【正文】 “蒸汽發(fā)生器” 課 程 設(shè) 計 說 明 書 姓 名： 學(xué) 號： 班 級： 院 系：核科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 指導(dǎo)教師： ****年 *月 *日 第一章 緒 論 一、蒸汽發(fā)生器概述 蒸汽發(fā)生器是核電動力設(shè)備中的一個主要部件，產(chǎn)生汽輪機(jī)所需蒸汽的換熱設(shè)備。在核能反應(yīng)堆 中，核能產(chǎn)生的熱量由冷卻劑帶出，通過蒸汽發(fā)生器傳給二回路的給水，使其產(chǎn)生具有一定壓力、一定溫度和一定干度的蒸汽，此蒸汽再進(jìn)入汽輪機(jī)中做功，轉(zhuǎn)換為電能或機(jī)械能。在這個能量轉(zhuǎn)換過程中，蒸汽發(fā)生器既是一回路設(shè)備，又是二回路設(shè)備，所以被稱為一、二回路的樞紐。實際運(yùn)行經(jīng)驗表明，蒸汽發(fā)生器能否安全、可靠地運(yùn)行，對整個核動力裝置的經(jīng)濟(jì)性和安全性具有十分重要的影響。 國外壓水堆核電站的運(yùn)行經(jīng)驗表明，蒸汽發(fā)生器的性能（無論是靜態(tài)性能還是動態(tài)性能）均能滿足使用要求，但在可靠性方面卻難以令人滿意。在運(yùn)行中發(fā)生蒸汽發(fā)生器傳熱管破 損事故的裝置數(shù)目，接近壓水堆動力裝置總數(shù)的四分之一。各國都把研究和改進(jìn)蒸汽發(fā)生器當(dāng)做完善壓水堆核電技術(shù)的重要環(huán)節(jié)，并制定了龐大的研究計劃，主要包括蒸汽發(fā)生器的熱工水利分析；腐蝕理論和傳熱管材料的研制；無損探傷計數(shù)；振動、磨損、疲勞研究；改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計，減少腐蝕化學(xué)物的濃縮；改進(jìn)水質(zhì)控制等。 二、蒸汽發(fā)生器的基本技術(shù)要求 在核動力裝置中，由于一回路為帶有放射性回路，而二回路為無放射性回路，因此在研制蒸汽發(fā)生器時對結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、材料抗腐蝕性、密封性等都提出了很高的要求，其中最基本的技術(shù)要求為： (1) 蒸汽發(fā)生 器及其部件的設(shè)計，必須供給核電站在任何運(yùn)行工況下所需的蒸汽量及規(guī)定的蒸汽參數(shù)。只有滿足這個要求才能保證電站在任何負(fù)荷下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 (2) 蒸汽發(fā)生器的容量應(yīng)該最大限度地滿足功率負(fù)荷的需要，而且要求隨著單機(jī)容量的增加，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)得到相應(yīng)改善。 (3) 蒸汽發(fā)生器的所有部件應(yīng)該絕對地安全可靠。 (4) 蒸汽發(fā)生器單個零、部件的裝配必須保證在密封面上排除一回路工質(zhì)漏入二回路中去的可能性。 (5) 必須排除加劇腐蝕的任何可能性，特別是一回路中的腐蝕。 (6) 蒸汽發(fā)生器必須產(chǎn)生必要純度的蒸汽，以保證蒸汽 發(fā)生器在高溫下可靠地運(yùn)行，并保證汽輪機(jī)也可靠而經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。 (7) 蒸汽發(fā)生器應(yīng)設(shè)計得簡單緊湊，便于安裝使用，同時易于發(fā)現(xiàn)故障而及時排除，并有可能徹底疏干。 (8) 保證蒸汽發(fā)生器具有較高的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在設(shè)計蒸汽發(fā)生器時，要考慮一、二回路兩種工質(zhì)的種類和參數(shù)，正確地選擇結(jié)構(gòu)方案、材料、傳熱管尺寸、傳熱系數(shù)以及冷卻劑等。另外，必須采取減少向外散熱損失的措施。 三、蒸汽發(fā)生器的設(shè)計與計算 蒸汽發(fā)生器的設(shè)計計算包括熱力計算、水動力計算、強(qiáng)度計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等。熱力學(xué)計算主要通過傳熱學(xué)知識計算傳熱管傳熱面積，然 后與管束結(jié)構(gòu)設(shè)計相結(jié)合可以得到傳熱管長度、管束直徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)。強(qiáng)度計算通過壓力校驗等用于選取蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)材料、確定結(jié)構(gòu)尺寸等。蒸汽發(fā)生器中要通過強(qiáng)度計算得出的參數(shù)有傳熱管、上下筒體、球形下封頭管板等的壁厚。在強(qiáng)度計算得出參數(shù)后要留取一定余量，以滿足變工況下出現(xiàn)超壓情況的需求。水動力計算是最后一步，因為只有結(jié)構(gòu)尺寸確定，運(yùn)動狀態(tài)已知的情況下水力情況才得以確定。水力計算包括一回路水阻力計算、二回路水循環(huán)阻力計算、運(yùn)動壓頭計算等。其中一回路水阻力計算相對簡單主要包括單相水 U 型管管內(nèi)摩擦阻力和局部阻力兩項；二回路 水循環(huán)阻力計算及運(yùn)動壓頭計算比較復(fù)雜。因為蒸汽發(fā)生器內(nèi)二回路側(cè)流體的水力特性取決于流體工質(zhì)的性質(zhì)和狀態(tài)、流道的結(jié)構(gòu)和幾何形態(tài)，以及工質(zhì)的流動形式。而且計算過程誤差較大，往往需要在試驗中進(jìn)一步修正。二回路水循環(huán)阻力包括下降空間阻力、上升空間阻力、汽水分離器阻力等。而上升空間阻力又包括摩擦阻力、局部阻力、彎管區(qū)阻力、加速阻力、流量分配孔阻力五項。設(shè)計中常用圖解法來確定循環(huán)倍率，即先假設(shè)幾個不同的循環(huán)倍率分別計算其運(yùn)動壓頭和總阻力，在直角坐標(biāo)系作出相應(yīng)曲線，兩根曲線交點即為穩(wěn)定工況的循環(huán)倍率值。循環(huán)倍率值一般取 2~5 為宜，其值過小會導(dǎo)致傳熱惡化，腐蝕加劇等；而過大則會增大汽水分離器負(fù)荷，使蒸汽干度降低，危機(jī)汽輪機(jī)安全。 計算過程中水力計算是在結(jié)構(gòu)選型和熱力計算之后進(jìn)行，但是結(jié)構(gòu)設(shè)計和熱力計算又需要水力計算數(shù)據(jù)，因此三者往往要反復(fù)交替進(jìn)行，以使設(shè)計逐步完善。 四、目的和要求： 運(yùn)用“核動力設(shè)備”課中所學(xué)的知識，并加以鞏固、充實和提高。 掌握蒸汽發(fā)生器設(shè)計計算的標(biāo)準(zhǔn)方法。 具有初步綜合考慮蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。 培養(yǎng)學(xué)生查閱資料，合理選擇和分析數(shù)據(jù)的能力，提高學(xué)生的運(yùn)算、 繪 圖等基本技能。 培養(yǎng)學(xué)生對工程技術(shù)問題的嚴(yán)肅認(rèn)真和負(fù)責(zé)態(tài)度。 五、任務(wù)： 在課程設(shè)計中學(xué)生獨立完成如下任務(wù)： 完成蒸汽發(fā)生器的方案設(shè)計與論證 完成蒸汽發(fā)生器的熱力計算 完成蒸汽發(fā)生器的水動力計算 完成蒸汽發(fā)生器的強(qiáng)度計算 完成蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計 繪制蒸汽發(fā)生器的總圖 編寫設(shè)計說明書。 六、時間分配： 課程設(shè)計共安排兩周，其具體時間安排如下： 蒸汽發(fā)生器的熱力計算