蒸汽发生器课程教学设计

“蒸汽发生器〃

课程设计指导书

Xxx

2014151218

哈尔滨工程大学

目录

目录........................................1

第一章绪论

第一节蒸汽发生器概述...............................2

第二节蒸汽发生器的基本设计技术要求...................3

第三节蒸汽发生器的基本结构和主要零部件................4

第四节设计任务....................................5

第二章课程设计内容

第一节给定条件....................................6

第二节蒸汽发生器的热力计算.........................6

第三节蒸汽发生器的管束结构设计及强度计算...............9

第四节蒸汽发生器的水力计算.........................12

第五节蒸汽发生器循环倍率及循环速度确定...............20

附录1蒸汽发生器热力计算表.........................21

附录2蒸汽发生器水动力计算表.......................25

附录3蒸汽发生器强度计算表.........................33

第一章绪论

第一节蒸汽发生器概述

一、目的和要求

1、运用、巩固、充实和提高"核动力设备”课中所学的知识，掌握蒸汽发生

器设计计算的基本方法；

2、具备蒸汽发生器方案设计、结构设计、热设计和水动力设计及计算的能

力，并能够在设计中综合考虑安全、法规、环境等因素；

3、具备工程制图的相关基础知识并能将其运用于工程设计的能力；

4、具备撰写蒸汽发生器设计说明书和绘制图纸等书面方式呈现设计成果的

能力，并能够体现分析数据、分析问题，评价设计方案及其结果合理性

的能力；

6、能够就蒸汽发生器设计进行陈述发言、答辩，能够清晰表达观点，与答

辩教师（工程技术同行）进行有效沟通和交流；

7、能够在团队合作中与各成员进行有效沟通，共享信息，合作共事，在多

学科背景下的团队中发挥团队协作精神；能够倾听和综合团队成员意见，

合理决策。

二、任务

在课程设计中学生独立完成如下任务：

1、完成蒸汽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。

三、时间分配

课程设计共安排三周，其具体时间安排如下：

1、蒸汽发生器及其设计理论指导0.5天

2、蒸汽发生器方案设计及结构设计论证1.5天

3、蒸汽发生器的热力计算1.5天

4、蒸汽发生器的水动力计算3天

5、蒸汽发生器的强度计算0.5天

6、蒸汽发生器的总图绘制5天

7、编写设计说明书2天

8、答辩1天

第二节蒸汽发生器的基本设计技术要求

在核动力装置中，由于一回路为带有放射性的回路，而二回路为非放射性回

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包括以下几方面。

1、蒸汽发生器及其部件的设计，必须保证核电站在任何运行工况下所需要

的）蒸汽量及规定的蒸汽参数。只有满足这个要求才能保证核电站在不同负荷下

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，而且要求随着

单机容量的增加，其技术经济指标得到相应的改善。

3、蒸汽发生器的所有部件应该绝对安全可靠。蒸汽发生器的受热面是由大

量的小直径管子组成的，因此在一回路（带有放射性）中就有大量的管子，使核

电站运行的可靠性在很大程度上取决于蒸汽发生器的可靠性。这样，蒸汽发生器

的屏蔽问题必须解决，所有部件必须保证工作可靠。

4、蒸汽发生器各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。一回路工质不允许漏入二回路工质中去的原因是汽轮机回路

没有生物防护，任何这种漏入都将会导致放射性泄漏事故。

5、必须排除加剧腐蚀的彳切可可能性，特别是一回路中的腐蚀。这主要是为

了防止腐蚀产物对一回路工质的污染。腐蚀产物过多地进入到一回路中去，一方

面引起一回路工质放射性的增加,另一方面导致放射性腐蚀产物在一回路测沉积。

腐蚀产物在燃料元件上的沉积是极其危险的，它会使传热性能骤然下降。

6、蒸汽发生器必须产生必要纯度的蒸汽，以保证蒸汽过热器在高温下可靠

地运行,并保证汽轮机也可靠而经济地运行。

7、蒸汽发生器应该设计得简单紧凑，便于安装使用，同时易于发现故障而

即使排出，并有可能彻底疏干。

8、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、传热尺寸、传热系数及冷却剂等，对取得蒸汽发生器最佳技

术-经济指标是非常重要的。另外，必须采取见效向外散热损失的措施。

第三节蒸汽发生器的基本结构和主要零部件

从反应堆来的冷却剂由蒸汽发生器进口接管进入下封头，下封头由水室隔板

分成进口和出口两个水室。反应堆冷却剂由进口水室进入U型管，在流经U型

管时将热量传递给二回路侧介质，而后经过出口水室和蒸汽发生器的出口接管流

回反应堆。

二回路给水由上筒体处的给水接管进入环形分配管，环形管上有一系列倒J

形管，给水由倒J形管喷出，与汽水分离器的疏水混合后，经过下降套筒和下筒

体之间的环形通道向下流动，再由下降套筒和管板之间的通道进入管束。

水在通过管束上升时被加热，部分水变成蒸汽，形成汽水混合物。汽水混合

物流出管数顶部后进入分离器进行粗分离，然后进入干燥器进行细分离（干燥X

干燥蒸汽经蒸汽出口接管流向汽轮机。

蒸汽发生器的主要零部件为：

1、传热管

U型传热管是一、二回路之间的压力边界，管材一般为含Ni-Cr-Fe的

Inconel-690合金，这种合金是在Inconel-600合金基础上经过一次特殊的热

处理后改进而来的，其抗腐蚀性能有了较大的改善。本次设计采用Inconel-600

合金（P20mmx1.3mm的传热管，弯曲半径最小的几排弯管处进行消除应力处理。

管束采用正方形顺排方式。

2、管板

管板是一回路设备中最厚的实心锻件，材料为Mn-Mo-Ni低合金钢，要求

有良好的塑韧性及淬透性。管板一次侧表面堆焊镇基合金，以保证与传热管有良

好的焊接性能。管板开孔数量巨大，对管孔及管距的尺寸公差、垂直度及光洁度

等都有很高的要求。管子管板表面平齐并与管板密封焊，然后进行全长度液压胀

管，以保证一、二回路之间的严密性。

3、下封头

下封头为半球形，材料为Mn-Mo-Ni低合金钢锻件，内表面堆焊奥氏体不

锈钢。下封头开有四个大孔，2个空连接冷却剂进、出口接管，另两个为人孔。

下封头中间有水室隔板，将下封头分成进出口两个水室，水室隔板材料为

Inconel-690合金。一次侧人孔用不锈钢（或银基合金）石墨缠绕式垫片密封。

4、筒体、衬筒和锥形体

二次侧筒体分上、下两部分，为板焊或锻造结构。在管束和下筒体之间设置

衬筒，衬筒材料为碳钢。上、下筒体之间由锥形体过渡，其材料均为Mn-Mo-Ni

低合金钢锻件。

5、上封头

上封头为标准椭球形封头，与蒸汽出口接管整体冲压成形，材料为

Mn-Mo-Ni低合金钢锻件。

6、管束支撑板和流量分配板

管束直管段部分装有6块支撑板，管束支撑板为四叶梅花孔板，用以支撑管

子以减少振动。管子与支撑板接触处为平台，可减少二次侧水在该处浓缩，并降

低阻力。流量分配孔板位于管板上部与第一块支撑板之间，中间开有一个大孔。

支撑板和流量分配板材料为405不锈钢，板厚为20mm。

7、防振条

管束U型弯曲处装有三组扁形防振条，用以隔开管子并防止弯管的横向振

动和微振磨损，材料为405不锈钢。

8、汽水分离装置

汽水分离装置分两级对汽水混合物进行汽水分离。第一级为旋叶式汽水分离器,

材料为碳钢或不锈钢。第二级为六角形带钩波形板分离器。设计要求汽水混合物

经过汽水分离器、重力分离空间、波纹板分离器三重分离后，保证出口蒸汽干度

达到本次设计给定的0.99。

9、给水分配环管

给水分配环管位于旋叶式分离器下部，其上有若干倒J形喷管，材料为不锈

钢。

10、排污管

管板上表面中央水平地装设有两根多孔管道供连续排污用。

第四节设计任务

根据以上设计要求，对蒸汽发生器提出的设计要求如下：

1、计算传热面积；

2、完成传热管的排列，确定管束直径及高度，确定管子的固定支撑，

确定隔板的数目和结构；

3、确定衬筒、上筒体、下筒体、下封头及管板的尺寸结构，完成强度

设计；

4、完成热力计算，确定主要管道内径；

5、完成水动力计算，确定一次侧总阻力、不同循环倍率下二次侧循环

阻力及运动压头；

6、用作图法确定二次侧循环倍率及循环速度；

7、绘制蒸汽发生器的总图；

8、编写设计说明书。

第二章课程设计内容

第一节给定条件

本次课程设计给定的主要参数条件为：

1、蒸汽产量：O=126kg/s;

2、蒸汽干度：x=0.99;

3、蒸汽发生器的热效率：n=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J=1.25p1

6、一回路侧冷却剂入口温度；/；=310℃

7、一回路侧冷却剂出口温度；<=290℃；

8、二回路侧给水温度：tf=220℃

9、二回路侧额定工作压力：p,=5MPa;

10、二回路侧设计压力：夕设.2=L25p.,

11、传热管壁导热系数：4=17.4W/m℃

2

12、传热管壁许用应力：[<T1]=18kg/mm;

2

13、下筒体许用应力:[cr2]=18kg/mm;

14、上筒体许用应力：[q]=18kg/mm2;

2

15、球形下封头许用应力：[<r4]=14.5kg/mm;

2

16、管板许用应力:[o-5]=1800kg/mm;

17、传热管最小节距：/=1.25"。，一般取为1.35~1.45d。;

18、上筒体内径3200mm,高度4000mm。

19、下降空间：

⑴入口阻力系数=1；(2)出口阻力系数二1；⑶定位装置阻力系数=1;(4)绝

对粗糙度AuO.lSmm。

20、流量分配管板：

⑴单元面积=533mm2;(2)单元开孔面积=216mm2。

第二节蒸汽发生器的热力计算

一、热平衡计算

1.一回路放热量为：

Q=D•r•x+(D+Cs•D)•(is-if)=231210.99kW

其中，D为二回路蒸汽产量，126kg/s；

r为二回路水汽化潜热，查表得1639.04kJ/kg;

x为蒸汽干度，0.99;

G为排放系数，0.01;

为二回路饱和水比焰,1155.14kJ/kg;

。为二回路给水比焰,944.88kJ/kgo

2.一回路水流量为：

Q

Gi="=2118.94kg/s

n(4-4)

其中，Q为一回路放热量；

T]为蒸汽发生器热效率，0.99;

匕为一回路水进口比焰，查表得1396.04kJ/kg;

i；为一回路水出口比始,查表得1285.82kJ/kgo

二、传热计算

1.计算传热管内径

传热管外径选定为d。=22mm,则直管计算壁厚为：

p・cL

“设10

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

200QJ+0.8P设1

其中，P〜为一次侧设计压力，191.25kg/m2;

取1

为传热管外径，22mm;

[5]为传热管许用应力，18kg/mm2。

节距t选定为1.4d0,则弯曲减薄系数为：

其中，Rmin为最小节圆半径，2to

负公差修正系数选为8=1,102,则传热管计算壁厚为：

Si=S]■(p-(pR=1.350mm

选定传热管壁厚为Si=1.350mm,

则传热管内径为：&=d。-2sl=19.3mm,

单管流通截面积为：a=7Td，/4=2.93x10-4m2。

2.计算U型管数目

一次侧水流速选为的=5.9m/s,则一回路流通面积为：

A=—~-=0.497m2

的

贝UU型管数目为：ri=A/a=1700o

3.计算传热面积

(1)计算传热管一次侧放热系数

一次侧水雷诺数为：

=-u-i^di=9.33*10八5

HiUi

其中，的为一回路水流速，5.9m/s;

4为传热管内径，0.0193m;

%为一次侧水动力粘度，查表得8.83xl(y5kg/(m.s)；

5为一次侧水比容，查表得0.001378m3/kg。

则一次侧水放热系数为：

%=0.0233Re产Pr产=38006W/(m2•℃)

其中，入1为一次侧水导热系数，查表得0.5589W/(m-。。;

4为传热管内径，0.0193m;

Re,为一回路水雷诺数，9.33*10人5;

Pry为一回路水普朗特数,查表得0.8657。

⑵确定传热管壁热阻

Rw==828766m2•℃/W

2人w出o

⑶确定污垢热阻

对于银基合金，42

Rf=0.26x10-m•℃/Wo

(4)计算对数平均温差

大端温差

△《max=t；-ts=46.09℃

其中，匕为一回路水入口温度，310℃;

为二次侧饱和温度，查表得

G264℃O

小端温差

△tmin=£；—ts=26,09℃

其中，t；为一回路水入口温度，290℃;

G为二次侧饱和温度，查表得264℃O

对数平均温差为：

△1="吧］发型=35.15℃。

1A°max

In------

△tmin

⑸计算传热管二次侧沸腾换热系数

假设传热管传热系数k'=5830W/(m2•℃),则传热管热流密度为：

2

q=k-Atln=205052W/m

则二次侧沸腾换热系数为：

01572

a2=0.557psc?°-=30473W/(m•℃)o

(6)计算传热管传热系数

传热管传热系数为：

d11,—

k=—n•一+Rw+Rf+—=5833.65W/(m2-℃)

d[a](X，2

比较k与V的误差：

k_k'

8=——xl00%<5%

K

比较精确。

⑺计算传热面积

计算传热面积为：

Q,

—=1152.65m2

k-Atm

其中，Q为一回路放热量，231210.99kWo

(8)设计传热面积

设计传热面积为：5设=C•冗=1267.92m2

其中,C为传热裕度系数，1.1。

第三节蒸汽发生器的管束结构设计及强度计算

一、管束结构设计及蒸汽发生器强度计算

一、管束结构设计

1.确定传热管排列方式为正方形排列。

2.估算管束直径：

0tb—2.0944m

其中，n为计算U型管数目取整值，1700；

t为节距，0.0308m。

3.确定排管方案，实际布管数为n=1704根。

4.传热管总长为：

_尸设_

~=18100m

总7ld0

弯管总长为：

L弯=：n（Dtb+D节）=1969.63m

其中，。-为最小节圆直径，4t

■po

直管总长为：

L直=%i—L弯=151337n

5.管束直段高为："直=L直12rl=4.44m

管束弯段高为：H弯=%/2=1.05m

管束总高为：““="吉+”玄=5.49m。

二、蒸汽发生器强度计算

1.衬筒的结构设计

衬筒内径为：Dwi=0山+2mt=2155.45mm

其中，既为装配间隙，取为15mm。

衬筒外径为：Dw。=Dwi+26=2179.45mm

其中，6为衬筒壁厚，取为12mm。

2.下筒体的结构设计

下筒体内径为：/下=Dwo+25=2355.45mm

其中，B为下降流道宽度,取为88mm。

计算壁厚为：

Sz~~——设2i下=

2—200[(72]—L2P设2一

女乙

其中，P邙为二次侧设计压力，63.75kg/m2;

取乙

E]为下筒体许用应力，18kg/mm2。

下筒体设计壁厚取为：52=42.10mm,则下筒体外径为：

D_=D_+2s2=2418.62mm。

。下i下

与管板焊接壁厚为》=86mm。

3.上筒体的结构设计

计算壁厚为：

,P设2-匕D上

S。=——―-———————=57.90mm

3200[a]-1.2P^

3lx/2

2

其中，PQ为二次侧设计压力，63.75kg/m;

0」为上筒体内径，3200mm;

I上

[吗]为上筒体许用应力，18kg/mm2。

则上筒体设计壁厚取为S3=58mm。

4.球形下封头的结构设计

球形下封头外径选定为D0=D=2418.6mm。

Ob

球形下封头计算壁厚为：

p・D

,设10「

S.=——T--——————二75.47mm

4400[a]+1.6P

4以1

其中，["为球形下封头许用应力，14.5kg/mm2。

则球形下封头设计壁厚取为S4=75.50mm,

球形下封头内径为2=Do-2s4=1973.4mm。

5.管板的结构设计

管板承压部分直径选定为D=Di=2124.40mmo

筒体根部壁厚与直径比为S//。=0.17。

则管板计算壁厚为：

55=*DB1设］/向=360.15mm

其中，F为系数，根据》/DB的值，查TEMA标准F=1.103；

2

［西］为管板许用应力，1800kg/mmo

管板设计壁厚取为S5=360mm,堆焊层厚度取为=8mm。

三、主要管道内径的设计

1.主管道内径设计

主管道计算流速选定为%°=10m/s,则主管道计算内径为：

d\.==o.62m

J口10

其中，G］为一次侧水流量，2118.94kg/s;

电为一次侧水比容，0.00138m3/kg。

主管道设计内径选定为du=0.62m,则主管道设计流速为：

4GiVi一

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

107Tdijo

2.蒸汽管道内径设计

新蒸汽比容为：力=v,x+v'(l-%)=0.039m3/kg

其中，u”为二次侧饱和蒸汽比容，0.03245m3/kg;

u'为二次侧饱和水比容，0.001319m3/kg。

蒸汽管计算流速选定为%'=37m/s,则蒸汽管计算内径为：

=0.40m

其中，G2为新蒸汽质量流速，126kg/s。

蒸汽管设计内径选定为d2i=0.42m,则蒸汽管设计流速为：

3.给水管内径设计

给水质量流速为：

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

其中，D为蒸汽产量，126kg/s。

给水管计算流速选定为&=3.98m/s,则给水管计算内径为：

其中，力为二次侧给水比容，查表得0.001187m3/kg。

给水管设计内径选定为d3i=0.22m,则给水管设计流速为：

4G义1)3

%=--Y=3.98m/so

第四节蒸汽发生器的水力计算

I.一次侧水阻力计算

U型管内摩擦阻力计算

1.传热管实际平均长度为：I=L总F+2s5=11.34m。

一次侧当量直径为4=0.0193m,则一次侧水流速为：

考虑堵管后的流速为：a；=1.05%=6.20m/so

2.一次侧雷诺数为：

d；

Re=」^=981005

其中，1为一次侧水动力粘度，查表得8.833xloWg/gs）;

电为一次侧水比容，查表得0.001378259m3/kg。

摩擦阻力系数为：入=0.3164Re-0-25=0.0117

3.温度修正系数为：

（P=（H1/H1）°14=0.9934,

其中,1为一次侧水平均温度下的动力粘度，查表得8.83xl（）-5kg/（ms）；

而为一次侧水平均壁温下动力粘度,查表得9.26xl（y5kg/（m.s）。

4.一次侧摩擦阻力为：

I

的】=入淳*=7521则。

二、局部阻力计算

1.由进口管至进口水室的突扩阻力

2

水室截面积为：Fc=皿2/8=2.01m,其中。为下封头内径，2.26m。

进口管截面积为4=nd^/4=0.30m2,其中办为进口管内径,0.62m。

面积比为：AJFC=0.1493。

突扩阻力系数为：5=0.7。

由进口管至进口水室的突扩阻力为：

△Pi=5小亨=23960Pa

其中,"it为进口管水流速，uu=u10=9.71m/s；

Ph为进口处水密度，查表得703.63kg/m3。

2.在进口水室内转弯的局部阻力

水室转弯45。阻力系数&选定为0.9,则在进口水室内转弯的阻力为：

"2==29810Pa.

3.由进口水室至传热管束的突缩阻力

传热管入口阻力系数a选定为0.5，则由进口水室至传热管束的突缩阻力

为：

，2

%Pit

"3=4^—=5383Pa

其中，&为传热管内考虑堵管后的水流速，5.9m/so

4.在U型管弯头内转弯180。的局部阻力

U型管转180。阻力系数0选定为0.5，则在U型管弯头内转弯180。的局

部阻力为：

.2_

△P4=6940Pa

其中，出为传热管一次侧水平均温度下的密度，查表得745.68kg/m3。

5.由传热管束至出口水室的突扩阻力

传热管出口阻力系数原选定为0.6，则由传热管束至出口水室的突扩阻力

为：

.2

up

12=8354Pa

其中，P2为传热管出口处水密度，查表得745.68kg/nR

6.在出口水室内转弯的局部阻力

出口管内流速为:虱2=G]/（P2&）=9.45m/s0

水室内转弯阻力系数获选定为0.9,则在出口水室内转弯的局部阻力为：

1122P2

△P6=4笠公="832Pa。

7.由出口水室至出口接管的突缩阻力

出口管突缩阻力系数3=0.44。

由出口水室至出口接管的突缩阻力为：

△P7=&也爱=15955Pa。

三、总阻力

总计算阻力为：

7

△P=LPf+=154484Pao

i=l

设计阻力为：

△P八=1.1AP=169932Pa。

设

II.二次侧水循环阻力计算

一、下降空间阻力

下降空间高度选定为%=7.0m。

下降空间当量直径为：%=%下-Dw°=0.18m。

摩擦系数为：

1

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

(1.74+21g—)

2A

其中，△为下降空间绝对粗糙度，0.00015m。

2

下降空间截面积为：Fd=咿,下2-ZV)/4=0.621m,其中，％下为下筒

体内径，Ow。为衬筒外径。

以循环倍率CR=3为例：

下降空间水流速为：ud=CRDvd/Fd=0.794m/so

D为新蒸汽产量，126kg/s;

口为下降空间水比容，近似取为饱和比容，查表得0.00129m3/kg。

局部阻力系数和为：

Wt=a"+tout+多=3

其中，％为入口阻力系数，1；

《图为出口阻力系数，1；

分为定位装置阻力系数，1。

则下降空间阻力为：

外=卜居+»空=9皿。

其中，Pd为下降空间水密度，近似取饱和密度，查表得777.57kg/m3。

:、上升空间阻力

1.摩擦阻力

⑴折算速度的计算

支撑板定位拉杆数量选定为4=12根。

222

上升空间流通面积为：FU=7i[Dwi-(2n+n')d0]/4=2.28m，其中,Dwi

为下筒体内径，n为实际U型管数，公为传热管外径。

上升空间当量直径为：

4F

de=——----------——=0.038m

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

循环速度为：u0=CRDV'/FU=0.216m/s,其中，u'为二次侧饱和水比

容,查表得0.00129m3/kg。

出口水相折算速度为：

uo2=(CR—l)Dv/Fu=0.144m/so

水相平均折算速度为：u0=1(u0+uo2)=0.180m/so

出口汽相折算速度为：uo2=Dv"/Fu=2.204m/s,其中，u”为二次侧饱

和蒸汽比容，查表得0.039m3/kg。

汽相平均折算速度为：%=会;2=L102m/s。

⑵分相摩阻系数的计算

水相雷诺数为：Re/01=%4/叨=52404,其中叨为水相运动粘度，杳表

得1.28xlCf7m2/s。

汽相雷诺数为：Re。。1=寸"包=57714,其中办为汽相运动粘度，查

表得7.11xl0-7m2/s。

25

水相摩阻系数为：入si=0.3164ReZol-°-=0.02o

25

汽相摩阻系数为：入=0.3164Reflor°-=0.0196o

⑶分相摩擦阻力的计算

按折算速度计算的水相摩擦阻力为：

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

其中，/为管束直管段高，4.437m。

按折算速度计算的汽相摩擦阻力为：

1Hs西之

大力="94Pa。

参量均为：%=JCJSPf%。=1.579。

由于是t-t工况，系数Q=20,则：

分水相折算系数

①/=1+»3=14.07。

X1X/

分汽相折算系数

①9」=1+QX1+X」=35.07。

水相摩擦阻力为：("/>=%/•("/。=418.85Pa0

汽相摩擦阻力为:SPf)g=①g/.("/。。=418.85Pao

(4)上升空间摩擦阻力的计算

上升空间摩擦阻力为：

_("力+("f)g_

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

2.局部阻力

⑴支撑板开孔设计

上升流道单元面积为：Au=Fu/(2n+n')=668mm2。

支撑板数目选定为N=6个，支撑板开孔设计为四叶梅花孔。

支撑板单元开孔面积设计为：即=147mm2。

面积比为：au/Au=0.22o

则查图可知，局部阻力系数为：弓=40。

⑵分相局部阻力计算

按折算速度计算的水相局部阻力为：

_，2

U

(△P"。=N0$nr=3O12Pa。

2u

按折算速度计算的汽相局部阻力为：

_•»2

1U

(APDg。=石呜畀nr=1231Pa。

"32u

参量X2为：x2=jSPDs/(AP,)g°=1.565。

参数ZR为:ZR=(0.19+0.92ps/Pc)T=2.510o

参数K为：K=ZR+ZRT=2.908o

分水相折算系数为：

K1

7=

①72=1+3.268O

分汽相折算系数为：

22

0>52=1+KX2+X2=7.994。

水相局部阻力为：

(△Pi)i=①/.SPDs=9843Pao

汽相局部阻力为：

(△匕%=①城？-(AP/)50=9843Pa。

(3)上升空间局部阻力的计算

上升空间局部阻力为：

(APM+

dPi==9843Pao

3.弯管区阻力

⑴分相摩擦阻力系数计算

管束弯头最大节圆直径为：db=Dtb-do=2.0944m。

弯管区重心至圆心距离：ys=0.2212〃=0.4444mo

计算冲刷排数N0=ys/t-1=14.43,取整为M=14o

水相雷诺数为：ReZo2=〃；2匿/叨=41922。

汽相雷诺数为：Rego2="02直/力=115430。

水相摩擦阻力系数为：

0.008Xn”

人,。2=40.044+7——2Re/2-015=0318。

-1)O

其中，系数=%2=t〃o=1.4；

系数=

m0.43+1.13/%!=1.237O

汽相摩擦阻力系数为：

0.008*2n”

入go2=40.044+Qi"Regjis=0.273o

⑵分相阻力计算

折算水相阻力为：

.2

(APj°=N%°2妥=35.715Pa.

2u

折算汽相阻力为：

1•2

1，Un

。=及。券=

(△Pb)gQN278.402Pao

参量为

X3：X3==0.675o

由于是t-t工况，系数。2=20,则：

分水相折算系数

①1=1+导热=32.828。

分汽相折算系数

22。

%3=1+C1X3+X3=14.954

水相摩擦阻力为：

2

(△Ph)z=(P/3-(AP/,)/o=1172Pao

汽相摩擦阻力为：

“"◎/•(△PQg-imPa。

⑶弯管区阻力计算

弯管区阻力为：

"广皎等也=l"2Pa。

4.加速阻力

管束出口质量含汽率为：xc=1/CR=0.333o

管束出口体积含汽率为：

X\)

=c

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

%囚+(1-xc)v

管束出口截面含汽率为：(pc=Cc-pc=0.833,其中系数金=0.833+

0.051nps=0.887,Ps单位为MPa.

2

质量流速为：G=u0/v=167.65kg/(m•s)。

加速阻力为：

[(1-x)2u,x2u"

△P=G2----c-4--c----u=207.76Pa

-(Pc(Pco

5.流量分配孔阻力

单元开孔面积与单元面积比值为：au/Au=0.405,其中力u为孔板单元

2

面积，533mm2;即'为单元开孔面积，216mmo

查表得阻力系数a为：&=8。

孔板局部阻力为：

1Z2

XPh=&14512Pa。

2u

6.上升空间阻力

上升空间阻力为：

=*+叫4-弗+dPa+g=11786.73Pao

三、汽水分离器阻力

汽水分离器阻力给定为：APs=12600Pao

循环总阻力

循环总阻力为：

%=XPd+此+小=25296.73Pao

III.运动压头计算

预热段高度计算

液面高度即下降空间高度，选定为“()=7.0m。

下降空间下端压力为：Plow=Ps+PdgH。=505330Pao

饱和水焰对压力的变化率为：

△i/M=(Q-is)/(P，°w-Ps)=0.0711J/(kg-Pa)

其中，3为P/°w压力下的饱和水比焰，查表得1.159*10A6J/kg,

%为Ps压力下的饱和水比焰，查表得1155100J/kgo

循环水量为：G=CRD=378kg/so

预热段高度为：

is—if

---1---(Pd9"0一"d)

CRAP

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

27idonq

—7---1----Pd9

°XP

其中，“为给水比熔，944880J/kg;

△Pd为下降空间阻力；

q为传热管热负荷。

运动压头计算

蒸发段高度为：Hrl=Htb-HP=4.907m,”切为管束总高。

管束上方区段高度为：Hr2=H0-Htb=1.51mo

蒸发段平均质量含汽率为：石=&/2=0.167。

蒸发段平均体积含汽率为：

-八］U

01=--n-----------------'=0.858。

xxu+(1—无Qu

蒸发段平均截面含汽率为：弧=金耳=0761。

管束上方区段平均截面含汽率为：和=%=0.833.

蒸发区段运动压头为：

Pm-i=(p-p")g@i”ri=27528.91Pao

管束上方区段压头为：

Pm2=(P)9。2%2=9272.79Pa。

运动压头为：Pm=Pml+Pm2=36801.70Pao

第五节蒸汽发生器循环倍率及循环速度确定

将循环倍率、循环总阻力及运动压头列表并作图：

循环倍率CR345

循环总阻力AP，Pa25296.7334274.8145019.35

运动压头PMPa36801.734951.0633828.79

循环倍率的确定

可确定循环倍率约为4,满足核电站电站蒸汽发生器满负荷运行要求。

附录1蒸汽发生器热力计算表

一、热平衡

序号项目单位公式及来源数值

1一回路放热量kW给定231210.9

2一回路工作压力APa给定1.5*10人

f

3一回路水进口温八℃给定310

ff

4一回路水出口温“I℃给定290

一回路水平均温

5ta℃300

度

6一回路水进口焰i；kJ/Kg查表1396.04

7一回路水出口焰Z.kJ/Kg查表1285.82

8蒸发器热效率给定0.99

9一回路水流量kg/sQ/7（ii，-ii"）2118.94

A

10二回路工作压力PsPa给定5*106

11二回路饱和温度ts℃查表264

12二回路水饱和燃iskJ/kg查表1155.14

13二回路给水温度tf℃给定220

14二回路给水焰ifKJ/Kg查表944.88

15汽化潜热rkJ/Kg查表1639.04

16蒸汽干度X给定0.99

17排放系数G给定0.01

Q

18二回路蒸汽产量Dkg/srx+1.01（（；126

19二回路排污量Dbdkg/sGD1.26

二、传热计算

序项目单位公式及来源数值

20传热管外径d0m选定0.022

21传热管内径4m选定0.0193

22单管流通面积am2）：2.93*10A

23U型管数目n结构设计定1696

24一回路流通面积Am2