Расчет насосов и масогабарито турбины

1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЦИРКУЛЯЦИОННЫХ НАСОСОВ АЭУ.

1. Параметры главного циркуляционного насоса первого контора.

Тракт теплоносителя первого контора представлен в виде четырех параллельных петель, в каждой из которых циркуляция обоспечивается собственным ГЦН. Насос центробежный вертикальный одноступенчатый с электроприводом переменного тока, с механическим уплотнением вала насоса. Частота вращения принята 1000 об/мин. Приводной двигатель – асинхронный двигатель переменного тока.

Подача насоса:

Q_цнпк^ном = Q_яр^ном·v_тн/[(i_т1 - i_т2)·z_цнпк], м³/с,

где Q_яр^ном = 3550·10³ кВт – номинальная тепловая мощность ЯР, принимаемая по результатам расчета рабочего контура

v_тн = v(р = 16,5 МПа, t = 294 ^оС) = 0.0014144 м³/кг;

i_т1 = i(р = 16,5 МПа, t = 326 ^оС) = 1488.3 кДж/кг;

i_т2 = i(р = 16,5 МПа, t = 294 ^оС) = 1304.6 кДж/кг;

z_цнпк = 4.

Q_цнпк^ном = 3550·10³·0,0014144/[(1488.3- 1304.6)·4] = 6,833 м³/с.

Давление насоса р_цнпк^ном = 0,69 МПа – принято по прототипу.

Коэффициент быстроходности насоса

n_s = 20,1·n_цнпк^ном·( Q_цнпк^ном)^0,5/( р_цнпк^ном·10^-3)^0,75 = 20,1·1000·(6,833)^0,5/(0,69·10⁶·10^-3)^0,75 = 390,2788.

Следовательно, тип насоса – быстроходный центробежный одноступенчатый.

КПД насоса η_цнпк^ном = 0,77 – принято по прототипу.

Мощность насоса

N_цнпк^ном = Q_цнпк^ном· р_цнпк^ном/( η_цнпк^ном·1000) = 6,833·0,69·10⁶/( 0,77·1000) = 6123,3606  кВт

Мощность насоса на холодной воде оценена по прототипному насосу

N_цнпк^{холл.вод} = N_цнпк^ном· N_цнпк^{холл.вод.прот}/ N_цнпк^{ном.прот} = 6123.3606·7000/5300 =   8087.445708 кВт.

Номинальная мощность двигателя N_дв^ном = 8000 кВт – по ГОСТ 12139-84.

КПД двигателя  η_дв^ном = 0,96 –принято по прототипу.

Коэффициент загрузки двигателя

к_з^дв = N_цнпк/ N_дв^ном = 6123.3606/8000 = 0,765

Мощность, потребляемая из сети,

Р_с = N_дв^ном· к_з^дв/ η_дв^ном = 8000·0,765/0,96 = 6378.5 кВт.

 

2. Параметры конденсатного насоса первого подъема

Узел конденсатных насосов первого подъема представлен  двумя параллельно включенными  работающими насосами (третий резервный). Каждый насос – центробежный вертикальный четырехступенчатый с предвключенным колесом.

Частота вращения насоса 750 об/мин. Приводной двигатель – асинхронный двигатель переменного тока.

Подача насоса:

Q_кн-1^ном = (1/z_кн-1)·к_з·G_кн-1·v_конд, м³/с,

где z_кн-1 = 2;

к_з = 1,15;

G_кн-1 = G_гк^п + G_сн2 + G_пр + G^п_тпн = 939.76 + 30 + 6,95 + 34.22 = 1010.93 кг/с

v_конд = v^,(р = 0,005 МПа) = 0,0010053 м³/кг.

Q_кн-1^ном = (1/2)·1,15·1010.93·0,0010053 = 0,58437 м³/с.

В расчет принято Q_кн-1^ном = 0,59м³/с – по ГОСТ 8032-84.

Давление насоса: р_кн-1^ном = 0,97 МПа

Коэффициент быстроходности насоса

n_s = 20,1·n_кн-1^ном·( Q_кн-1^ном)^0,5/( р_кн-1^ном·10^-3/4)^0,75 = 20,1·750·(0,59)^0,5/(0,97·10⁶·   10^-3/4)^0,75 = 187.52787.

Следовательно, тип насоса – центробежный четырехступенчатый.

КПД насоса η_кн-1 = 0,84 – принято по прототипу.

Номинальная мощность насоса

N_кн-1^ном = Q _кн-1^ном· р_кн-1^ном/( η_кн-1^ном·1000) = 0,59 ·0,97·10⁶/( 0,84·1000) =        681,30952 кВт.

Номинальная мощность двигателя N_дв^ном = 710 кВт – по ГОСТ 12139-84.

КПД двигателя  η_дв^ном = 0,95 –принято по прототипу.

Коэффициент загрузки насоса

Q_кн-1/ Q _кн-1^ном = 1/1,15 = 0,87.

Мощность насоса

N_кн-1 = 0,96· N _кн-1^ном  = 0,96·681,30952 = 654.05714 кВт.

Коэффициент 0,96 определен по номограмме.

Коэффициент загрузки двигателя

к_з^дв = N_кн-1/ N_дв^ном = 654.05714/710 = 0,92121.

Мощность, потребляемая из сети,

Р_с = N_дв^ном· к_з^дв/ η_дв^ном = 710·0,92121/0,95 =688.4812 кВт.

3. Параметры конденсатного насоса второго подъема

Узел конденсатных насосов второго подъема представлен  двумя параллельно включенными  работающими насосами (третий резервный). Каждый насос – центробежный горизонтальный одноступенчатый с колесом двухстороннего входа.

Частота вращения насоса 3000 об/мин. Приводной двигатель –  асинхронный двигатель переменного  тока.

Подача насоса: 

Q_кн-2^ном = (1/z_кн-2)·к_з·G·v_конд, м³/с,

где z_кн-2 = 2;

к_з = 1,15;

G_кн-2 = G_гк^п + G_сн2 + G_пр + G^п_тпн = 939,76 + 30 + 6,95 + 34,22 = 1010,93 кг/с v_конд = v^,(р = 0,005 МПа) = 0,0010053 м³/кг.

Q_кн-2^ном = (1/2)·1,15·1010,93·0,0010052 = 0,58437 м³/с.

В расчет принято Q_кн-2^ном = 0,58 м³/с – по ГОСТ 8032-84.

Давление насоса: р_кн-2^ном = 1,34 МПа

Коэффициент быстроходности насоса

n_s = 20,1·n_кн-2^ном·( Q_кн-2^ном)^0,5/( р_кн-2^ном·10^-3)^0,75 = 20,1·3000·(0,58)^0,5/(1,34·10⁶· 10^-3)^0,75 = 586.4726

Следовательно, тип насоса – центробежный одноступенчатый.

КПД насоса η_кн-2 = 0,8 – принято по прототипу.

Номинальная мощность насоса

N_кн-2^ном = Q _кн-2^ном· р_кн-2^ном/( η_кн-2^ном·1000) = 0,58 ·1,34·10⁶/( 0,8·1000) =               971.5 кВт.

Номинальная мощность двигателя N_дв^ном = 1000 кВт – по ГОСТ 12139-84.

КПД двигателя  η_дв^ном = 0,95 –принято по прототипу.

Коэффициент загрузки насоса

Q_кн-2/ Q _кн-2^ном = 1/1,15 = 0,87.

Мощность насоса

N_кн-2 = 0,93· N _кн-2^ном  = 0,93·971.5 = 903.495 кВт.

Коэффициент 0,93 определен  по номограмме.

Коэффициент загрузки двигателя

к_з^дв = N_кн-2/ N_дв^ном = 903.495/1000 = 0,9035.

Мощность, потребляемая из сети,

Р_с = N_дв^ном· к_з^дв/ η_дв^ном = 1000·0,9035/0,95 = 951.04737 кВт.

4. Параметры главного питательного насоса

Параметры предвключенного  насоса

Подача насоса:

Q_ппн^ном = (1/z_ппн)·к_з·G_тпн·v_ппн, м³/с,

где z_ппн = 2;

к_з = 1,15;

G_тпн = 1,04674*1738,37 – 2,228 = 1817.39 кг/с.

v_конд = v^,(р = 0,7 МПа) = 0,0011114 м³/кг.

Q_ппн^ном = (1/2)·1,15·1817,39·0,0011114 = 1,1614 м³/с.

В расчет принято Q_ппн^ном = 1,165 м³/с – по ГОСТ 8032-84.

Давление насоса: р_ппн^ном = 0,2·р_пн = 0,2·8,8  = 1,76 МПа

Коэффициент быстроходности насоса

n_s = 20,1·n_ппн^ном·( Q_ппн^ном/2)^0,5/( р_ппн^ном·10^-3)^0,75 = 20,1·1800·(1,16141/2)^0,5/(1,76·10⁶·10^-3)^0,75 = 101.62066.

Следовательно, тип насоса – центробежный одноступенчатый  с колесом двухстороннего входа.

КПД насоса η_кн-2 = 0,82 – принято по прототипу.

Номинальная мощность насоса

N_ппн^ном = Q _ппн^ном· р_ппн^ном/( η_ппн^ном·1000) = 1,16141 ·1,76·10⁶/( 0,82·1000) =      2500.4878 кВт.

Параметры основного  питательного насоса

Подача насоса

Q _опн^ном = Q _ппн^ном = 1,165 м³/с.

Давление насоса: р _опн^ном = р_пн^ном - р_ппн^ном = 8,8  – 1,76 = 7,04 МПа.

Коэффициент быстроходности насоса

n_s = 20,1·n_опн^ном·( Q_опн^ном/2)^0,5/( р_опн^ном·10^-3/3)^0,75 = 20,1·3500·(1,165)^0,5/(7,04·10⁶·10^-3/3)^0,75 = 225.21044.

Следовательно, тип насоса – центробежный трехступенчатый.

КПД насоса η_кн-2 = 0,82 – принято по прототипу.

Номинальная мощность насоса

N_опн^ном = Q _опн^ном· р_опн^ном/( η_опн^ном·1000) = 7.04 ·1,76·10⁶/( 0,82·1000) =        10001.95122 кВт.

Мощность питательного насоса в целом:

N_пн = N_ппн^ном + N_опн^ном = 2500.4878 + 10001.95122= 12502.43902 кВт.

5. Параметры главного циркуляционного насоса системы технического водоснабжения

Узел насосной станции технического водоснабжения  представлен тремя параллельно  включенными насосами осевого типа. Частота вращения 300 об/мин. Приводной  двигатель – асинхронный двигатель  переменного тока.

Подача насоса:

Q_цнгк^ном = (1/z_цнгк)·к_з·G·v_тв, м³/с,

где z_ппн = 3;

к_з = 1,15;

G = 1,1G_гк^п ·m = 1,1·939,76 ·55 = 56855,48 кг/с

V_тв = v(р = 0,1 МПа, t = 20 ^оС) = 0,0010017 м³/кг.

Q_цнгк^ном = (1/3)·1,15·56855,48·0,0010017 = 21,83165 м³/с.

В расчет принято Q_цнгк^ном = 22,1 м³/с – по ГОСТ 8032-84.

Давление насоса: р_цнгк^ном = 0,197 МПа – принято по прототипу.

Здесь коэффициентом 1,1 учитывается расход воды на дополнительные потребители.

Коэффициент быстроходности насоса

n_s = 20,1·n_цнгк^ном·( Q_цнгк^ном)^0,5/( р_цнгк^ном·10^-3)^0,75 = 20,1·300·(22,1)^0,5/(0,197·10⁶·10^-3)^0,75 = 539,1.

Следовательно, тип насоса - осевой.

КПД насоса η_кн-2 = 0,86 – принято по прототипу.

Номинальная мощность насоса

N_цнгк^ном = Q _цнгк^ном· р_цнгк^ном/( η_цнгк^ном·1000) = 22,10 ·0,197·10⁶/( 0,86·1000) = 5062,44кВт.

Номинальная мощность двигателя N_дв^ном = 5600 кВт – по ГОСТ 12139-84.

КПД двигателя η_дв^ном = 0,9 –принято по прототипу.

Коэффициент загрузки двигателя

к_з^дв = N_цнгк^ном/ N_дв^ном = 5062,44/5600 = 0,904.

Мощность, потребляемая из сети,

Р_с = N_дв^ном· к_з^дв/ η_дв^ном = 5600·0,904/0,9 = 5624, 9кВт.

6. Затраты электроэнергии на собственные нужды. КПД АЭУ нетто.

Затраты электроэнергии на ЦНПК, КН-1, КН-2, ЦНГК

Р_с = 4·6378.50038 + 2·688.4812 + 2·951.04737 + 3·5624,9= 45667.86486 кВт.

Затраты электроэнергии на прочие потребители собственных нужд

Р_с^доп = 0,15· Р_с/0,85 = 0,15·45667.86486 /0,85 = 8059.03497 кВт.

Суммарные затраты  электроэнергии на собственные нужды

Р_сн = 45667.86486 + 8059.03497= 53726.89983 кВт.

Относительные затраты электроэнергии на собственные нужды

η_сн = (Р_г - Р_сн)/ Р_г = (1,1·10⁶ – 53726.89983)/ 1,1·10⁶ = 0,95116

КПД АЭУ нетто:

η_АЭУ^нетто = η_АЭУ^брутто· η_сн = 0,311·0,95116 = 0,29581

2. ОЦЕНКА МАССОГАБАРИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ГЛАВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ АЭУ

1. Параметры ядерного реактора

Энергия, выработанная за время кампании E = Q_яр^ном∙τ, МВт∙ч,

где τ = 4∙7000 = 28000 ч – принято по прототипу;

Q_яр^ном = 2800 МВт

E = 2800∙10³∙28000 = 7,84∙10¹⁰ кВт∙ч.

Загрузка урана в активной зоне М_u = E/(R∙24) кг,

где R = 50 МВт∙сут/кг – принято по прототипу.

Тогда М_u = 7,84∙10¹⁰/(50∙24∙10⁶) = 65,333 т.

Обьем активной зоны

V_аз = Q_яр^ном/q =2800/111 = 25,225 м³,

где q = 111 МВт/м³ – принято по прототипу.

Диаметр активной зоны D_аз = 3,16 м - принято по прототипу;

Высота активной зоны H_аз = 4∙ V_аз/(π ∙ D_аз²) = 4 ∙ 25,225/(3,14 ∙3,16²) =        3,216 м.

Габаритный  диаметр ЯР D_яр = 4,535 м - принято по прототипу.

Габаритная  высота корпуса ЯР H_яр = h_яр ∙ H_аз м,

где h_яр = H_яр^пр/ H_аз^пр = 10,88/3,56 = 3,056.

H_яр = 3,056∙3,216 = 9,829 м.

Масса ЯР М_яр = m_яр∙V_яр, т,

где m_яр = М_яр^пр/ V_яр^пр = М_яр^пр/(π ∙ D_яр^{пр 2} ∙ H_яр^пр/4) = 824/(3,14 ∙4,535² ∙10,88/4) = 4,69 т/м³.

М_яр = 4,69 ∙( π ∙ D_яр ² ∙ H_яр/4) = 4,69 ∙(3,14 ∙4,535² ∙9,829/4) = 744,47 т.

Сводные данные параметров ЯР:

Тепловая мощность – 2800 МВт.

Давление теплоносителя  – 16,0 МПа.

Температура теплоносителя:

- на выходе  из ЯР – 323 ^оС;

- на входе  в ЯР - 291 ^оС.

Расход теплоносителя  через активную зону

G_тн = Q_яр^ном/(i_т1 - i_т2) = 2800 ∙10³/(1472,29 – 1289, 64) = 15329,865 кг/с.

Размеры активной зоны:

- высота –  4,5224 м;

- диаметр –  3,16 м.

Топливо – UO₂.

Материал оболочки твэла – циркониевый сплав.

Средняя энергонапряженность  активной зоны – 111 МВт/м³.

Загрузка урана – 98,375 т.

Кампания активной зоны – 21000 ч.

Корпус реактора:

- габаритная высота –  13,82 м;

- диаметр максимальный  – 4,535 м.

Масса сухого реактора в сборе – 1046,4 т.

2. Параметры парогенератора

Расчет параметров ПГ.

Паропроизводительность  камеры парогенератора

G_пг^кпг = ∑G_пг/z_кпг = 1479,737/4 = 369,934 кг/с.

Параметры генерируемого  сухого насыщенного пара

- давление – 6,42 МПа;

- температура – 280 ^оС.

Тепловая нагрузка камеры парогенератора

Q_кпг = Q_яр^номη_тпк/z_кпг = 2800∙0,985/4 = 689,5 МВт.

Расход теплоносителя  через камеру ПГ

G_{т кпг} = ∑G_т/ z_кпг = 15329,865 /4 = 3832,466 кг/с.

Поверхность теплопередачи  камеры ПГ

F_кпг^расч = Q_кпг/(К ∙δt) м²,

где Q_кпг = 968,99 МВт;

К = 5,4 кВт/(м²∙^оС) – принято по прототипу;

δt = (δt_б – δt_м)/ln(δt_б/ δt_м), ^оС;

δt_б = t_т1 – t_пг = 323 – 280 = 43 ^оС;

δt_б = t_т2 – t_пг = 291 – 280 = 11 ^оС;

δt = (43 – 11)/ ln(43/11) = 23,472 ^оС;

F_кпг^расч = 689,5∙10³/(5,4∙23,472) = 5439,807 м²,

F_кпг = 1,1F_кпг^расч = 1,1∙5439,807 = 5983,788 м².

В расчет принято F_кпг = 6000 м² – по ГОСТ 8032-84.

Объем камеры ПГ V_кпг = v_кпг· F_кпг м³,

где v_кпг = V_кпг^пр/ F_кпг^пр = π ∙ D_кпг^{пр 2}·L_кпг^пр/(4· F_кпг^пр) = 3,14·4,2²·13,84/(4·6115) = 0,03136 м³

V_кпг = 0,03136·6000 = 188,139м³;