：s= %D = 83.82mm 400q +1.6P设,1设计壁厚取为：S=67mm（5）管板许用应力： = 18。/mm2承压部分直径：D = D = 2510mmi计算壁厚：S=1FD，1-4257553mm2

31、 / 2 设计壁厚选取为：S = 426mm堆焊层厚度：S堆=10mm（6）传热管实际平均长度：l =总+2管板厚40412m n 总最长管子长：l =兀R + 2H直+ 2管瓠厚86h2.111m 最短管子长：l =兀R . + 2H直 +勿管板厚=8.9063 六、主要管道内径的计算主管道计算流速：u = 10.5m / s（选取，812m/s） 主管道计算内d =。1 % = 0.596m1i 兀 u 110主管道设计内径：d = 0.6m1i主管道设计流速：u10 =专 = 10.47m/ s1i新蒸汽比容：v = vx + v（1-x） = 0.03906m3 /kg蒸汽管计算流速：

32、u = 34m/s（选取，3040m/s）24G v烝汽官计算内径：d = ：一I = 0.429m2i 兀 U12蒸汽管设计内径：d = 0.43m2i蒸汽管设计流速：U2 = 4GdV-2 = 33.89m/ss2i二回路给水比容：v = 0.001187m3 / kg给水管计算流速：u = 3.4m / s(选取，25m/s) 给水管计算内径：d=：彳气七=0.238m3i ；兀 UY 3给水管设计内径：d = 0.24m3i给水管设计流速：u =箜丛=394m/ss3 兀d 23i七、一回路水阻力的计算(1)U型管内摩擦阻力计算考虑堵管后流速u = 1.05u = 1.05 x 5.0

33、0 = 5.25m / s一回路侧水雷诺数:Re = 虬 =8193347.34 门v摩擦阻力系数：人=0.3164Re -0.25 = 001(0825平均壁温：t = 0.5(t + t ) = 0.5 x (300 + 264) = 282C在此壁温下的动力粘度：门=9.544x10-5Pa-s温度修正系数：温度修正系数$ = (1)。.14 = 0.989门1l - u 2 摩擦阻力：kP =X=快953P7Pai i(2)局部阻力计算下封头内径：？ = 2.468m兀水室截面积：F = - D2 = 22翘mm2进口管内径：d1 = 0.6m(与主管道相同)进口管截面积：A =-d

34、2 =-x 0.6202 = 0.2827 m 214 ii 4突扩阻力系数：& = (1-F)2 = 0077076c一回路侧水入口处比容：v j = 0.001421m3/kg(15.0MPa, 310C)入口管内流速：u =4Gj = 10.47m/s1i 兀 d 21i从入口管至水室阻力：Ap云1寺1i255福57PaPa水室转弯45。阻力系数：& 2 = 0.9 (查表，线性插值)水室转弯45。阻力：AP 云 一 = 29892Pa7Pa2 2v1iA考虑堵管后截面积：A，= 一 = 0.5590m21.05一 A系数：=0.234Fc查图得传热管入口阻力系数：& 3 = 0.45u

35、2传热管入口阻力：AP =& = 4364I63Pa3 2v1iU型管转180阻力系数：& 4= .5，2U 型管转 180 阻力：AP =& 笔=4992P2Pa44 2v1传热管出口阻力系数：& 5= 0.537出口处水比容(15.0MPa, 290C)： v = 0.001341m3 / kgu，2传热管出口阻力：AP =& f = 5035P0Pa55 2v2出口管内流速：u =2 = 10.2m/s1水室转弯45。阻力系数：& 6= 0.9(查表，线性插值)u 2水室转弯阻力：AP =& f = 34804Pa7Pa66 2v2出口管突缩阻力系数：&广0.45出口管突缩阻力：AP =

36、& 竺= 17406PO8Pa77 2v2总阻力：AP = AP +亍 AP =175M7P78Pai=1设计阻力：AP设=1.1AP = 186728Pa Pa八、二回路水循环的阻力计算(1)下降空间阻力下降空间水比容：vd = 0.001286m3 / kg入口阻力系数：&侦=1 ；出口阻力系数：& ut = 1;定位装置阻力系数：&f = 1下降空间高度：H0=5.78m衬筒外径：Dw0=2.334m下筒体内径：D= 2.51血i，下下降空间当量直径：De = D -D = 0.176mi ,下wo绝对粗糙度：A = 0.15mm摩擦系数：人=(1.74 + 2lg De)-2 = (1

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

38、5.60kg / m3支撑板定位拉杆数量：n = 108上升空间流通面积：F = D2 - (2n + n )d2 = 2.66m2 u 4 wio上升空间当量直径：de =4= 0.03844m兀D . + (2n + n乂循环速度：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液相动力粘度：v = 0.000100003m2 / sl汽相动力粘度：v = 1.803x10-5m2 / sg液相雷诺数：Re = L = 42834,62硒883976484.95lo v l汽相雷诺数：Re睥=生f =6729 g 判别流型：都为紊流管束直段高：H直=3.84m液相摩阻系数：40 =0.3164Rel0-0.25=0.02174,0.02000,0.01897汽相摩阻系数：人=0.3164Re-0.25 = 0.02142按折算速度计算的液相摩擦阻力：(A P )=人 H 直 =

40、5=#=35Pafi。l2 de按折算速度计算的汽相摩擦阻力：(AP ) = 1 人 H直:P = 8.84Paf g。 3 g 2 de参量 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：支撑板数目：N=5兀上升流道单兀面积：A = 12 - d2 = 519.9mm2支撑板单元开孔面积：a=1=4*pi*122）=113.1m2面积比：au/Au=0.218局部阻力系数：&广541按折算速度计算的液相局部阻力：(AP)= N& 02i io i 2=2494,44踮62129P573.04 Pa按折算速度计算的汽相局部阻力：（AP） =1 N&妃! = 955.6BPaI go 3 i 2参量X： X =(A P)lo = 1.64, 2.299 , 2.83(A P )l

42、 go二回路工作压力：P = 5.0MPa临界压力：Pc = 22.15MPaP、参数 Zr = (0.19 + 0.92 -1 = 2.515 c参数 K： K = Zr + z1 = 2.913R中 2： 2 = 1 + + X = 3.1224642中2：2 = 1 + KX + X2 =屡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）弯管区阻力管束弯头最大节圆直径：4 = 2.24mm弯管区重心至圆心距离：y= 0.2122= 00羿838m计算冲刷排数：N=当-1三15t系数：x = x = = 1.36o系数：n = 0.43 + 1.13 = 1.249xi液相雷诺数：Re =氏2隹=3399251558,604467986.62loVl汽相雷诺数：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冲 b lolo 2汽相阻力：（AP ）= N 人Uoi P = 779PPab gogo 2参量 X： X =:旦bL = 0.68,0.99,1.29* (APb 匕2 : 2 = 1 + 20 + -L = 32.7,皿撬.网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弯管区阻力：AP = !(AP) + (AP) = 106尘153SW73P65.645Pab 2d

45、）加速阻力管束出口质量含汽率:1CR=0.333,0.25,0.20P,7P = 0.939,0.911,0.885X2 P+ (p,系数：C = 0.833 + 0.05ln(导)=0.913管束出口体积含汽率:管束出口截面含汽率：船=CP2 = 0.857,0.831,0.807质量流速：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：阻力系数：&广7.8孔板局部阻力： P =h*号=122752U59292Pa 249.3

46、2 Pa上升空间阻力：AP =AP+ AP +AP +AP +AP = 8255,12483,16532Pal b a hPaf)汽水分离器阻力：AP = 12600,14900,17090Pasg)循环总阻力：AP =AP +AP +AP =21697,28701,35683PaPa总 d r s九、运动压头的计算(1)预热段高度计算：二回路给水焓：if = 944380J / kg二回路饱和水焓：i = 1154500J/kkgs液面高度：H = 5.78m下降空间下端压力：p = p + g p H = 50400087PaploW压力下的饱和水焓：i = 1157250J/kkg -A

47、i = isi - is = 0.0624J / kg Pa slAp p pF + 手(PdgH +A。)预热段高度：H =一rP 二 O-=0.515,05邻0526|m网+;； Pdg(2)运动压头计算：蒸发段高：H = H广 H = 444m,4.46,4.45m管束上方区段高度：H2 = H -牛=0.8m蒸发段平均质量含汽率：X = 1x = 0.167,0.125,0.100m TOC o 1-5 h z 12 23顷人一、烝发段平均体积含汽率：p = p_ = 0.859,0.813,0.7711x1 p+ (1*蒸发段平均截面含汽率：$ = CP =0.78400742717

48、05 11管束上方区段平均截面含汽率：$2 =$2 = 0.857,0.832,0.808蒸发段运动压头：P 1= (p - p)gH 广25640,20理观皈PO54.63Pa 管束上方区段压头：P 2 = (p - p)g&2H 2 = 5055,44Q29456J4764.14Pa 运动压头：P = P 1 + P 2 = 3069&2429312453网818.77Pa十、循环倍率的确定将循环倍率、循环运动压头和循环运动压头对应数值列出表并做曲线:项 目符号单位数值循环倍率CR345运动压头PmPa308552929327885循环总阻力 P总Pa215972870135683循环倍率

49、图运动压头Pm总阻力 P总循环倍率Cr结论：由上图可近似确定循环倍率为4.1，满足2到5之间的要求。再由该结果计算循环速度u = CD = 126 x 0.001286 x 4.1=0.255诚s， o F2.81满足不低于0.1并最好大于0.2m/s的要求。第四章结论与评价本设计说明书主要对立式U型管自然循环蒸汽发生器的设计计算进行说 明解释。完成了蒸汽发生器的方案设计与论证，基本完成了课程设计要求的对 蒸汽发生器热力、水动力、强度和结构设计等项目的计算任务，绘制了蒸汽发 生器的总图。巩固、充实和提高了“核动力设备”课中所学的知识，掌握了蒸 汽发生器设计计算的标准方法，培养了自己查阅资料，合

50、理选择和分析数据的 能力，提高了自己的运算、绘图等基本技能。通过本次设计，我对蒸汽发生器的结构、原理有了进一步理解。同时也对 立式U型管自然循环蒸汽发生器“设计”的大体步骤与过程初步了解。通过上述的计算过程和结果可以得到，本蒸汽发生器的循环倍率大约是 4.1，循环速度大约是0.255m/s。循环倍率的合理能够较为有效的避免循环倍率 过小产生蒸汽膜而有可能引起传热管的腐蚀破裂的情况;也避免了循环倍率过 大导致汽水分离器的负荷过大，引发汽轮机安全的问题。循环速度的合理也有 效的避免了形成滞留，减缓了应力腐蚀的情况。本次立式U型管自然循环蒸汽发生器的课程设计有如下不足，仍需要加 以改进和验证：在计算

51、两相流的压降等时选用的分相流模型是否能够较为有效的满足实 际情况未知，需要加以大量合理的试验验证。在自己设计支撑板单元开孔的时候，如何开孔的情况没有进行合理性的验 证，结构强度以及实际是否能够精确的加工出该种形状有待验证。结构强度设计的时候在理论计算的基础上选定实际加工的尺寸的时候选 取厚度不够保守，实际情况需要根据工程经验验证。在管束直径和弯管计算以及传热管排布等环节做了较大简化处理；其次， “高径比”比较小，大约是2.2左右，与最优值3偏离较大，使得汽水的重力分 离不能很好的起到不用。另外，由于对机械加工、材料等方面知识了解不够，结构设计也存在诸多 不不严谨的设计，而且阅读的文献资料不足，

52、一些经验值的选定不够合理；在 有限的时间里做出较为复杂的A0图纸，作图有许多欠妥之处，有许多未按国 标进行设计，有些零件图比例掌握的不是很好，精细度不是很好，该图只是为 了掌握部分绘图基础知识，没有实际加工的意义。附录1:蒸汽发生器热力计算表一、热平衡序号项 目符号单位公式及来源数值1一回路工作压力p1Pa给定15*1062一回路水进口温度，t1C给定3103一回路水出口温度 t1C给定2904一回路水平均温度taC1,”、21 1*1J3005一回路水进口焓i1kJ/Kg查表1394.216一回路水出口焓.i1kJ/Kg查表1284.457蒸发器热效率门给定0.998二回路工作压力psPa给

53、定5*1069二回路饱和温度tsC查表263.9410二回路水饱和焓iskJ/kg查表1154.5011二回路给水温度tfC给定22012二回路给水焓ifKJ/Kg查表944.3813汽化潜热rkJ/Kg查表1639.7314蒸汽干度X给定0.9915排放系数Cs给定0.0116二回路蒸汽产量Dkg/s给定12617二回路排污量Dbdkg/sCs D1.2618一回路放热量QkWDrx+1.01( i -if)231.28*10319一回路水流量G1kg/sQ/门-(i-i1)2128.4二、传热计算序号项 目符号单位公式及来源数值20传热管外径dom选定22*10-321传热管内径d.1m选

54、定19*10-322单管流通面积am21刀兀d 24 ，2.835*10-423一回路水流速u1m/s选定524一回路水平均比容1m3/Kg查表0.001378325一回路流通面积Am2G匕/ U0.586726U型管数目nA/a206927一回路水导热系数力1W/m C查表561.44*10-328一回路水动力粘度n 1kg/m s查表88.33*10-629一回路水普朗特数Prf查表0.861630一回路水雷诺数Refud/ nv11 1 17.8*10531一回路侧放热系数a1W/m2 C力0.023 /Re0.8 Pro.43313032传热管导热系数力wW/m2 Ci 给定17.43

55、3传热管壁热阻Rwm2 C/WR = % ln d w 2人 d9.268*10-534污垢热阻Rfm2 C/W按 Inconel600 选定0.26*10-435二回路侧放热系数a2W/m2 Ca = 0.557po.i5 q 0.72848.9636传热系数kW/m2 C1 匕 1 o 1 D k d a + ” + a + /529537大端温差AtmaxCiiott46.0638小端温差AtminCtff-11s26.0639对数平均温差AtlnCAt-At/ maxmin lnlAt/ At .)35.12序号项 目符号单位公式与来源数值40热负荷qW/ m2q - At ln185

56、96041计算传热面积Fm2Q!A0-3 q)1243.742传热裕度系数选定1.143设计传热面积F设m2C - F1368.08三、管束结构1传热管总长L总mF稣d设。1979.42排列方式正方形正方形3节 距tm选定1.4d00.034最小U型管节园直径D节m4t0.125实际布管数n根结构设计定20706管束直径Dtbm结构设计定2.287弯管总长L弯m结构设计定3901.868直管总长L直mL L 总弯1589.149管束直段高H直mL 直/2n3.8410管束弯段高H弯mRmax1.1411管束总高HtbmH +H 弯4.9612传热管实际平均长度lm（L总/n） +2管板厚10.

57、4113最长吕了长lmaxm兀R max+2H直+2管板厚12.1114最短管于长l.minm兀R mii+2H直+2管板厚8.72四、主要管道内径序号项 目符号单位公式与来源数值1冷却剂平均比容v1m3/Kg查表1.37810-32主管道计算流速,， u10m/s选取：812 m/s10.53主管道计算内径d，1imJ4G V 沅u 、1 f 100.58274主管道设计内径d1im选取0.65主管道设计流速u10m/s4G V /nd 210.476新蒸汽比容V2m3/KgVx+VG-x)7蒸汽管计算流速.， u2m/s选取：3040 m/s348蒸汽管计算内径d2imJ4G V /nu0

58、.42939蒸汽管设计内径d2im选取0.4310蒸汽管设计流速u2m/s4G V /nd 233.8911二回路给水比容V3m3/Kg查表0.00118712给水管计算流速u3m/s选取：25 m/s3.413给水管计算内径d3im4G3 V 3/ nu；0.237814给水管设计内径d3im选取0.2415给水管设计流速u3m/s4G V /n -d23.34附录2：蒸汽发生器水力计算表序号项 目符号单位公式及来源数值1一回路水阻力计算一、U型管内摩擦阻力计算1传热管实际平均长度lm结构设计10.412当量直径d im结构设计19*10-33一回路水流量G1kg/s热工计算定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热工计算定56考虑堵管后流速,， u1m/s1.05u15.257一回路水雷诺数Reu u d 1in v1 1热工计算定8.193*1058摩擦阻力系数力0.3164R&250.010529平均温度下动力粘度n1kg/m s查表88.33*10-610壁温下动力粘度n1kg/m s按（ta +七）查表95.45*10-611温度修正系数中（q 对）.14110.989212摩擦阻力P fPa.H 士 u 2 人直1de 甲V429531二、局部阻力计算13下封头内径D1m结构设计定2.46814水室截面积F cm2兀

60、D 2812.39215进口管内径d1im选定0.616进口管截面积A1m2:，d；.0.283序号项 目符号单位公式及来源数值17比值A IF1 c0.11818突扩阻力系数&1查表0.777619一回路水入口处比容V1im3/kg查表0.001421220一回路水入口处密度P1ikg/m31、.1i703.6321入口管内流速u1im/s热工计算定10.4722从入口管至水室阻力AP1PaU u 2 - P g1.亍2996423水室转弯45阻力系数g2查表0.924水室转弯45阻力AP2PaUu 2 - Pg 2 亍3468225传热管流道截面Am2热工计算定0.586926考虑有堵管后