Расчет насосов и масогабарито турбины

D_кпг = 4,2 м – принято по прототипу.

L_кпг = 4· V_кпг/( π ∙ D_кпг ²) = 4·188,139/(3,14·4,2²) = 13,579 м.

Масса камеры ПГ М_кпг = m_кпг· V_кпг, т,

где m_кпг = М_кпг^пр/ V_кпг^пр = 4· М_кпг^пр/ (π ∙ D ²_кпг ^пр· L_кпг^пр) = 4·205/(3,14·4,2²·13,84) = 1,069 т/м³.

М_кпг = 1,699∙188,139 = 201,144 т.

 

4. Параметры турбоагрегата. Параметры главной турбины

1. Параметры ЦВД

ЦВД – один двухпоточный агрегат активного типа.

Длина сопловой лопатки первой ступени ЦВД определяется из уравнения сплошности потока пара

G_п∙v₁ = π ∙d_ср∙l₁∙c₁₀∙φ sinα₁∙e.

Отсюда длина  сопловой лопатки первой ступени  ЦВД l₁ составляет

l₁ = G_п∙v₁/( π ∙d_ср∙ c₁₀∙φ sinα₁∙e), м.

Расход пара G_п = 0,5 G_т = 0,5∙1958,51 = 979,255 кг/с.

Удельный объем  пара на выходе из соплового аппарата первой ступени можно ориентировочно принять по параметрам пара за первой ступенью (так как степень реактивности первой ступени небольшая). Он составляет

v₁ = v(p = 4,69 МПа, x = 0,968) = v'(1 – x) + v''x = 0,001275446(1 – 0,968) + 0,0422682∙0,968 = 0,04095643 м³/кг.

Средний диаметр первой ступени ЦВД d_ср = 1806 мм – принято по прототипу.

Теоретическую скорость пара на выходе из соплового  аппарата первой ступени ЦВД c₁₀ определяем через оптимальное соотношение скоростей                       (u/ c₁₀)_опт. Величину (u/ c₁₀)_опт можно определить по зависимости

(u/ c₁₀)_опт = φ cosα₁/[2(1 – ρ)^0,5],

где φ коэффициент потерь в сопловой решетке. В расчет можно принять φ = 0,97;

α₁ – угол выхода потока пара из соплового аппарата первой ступени можно принять в пределах 10….14^о. В расчет принято α₁ = 12 ^о;

ρ – степень  реактивности первой ступени ЦВД. В  расчет принято ρ = 0,2.

Тогда (u/ c₁₀)_опт = 0,97 ∙cos12 ^о/[2(1 – 0,2)^0,5] = 0,530397097.

Отсюда c₁₀ = u/(u/ c₁₀)_опт = π ∙d_ср∙n/ (u/ c₁₀)_опт = 3,14∙1,806∙25/0,530397097 = 267,292187 м/с.

e – степень парциальности. Принимаем турбину с полным впуском пара(e = 1).

С учетом принятых значений параметров длина сопловой лопатки первой ступени ЦВД составляет:

l₁ = G_п∙v₁/(π∙d_ср∙c₁₀∙φsinα₁∙e)= 979,255∙0,040956431/(3,14∙1,806∙267,292187∙0,97∙sin12) = 0,13120 м.

2. Параметры ЦНД

ЦНД – три  двухпоточных агрегата активного типа.

Длина лопатки  последней ступени ЦНД l = 1,450 м – принято в расчет.

Средний диаметр  последней ступени ЦНД d = l∙θ = 1,45∙3,3 = 4,785 м, где θ = 3,3 – веерность последней ступени ЦНД, принято по прототипу.

Площадь проходного сечения одного выхлопа ЦНД

Ω = π ∙d∙ l = 3,14∙4,785∙1,45 = 21,7861 м².

Скорость пара на выходе из ЦНД с₂ = ∑G_п∙v/(z_пот^цнд∙ Ω), м/с, где ∑G_п = G_гк^п = 1007,92 кг/с.

v ₁ = v(р = 5 кПа, x = 0,880) = v'(1 – x) + v''x = 0,0010052(1- 0,880) + 28,196∙0,880 = 24,812 м³/кг – удельный объем пара за последней ступенью ЦНД;

z_пот^цнд = 6 – суммарное количество потоков в ЦНД;

Ω = 21,7861 м².

с₂ = 1007,92∙24,812/(6∙21,7861) = 191,323 м/с.

5. Параметры главного конденсатора

Главная конденсационная установка представлена тремя конденсаторами поверхностного типа (по количеству ЦНД), подвального расположения, двухпоточные, двухходовые с поперечно ориентированной трубной системой. Компоновка конденсационной установки и схема подачи охлаждающей воды показаны на рисунке 11.

      

Рисунок 1 –  Схема подачи охлаждающей воды на конденсационную установку

Тепловая нагрузка конденсатора

Q = G_гк^п∙(i_вх - i_вых) = 1007,92∙(2270,4 – 137,77) = 2149520,43 кВт, где G_гк^п – суммарный расход пара на ГК.

Уточненное значение температуры охлаждающей воды на выходе из ГК

t_ов^вых = t_ов^вх + r∙x/(m∙c_p) = 20 + 2423,43∙0,880/(55∙4,18) = 29,276 ^оС

 

 

 

.

Рисунок 2  -  Уточненная диаграмма t – q главного конденсатора

Средний температурный  напор теплопередачи в конденсаторе

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

δt_б = t_к – t_ов^вх = 32,9 – 20 = 12,9 ^оС;

δt_м = t_к – t_ов^вых = 32,9 – 29,276 = 3,624 ^оС;

δt = (12,9 – 3,624)/ ln(12,9/3,624) = 7,3059 ^оС;

Коэффициент теплопередачи  главного конденсатора, отнесенный к  наружной поверхности трубок

К = 4,07∙а∙(1,1∙w_в/d_вн^0,25)∙[1 - b∙a^0,5∙(35 - t_ов^вх)²/1000]∙[1 + (z – 2)∙0,1∙(1 - t_ов^вх/35)]∙Ф_в, кВт/(м²∙град),

где а = 0,825 –  коэффициент чистоты - принят по прототипу;

w_в = 2,2 – скорость охлаждающей воды в трубках - принят по прототипу;

d_вн = 26 мм – внутренний диаметр трубок - принят по прототипу;

x = 0,12∙a∙(1 + 0,15∙ t_ов^вх) = 0,12∙0,825∙(1 + 0,15∙20) = 0,396;

b = 0,52 – 7,2∑G_п/F = 0,52 – 7,2∙958,333333/99430 = 0,450604445.

Здесь приближенно  принимаем ∑G_п = ∑G_п^прот = 3450∙10³/3600 = 958,3333 кг/с; F = F_прот = 88000 м²;

z = 0 – количество последовательно включенных корпусов ГК;

Ф_в = 1 – коэффициент паровой нагрузки.

К = 4,07∙0,825∙(1,1∙2,2/26^0,25)^0,396∙[1 – 0,45064445∙0,825^0,5∙(35 - 20)²/1000]∙[1 + (– 2)∙0,1∙(1 - 20/35)]∙1 = 2,8647 кВт/(м²∙град).

Поверхность теплообмена  конденсатора

F = Q/(K∙ δt) = 2149520,43/(2,8647∙7,3728) = 101772 м².

Количество  параллельно включенных трубок конденсатора (из выражения сплошности водяного потока)

n_тр = 1,05 G_ов/ (π ∙d_вн² ∙ w_в∙ρ_в/4), где

G_ов = G_п∙m = 1007,92∙55 = 55435,6 кг/с;

d_вн = 0,026 м;

w_в = 2,2;

ρ_в = 1/v(p = 0,1Мпа, t = 20 ^oC) = 1/0,0010017 = 998,302 кг/м³ – плотность охлаждающей воды.

n_тр = 1,05 ∙55435,6/ (3,14 ∙0,026² ∙ 2,2∙998,302/4) = 49943 шт.

n_тр^д = n_{тр •} z = 49943 _• 2 = 99886 шт.

Действительная  длина одной трубки

L_тр^д = F/(π ∙d_нар ∙ n_тр) = 101772/(3,14∙0,028∙99886) = 11,588 м, где                    d_нар = 0,028 м – принято в расчет.

Площадь трубной  доски для одной секции конденсатора

S_тр.д = [(n_тр.д/z_сек.гк)∙ π ∙d_нар²/4]/u_тр = [(99886/4)∙ 3,14 ∙0,028²/4]/0,32 =          48,026 м², где

 z_сек.гк – количество секций ГК;

u_тр = 0,32 – коэффициент использования трубной доски.

Условный диаметр  эквивалентной трубной доски

D_тр.д^усл = (4 S_тр.д/ π)^0,5 = (4 ∙48,026/ 3,14)^0,5 = 7,8217 м.

Соотношение длины  трубок и диаметра трубной доски

L_тр^д/ D_тр.д^усл = 11,588/7,8217 = 1,5 - что соответствует допустимым пределам.

Габаритный  диаметр конденсатора

D_конд = D_тр.д^усл + 0,6 = 7,8217 + 0,6 = 8,4517 м.

Габаритная  длина конденсатора

L_конд = L_тр^действ + L_в.к. = 11,588 + 2∙1,2 = 13,988 м, где L_в.к. = 1,2 м – размер водяной камеры в осевом направлении конденсатора – принято в расчет.

Габаритный объем конденсатора

V_конд = π ∙ D ²_конд∙ L_конд/4 = 3,14∙ 8,4517 ²∙ 13,988/4 = 784,35 м³.

Масса конденсатора  М_конд = m_конд· V_конд, т,

где m_конд = М_конд^пр/ V_конд^пр = М_конд^пр/ ( H∙ B· L)_конд^пр = 585/(5,546·6,698·11,205) = 1,405 т/м³.

М_конд = 1,405· 784,35 = 1102,02 т.

 

 

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

• тепловая мощность ЯР,

Q_яр = 3901,43 МВт;

• тепловая мощность рассеянная в ТПК,

Q_тпк = Q_яр (1 – η_тпк) = 3901,43 (1-0.985) = 58,521 МВт ;

• тепловая мощность, переданная рабочему телу в ПГ,

Q_пг = Q_яр - Q_тпк = 3901,43 - 58,521 = 3842,9 МВт;

• потери тепловой мощности с протечками пара в рабочем контуре,

Q_пр = G_np (i_пг – i_к.гк) = 7,834(2778,4 - 137,77)10^-3 = 20,686 МВт

• тепловая мощность, отданная системе теплофикации

Q_ст^затр = Q_ст / η_ст = 215 / 0,94 = 228,72 МВт

• потери тепловой мощности с паром собственных нужд (с учетом возврата части тепла в рабочий контур в ОПУ),

Q_сн = Q_сн1 + Q_сн2 – Q_опу = G_сн1(i_сн - i_сн1) + G_сн2(i_сн – i_к.гк) – G_опус_р (t_опу – t_к.гк) = 14(2527,1 – 546,729)∙10^-3 + 27(2527,1 – 137,77)∙10^-3  – 1082,334∙4,18(36 – 32,9)∙10^-3 = 95,59 МВт, где G_опу = G_гк^п + G_пр + G_тпн^п + G_сн2 = 1007,92 + 7,834 + 39,58 + 27 =               1082,334 кг/с;

• потери тепловой мощности на ТПН с учетом возврата части

энергии к питательной  воде в насосе

Q_тпн = G_тпн^п(i_тпн – i_к.гк) - G_тпн(i^н_{вх ПВД5} – i_вых.д)= 39,58 (2951,4 – 137,77)  10^-3 – 2040,95 (714,1 –709,3) 10^-3= 101,56 МВт;

• потери тепловой мощности рассеянной в окружающую среду в ПП

Q_пп = G_пп1(i^г_вх.пп1 – i^г_вых.пп1) (1 – η_пп)/η_пп + G_пп2(i^г_вх.пп2 – i^г_вых.пп2) (1 – η_пп)/η_пп = 75,91 (2704,1 – 1049,2) 10^-3 (1 – 0,99)/0,99 + 74,6 (2778,4 – 1209,0) 10^-3 (1 – 0,99)/0,99= 2,4515 МВт;

• тепловая мощность, отданная окружающей среде в ГК,

Q_гк = 2149,52 МВт;

• общие потери тепловой мощности на рассеяние в окружающую среду в системе регенерации (оценочно),

Q_рег = G_т(i_пв – i_вх.пнд1)10^-3(1 – η_ср)/ η_ср = 1958,51(895,6 - 152,2)10^-3 (1 – 0,993)/0,993 = 10,262 МВт

• внутренняя мощность турбины,

N_{i т} = Q_пг - Q_пр - Q_ст^затр - Q_сн - Q_тпн - Q_пп - Q_гк - Q_рег = 3842,9 - 20,686 - 228,72 – 95,59 - 101,56 - 2,4515 – 2149,52 - 10,262 = 1234,11 МВт;

Расчетное значение величины N_{i т} достаточно близко к значению, полученному в п.4.7.1. Общая погрешность в оценке потерь тепла составляет (1249,479 – 1234,11)100 /1249,479 = 1,22%;

• механические потери в турбоагрегате,

N_{мех ТА} = N_{i т}(1 – η_мех) = 1249,479(1 – 0,98) = 24,989 МВт;

• потери мощности в генераторе электроэнергии,

P_г.пот = P_г(1 – η_г)/ η_г = 1200(1 – 0,98)/0,98 = 24,489 МВт;

• электрическая мощность генератора электроэнергии,

P_г = N_{i т} - N_{мех ТА} - P_г.пот = 1249,479 - 22,989 - 22,489 = 1200 МВт;

Расчетное значение величины Р. практически совпадает со значением, за-данным в расчет (см. разд.2);

• расход электроэнергии на собственные нужды

Р_сн = = 59,913 МВт;

• мощность, отданная внешним потребителям электроэнергии (полезный выход работы энергоблока)

Р_сети = P_г∙η_сн = 1200∙0,9500 = 1140,00 МВт.

По полученным данным построен график-диаграмма расхода  тепловой мощности ЯР. представленный на рисунке.

 

 

 

                                   

Рисунок 3 –  График – диаграмма расхода тепловой мощности ЯР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Кирияченко В.А., Пилипчук Б.Л., Сычев Е.Н. Эскизное проектирование АЭУ АЭС. Севастополь: СИЯЭиП, 2002.
2. Абдулаев А.А., Пилипчук Б.Л., Сычев Е.Н. Основы проектирования АЭУ АЭС - Севастополь: СИЯЭиП, 1999.
3. Зезюлинский Г.С. Проектирование паровой турбины для АЭС - Севастополь: СИЯЭиП, 2000.
4. Кирияченко В.А., Пилипчук Б. Л., Сычев Е.Н. Основы теории АЭУ АЭС. Севастополь: СИЯЭиП, 2000. 208 с.
5. Кирияченко В.А. Конструкция и системы ПТУ АЭС [Учебник и 
   Альбом схем] - Севастополь: СИЯЭиП, 1998.
6. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1884.
7. Сычев Е.Н. Комплекс программ для интерполяции табличных данных термодинамических свойств воды и водяного пара. - Севастополь, СИЯЭиП, 2000.