2010级专业课程设计指导书

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1、“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 222007 年 2 月 第一章 绪 论、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

2、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绘图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、 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

3、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、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：=0.99 ;4、一回路侧额定工作压力：pi =15.0 MPa ;5、一回路侧设计压力：p设,1=1.25 口6、一回路侧冷却剂入口温度；匕=310 C7、一回路侧冷却剂出口温度；tA 290 C;8二回路侧给水温度：tf =220 C9、二回路侧额定工作压力：Ps =5MPa ;10、二回路侧设计压力：P设,2=1.25ps11、传热管壁导热系数：、=17.4 W/m C12、传热管壁许用应力:;-i =18

4、 kg/mm 2;13、下筒体许用应力：二2 =18 kg/mm 2;14、上筒体许用应力：二3 =18 kg/mm ;15、球形下圭寸头许用应力：二 4 =14.5 kg/mm 2;16、管板许用应力:匚5=1800 kg/mm 2;17、传热管最小节距:t=1.25d，一般取为 1.351.45d。18、上筒体内径3200 mm,高度 4000 mm。19、下降空间：第二章课程设计的具体内容(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 ；绝 对粗糙度：=0.15 mm。20、流量分配管板：(1)单元面积=533 mm 2;单元开孔面积=216 mm 2

5、。ai值: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0.80.41 =0.023 Re f 卩“dido2、完成传热管壁的导热计算，确定管壁热阻Rw值:do di3、确定污垢热阻Rf值:对于不锈钢：Rfh0.52 0.6910, m2T /W对于镍基合金：Rf=0.26 10* m2T/W一般污垢层厚度为0.05mm4、完成传热管外壁对二回路工质的沸腾换热计算，确定a2值0.150.7二 2 =0.557p q式中：p Pa ； q w/m25、完成传热系数k值的计算：丄Rf1 =色丄Rwk di : i&确定传热面积F值：Q F - k 凶式中：Q 传热量；

6、1 传热温差设计传热面积F设=C F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图1一回路侧水H di力计算简图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 U2(Pf)式中：？一摩擦阻力系数，按有关公式或图表求取由进口管至进.-:PaH 管子长度，m ; d 管子内直径，（m）;:i 一回侧路冷却剂的平均密度，kg/m3；ui 一回侧路冷却剂的平均流速，m/s ;（2）局部阻力：（也P）-du;2式中：？一局部阻力系数。？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

7、的局部阻力：沖=APa） Pb 厶巳 Pd IRe Pf IPG其中：口水室，通道截然突然扩大的局部阻力一 在进口水室内转弯的局部阻力一 .-PB Pb 仝 b热管束，通道截面突然缩少的局部阻力一由进口水室至传Fc2 在U型管竺弯头内转弯180的局部阻力一 aPd?Pd由传热管束至出口水室，通道截面突然扩大的局部阻力一Pe2Ue在出口水室内转弯的局部阻力一 .PFPF UF接管，通道截面突然缩小的局部阻力一由出口水室至出口.FG2Ug(1)运动压头Pm的计算:LPG = G一回路侧的水阻力：.PH汨考虑贮备系数。其值为计算阻力的10%因此：P =1.1 Ph2、二回路侧循环倍率的计算：在设计中

8、，常用图解法来确定循环倍率 Cr值和循环速度Uo值。即先假定 几个 不同的循环倍率Cr!、Cr2、Cr3 值。分别计算其 运动压头Pm和总阻 力，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Cr值，同时也可求出Uo值。八P! !:；:图cCrjCm2用图解法计笄循环倍率的曲线RPm 八 1 - ?g 9 Hr式中：Hr上升空间含汽段高度I ,g 分别表示饱和水和饱和汽的密度一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.ip = 吒羽ip其中：Pd. Pr和Ps 分别表示下降空间、上升空间和分离器的阻力。一般 Pd : 10% : “Ps由实验确定而 KPr

9、 二阳 + 也 P + 也 Pb + 6Pa式中：APf,也P,APb和虫Pa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。S _ P 殳 do(mr-200 0.8计算管壁厚度式中：P设一设计压力d。一管子外径(kg/cm2)(mm)许用应力一负公差修正系数，一般取=1.102駅一弯曲减薄系数4R式中：R弯曲半径，取最小节圆半径2 ?筒体的强度计算：S 二 P 设 Di(mm)200八丨-1 2P计算筒体厚度1、传热管的强度计算： 式中：Di

10、筒体内径(mm)3、球型封头的强度计算：计算壁厚P 设？ Do(mm)400111 6P 殳式中：Do球型圭寸头外径（mm）计算壁厚(mm)4、管板的强度计算:S =-2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：-径比一确定流程数，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：Dwi二D管束-2 t式中：为装配间隙，约1020 mm。衬筒外径：Dwo Dwi 2：式中：为衬筒壁厚，取为 12 mm。

11、3、下筒体结构设计：下筒体内径下=Dwo +2B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时的流动阻力人为设定为 12600Pa 14900Pa 17090Pa&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12张七、编写课程设计说明书：主要内容：、八、八 、，刖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

12、附录1蒸汽发生器热力计算表序号项目符号单位公式及来源数值、热平衡1一回路放热量QkW给定2一回路工作压力P1Pa给定3一回路水进口温度叮C给定4一回路水出口温度Jftt1C给定5一回路水平均温度taC6一回路水进口焓-r1kJ/Kg查表7一回路水出口焓Jft1kJ/Kg查表8蒸发器热效率n给定9一回路水流量G1kg/sQ/ 耳（h -i 1）10二回路工作压力PsPa给定11二回路饱和温度tsC查表12二回路水饱和焓iskJ/kg查表13二回路给水温度tfC给定14二回路给水焓ifKJ/Kg查表15汽化潜热rkJ/Kg查表16蒸汽干度x给定17排放系数Cs给定18二回路蒸汽产量Dkg/sQrx

13、 +1.01 （ is if）19二回路排污量Dbdkg/sCs D、传热计算序号项目符号单位公式及来源数值20传热管外径dom选定21传热管内径dim选定22单管流通面积a2 m1 兀 di2423U型管数目n结构设计定24一回路流通面积A2 mn a25一回路水平均比容百m3/Kg查表26一回路水流速Uim/sGA/A27一回路水导热系数W/mC查表28一回路水动力粘度nikg/m ? s查表29一回路水普朗特数Prf查表30一回路水雷诺数RefUidi/ 內31一回路侧放热系数?iW/m 2 ?C0.023 纽 Re ； .8 Pro.4di32传热管导热系数-WW/m 2 ?C给定33

14、传热管壁热阻Rwm2 ?C /Wdodo 丄Rw =hln 于 2 扌L di34污垢热阻Rfm2 ?C /W按 Incon el 600 选定35二回路侧放热系数?2W/m 2 ?Cc u ur 0.150.7 =0.557p s q36传热系数kW/m 2 ?C1 d5, 1一 工+Rw +Rf k di (X右丿37大端温差厲maxCt1 - ts38小端温差出minCt-ts39对数平均温差%C找 max tminIn QtmaxQmin )序号项目符号单位公式与来源数值40热负荷qW/ m2q 3n41计算传热面积F2 mQ/(10q)42传热裕度系数选定43设计传热面积F设2 mC

15、 F二、管束结构1传热管总长L总mF设/兀d。2排列方式正方形3节距tm选定4最小U型管节园直径D节m4t5实际布管数n根结构设计定6管束直径Dtbm结构设计定7弯管总长L弯m结构设计定8直管总长L直mL总L弯9管束直段咼H直mL 直/2 n10管束弯段咼H弯mRmax11管束总咼HtbmH直+H弯12传热管实际平均长度lm（L总/n）+2管板厚13最长管子长lmaxm兀Rmax +2H直+2管板厚14最短管子长Iminm兀Rmin +2H直+2管板厚四、主要管道内径序号项目符号单位公式与来源数值1冷却剂平均比容3m /Kg查表2主管道计算流速U ； om/s选取：81 ； m/s3主管道计算

16、内径d1imQ4G 匕 / 沢 u104主管道设计内径d1im选取5主管道设计流速U10m/s4G d 32附录2:蒸汽发生器水力计算表序号项目符号单位公式及来源数值I一回路水阻力计算一、U型管内摩擦阻力计算1传热管实际平均长度lm结构设计2当量直径dim结构设计3一回路水流量G1kg/s热工计算定4一回路水平均比容m3/kg查表5一回路水流速U1m/s热工计算定6考虑堵管后流速u ；m/s1.05U17一回路水雷诺数Reu ； din v 1V1热工计算定8摩擦阻力系数-0.250.3164Re9平均温度卜动力粘度叫kg/m s查表10壁温下动力粘度kg/m s按1 j,t b =(ta +

17、ts )= 2911温度修正系数pMY1412摩擦阻力心PfPar H 直 U12de陀二、局部阻力计算13下封头内径D1m结构设计定14水室截面积Fc2 m兀f 2ID115进口管内径d1im选定16进口管截面积A12 m兀人2一 d4序号项目符号单位公式及来源数值17比值A/耳18突扩阻力系数查表19一回路水入口处比容V1im3/kg查表20一回路水入口处密度%3kg/m21入口管内流速U1im/s热工计算定22从入口管至水室阻力 RPa戸山件1 223水室转弯45。阻力系数j查表24水室转弯45。阻力仲2Pa芦 u1iA1i225传热管流道截面A2 m热工计算定26考虑有堵管后截面A，2

18、 mA/1.0527系数A7Fc28传热管入口阻力系数芒3查表29传热管入口阻力也P3Pa PU 11 1 1i3 230U型管转180。阻力系数J查表31U型管转180。阻力4Pa4 一 2 32传热管出口阻力系数5查表33出口处水比容V23m /kg查表34出口处水密度P2kg/m31/匕35传热管出口阻力4Pa5 2序号项目符号单位公式及来源数值36出口管内流速U2m/s37水室转弯阻力系数E 6查表38水室转弯阻力PaE 6 U2 239出口管突缩阻力系数E 7查表40出口管突缩阻力 P7PaEu2 卩 2E 7 -2二、总阻力41总阻力 PPa7APf+ 迟 APii=142设计阻力

19、Ap设Pa1仏PU二回路水循环阻力计算一、下降空间阻力1循环倍率Cr假定3452给水温度tfC给定3二回路饱和温度tsC查表4下降空间水比容Vdm3/kg近似取饱和比容5下降空间水密度巳kg/m31Vd6入口阻力系数E in选取7出口阻力系数out选取8定位装置阻力系数选取序号项目符号单位公式及来源数值9下降空间高度Hom结构设计定10套筒外径Dwom结构设计定11下筒体内径Dsim结构设计定12下降空间当量直径DemDsi Dwo13绝对粗糙度Am选定14摩擦系数扯1,De 2（1.74+21g 存）2A15下降空间截面积Fd2 m；（D siDw。）416下降空间水流速Udm/sCr D

20、时 d /Fd17下降空间阻力即dPa/ r H。丄 iix U d 仇de +为一）2二、上升空间阻力1、摩擦阻力1饱和水比容F v3m /kg查表2饱和水密度PF3kg/m13饱和蒸汽比容v3m /kg查表4饱和蒸汽密度PFkg/m31”5套筒内径Dw1m结构设计定6传热管外径d0m热工计算定7支撑板定位拉杆数量F n根结构设计定8上升空间流通面积Fu2 m严咸-（2n卅歸）序号项目符号单位公式及来源数值9上升空间当量直径dem4FunDwi+(2n+nd。10循环速度Uom/sCrDvFu11出口水相折算速度U,m/s(Cr _1)DVFu12水相平均折算速度rUom/s與U。 +U；

21、2）13出口汽相折算速度FTUo2m/sD/Fu14汽相平均折算速度Uo1Uo2215水相运动粘度Vi2. m /s查表16汽相运动粘度Vg2. m /s查表17水相雷诺数Re iouodAVi18汽相雷诺数Regou ； dAVg19判别流态临界值：100020管束直段咼Hsm结构设计定21水相摩阻系数人。0 250.3164Rej22汽相摩阻系数%0 250.3164Re=23按折算速度计算的水相 摩擦阻力Pa-H s U; 2 P* 几de224按折算速度计算的汽相 摩擦阻力加Pa1. HsU72Q3 go de225参量X肿”曲go262查图或计算27查图或计算28水相摩擦阻力（俎）P

22、a2心Pf)o序号项目符号单位公式及来源数值29汽相摩擦阻力糾gPa 2fPd。30摩擦阻力也PfPa血T妒f g ”2、局部阻力1支撑板数目N个结构设计定2上升流道单兀面积Au2 mm结构设计定3支撑板单元开孔面积au2 mm结构设计定4面积比au/Au5局部阻力系数-i查图6按折算速度计算的水相 局部阻力Pa*2nJ用27按折算速度计算的汽相 局部阻力（闭g。Pa/ *2 c1NVU328参量XJ的订的io9二回路工作压力PsPa给定10临界压力PcPa查水蒸汽表11参数Zrfy0.19 丸 .92 邑12参数K- PZRL Zr1321+K + 11 X X22 g21 +KX +X水相

23、局部阻力（即）Pa2何）。汽相局部阻力（朗）Pa2也Pdo局部阻力心PPa（八Pi HW “2序号项目符号单位公式及来源数值3、弯管区阻力1管束弯头最大节园直径dbm结构设计定2弯管区重心至园心距离ysm0.2122d b3节距tm结构设计定4计算冲刷排数N辛-1 （取整数）5系数X1 =X2t/do6系数n0.43 +13X17水相雷诺数Rebuo2devi8汽相雷诺数Reg ou ； 2de/vg9水相磨擦阻力系数丸IoX1 = X24,0.08X 20.044 +2n(X1 -J)nf 0.15Re 10汽相磨擦阻力系数心X1 = X24人C 一丄0.08X 20.044 +2n?e-0

24、-1 5 go11水相阻力(俎IoPaM叮仏212汽相阻力仲goPa忖 Uo; P “3S 213参量XJ(A Pb )o/3Pb )go142 比 10查图或计算（同摩擦 阻力）152go查图或计算（同摩擦 阻力）16水相阻力(俎)Pa 7 WPb )17汽相阻力Pa 2o ? Pb118弯管区阻力PaH)+ 曲 g h序号项目符号单位公式及来源数值4、加速阻力序号项目符号单位公式及来源数值1管束出口质量含汽率X21/Cr2管束出口体积含汽率P2X2PX2 /P +(1 _X2 ) R3系数C0.833+0.051 n 寻 4管束出口截面含汽率单2C025质量流速Gkg/m 2sUP6加速阻

25、力Pa|(1_X2 j + X ;5、流量分配孔阻力1单元面积Au2 mm结构设计定2单元开孔面积au2 mm结构设计定3系数aU/Aj4阻力系数E h查文献5孔板局部阻力即hPau2P 巾26、上升空间阻力1上开空间阻力APrPa母站+虫+血地三、汽水分离器阻力1汽水分离器阻力iPsPa序号项目符号单位公式及来源数值四、循环总阻力1循环总阻力刖总Pa Pd +AR十姐川、运动压头计算一、丁热段咼度计算1循环倍率假定3452二回路给水焓ifJ/kg查表3二回路饱和水焓i sJ/kg查表4液面咼度Hom结构设计定5下降空间水密度Ekg ； m3取 Pd =P6下降空间下端压力piowPaPs +

26、gPdH7Plow压力下的饱和 水焓isiJ/kg查表8应/APJ kg Pa(isl is)；( pow Ps)9热负荷qw/m2热工计算定10循环水量Gkg/sCr D11予热段高度Hpm+ 刍卩(AgHo S) Cr27Tlonq丄出门G+AP Pd g二、运动压头计算1蒸发段高度H1mHtb-H p2管束上方区段咼度Hr2mHo-HtbC蒸发段平均质量含汽率X112x2序号项目符号单位公式及来源数值4蒸发段平均体积含汽 率xi P xj p +(1 _Xi ) P5蒸发段平均截面含汽 率甲1C忙6管束上方区段平均截 面含汽率(P-十 27蒸发段运动压头Pm1Pa(P-H)gAH ri8

27、管束上方区段压头Pm2Pa(P)gAH r29运动压头PmPaPml + P m2附录3:蒸汽发生器强度计算表序号项目符号单位公式及来源数值一、传热管1设计压力P设1kg/cm 2选定2许用应力闪kg/mm 2查表3管子外径domm选定4直管计算壁厚SmmP 设 1do200 k I + 0.8P 设 15负公差修正系数cp技术条件测疋6弯曲减薄系数侏1+d o/4 R7计算壁厚S*mm8设计壁厚Smm选取二、下筒体1设计压力P设,2kg/cm 2选定2许用应力2kg/mm 2查表3筒体内径Di下mm结构设计定4设计壁厚SmmP设2 Di下200八-1.2R殳25设计壁厚Smm选定6筒体外径D

28、 下mmDi 下 +2S7与管板连接壁厚Simm选定二、上筒体1设计压力P设2Kg/cm 2选定序号项目符号单位公式及来源数值2许用应力blkg/mm 2查表3筒体内径D i上mm结构设计定4计算壁厚mmP设2 Di上200 丘1.2P 设 25设计壁厚Smm选取四、球形下封头1设计压力P设ikg/cm 2选定2许用压力blkg/mm 2查表3球形封头外径Domm结构设计定4计算壁厚S*mmP 设 iDo （400八+1.6P 设 1）5设计壁厚Smm选取五、管板1设计压力P设i2kg/cm选定2许用应力L2kg/mm查表3承压部分直径Dmm结构设计定4筒体根部壁厚与直径比S/D5系数F查TEMA标准6计算壁厚Smm八FD JP设7设计壁厚Smm选取8堆焊层厚度Smm选取