压水堆蒸汽发生器的结构设计和课程设计说明书

1、压水堆蒸汽发生器的结构设计及其课程设计说明书第一章 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

2、 （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

3、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。(4) 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。(5) 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

4、轮机也可靠而经济地运行。(7) 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。(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、 传热管尺 寸、传热系数以及冷却剂等。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

5、、 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。

6、 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

7、数据， 因此三者往往要反复交替进行， 以使设计逐步 完善。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

8、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：0.99 ；4、一回路侧额定工作压力： p1 15.0 MPa；5、一回路侧设计压力： p设,1 1.25p16、一回路侧冷却剂入口温度； t1 310 7、一回路侧冷却剂出口温度； t1 290 ；8、二回路侧给水温度： t f 2209、二回路侧额定工作压力： ps 5MPa；10、二回路侧设计压力： p设,2 1.25ps11、传热管壁导热系数： w 17.4 W/m12、传热管壁许用应力： 1 18 kg/mm2；13、下筒体许用应力： 2 18 kg/mm2；14、上筒体许用应力

9、： 3 18 kg/mm2；15、球形下封头许用应力： 4 14.5 kg/mm2；16、管板许用应力： 5 1800 kg/mm2；17、传热管最小节距： t 1.25do ，一般取为 1.351.45 do ；18、上筒体内径 3200 mm，高度 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 mm。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a1值：

10、0.023 Re0f.8 Prf0.4 di2、完成传热管壁的导热计算，确定管壁热阻 RW 值：doln2wdodi3 、确定污垢热阻 Rf 值：对于不锈钢： Rf 0.52 0.69 10 4 m2 /W 对于镍基合金： Rf 0.26 10 4 m2 /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，确定 a2 值0.150.557 p0.15q0.7式中： pPa；q w/m25 、完成传热系数 k 值的计算：1 do 1 kdii1Rfo6 、确定传热面积 F 值：Qkt式中： Q传热量； t 传热温差设计传热面积 F设 C F式中： C设计储备系数

11、，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（ Pf ）Pfdi21u12式中： 摩擦阻力系数，按有关公式或图表求取；H管子长度， m；图 1 一回路侧水 力计算简图di 管子内直径，（m）；1 一回侧路冷却剂的平均密度， kg/m3；u1 一回侧路冷却剂的平均流速， m/s；2）、局部阻力：（Pl)2Pl1u12式中： 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：PAPBPCPDPEPFPG其中： 由进口

12、管至进口水室，通道截然突然扩大的局部阻力PAPA 在进口水室内转弯的局部阻力PBPB 由进口水室至传热管束，通道截面突然缩少的局部阻力PCPC 在 U型管弯头内转弯 180的局部阻力 PDPD 由传热管束至出口水室，通道截面突然扩大的局部阻力PEPE 在出口水室内转弯的局部阻力PF2PFF uF 2 由出口水室至出口接管，通道截面突然缩小的局部阻力PG2PGG uG2一回路侧的水阻力： PHPf Pl考虑贮备系数。其值为计算阻力的 10% 因此： P 1.1 PH2、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 CR 值和循环速度 uo值。即先假定 几个不同的循环倍率 CR1、C

13、R2、 C R3 值。分别计算其运动压头 Pm和总阻 力 P ，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 uo 值。图 2 用图解法计算循环倍率的曲线（1）运动压头 Pm的计算：Pml g g H r式中： Hr 上升空间含汽段高度。l , g 分别表示饱和水和饱和汽的密度；表示上升空间平均截面含汽率2）水循环总阻力 P 的计算：总阻力PPdPrPs其中：Pd , Pr和Ps 分别表示下降空间、上升空间和分离器的阻力。一般 Pd10% P,PS 由实验确定而 PrPfPlPbPa式中： Pf ,Pl , Pb 和Pa分别表示摩擦阻力、局部阻力、弯头区阻

14、力和加速度阻力，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：计算管壁厚度 S P设 d0R（mm）2000.8P设式中： P设设计压力2（kg/cm2）do管子外径（mm）许用应力。负公差修正系数，一般取 =1.102R 弯曲减薄系数do4R式中： R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SP设 Di（ mm）200 1 2P设式中： Di筒体内径（ mm）3、球型封头的强度计算：计算壁厚P设 Do400 1 6P设mm）式中： Do球型封头外径（

15、 mm）4、管板的强度计算：式中： F系数，查 TEMA标准 F=1.04 D 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：- 径比一1 、管束组件的结构设计： 确定流程数，完成传热管的排列，确定管束直径及高度，最佳高 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： Dwi D管束 2 t 式中： t为装配间隙，约 1020 mm。衬筒外径： Dwo Dwi 2 式中： 为衬筒壁厚，取为 12 mm。3、下筒体结构设计： 下筒体内径 Di,下 Dwo 2B 式中： B为下降流道宽度，取为 88 mm。4

16、 、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。3、4、55 、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 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、根据热平衡确定换热量一回路进口焓值：i 1 =1394.21 kJ/kg (15.0MPa ， 310)；一回路出口焓值：i 1 =1284.

17、45 kJ/kg ( 15.0MPa，290)；回路给水焓： i f =944.38 kJ/kg (5.0MPa ， 220)；二回路饱和水温：t s =264 ( 5.0MPa)；二回路饱和水焓： i s =1154.50kj/kg （5.0MPa）；5.0MPa)；二回路饱和蒸汽焓值： is =2793.6 kj/kg (5.0MPa)； 二回路汽化潜热： r= i s -i s =2793.6-1154.2=1639.73kj/kg 排污量： Dd CsD 0.01 126 1.26 kg / s ； 干度： x=0.99 ；换热量： Q Drx (D Dd)(is if) 231278

18、.98 ；回路水流量： G1Q(i1 i1)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： =1.102 ；弯曲减薄系数：R 1do4R min回路侧设计压： P设,1 1.25P1 159*1.030k0g0/c0m0 2/ 9.8*10 4kg/cm 191.3265 kg / cm传热管壁厚： S1P设,1doR 1.35mm ，1 200 1 0.8P设,1 R此处取 S1 1.5mm ；传热管内径： di do 2S1 19mm

19、； 单管流通面积： a 1 di2 1 192 284mm24i4选取一回路侧水流速度为： u1 5.0 m/ s一回路水平均比容： v1 0.001378m3 / kg （15.0MPa，300，饱和水） 则一回路侧流通面积为： A G1v1 0.5867m2u1U型管数目为： n A G1v1/u1 22102689.，40根*0据.00排1管37最8 后/ 5确定206U9型管数目为： a a 284n=2092。三、换热面积的计算一回路侧水导热系数： 1 0.5614W /（m ） （15.0MPa，300，饱和水）一回路侧水普朗特数： Prf 0.8616 （15.0MPa，300，

20、饱和水）一回路侧水动力粘度： 1 8.833 10-5 kg/mgss （15.0MPa，300，饱和水）一回路侧雷诺数： Refu1di 7.8 1051v1回路侧换热系数：1 0.023 1 Ref 0.8 Prf 0.4 331298W.72/m2传热管导热系数：17.4W / (m ) (给定)传热管壁热阻： Rwdo ln do 9.268 10 5m2 /Ww 2 w di污垢热阻：Rf 2.6 10 5m2 /W (按 I-600 选定) t max t 1 t s 310 264 46.06 传热温差：t mint1t s 290 264 26.06 t t max t min

21、 46 26 35.12 t ln 35.12 ln t max 46 ln max ln t min 26先假设一个传热系数 k，然后进行迭代，最后得1d 1 1 2以求得试取 k do 1 Rw Rf 1529558W/m2m2Kdi 1 2 此时热负荷： q=k t ln=185960 W/m2 二回路侧放热系数： 2=.0557ps0.15q0.7=28485Q 2 2 所需传热面积： F Q125629.8.01mm2 W2 /m2k t ln传热裕度系数： C=1.1设计传热面积： F设 C F 137688. 0m82m四、管束结构的计算传热管总长：F设do19973994m传热

22、管排列方式：按正方形排列最小 U 型管节圆直径： D 节 4t 0.12 m实际布管数： n=2070根管束直径： D=tb2.28m平均直径： D0.5 ( 0.12 +2.280).64=616.2mm弯管总长： L弯 0.5 D n 34090326.m8 7m直管总长： L直L总 L弯 1959892m管束直段高： H 直 L直 33.884mm2n弯管段高为： Dmax 1.174m m管束总高： Htb H 直 H 弯 4.96m五、强度的计算1）衬筒内径： Dwi D管束 2 t 2.31m，其中 t 是装配间隙，约 1020mm， 取15mm；衬筒外径： Dwo Dwi 2 2

23、2.334m，其中是衬筒壁厚，给定为 12mm。2）下筒体内径： D i,下 Dwo 2B 2.518m，其中 B为下降流道宽度， 取为88mm。 二回路侧设计压力： P设，2 1.25Ps 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： SP设，2 D i,下465.7423mm200 1.2P设，2设计壁厚为： S 46mm下筒体外径为： Do,下 D i,下 2S 267052mm（3）上筒体许用应力： =18kg/mm2上筒体内径： Di ,上 3200mm （给定）上筒体计算壁厚： SP设，2 D i,上57.92mm200 1.2

24、P设，2设计壁厚取为： S 58mm则上筒体外径为： Do,上Di ,上 2S 3.316 m2（4）球形下封头许用应力： 14.5kg / mm球形封头外径： Do Ds 26702mm计算壁厚： SP设，1 D o6863.382mmmm400 1.6P设，1设计壁厚取为： S=67mm2 （5）管板许用应力： 1800kg / mm2承压部分直径： D Di 25810mm设计壁厚选取为： S 426mm 堆焊层厚度： S堆 10mm6）传热管实际平均长度： l l总 2S管总板厚10=.4140m.412mn最长管子长： lmaxRmax 2H 直 2S管板1厚5.8=61m2.111

25、m最短管子长： lmaxRmin 2H直 2 S管板8厚.89=m8.906m六、主要管道内径的计算主管道计算流速： u10 10.5 m / s （选取， 812m/s）主管道计算内 d1i 4G1v1 0.596mu10主管道设计内径：d1i0.6m主管道设计流速：u104G1v1d12i10.47m/ s新蒸汽比容： v2vxv(1 x)30.03906m3 / kg蒸汽管计算流速：u234m/ s（选取， 3040m/s）蒸汽管计算内径：d2i4G2v 2 0.429mu2蒸汽管设计内径：d2i0.43m蒸汽管设计流速：u24G2v2233.89m/ssd22i二回路给水比容：v30.

26、001187 m3 / skg给水管计算流速：u33.4m/s (选取， 25m/s)给水管计算内径：d3i4G3v3u30.238m给水管设计内径：d3i0.24m给水管设计流速：u34G3v3d32i3.9374m/ss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 u11.05u11.05 5.005.25m/ s一回路侧水雷诺数：Re u1di881199333247 .34摩擦阻力系数：1v10.3164Re0.250.25 0.0108526平均壁温： t0.5(t a ts)0.5 (300264) 282在此壁温下的动力粘度： 19.544 10 5 Pa温度

27、修正系数： 温度修正系数： ( 1 )0.14 0.989摩擦阻力： Pf(2) 局部阻力计算2l u12di 7P7a Pa下封头内径： Dl 2.5468m水室截面积： Fc 8 Dl 2.4379m2m2 2进口管内径： d1i 0.6m (与主管道相同)进口管截面积： A1 d12i4220.6202 0.2827m2突扩阻力系数： 1 (1 A1 )2Fc0.770736入口管内流速：u1i4G1v210.47m / sd1i1i一回路侧水入口处比容： v水室转弯 45阻力系数：2 0.9 (查表，线性插值)0.001421m水室转弯45 阻力： P2 2

28、u1i 2394868932.P4a7 Pa 2v1i 考虑堵管后截面积： A 系数： A 0.234 Fc 查图得传热管入口阻力系数： 3 0.45 2 传热管入口阻力： P3 3 u1 34387684.P6a3 Pa/kg （15.0MPa，310）2从入口管至水室阻力： P1 1 u1i 25654875P.2a5 Pa2v1i1.05220.559m0m2 2U型管转 180阻力系数：0.5U型管转 180阻力：P442u1P52a Pa传热管出口阻力系数： 5 0.5837出口处水比容（ 15.0MPa， 290）：v 2 0.001341m3 / kg传热管出口阻力： P5 5

29、u1 65043454P.3a0 Pa5 5 2v2出口管内流速： u2 G1v2 10.2m /sA1水室转弯 45阻力系数： 6 0.9 (查表，线性插值)2水室转弯阻力： P6 6 u2 340080141.P9a7 Pa6 6 2v2出口管突缩阻力系数： 7 0.45出口管突缩阻力： P7 7 u2 157343056.P8a8P a7 7 2v27总阻力： P PfPi =1765928007.P7a8 Pai1设计阻力： P设 1.1 P 19826728Pa 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： i

30、n 1 ；出口阻力系数： out 1 ；定位装置阻力系数： f 下降空间高度： H0=5.78m衬筒外径： Dw0=2.334m 下筒体内径： D i ,下 2.581m下降空间截面积：Fd(Di,下 Dw2o) 0.76809m2m24下降空间水流速：0.7216,0,0.9.49,618.1,18.2m1 / sud CRDvd 126 0.001286Fd0.683, 4,5下降空间阻力：PdH0De2)ud22d 74020,.15361,190,3280.651, 1622.68 Pa下降空间当量直径： De D i,下 Dwo 0.176m绝对粗糙度：0.15 mm摩擦系数： d

31、(1.74 2lg De) 2 (1.74 2 lg(117766/0.).32 )0.021=20.018885饱和水比容： v0.001286m3/ kg饱和水密度：=1/v =771.60kg/m3饱和蒸汽比容：0.03906 m3 / kg饱和蒸汽密度：25.60 kg / m3支撑板定位拉杆数量： n 108 上升空间流通面积： FuDw2i (2n n)do2 2.8661m24Dwi (2n n)d0上升空间当量直径： de4Fu0.0385644m循环速度：u0CRDv126 0.0012862.813,4,50.1270,0.26267,0.321803m/s s出口水相折算

32、速度：u02 (CR 1)Dv 0.112343,0,0.1.1869,09.,204.282m65/s m/sFu液相平均折算速度： 1 uo(u0 u02) 0.1146126,0.212968,20,.02.27594m8 /sm / s2出口汽相折算速度：u02 Dv 1.783876m/ss Fu汽相平均折算速度： 1 u0u02 0.98473mm/s2u液相动力粘度： vl20.000100003m2 / s521.803 10 5m2/ s液相雷诺数：Relo uode 424489314.,642,654934,8787.32397,7 6484.95 vl汽相雷诺数：u o

33、 de Re go o =4=6=7=29 vg汽相动力粘度： vg管束直段高：H 直 3.814m液相摩阻系数：-0.25 l0 =0.3164Rel0 -0.25 =0.02174,0.02000,0.01897汽相摩阻系数：0.25go0.3164Rego0.250.021452判别流型：都为紊流( P f ) lo 2 H u o lo 直 o =20.95,40.91,62.35Palo 2 de按折算速度计算的液相摩擦阻力： 2 按折算速度计算的汽相摩擦阻力： ( Pf )go 13 go H直2udeo8.8844Pa参量 X： X( Pf ) lo( Pf ) go1.54,

34、2.155, ,22.6662g ： 2g1 20 XX2344.2.2,48.74,86.71,.2 61.2液相摩擦阻力： ( Pf ) ll2( Pf )lo3002.6, 84,3204,5.5431,4P12a. 04汽相摩擦阻力： ( Pf )g2g( Pf )go302,.46380,3,5241.5 3,412.04P a摩擦阻力：1Pf ( Pf )l (2Pf )g 3027,. 6483,03,2544.513 ,412P.0a4b）局部阻力：支撑板数目：N=5上升流道单元面积： Au22 t 2do24519.9mm22支撑板单元开孔面积： a22u =1/4*pi*1

35、2 2)=113.1m22l120 12lXX214.042,1,100.5.6,82.,78. 69Pa面积比： au/A u=0.218 局部阻力系数： l 5401按折算速度计算的液相局部阻力： 2 ( Pl )lo N l uo2303970.,3460,8405,8612.1292,P7a5 73.04Pal lo l 2按折算速度计算的汽相局部阻力：( Pl )go13N2uo797575.46P3Paa参量 X： X( Pl ) lo( Pl ) go1.64, 2.299, , 2.83回路工作压力： Ps 5.0 MPa临界压力： Pc22.15 MPa参数 ZR(0.19

36、0.92 Ps ) 12.515Pc参数 K：1KZR2.913RZR2 l：X23.155,22.4.564,2, .125.1 62 g：g 1 KX2X 2 8.0406,12.1972,17.1224液相局部阻力： ( Pl )ll2( Pl )lo76654830.3,100,1014652,71.32480,106P35a9 .22 Pa汽相局部阻力： ( Pl )g2g( Pl )go 67568403,.1300,14156,12374.2080,1 6359.22Pa局部阻力： Pl 67580,10045,13400PaPac)弯管区阻力管束弯头最大节圆直径： db 236

37、2.155,6,585.93,71,1974.328PaP a.3248mm弯管区重心至圆心距离： ys 0.2122db 0.4838m系数： x1 x2tdo1.36系数： n 0.431.131.22459计算冲刷排数： N yts 1 15汽相摩擦阻力：go 1.5715Rego0.15 0.3117液相阻力： ( Pb)lo N2uo2lox1液相雷诺数：Relo u02de 343397923,.5315, 5089,68897.9464,6 7986.62 vl汽相雷诺数：Rego uo2de 943246509. 68 vg液相摩擦阻力：0.08x20.15lo 40.0442

38、n Re lo0.15 0.362,0.341,0.362(x1 1)2g : 0.939,0.911,0.885 (1 x2 )g 1gg20XX 2 31.54.02,42.18.37，,62.83.84液相阻力：( Pb)ll2 ( Pb)lo1906.42,1195,3287,62.07133,3P6a5 .645 Pa汽相阻力：( Pb)g2g( Pb)go1906.42,195,3287,62.07133,P3a6 5.645Pa弯管区阻力：Pb11( Pb)l( Pb) g 1906.42,195,3287,62.071333,P3a6 5.645Pa122lo : lo汽相阻力

39、：( Pb)goN go uo22700.99PPaa参量 X：( Pb)lo0.68,0.99,1.29( Pb )go20 12X0 X12 73.25.,75,.2020.,3,.1878.2d）加速阻力管束出口质量含汽率：x21CR0.333,0.25,0.20管束出口体积含汽率：x2系数： C 0.833 0.05ln( ps6)0.913质量流速：G u0 155.037,2,1076.1.0,9254,1.232k0g.1/m19 k2g/sm s加速阻力：? 2 (1 x )2x21Pa G 22 18386,.27525,1,28856.6P1a,2 40.11P a(1 2

40、)22 0.857,0.831,0.807管束出口截面含汽率： 2 Ce）流量分配孔板阻力：阻力系数：h 7.8孔板局部阻力： Phuo2h2122.71,5 ,211559,Pa上升空间阻力： PrPfPlPbPaPh 83255,12483,16532PaPaf ）汽水分离器阻力：Ps 12600,14900,17090 Pag）循环总阻力： P总Pd Pr Ps 21165097,28701,35683PaPa二回路给水焓： i f944380 J /kg九、运动压头的计算（1）预热段高度计算：二回路饱和水焓： is 11545200J/kgk g液面高度： H o 5.78m下降空间下

41、端压力：plow ps g dH o504040087Paa压力下的饱和水焓：isl 11572550J/kkgg； iisl is0.0624 J /kggPap plow ps预热段高度： H pis i f i( dgH oPd)CR p2 donqidg Gp0.55125,0.55280,0.56246m（2） 运动压头计算 :蒸发段高： H r1 H tbH p 44.4.436m,4.46,4.45m管束上方区段高度：Hr2HoHtb0.8m蒸发段平均质量含汽率：x1112x20.167,0.125,0.100 m蒸发段平均体积含汽率：管束上方区段平均截面含汽率：2 2 0.85

42、7,0.8321,0.8087蒸发段运动压头： Pm1 ( )g 1H r1 25680420.,4204,329422,2783.18266,2P3a0 54.63Pa蒸发段平均截面含汽率：1C 1 0.78,40,.07.47,40.27,10.705管束上方区段压头： Pm2 ( )g 2Hr2 50535,.48940,429,4075.5696,P4a7 64.14Pa,8247.8552,52P7a8 18.77 PaPm Pm1 Pm2 3 0689565.2,249, 2931运动压头：循环倍率图运动压头 Pm 总阻力 P总十、循环倍率的确定将循环倍率、循环运动压头和循环运动压

43、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 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 u0 CRDv 126 0.001286 4.1=0.255m / s ，0 Fu2.81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

44、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

45、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

46、，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， 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615*10 62一回路水进口温度t1给定3103一回路水出口温度t1给定2

47、904一回路水平均温度ta1t1 t12 1 13005一回路水进口焓i1kJ/Kg查表1394.216一回路水出口焓i1kJ/Kg查表1284.457蒸发器热效率给定0.998二回路工作压力psPa给定5*1069二回路饱和温度ts查表263.9410二回路水饱和焓iskJ/kg查表1154.5011二回路给水温度tf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QkWDr x+1.01(

48、 is -i f)3231.28*10 319一回路水流量G1kg/sQ/ (i 1-i 1)2128.4、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-322*10 -321传热管内径dim选定-319*10 -322单管流通面积a2 m1 d 24 di-42.835*1023一回路水流速u1m/s选定524一回路水平均比容1m/Kg查表0.001378325一回路流通面积A2 mG1 1 u10.586726U型管数目nA/a206927一回路水导热系数1W/m查表561.44*10 -328一回路水动力粘度1kg/m s查表-688.33*1029一回路水普朗特数Prf查表0.861630一回路水雷诺数Refu1di / 1 157.8*1031一回路侧放热系数12W/m0.023 1 Re0f.8 Prf0.4 di3313032传热管导热系数w2W/m给定17.433传热管壁热阻Rwm2