39. Классификация аэс по числу Конторов. Принципиальные схемы. Преимущества и недостатки.

Принципиальные тепловые схемы АЭС.

Где ГЦН – главный циркуляционный насос.

Вода под большим давлением поступает в реактор, где не только нагревается, но и начинает кипеть (кипящий реактор, кипящий ядерный котел, реактор кипящего типа). Далее эта пароводяная смесь поступает в барабан-сепаратор, где происходит разделение: вода поступает на всос насоса, в водяной контур, пар поступает в турбину.

Совмещен теплоноситель (то тело, которое проходит через реактор) – вода, рабочее тело – пар. Этот контур радиоактивен, что доставляет трудности пи ремонтных и монтажных работах.

В двухконтурной схеме разделяем контур теплоносителя и контур рабочего тела. Первый контур – контур теплоносителя, в данном случае, вода; она находится под большим давлением, нагревается, проходя через реактор, но не кипит. На выходе из реактора вода имеет температуру примерно 330 ÷ 350° С, а на входе – 285 ÷ 290° С. Эта вода нагнетается в реактор главным циркуляционным насосом, проходит через сердечник реактора, забирает тепло и передает его рабочему телу (воде), но с меньшим давлением. Поэтому, поступая в парогенератор вода второго контура, вскипает и насыщенный пар поступает в турбину.

Если первый контур, контур теплоносителя радиоактивен, то второй контур нерадиоактивен (с маленькой радиацией). Работы, связанные с ремонтом и монтажом облегчены. Через реактор протекает вода под большим давлением, воды практически несжимаема, следовательно, имеется компенсатор объема (регулятор давления). Он компенсирует температурное расширение. Парогенератор по сути теплообменник, здесь реактор некипящего типа.

В качестве теплоносителя в первом контуре (контур, где имеется реактор) применяется жидкий металл, в данном случае натрий, здесь он тоже радиоактивен. Во втором контуре, в промежуточном, тоже циркулирует натрий, но уже нерадиоактивный, а в третьем – вода-пар.

Реакторы, работающие на быстрых нейтронах, реакторы-размножители. Первоначальная загрузка больше, чем в первых двух реакторах. Промежуточный контур в целях безопасности. Из первого контура жидкий натрий поступает в теплообменник, где тепло радиоактивного натрия передается нерадиоактивному натрию. И уже в парогенераторе тепло жидкого натрия передается воде, воде вскипает и подается пар в паровую турбину. По первому и по второму контуру циркулируют некипящие жидкости, следовательно, присутствует компенсатор объема. В России имеются АЭС всех трех типов.

40. Классификация реакторов аэс. Физические основы действия реактора

По энергии нейтронов:

- реакторы на тепловых (медленных) нейтронах;

- реакторы на быстрых нейтронах.

По структуре активной зоны:

- гомогенные;

- гетерогенные.

По конструкции:

- корпусные;

- канальные.

По виду топлива:

- уран 235;

- плутоний 239;

- торий 232.

По теплоносителю:

- вода;

- жидкий натрий;

- жидкий калий.

По замедлителю:

- графит;

- вода обычная;

- дейтерий («тяжелая» вода).

Реактор РБМК – реактор большой мощности, канальный.

ВВЭР – водоводяные реакторы.

РБН – реактор на быстрых нейтронах.

РБМК – водографитовый реактор канального типа, охлаждается кипящей водой, замедлителем служит графит. Оболочка ТВЭЛов изготавливается из циркониевых сплавов, топливом служит двуокись урана UO₂, до U₂₃₅ обогащение 2-3%. Перегрузка топлива может осуществляться без остановки реактора. Единичная мощность такого реактора практически неограниченна.

ВВЭР – водоводяной энергетический реактор. Вода выступает в роли и замедлителя, и теплоносителя, применяются в двухконтурных установках, обогащение до 4%.

Реакторы имеют единый корпус. Давление в корпусе реактора до 160 атм.

44. Гидравлические основы гидроэнергетики. Основные уравнения гидростатики и гидродинамики. Гидростатический и гидродинамический напоры.

Рисунок 76.

P = P₀ + ρgh, где P₀ - давление внешних сил, ρgh – давление столба жидкости, g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с² [кг/м³ ∙ м/c² ∙ м] = [Н/ м²] = [Па]

h = z₀ – z

P = P₀ + ρg (z₀ – z) = P₀ + ρgz₀ – ρgz

P + ρgz = P₀ + ρgz₀

P₀ / ρg + z₀ = P / ρg + z = H_c = const – статический напор

z = [м], H_c = [Дж/Н]

(P / ρg + z) – удельная потенциальная энергия.

P / ρg – энергия давления, z – энергия положения.

1. Уравнение неразрывности.

Основано на определении средней скорости.

Q = v ∙ w = const

[м³/c] = [м/с] ∙ [м²]

Где Q – объемный расход, v – скорость, w – площадь поперечного сечения.

Рисунок 77.

v₁ ∙ w₁ = v₂ ∙ w₂ - отношение скоростей

v₂ / v₁ = w₁ / w₂ – обратно пропорционально отношение площадей поперечного сечения.

2. Уравнение Бернулли.

P / ρg + z + v² / 2g = Hg = const

P / ρg + z – потенциальная энергия

v² / 2g – кинетическая энергия

Hg – полная удельная энергия

P / ρg – пьезометрическая высота, энергия давления

z₁ + P₁ / ρg + v₁² / 2g = z₂ + P₂ / ρg + v₂² / 2g + δH = const

δH – гидравлические потери, потери напора при движении в жидкости, индексы 1 и индексы 2 вход и выход.

Рисунок 78.

44. Потери напора. Гидравлические сопротивления по длине потока и местные.

Потери напора возникают в результате гидравлических сопротивлений. Гидравлические сопротивления подразделяются на сопротивления по длине потока и на местное сопротивление.

Сопротивление по длине потока обусловлено потерей энергии по длине потока в основном в результате трения.

Местное сопротивление обусловлено местными потерями, они в основном связаны с изменениями направления движения.

Все эти потери пропорциональны квадрату скорости.

δH = h_1-2 – полные потери

h = ξ v² / 2g

где ξ – обобщенный коэффициент сопротивления.

Σh = h_l + h_μ

Где h_l – потери по длине, h_μ - местные потери.

44. Гидрологические основы гидроэнергетики. Понятия стока, гидрографа, нормы стока, нормы расхода.

Гидравлической основой гидротехники являются данные о режиме стока, определяемом соответствующими характеристиками.

1). Расход воды – количество воды, протекающее в одну секунду через данное поперечное сечение.

Q = [м³/c]

Хронологический график изменения расходов воды по времени в каком-либо створе реки носит название гидрографа. Он строится по результатам гидрометрических измерений. Формы гидрографа определяется типом питания рек (снег, дождь, родник и т.д.)

Рисунок 79.

2). Сток – суммарный объем воды, прошедший через данное поперечное сечение водотока от начального до конечного.

W = [м³] = [км³]

При известном гидрографе сток может быть определен как непрерывная функция или дискретная функция, следовательно, интеграл от данного расхода по времени.

W =

Норма стока.

w₀ – норма стока

- средний многолетний годовой сток реки, который выражается в м³ или км³

где w_j – сток за j-ый год, n – число лет за рассматриваемый период.

Аналогично имеется такой же показатель как норма расхода – средний многолетний расход, который измеряется в м³/с.

, где - средний расход j-го года, 31,54 ∙ 10⁶ – секунд в году.

44. Работа водного потока. Схемы концентрации напора.

Работа водного потока и схема концентрации напора.

Мощность водного потока.

N = ρ ∙ g ∙ H ∙ Q

где Q – расход, H – напор, перепад высот с геометрической точки зрения.

[Вт] = [кг/м³ ∙ м/с² ∙ м ∙ м³/с] = [Н/ м³ ∙ м ∙ м³/с] = [Дж/ м³ ∙ м³/с] = [Дж/с] = [Вт]

N = 9810 ∙ H ∙ Q (9810 в Н/м³)

N = 9,81 ∙ H ∙ Q (9810 в кН/м³)

N_ГЭС = 9, 81 ∙ H ∙ Q η_ГЭС

Энергия водотока определяется, используя формулу мощности так:

Э = N ∙ t/3600 = [кВт ∙ ч] = [кВт] [с]

Э = (9,81 H ∙ Q ∙ η ∙ t) / 3600 = (9,81 ∙ w ∙ H ∙ η) / 3600 = (w ∙ H ∙ η) / 367

Q ∙ t = w

В естественных условиях концентрирования напоры (Н) в определенном месте встречаются крайне редко (водопад). Равнинные реки обычно имеют уклон свободной поверхности воды 5-10 см/км; горные – 5-10 м/км.

Концентрация напора.

Концентрация напора в каком-либо удобном месте осуществляется с помощью гидротехнических сооружений по плотинной схеме или деривационной.

Деривация – отклонение от основного пути. Деривация бывает напорная и безнапорная.

Плотинная схема предусматривает сооружение плотины, которая перегораживает русло реки в выбранном створе. В результате сооружения плотины создается разность уровней верховой и низовой стороны плотины. Создающееся при этом с верховой стороны водохранилище носит название верхнего бьефа, а часть реки, примыкающей к плотине с низовой стороны, называется нижний бьеф.

Разность уровней нижнего и верхнего бьефа – напор. Z_ВБ – Z_НБ = Н

На ГАЭС имеется верхний бассейн (водохранилище) и нижний бассейн (водохранилище), и здесь уже будет разность уровней верхнего и нижнего бассейна. В период ночного провала в суточном графике нагрузки энергосистемы ГАЭС работает в насосном режиме (заряд ГАЭС), потребляя из сети электроэнергию для перекачки воды из нижнего бассейна в верхний. В период наступления утреннего и вечернего максимума нагрузки энергосистемы ГАЭС работает в генераторном режиме (разряд ГАЭС), производя электроэнергию благодаря перетоку воды из верхнего бассейна в нижний.

Обратимые машины – электрогенератор и двигатель, гидромашины – и в режиме генерации, и в режиме насоса гидротурбина, электрогенератор. На ГАЭС стоят две обратимые машины.