Деев Основы расчета судовых ЯЕУ 2012

П Р И Л О Ж Е Н И Е

ПРИМЕР РАСЧЕТА РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ ПЭБ

В приложении на примере ПЭБ показано применение изложенных в основной части пособия расчетных методик, а также приведены результаты расчетов основных характеристик РУ типа КЛТ-40С.

П.1. Исходные данные проекта

(см. рис. 3.4, 3.5);

4)общие технические характеристики проектируемой ПАТЭС

(табл. П.1);

5)основные технические характеристики ТВС активной зоны

(табл. П.2).

Т а б л и ц а П.1

Общие технические характеристики проектируемой ПАТЭС

П.2. Диаграмма i – s расширения пара в турбине

Для того чтобы выяснить, как изменяются параметры пара при его работе в паротурбинной установке, рассмотрим i – s- диаграмму, представленную на рис. П.1. На этой диаграмме процессы расширения пара в ЦВД турбины 5 (см. рис. 2.10), осушки в сепараторе 12 и расширения в ЦНД турбины 6 изображаются ломаной линией 0 – 1 – 2 – 2с – 3 – к. Действительные теплоперепады в процессах 0 – 1, 1 – 2, 2с – 3 и 3 – к меньше располагаемых (адиабатических) теплоперепадов, показанных на рисунке пунктирными линиями 0 – 1а, 1 – 2а, 2с – 3а и 3 – ка, вследствие необратимых потерь теплоты в отсеках турбины, соответственно меньше и внутренняя работа пара в турбине.

213

Отношение действительных теплоперепадов к располагаемым называется внутренним относительным КПД турбины 0i, который характеризует совершенство ее проточной части и паровпускных устройств. Обычно он равен 0,80 – 0,92. Если значение 0i известно, то по величине располагаемого теплоперепада можно определить действительный теплоперепад и тем самым установить параметры пара в точках 1, 2, 3 и к. Например, в процессе 0 – 1 теплоперепад i0 i1 (i0 i1a )з0i . Аналогичные выражения можно записать и для процессов 1 – 2, 2с – 3, 3 – к. Значение параметров пара в точке 2с диаграммы связано с характеристиками сепаратора влаги. Современные паросепарационные устройства позволяют осущест-

214

вить достаточно глубокую осушку влажного пара до значений x 0,99. При построении представленной на рис. П.1 диаграммы было принято 0i = 0,8 и x2с = 0,995. Значения параметров рабочего тела на i – s-диаграмме определялись с использованием известных свойств водяного пара1. Найденные в результате вычислений параметры пара, совершающего работу в турбине, в характерных точках i – s-диаграммы приведены в табл. П.3.

Т а б л и ц а П.3

Параметры пара в различных точках i – s-диаграммы на рис. П.1

Важно заметить, что влажность пара 1 – x в последних ступенях паровой турбины не должна превышать 13 – 14 %, иначе значительно увеличивается эрозионный износ ее рабочих лопаток. Из табл. П.3 видно, что в нашем случае это требование удовлетворяет-

ся (в точке к 1 – x = 0,136, или 13,6 %).

П.3. Расчет регенеративной тепловой схемы, КПД АППУ и тепловой мощности реактора

Ниже приведен пример результатов расчетов регенеративной тепловой схемы (рис. 2.10), КПД АППУ и тепловой мощности реактора ПЭБ с использованием методики, изложенной в п. 2.5 пособия. Расчеты проведены при отключенном пиковом подогревателе теплофикационного контура (Qпик = 0).

1 Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: МЭИ, 2003.

215

В данном случае в дополнение к характеристикам, содержащимся в табл. П.1 и П.3, необходимо задать значения:

температуры воды tвых.ПВД в дренажной линии ПВД 18; давления pсм1 и температуры конденсата tсм1 на входе в СМ 13;

коэффициентов 0i, пр, м, г, ок.ср, тсн, учитывающих потери полезной работы в ПТУ и электрогенераторе, а также потери теплоты от оборудования, контуров АППУ и системы теплоснабжения в окружающую среду.

Значения перечисленных выше параметров, которые были выбраны и использовались при решении совокупности уравнений (2.1) – (2.25) п. 2.5, приведены в табл. П.4, а результаты вычислений расходов пара и воды в различных элементах схемы АППУ – в табл. П.5.1

Т а б л и ц а П.4

Параметры, заданные при решении уравнений (2.1) – (2.25) п. 2.5

1 Решение системы уравнений (2.14) – (2.19) получено с помощью функции isolve(A, B), встроенной в вычислительную среду Mathcad 2000.

216

Т а б л и ц а П.6

Коэффициенты полезного действия АТЭС и тепловая мощность реактора

Расход сетевой воды в теплофикационном контуре Gт.к определяется формулой (2.20). В условиях параметров, заданных в табл. П.1, он должен быть равен 114,8 103 кг/с. Значения КПД и тепловая мощность реактора, вычисленные по формулам (2.22) – (2.25), приведены в табл. П.6.

П.4. Выбор и определение дополнительных геометрических характеристик ТВС и активной зоны реактора

Исходя из представленной на рис. 3.4 конструкции тепловыделяющей сборки и учитывая заданные в ней количество, расположение и размеры стержневых элементов (твэлов, пэлов и СВП), выберем шаг между стержнями в ТВС s = 9,6 мм (относительный шаг x = s/dтвэл = 1,41).

Из соображений компоновки шестигранных кассет (рис. П.2) зададим количество ТВС в активной зоне nТВС = 121. В этом случае с учетом межкассетных зазоров sмк эквивалентный диаметр активной зоны можно определить из формулы

217

sм

sк sк

Dоп

Рис. П.2. Компоновка ТВС в активной зоне (nТВС = 121)

Т а б л и ц а П.7

Дополнительные геометрические характеристики ТВС и активной зоны

Используя известные геометрические соотношения, а также формулу (П.1), на основании заданных параметров установим необходимые для дальнейших расчетов дополнительные геометрические характеристики ТВС и активной зоны реактора, перечисленные в табл. П.7.

П.5. Выбор параметров теплоносителя 1-го контура РУ

После того, как определены геометрические характеристики ТВС и в целом активной зоны, можно выбрать среднюю скорость движения теплоносителя в пучках твэлов и СВП. От этой величины существенно зависят коэффициент теплоотдачи и гидравлическое сопротивление. В водоохлаждаемых реакторах средняя скорость wср обычно находится в пределах 2,5 3,5 м/с. При выбранном значении wср расход теплоносителя на охлаждение твэлов и СВП в тепловыделяющей сборке составит1

где – плотность теплоносителя при средней по высоте активной зоны температуре воды.

В охлаждении твэлов и СВП участвует основная часть потока теплоносителя, другая его часть (несколько процентов от полного расхода воды через реактор Gр) в рассматриваемой конструкции активной зоны и ТВС проходит внутри кожухов вытеснителей и через межкассетные зазоры. Чтобы учесть это, будем считать, что расход теплоносителя в пучке твэлов и СВП, находящихся в ТВС, Gтн = kGGр/nТВС, где kG – коэффициент меньше единицы, Gр – полный расход теплоносителя через реактор (см. п. 4.2 уравне-

ние (4.7)).

Полный расход теплоносителя Gр при известном значении тепловой мощности реактора Qр определяет подогрев теплоносителя в реакторе tр, так как в соответствии с уравнением теплового балан-

са (4.6) п. 4.2

1 Здесь и далее предполагается, что активная зона состоит из одинаковых ТВС. 219

где cp – удельная изобарная теплоемкость теплоносителя при его средней температуре в активной зоне. Если известен подогрев теплоносителя и задана температура воды на выходе из реактора tвых.р, то температура воды на входе в реактор tвх.р = tвых.р – tр.

Если выбрать wср = 3,2 м/с и kG = 0,93, то расчет с использованием формул (П.2), (П.3) приводит к результатам, представленным в табл. П.8.

П.6. Расчет средних тепловых характеристик активной зоны

Представленные выше данные позволяют рассчитать по приведенным ниже формулам средние тепловые характеристики активной зоны реактора.

Удельная энергонапряженность активной зоны