ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Р.М.ЛАПШИН

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ЦИРКУЛЯТОРОВ ЯЭУ.

Рекомендовано Ученым советом Нижегородского государственного

технического университета в качестве учебного пособия для студентов

специальности 140305.

Нижний Новгород 2006

УДК 621.039.534(075.8)

ББК 39.455

Л76

Основы теории циркуляторов ЯЭУ: учеб. Пособие/ Р.М.Лапшин. Нижегород. гос. техн. ун-т. Нижний Новгород 2006, - 78 с.

ISBN 5-93272-295-1

Учебное пособие предназначено для студентов энергетических специальностей физико-технического факультета НГТУ, изучающих курс «Циркуляторы ЯЭУ» и выполняющих курсовой проект по этой дисциплине. Задача пособия - в сжатой форме изложить сущность явлений, протекающих в лопастных насосах и обосновать методику инженерных расчетов их основных элементов.

Пособие соответствует рабочей программе и представляет собой конспект лекций по теоретическим основам предмета изучения. Оно дополняется методическими указаниями к курсовому проекту и примером расчета главного циркуляционного насоса первого контура транспортной ЯЭУ.

Рис. 39. Библиогр.: 21.

Рецензент:

УДК 621.039.534(075.8)

ББК 39.455

ISBN 5-93272-295-1 @ Лапшин Р.М.

1. Классификация циркуляторов.

Принципиальная технологическая схема двухконтурной ЯЭУ с ВВРД (рис.1.1) включает в качестве основного оборудования источник тепла (ЯР), парогенератор (ПГ), турбину (Т) и главный конденсатор (ГК).

Т

КД

ПГ

ЯР

1

ГК

3

4

2

Рис.1.1

5

Дополнительно к вышеназванным аппаратам и машинам в схеме должны быть задействованы несколько циркуляторов, выполняющих различные функции:

1 - главный циркуляционный насос первого контура (ГЦНПК), обеспечивающий транспортировку тепловой мощности ядерного реактора в парогенератор,

2 - подпиточный насос (ППН), восполняющий утечки теплоносителя 1-го контура,

3 - питательный насос (ПН), создающий необходимое давление генерируемого пара,

4 - циркуляционный насос (ЦН), отводящий тепло конденсации отработанного в турбине пара,

5- струйный компрессор, выводящий неконденсирующиеся газы из парового объема ГК, обеспечивая необходимую интенсивность теплоотвода в окружающую среду, а, следовательно, глубокий вакуум и высокий термический КПД ЯЭУ.

На схеме не указаны насосы внутреннего контура охлаждения оборудования, вспомогательные насосы 1-го контура, насосы ремонтного расхолаживания, насосы в составе вспомогательных систем ЯЭУ и др.

В принципе имеется возможность создания безнасосной теплоэнергетической установки с помощью массовых сил поля тяготения путем соответствующего размещения аппаратов по высоте, как это указано на рис. 1.2. Преобразование тепла в механическую энергию циркуляции рабочих тел 1-го и 2-го контуров ЯЭУ при этом происходит за счет разности плотностей среды на «горячих» и «холодных» участках контуров циркуляции. Это ограничивает величину скоростей движения, заставляя использовать в составе ЯЭУ различные по производительности и принципам действия циркуляторы.

Большинство комплектующих ЯЭУ циркуляторов имеют общепромышленное исполнение, для насосов, работающих в контурах циркуляции теплоносителя 1-го контура, необходимо исполнять специфические технические требования, по которым разрабатываются специальные конструкции. Обычно это производится совместно с проектированием системы или установки, для которой этот циркулятор предназначен.

Существует ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения», согласно которому: «Насос - это машина для создания потока жидкой среды, т.е. перемещения жидкости и увеличения ее энергии».

Аналогичное определение имеют машины для подачи газовых сред, которые по величине степени повышения давления Р_вых/Р_вх подразделяются на:

-вентиляторы: Р_вых/Р_вх < 1,15,

-газодувки: Р_вых/Р_вх > 1,15, без охлаждения газа в процессе сжатия,

-компрессоры: Р_вых/Р_вх > 1,15, с охлаждением потока газа в процессе сжатия.

Отдельно следует выделить класс вакуумных насосов.

Рис. 1.2.

Р_ПЕ≈3,0 МПа

D_пв

D_пе

0,00

ЯР

ПГ

ГК

Т

g=9,81 м/с²

-385,00

Простейшая классификация машин для подачи жидкостей и газов приведена на схеме рис.1.3.

Циркуляторы

Машины для подачи газов

Лопастные

Объемные

Струйные

Насосы

Динамические

Объемные

Роторные

Поршневые

Пневматические установки

Струйные

Эрлифты

Лопастные

Центробежные

Вихревые

Осевые

Рис. 1.3.

В динамических насосах передача энергии потоку происходит силами, действующими на жидкость в рабочих полостях, постоянно соединенных с входом и выходом насоса. Типичный пример – центробежный насос (рис. 1.4), рабочим органом которого служит вращающееся рабочее колесо (РК) -1, оснащенное лопастями – 2. РК помещено в корпус - 3 с устройствами подвода и отвода перекачиваемой среды – 4, 5. При вращении двигателем РК поток среды с объемным расходом Q м³/с увеличивает свою энергию главным образом путем повышения давления с величины Р₁ на всасывающем фланце насоса до величины Р₂ на напорном.

1 2

ω

2

Р₂, Па

Р₁, Па

Q, м³/с

Q, м³/с

3

4

1

5

Рис. 1.4.

В объемных насосах энергия передается жидкой среде в рабочих камерах, периодически изменяющих объем и попеременно сообщающихся с входом и выходом насоса. На схеме рис. 1.5 изображено устройство поршневого насоса.

Р2

2 1

3

Р1

4

Q м³/с

6

Рис. 1.5.

5

Поршневой насос перекачивает жидкость при возвратно-поступательном движении поршня (или плунжера) – 1 в рабочем объеме – 2, снабженном уплотнением – 3 и клапанами – 4, попеременно подключающими 2 к всасывающему – 5 и напорному - 6 патрубкам.

3

2

Qакт + Qперек

Qперек

Qакт

1

Ракт > Р1 > Р2

Р1

Р1

Р2

Рис. 1.6.

На рис.1.6 приведена схема циркулятора струйного типа, где повышение давления объемного расхода перекачиваемой среды – Qперек осуществляется за счет активного потока рабочей жидкости (воды, газа, пара) –Qакт. В сопле – 1 происходит увеличение кинетической энергии активного потока, а в камере смешения –2 – увеличение кинетической энергии потока перекачиваемой среды. В диффузоре –3 происходит совместное повышение давления потоков от Р₁ до заданного значения Р₂.

4

g

1

2

3

Рис. 1.7.

Схема подъемника для жидкостей, называемого газлифтом, представлена на рис. 1.7. В обсадную трубу скважины –1 помещают подъемную трубу –2 и газовую трубу – 3, подключенную к компрессору - 4. Смесь газа с жидкостью обладает малой плотностью по сравнению с жидкостью без газа, и по закону сообщающихся сосудов поднимается на высоту Н в поле тяготения.

Существует большое количество типов циркуляторов, что определяется широким кругом и разнообразием решаемых с их помощью технических задач. Нормативными документами и ГОСТ регламентируются основные параметры, технические условия и требования к насосам, входящих в состав ЯЭУ. Обычно требования, предъявляемые к циркуляторам, подразделяют на проектные, технологические и эксплуатационные. Проектные требования определяют вид гидравлической характеристики, применяемые материалы, показатели ресурсной надежности и конструктивные схемы агрегатов. Технологические требования должны гарантировать качество изготовления и ремонта насосов с учетом специфических условий эксплуатации. Высокая ресурсная надежность, являющаяся основным эксплуатационным требованием, должна быть обеспечена в течение времени не меньшем , чем период между плановыми остановами ЯЭУ в целом. Наиболее жесткие требования предъявляются к главным циркуляционным насосам первого контура ЯЭУ, что обусловлено радиоактивностью перекачиваемой среды, ее высоким давлением и температурой.

Мировой годовой выпуск циркуляторов различного назначения исчисляется миллионами, годовой расход энергии для их привода составляет существенную часть в энергетическом балансе промышленно развитых стран. К настоящему времени насосо- и компрессоростроение – крупная отрасль народного хозяйства. обладающая мощным научным и производственным потенциалом.