2010级专业课程设计(三)指导书-蒸汽发生器设计

“蒸汽发生器”课程设计指导书核科学与技术学院孙中宁编哈尔滨工程大学目录第一章绪论 (1)一、目的和要求 (1)二、任务 (1)三、时间分配 (1)第二章课程设计的具体内容 (2)一、蒸汽发生器的热力计算 (2)二、蒸汽发生器的水动力计算 (2)三、蒸汽发生器的强度计算 (5)四、蒸汽发生器的结构设计 (6)五、蒸汽发生器的总图绘制和部件图绘制 (7)六、编写设计说明书 (7)附录1 蒸汽发生器热力计算表 (8)附录2 蒸汽发生器水动力计算表 (12)附录3 蒸汽发生器强度计算表 (22)2007年2月第一章绪论一、目的和要求：1、运用“核动力设备”课中所学的知识，并加以巩固、充实和提高。

2、掌握蒸汽发生器设计计算的标准方法。

3、具有初步综合考虑蒸汽发生器结构设计的能力。

4、培养学生查阅资料，合理选择和分析数据的能力，提高学生的运算、绘图等基本技能。

5、培养学生对工程技术问题的严肃认真和负责态度。

二、任务：在课程设计中学生独立完成如下任务：1、完成蒸汽发生器的方案设计与论证2、完成蒸汽发生器的热力计算3、完成蒸汽发生器的水动力计算4、完成蒸汽发生器的强度计算5、完成蒸汽发生器的结构设计6、绘制蒸汽发生器的总图7、编写设计说明书。

三、时间分配：课程设计共安排三周，其具体时间安排如下：1、蒸汽发生器的热力计算 1.5天2、蒸汽发生器的水动力计算3天3、蒸汽发生器的强度计算0.5天4、蒸汽发生器的结构设计1天5、蒸汽发生器的总图绘制2天6、编写设计说明书1天7、答辩1天第二章 课程设计的具体内容一、给定条件1、蒸汽产量：D =126kg/s ；2、蒸汽干度：x =0.99；3、蒸汽发生器的热效率：99.0=η；4、一回路侧额定工作压力：0.151=p MPa ；5、一回路侧设计压力：11,25.1p p =设6、一回路侧冷却剂入口温度；3101='t ℃ 7、一回路侧冷却剂出口温度；2901=''t ℃； 8、二回路侧给水温度：220=f t ℃9、二回路侧额定工作压力：5=s p MPa ；10、二回路侧设计压力：s p p 25.12,=设11、传热管壁导热系数：4.17=w λ W/m ℃12、传热管壁许用应力：18][1=σ kg/mm 2；13、下筒体许用应力：18][2=σ kg/mm 2；14、上筒体许用应力：18][3=σ kg/mm 2；15、球形下封头许用应力：5.14][4=σ kg/mm 2；16、管板许用应力：1800][5=σ kg/mm 2；17、传热管最小节距：o d t 25.1=，一般取为1.35~1.45o d ；18、上筒体内径3200 mm ，高度4000 mm 。

19、下降空间：(1)入口阻力系数=1；(2)出口阻力系数=1；(3)定位装置阻力系数=1；(4)绝对粗糙度∆=0.15 mm 。

20、流量分配管板：(1) 单元面积=533 mm 2; (2)单元开孔面积=216 mm 2。

二、蒸汽发生器的热力计算1、完成一回路冷却剂对传热管内壁的强迫对流放热计算，确定1a 值： 4.08.01Pr Re 023.0f f i d ⋅=λα2、完成传热管壁的导热计算，确定管壁热阻W R 值： io w o W d d d R ln 2λ= 3、确定污垢热阻f R 值：对于不锈钢：()⋅⨯=-41069.0~52.0f R ⋅2m ℃/W对于镍基合金：⋅⨯=-41026.0f R ⋅2m ℃/W一般污垢层厚度为0.05mm 。

4、完成传热管外壁对二回路工质的沸腾换热计算，确定2a 值 7.015.02557.0q p =α式中：p —Pa ；q — w/m 25、完成传热系数k 值的计算：f ow i i o R R d d k +++⋅=αα111 6、确定传热面积F 值：tk Q F ∆⋅= 式中：Q —传热量；t ∆—传热温差。

设计传热面积F C F ⋅=设式中：C —设计储备系数，一般取C=1.1。

三、蒸汽发生器的水动力计算：主要包括：1、一回路侧水动力计算；2、二回路侧循环倍率的计算：1、一回路侧水动力计算：计算的具体步骤：（1）传热管内的摩擦阻力（f P ∆）2211u d H P i f ρλ⋅⋅=∆ 式中：λ—摩擦阻力系数，按有关公式或图表求取；图1一回路侧水 力计算简图H —管子长度，m ；d i —管子内直径，（m ）；1ρ— 一回侧路冷却剂的平均密度，kg/m 3；1u — 一回侧路冷却剂的平均流速，m/s ；（2）、局部阻力：（l P ∆） 2211u P l ρξ=∆式中：ξ—局部阻力系数。

ξ值主要取决于通道的结构型式，通过实验求得，属于经验数据。

一回路侧总的局部阻力：G F E D C B A P P P P P P P P ∆+∆+∆+∆+∆+∆+∆=∆其中：①由进口管至进口水室，通道截然突然扩大的局部阻力—A P ∆22AA A A u P ⋅⋅=∆ρξ②在进口水室内转弯的局部阻力—B P ∆22BB B B u P ⋅⋅=∆ρξ③由进口水室至传热管束，通道截面突然缩少的局部阻力—C P ∆22CC C C u P ⋅⋅=∆ρξ④在U 型管弯头内转弯180°的局部阻力—D P ∆22DD D D u P ⋅⋅=∆ρξ⑤由传热管束至出口水室，通道截面突然扩大的局部阻力—E P ∆22EE E E u P ⋅⋅=∆ρξ⑥在出口水室内转弯的局部阻力—F P ∆22FF F F u P ⋅⋅=∆ρξ⑦由出口水室至出口接管，通道截面突然缩小的局部阻力—G P ∆22GG G G u P ⋅⋅=∆ρξ一回路侧的水阻力：l f H P P P ∆+∆=∆考虑贮备系数。

其值为计算阻力的10%因此：H P P ∆=∆1.12、二回路侧循环倍率的计算：在设计中，常用图解法来确定循环倍率R C 值和循环速度o u 值。

即先假定几个不同的循环倍率1R C 、2R C 、3R C ……值。

分别计算其运动压头m P 和总阻力P ∆，在直角坐标系里做出相应的曲线，二根曲线的交点即为稳定工况时的R C 值，同时也可求出o u 值。

图2 用图解法计算循环倍率的曲线（1）运动压头P m 的计算：()r g l m H g P ϕρρ-=式中：r H —上升空间含汽段高度。

g l ρρ,—分别表示饱和水和饱和汽的密度；P mΔRϕ—表示上升空间平均截面含汽率。

（2）水循环总阻力P ∆的计算：总阻力s r d P P P P ∆+∆+∆=∆其中：r d P P ∆∆,和s P ∆—分别表示下降空间、上升空间和分离器的阻力。

一般≈∆d P 10%S P P ∆∆,由实验确定而a b l f r P P P P P ∆+∆+∆+∆=∆式中：b l f P P P ∆∆∆,,和a P ∆分别表示摩擦阻力、局部阻力、弯头区阻力和加速度阻力，可按相应的公式进行计算。

四、蒸汽发生器的强度计算：主要内容有：1、传热管的强度计算；2、筒体的强度计算；3、封头的强度计算；4、管板的强度计算。

1、 传热管的强度计算：计算管壁厚度 []R P d P S φϕσ⋅⋅+⋅='设设8.02000 （mm ） 式中：P 设—设计压力 （kg/cm 2）d o —管子外径 （mm ）[]σ—许用应力。

ϕ—负公差修正系数，一般取ϕ=1.102R φ—弯曲减薄系数Rd o R 41+=ϕ 式中：R —弯曲半径，取最小节圆半径。

2．筒体的强度计算：计算筒体厚度 []设设P D P S i 21200⋅-⋅='σ （mm ） 式中：D i —筒体内径（mm ）3、球型封头的强度计算：计算壁厚 []设设P D P S o 61400⋅+⋅='σ （mm ）式中：D o —球型封头外径（mm ）4、管板的强度计算：计算壁厚 []σ设P D F S ⋅⋅='21 （mm ） 式中：F —系数，查TEMA 标准F=1.04D —水压部分直径（mm ）五、蒸汽发生器的结构设计：主要完成下列工作：1、管束组件的结构设计：确定流程数，完成传热管的排列，确定管束直径及高度，最佳高-径比一般取为3；确定管子的固定支撑，确定隔板的数目和结构。

2、衬筒的结构设计：确定衬筒的几何形状和尺寸。

衬筒内径：t wi D D δ2+=管束式中：t δ为装配间隙，约10~20 mm 。

衬筒外径：δ2+=wi wo D D式中：δ为衬筒壁厚，取为12 mm 。

3、下筒体结构设计：下筒体内径B D D wo i 2,+=下式中：B 为下降流道宽度，取为88 mm 。

4、管板：确定开孔数及有关几何尺寸，确定堆焊层与筒体的连接。

5、分离器组件：采用三级汽水分离方式，但不做详细设计，其相应于循环倍率为3、4、5时的流动阻力人为设定为12600Pa 、14900Pa 、17090Pa 。

6、给水管装置：确定给水管的结构，布置及有关几何尺寸。

7、排污装置：确定排污管的结构、布置及有关几何尺寸。

六、绘制蒸汽发生器的总图和主要部件图：按着国家标准和制图要求绘制蒸发器总图一张和部件图1~2张。

七、编写课程设计说明书：主要内容：前言目录第一章绪论第二章课程设计内容第三章结论与评价第四章参考文献附录1：蒸汽发生器热力计算表一、热平衡二、传热计算附录2：蒸汽发生器水力计算表附录3：蒸汽发生器强度计算表：。