Разработка системы пассивного отвода тепла со струйными средствами циркуляции тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.05, кандидат наук Аполлова Анастасия Васильевна

• Аполлова Анастасия Васильевна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Аполлова Анастасия Васильевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ ОТВОДА ТЕПЛА ДЛЯ СУДОВЫХ ЯДЕРНЫХ ПАРОПРОИЗВОДЯЩИХ АГРЕГАТОВ

1.1 Принципы построения пассивных систем аварийного расхолаживания ядерных ППА

1.2 Предпосылки создания пассивных систем аварийного расхолаживания ядерных ППА

1.2.1 Пассивные системы отвода тепла с ПВСА

1.2.2 ПВСА

1.2.3 Системы, использующие ПВСА в качестве средства циркуляции

1.3 Расчет теплофизических свойств воды и водяного пара

1.4 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

ГЛАВА 2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМ ПАССИВНОГО ОТВОДА ТЕПЛА С ПАРОВОДЯНЫМИ СТРУЙНЫМИ АППАРАТАМИ

2.1 Выбор схемы СПОТ с ПВСА

2.2 Определение статического давления в контуре при математическом моделировании квазистатических характеристик

2.3 Мощность, отводимая в забортном теплообменнике

2.4 Математическая модель нестационарных процессов в СПОТ

2.5 Квазистатические характеристики при аварийном расхолаживании

2.6 СПОТ с естественной циркуляцией через ПВСА

2.6.1 Описание СПОТ

2.6.2 Математическая модель для расчета конструктивных характеристик контура

2.6.3 Область допустимых значений массового паросодержания на выходе из парогенератора

2.6.4 Математическая модель и алгоритм расчета статических характеристик контура

2.7 СПОТ для подводного ядерного энергетического модуля

2.7.1 Описание подводного ядерного энергетического модуля

2.7.2 Система пассивного отвода тепла для ПЯЭМ

2.7.3 Расчетно-теоретическое исследование циркуляции газа в коаксиальных каналах

2.8 Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАБОРТНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ТРУБ

3.1 Определение средней температуры воды в забортном теплообменнике

3.2 Расчет расхода забортной воды через забортный теплообменник

3.3 Забортный теплообменник с горизонтальным расположением труб

3.4 Исследование взаимосвязи габаритов теплообменника с горизонтальным расположением труб

3.5 Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МАСШТАБНЫХ МАКЕТОВ СИСТЕМ ПАССИВНОГО ОТВОДА ТЕПЛА С ПАРОВОДЯНЫМИ СТРУЙНЫМИ АППАРАТАМИ

4.1 Общие сведения об исследованиях на экспериментальном стенде «Бета-К ТСН» на Приморской учебно-научной базе СПбГМТУ

4.2 Описание экспериментальной установки «Бета-К ТСН»

4.3 Конфигурирование схемы «Макет №2», подготовка и порядок проведения испытаний

4.4 Результаты проведения испытаний СПОТ «Макет №2»

4.4.1 Условия и место проведения испытаний объекта «Макет №2»

4.4.2 Порядок проведения испытаний

4.4.3 Результаты испытаний

4.4.4 Запуск СПОТ

4.4.5 Работа ПВСА на постоянном расходе

4.4.6 Самостоятельный перезапуск ПВСА

4.4.7 Сопоставление некоторых схем САР

4.5 Верификация программ для ЭВМ

4.6 Выводы по главе

ГЛАВА 5. КВАЗИСТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ ПАССИВНОГО ОТВОДА ТЕПЛА С ПАРОВОДЯНЫМИ СТРУЙНЫМИ АППАРАТАМИ

5.1 Математическая модель и алгоритм расчета квазистатических характеристик контура

5.2 Квазистатические характеристики контура при снижении мощности

5.3 Влияние отключения ПВСА и ЗТО на квазистатические характеристики СПОТ

5.4 Работа СПОТ при аварийном расхолаживании с полной мощности

5.5 Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ С ЕМКОСТЬЮ И ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ЧЕРЕЗ ПАРОГЕНЕРАТОР

А.1 Исходные данные для конструктивного расчета

А.2 Алгоритм конструктивного расчета

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. РАСЧЕТ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ С ЕМКОСТЬЮ И ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ЧЕРЕЗ ПАРОГЕНЕРАТОР

Б.1 Исходные данные для расчета квазистатических характеристик

Б.2 Алгоритм расчета квазистатических характеристик

ПРИЛОЖЕНИЕ В. ПОРЯДОК СБОРКИ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ТРУБ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка системы пассивного отвода тепла со струйными средствами циркуляции»

ВВЕДЕНИЕ

Практически с момента появления ядерных энергетических установок (ЯЭУ), особое внимание уделялось их безопасности. Однако ряд серьезных аварий на атомных электростанциях (АЭС) показал, что принимаемые ранее меры безопасности недостаточны. Поэтому современный период в развитии ядерной энергетики характеризуется формированием нового подхода к атомным установкам, как к объектам повышенной опасности.

Одной из главных задач ядерной энергетики является обеспечение безопасности ядерного реактора. Одним из направлений повышения безопасности ядерных реакторов морских объектов является разработка системы аварийного расхолаживания реактора с неограниченным временем действия. Действие таких систем основано на пассивном принципе (без потребления внешних источников энергии). Внедрение указанных систем предотвращает возможность повреждения активной зоны при полном обесточивании объекта.

Система пассивного отвода тепла (СПОТ) должна обеспечить отвод остаточных тепловыделений от активной зоны реактора после срабатывания аварийной защиты. Для объектов морской техники существует возможность создания СПОТ с бессрочным принципом действия за счёт отвода тепла к конечному поглотителю. В качестве конечного поглотителя тепла может быть атмосферный воздух, забортная вода или емкость с водой. Однако для надводных объектов морской техники существует проблема реализации естественной циркуляции в системе пассивного отвода тепла, поскольку источник тепла (парогенератор) находится выше забортных теплообменников, в таких системах обеспечить циркуляцию теплоносителя за счет естественной циркуляции невозможно. Емкость с водой можно расположить выше парогенератора и, таким образом, обеспечить естественную циркуляцию. Однако время работы такой системы ограничено запасом воды в емкости. Передачу тепла атмосферному воздуху можно обеспечить неограниченное время и за счет естественной циркуляции. Однако из-за низкого коэффициента теплоотдачи к воздуху, теплообменник будет иметь значительную массу и габариты.

Таким образом, необходимо передать тепло от горячего источника (парогенератора) к холодному источнику (забортной воде). По законам термодинамики возможно превращение части тепла (энергии остаточного тепловыделения) в механическую работу (напор теплоносителя). Устройством, которое способно осуществить такое превращение, является пароводяной струйный аппарат (ПВСА).

Идея использовать ПВСА в системах аварийного расхолаживания появилась давно.

Давление на выходе из ПВСА может быть выше давления пара и воды на входе, что позволяет использовать ПВСА в качестве циркуляционного средства в замкнутом контуре. В свое время именно благодаря этому свойству ПВСА получили широкое распространение в качестве питательных насосов на паровозах.

Для того чтобы передать воде необходимую энергию, в паровозных ПВСА пар разгоняли в сверхкритическом паровом сопле до высокой скорости. Соприкосновение медленно двигающейся воды и пара, двигающегося со сверхкритической скоростью, сопровождалось значительными потерями на удар. Высокие потери значения не имели, поскольку в виде тепла возвращались в цикл. Высокие потери требовали большого расхода пара, но в паровозах это тоже не имело значения.

Однако ПВСА со сверхкритическим паровым соплом невозможно использовать в качестве циркуляционного средства в первом контуре ЯЭУ и системах аварийного расхолаживания. Это связано с тем, что при давлении первого контура повышения давления недостаточно, чтобы компенсировать потери в проточной части со сверхкритическим паровым соплом, а расход пара ограничен свойствами активной зоны.

В 60-тых годах прошлого века в Ленинградском кораблестроительном институте специально для первого контура был создан принципиально новый ПВСА, имеющий высокий коэффициент инжекции и достаточный срывной напор. Принципиальные отличительные черты этого ПВСА - дозвуковое паровое сопло и особая форма проточной части. ПВСА с дозвуковым паровым соплом и предлагаемой формой проточной части может использоваться в качестве циркуляционного средства в замкнутом контуре.

Целью диссертационной работы является разработка системы пассивного отвода тепла со струйными средствами циркуляции для расхолаживания реакторов объектов морской техники.

Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:

- разработаны принципиальные схемы систем расхолаживания реактора с пароводяными струйными аппаратами для объектов морской техники;

- разработаны математические модели, алгоритмы и программы расчетов теплогидравлических процессов в СПОТ с пароводяными струйными аппаратами;

- создана экспериментальная установка для исследований теплогидравлических процессов СПОТ;

- проведены расчетно-теоретические исследования СПОТ с ПВСА;

- проведены гидравлические и теплотехнические испытания системы пассивного отвода тепла с цикличной работой ПВСА на экспериментальном стенде «Бета-К-ТСН» СПбГМТУ;

- разработаны конструктивные решения, обеспечивающие отвод тепла от реактора неограниченное время.

Научная новизна результатов, полученных автором:

- разработана принципиальная схема СПОТ с пароводяными струйными аппаратами непрерывного действия;

- разработаны математические модели, алгоритмы и программы расчетов теплогидравлических процессов в СПОТ с непрерывной работой ПВСА;

- разработаны математическая модель, алгоритм расчета и программа для ЭВМ для расчета квазистатических процессов СПОТ с непрерывной работой ПВСА; дана оценка достоверности и адекватности разработанной математической модели;

- создана экспериментальная установка «Бета-К-ТСН» для исследований теплогидравлических процессов СПОТ с ПВСА;

- разработана принципиальная схема СПОТ с цикличной работой ПВСА (циклично повторяющимися срывами и самостоятельными перезапусками);

- уточнены в процессе испытаний на экспериментальном стенде «Бета-К-ТСН» СПОТ с цикличной работой ПВСА коэффициенты в уравнении расхода воды через ПВСА;

- разработан малогабаритный забортный теплообменник; выполнены расчетно-теоретические исследования его конструктивных характеристик.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработана математическая модель для расчетов теплогидравлических процессов в системе пассивного отвода тепла. Разработаны и апробированы математические модели, алгоритмы и программы для ЭВМ для расчетов конструктивных параметров и квазистатических характеристик системы пассивного отвода тепла с непрерывной работой ПВСА.

Практическая значимость заключается в том, что разработанная система пассивного отвода тепла со струйными средствами циркуляции позволяет решить задачу создания системы отвода тепла от реактора, которая работает неограниченное время не зависимо от электроэнергии для обеспечения безопасности функционирования реакторных установок объектов морской техники.

Методология и методы исследования. При решении поставленных в диссертационной работе задач использовались методы исследования сложных систем: методы анализа, системный подход, методы математического моделирования, а также законы сохранения, термодинамики, теплотехники, и гидродинамики.

Математические модели корректировались на основе экспериментальных исследований. Экспериментальные исследования выполнялись с использованием современной

автоматизированной системы сбора, обработки и отображения информации. Расчетно-аналитические исследования сопровождались опытно-конструкторской проработкой наиболее ответственных элементов СПОТ.

На защиту выносятся:

- принципиальная схема системы пассивного отвода тепла с пароводяными струйными аппаратами непрерывного действия;

- принципиальная схема СПОТ с цикличной работой ПВСА;

- математические модели и программа для расчета конструктивных параметров СПОТ с непрерывной работой ПВСА;

- математические модели для расчетов стационарных процессов СПОТ с непрерывной работой ПВСА;

- метод расчета нестационарных процессов в СПОТ с непрерывной работой ПВСА;

- результаты теплогидравлических испытаний СПОТ с цикличной работой ПВСА на экспериментальном стенде «Бета-К-ТСН».

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректным использованием известных научных положений и подтверждается сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований.

Апробация работы. Основное содержание диссертации докладывалось на:

- Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы морской энергетики» в СПбГМТУ в 2016, 2017, 2019 и 2020 годах;

- Всероссийском научно-техническом форуме «Корабельная энергетика: из прошлого в будущее» в СПбГМТУ в 2017, 2018 и 2020 годах;

- научно-техническом совете СПбГМТУ в 2015-2020 годах;

- научных семинарах и заседаниях кафедры судовой ядерной и водородной энергетики СПбГМТУ в 2015-2020 годах;

- межотраслевом научно-техническом семинаре «Моделирование динамики ЯЭУ» (разработка программных средств, верификация, оценка точности расчета) в «НИТИ им. А.П. Александрова» г. Сосновый Бор в 2018 году;

- международной школе-семинаре "Модели и методы аэродинамики" г. Евпатория в 2019 году.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПАССИВНЫХ СИСТЕМ ОТВОДА ТЕПЛА ДЛЯ СУДОВЫХ ЯДЕРНЫХ ПАРОПРОИЗВОДЯЩИХ

АГРЕГАТОВ

1.1 Принципы построения пассивных систем аварийного расхолаживания ядерных

ППА

Рекомендации по проектированию систем безопасности даны в документах Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). Эти рекомендации даны в самом общем виде и касаются в основном АЭС. Однако основная идея документов - такие системы как системы аварийного расхолаживания (САР) должны быть пассивными.

Применяемые в настоящее время САР можно разделить на две группы: системы, осуществляющие отвод тепла непосредственно от первого контура, и системы, подключаемые к парогенератору со стороны второго контура. Первые системы характерны для проектов одноконтурных АЭС с кипящими реакторами. Рассматривать такие системы применительно к двухконтурным установкам нецелесообразно, а использование систем, подключаемым непосредственно к первому контуру в судовых ЯЭУ, вероятно, следует считать недопустимым.

Применяемые сейчас САР, осуществляющие отвод тепла от первого контура через парогенератор, можно, в свою очередь, разделить на три группы:

- системы, передающие тепло атмосферному воздуху (ВВЭР-1000/В392М, ВВЭР-1200 для НВАЭС-2),

- системы, передающие тепло емкости с запасом воды (реакторы ВВЭР-1200/В491, ВВЭР-640, SMART, CAREM-25, SIR, КЛТ-40С, ВБЭР-300, СВБР, ALPHRED),

- системы, представляющие собой комбинацию двух предыдущих (АТЭЦ-200 и зарубежные проекты SCOR и IMR).

Пассивной системой отвода энерговыделения в реакторной установке КЛТ-40С является система аварийного расхолаживания через парогенераторы [72]. Отвод остаточных тепловыделений осуществляется за счет естественной циркуляции теплоносителя промконтура САР от парогенератора к теплообменнику САР (ТО САР) и выпаривания запаса воды из цистерн аварийного расхолаживания (ЦАР1 и ЦАР2) объемом 25 м каждая.

Особенностью системы пассивного отвода тепла установки КЛТ-40С является конструкция бака аварийного отвода тепла. Для исключения прогрева основного массива воды

в ЦАР и подачи в активную зону воды с минимальной температурой, бак САР, в котором располагается теплообменник, отделен от цистерны аварийного расхолаживания. Бак системы аварийного расхолаживания расположен ниже ЦАР для создания контура естественной циркуляции между двумя сосудами. Система продолжает работать до полного выпаривания запаса воды ЦАР, её достаточно для обеспечения расхолаживания в течение 24 ч с начала аварии.

В статье [58] рассматривается возможность создания СПОТ с каналом вскипания и естественной циркуляцией теплоносителей, при использовании которой остаточные тепловыделений можно направлять не только вверх, но и вниз от источника к конечному поглотителю. В ходе экспериментов было подтверждено, что включение в состав системы теплообменника, расположенного ниже источника тепла, позволяет отводить через него не менее 75% тепловой мощности системы и через верхний теплообменник-конденсатор - не более 25%. Экспериментально были получены напорные характеристики канала вскипания как аналога центробежного насоса, позволяющего интенсифицировать ЕЦ в циркуляционном контуре.

Большое количество проектов ядерных моноблочных ППА, разрабатываемых как в России, так и за рубежом говорит об актуальности проблемы обеспечения безопасности ядерных реакторов.

Вместе с тем, обеспечить циркуляцию теплоносителя в контуре можно не только за счет естественной циркуляции, но и с помощью ПВСА.

1.2 Предпосылки создания пассивных систем аварийного расхолаживания ядерных

ППА

1.2.1 Пассивные системы отвода тепла с ПВСА

Идея использовать ПВСА в системах аварийного расхолаживания появилась давно. ПВСА осуществляет принудительную циркуляцию, поэтому в САР с ПВСА в качестве конечного поглотителя тепла можно использовать забортную воду. Такая система может работать неограниченное время. Поэтому появилась идея использовать такую систему при работе реактора на небольшой мощности. Такие системы получили название СПОТ. Наличие СПОТ позволяет поддерживать реактор в рабочем состоянии на небольшой мощности без

использования оборудования второго контура и систем, обслуживающих второй контур.

ПВСА может быть гидравлическим сопротивлением и может создавать напор, то есть работать как насос. Для того чтобы ПВСА перестал быть гидравлическим сопротивлением и стал работать как насос, через него надо обеспечить расход теплоносителя.

Из патентов на САР с ПВСА следует отметить [10, 34, 43, 57, 59]. Однако в научно-технической литературе нет ни данных об их исследованиях, ни рекомендаций по выбору параметров.

Схема, заявленная в патенте [10], представлена на рисунке 1.1. Запуск ПВСА авторы предлагают осуществить с помощью пусковой емкости. При подсоединении к парогенератору в системе за счет нагрева поднимается давление, и теплоноситель устремляется в пусковую емкость, создавая при этом расход воды и пара через ПВСА и, тем самым, условия для запуска ПВСА.

По мере снижения остаточного тепловыделения температура и давление в САР снижаются, и теплоноситель из пусковой емкости перетекает в контур. Создаются условия для повторного перезапуска ПВСА после его срыва.

Рисунок 1.1 - Схема системы аварийного расхолаживания [10]: 1 - парогенератор; 2 - паровая ветка; 3 - водяная ветка; 4 - емкость запаса воды; 5 - теплообменник; 6 - отсечной клапан; 7 - гидрозатвор; 8 - трубопровод; 9 - отводящий трубопровод; 10 - струйный насос; 11 - обратный клапан; 12 - дополнительная (байпасная) ветка; 13 - трубопровод; 14 - пусковая емкость; 15 - пусковой клапан.

Однако проведенные в СПбГМТУ эксперименты показали, что пусковая емкость обеспечивает запуск ПВСА только при большой мощности, подводимой в парогенераторе. Если мощность небольшая (относительно массы теплоносителя в САР), то давление в САР повышается медленно, и теплоноситель постепенно перетекает в пусковую емкость, не создавая необходимого для запуска ПВСА расхода.

1.2.2 ПВСА

Для того чтобы использовать ПВСА в качестве циркуляционного средства в замкнутом контуре давление на выходе из ПВСА должно быть выше давления пара и воды на входе.

Однако ПВСА со сверхкритическим паровым соплом невозможно использовать в качестве циркуляционного средства в системе пассивного отвода тепла ядерной энергетической установки. Это связано с тем, что при давлении первого контура повышения давления в ПВСА недостаточно, чтобы компенсировать потери в проточной части со сверхкритическим паровым соплом.

Основная масса публикаций в научно-технической литературе, например [73], посвящена именно ПВСА со сверхкритическим паровым соплом.

Одной из первых и наиболее основательных работ в отечественной литературе, посвященных течению двухфазных сред, является работа [11]. В ней рассмотрены процессы, сопровождающие течение двухфазных сред: движение пузырьков в потоке воды, движение капель в потоке пара, дробление капель, скачки конденсации, истечение через сопла, распространение малых возмущений и прочие. Для этих процессов приведены математические описания и результаты экспериментальных исследований. В работе также рассмотрены пароводяные инжекторы, но они имеют несовершенную конструкцию проточной части и поэтому низкий напор.

Следует также отметить работу [56], в которой был выполнен обширный анализ конструкций ПВСА и отсутствуют методы расчета, и характеристики описанных ПВСА (анализ автором работы [56] был проведен, в основном, по патентам).

Кафедра судовой ядерной и водородной энергетики СПбГМТУ длительное время самостоятельно работает в области исследования пароводяных струйных аппаратов. Был проведен комплекс теоретико-экспериментальных исследований, результатом которого стало создание нового типа ПВСА [71]. Этот ПВСА при давлении первого контура позволял получать высокие значения коэффициента инжекции, и давление на выходе выше, чем давление воды и

пара на входе.

В 70-ых гг. прошлого века в ЛКИ были теоретически и экспериментально исследованы вопросы о кавитационном разрушении проточной части струйных аппаратов и его влиянии на характеристики струйных аппаратов [12, 13, 14, 18, 75], о влиянии влажности пара на работу струйных аппаратов [15-17, 75].

Наиболее интенсивная эрозия наблюдается в области скачка конденсации. Если струйный аппарат работает на предельном напоре, скачок конденсации располагается на входе в диффузор. При этом разрушается цилиндрический участок проточной части, что через 20-25 тысяч часов приводит к ухудшению характеристик струйного аппарата.

Струйные аппараты почти все время работают с запасом по напору, поэтому в основном разрушается средняя часть диффузора, и это практически не сказывается на характеристиках струйного аппарата.

Для борьбы с эрозией диффузора ПВСА, как это ни странно звучит, следует не использовать особо прочные материалы.

Профессор Н.П. Шаманов разработал и верифицировал методику расчета ПВСА, в основе которой лежит расчет одномерного неравновесного течения двухскоростного двухфазного потока в канале произвольной формы. Основные положения данной методики изложены в работе [75]. На базе этой методики была создана программа для ЭВМ для расчета ПВСА [76, 84] и выполнены исследования [83, 74].

Работа ПВСА подробно рассмотрена также в работе [20].

Ниже изложено описание основных свойств такого ПВСА, представленное в [27]. Автор диссертации является соавтором [27], доля автора 30%.

Принципиальные отличительные черты этого ПВСА - дозвуковое паровое сопло и особая форма проточной части (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Схема проточной части ПВСА: 1 - паровое сопло; 2 - первый конфузор; 3 - второй конфузор; 4 - цилиндрическая часть; 5 - первый диффузор; 3 - второй диффузор; Ll- длина первого конфузора

Пар и вода разгоняются в соплах до невысоких скоростей и поступают в конфузорный участок проточной части. За срезом парового сопла движется неравновесный двухфазный поток

- смесь пара и недогретой до насыщения воды. Благодаря особой форме проточной части полная конденсация пара в конфузоре не происходит. В проточной части происходит дальнейший разгон двухфазной смеси и выравнивание скоростей воды и пара.

В цилиндрическом участке проточной части ПВСА устанавливается критическое течение двухфазной смеси. В диффузоре продолжается дальнейший разгон двухфазной смеси, при этом в диффузоре устанавливается сверхкритическое течение. В некотором сечении диффузора происходит скачок конденсации, в котором резко повышается статическое давление. За скачком конденсации в диффузоре происходит торможение воды с соответствующим повышением статического давления. По устоявшейся традиции выходящую из ПВСА однофазную среду -воду - называют смесью.

Благодаря отсутствию сверхкритического парового сопла, ПВСА является многорежимным устройством. Расход ПВСА определяется параметрами воды и пара на входе в ПВСА и, в определенных пределах, не зависит от противодавления (при повышении противодавления скачок конденсации смещается к входу в диффузор, при понижении -наоборот). В этом смысле напорная характеристика такого ПВСА похожа на характеристику объемного насоса.

Такой ПВСА можно использовать в качестве циркуляционного средства в первом контуре. На основе многочисленных экспериментов была получена формула для расхода ПВСА [75]:

Gв = 1414/,

КС

1+

1 у; 1

Рв

ув

П

1 _[ 273 + 2 • 1в + {1 - Г )• 1сМ ^ ^

273 + г'

(1.1)

где /С - площадь поперечного сечения цилиндрического участка проточной части, м ; и -коэффициент инжекции; у', V" - удельный объем соответственно воды и водяного пара на линии насыщения, м /кг; рв - давление воды на входе в ПВСА, МПа; ув - удельный объем соответственно воды на входе в ПВСА, м /кг; гв, гсм - температура соответственно воды на входе в ПВСА и смеси на выходе из ПВСА, °С; п - показатель политропы; А, г - эмпирические коэффициенты, зависящие от формы проточной части.

Экспериментальные исследования показали также, что статическое давление в цилиндрической камере ПВСА приблизительно равно давлению насыщения, рассчитанному по температуре смеси на выходе из ПВСА. Максимальный (срывной) напор ПВСА развивает тогда, когда скачок конденсации располагается непосредственно на выходе из цилиндрического участка камеры смешения. Тогда срывной напор ПВСА можно определить по формуле

4рСРЫВ =

РХгСМ ) + 4Рск + 4Рд _ Рв , (1.2)

где Дрсрыв - срывной напор ПВСА, МПа; ДрСК - повышение давления в скачке конденсации, МПа; Дрд - повышение давления в диффузоре, МПа.

Было принято допущение, что перед скачком конденсации пар и вода находятся в состоянии насыщения и движутся без проскальзывания. Также полагали, что удельный объем воды не зависит от температуры. Для этих условий легко получить формулу для повышения давления в скачке конденсации, а отклонение реального течения от указанных допущений можно учесть с помощью КПД скачка конденсации. Тогда формула (1.2) преобразуется

'(* \+„ (((» + gв )((„ [у " (*см)- ув ] + „ ((п + (в )2 ув р (13)

) + 1ск ^ +1д 2. 106 Гкс -рв, (13)

где пСК - КПД скачка конденсации; пд - КПД диффузора.

Результаты расчетов с помощью программы для ЭВМ [84] согласуются с экспериментальными данными в большей степени, чем формула (1.1) и особенно формула (1.3). Однако программа для ЭВМ [84] требует значительных затрат машинного времени, поэтому в статических и тем более динамических расчетах первого контура, в которых выполняются многочисленные приближения, чаще используются формулы (1.13) и (1.3).

Срывной напор ПВСА по формуле (1.3) определяется со значительной погрешностью, однако на результатах статических и динамических расчетов первого контура это практически не сказывается. Это связано с сущностью срыва ПВСА по горячей воде - срыв ПВСА оказывает влияние на работу ППА, по сути дела, только через уменьшение общего расхода. При снижении мощности ППА в самом тяжелом положении из всех работающих ПВСА оказывается тот, у которого наименьший коэффициент инжекции. В какой-то момент расход через этот ПВСА с уменьшением мощности ППА начинает быстро падать. В соответствии с формулой (1.3) из-за снижения динамического напора уменьшается и срывной напор. И когда происходит срыв этого ПВСА, его вклад в общий расход, по крайней мере в правильно спроектированном контуре, оказывается не существенным.

Если в работающий как насос ПВСА подать воду с очень низкой температурой, то пар сконденсируется в конфузорах - не доходя до цилиндрической части. Это приведет к срыву ПВСА, который обычно называется срывом по холодной воде.

Недогрев смеси за ПВСА до насыщения должен составлять 20-25 °С.

1.2.3 Системы, использующие ПВСА в качестве средства циркуляции

Описанный в п. 1.2.2 ПВСА создавался для использования в ядерных моноблочных

ППА.

В ПВСА нет ни движущихся, ни вращающихся частей, поэтому они естественным образом располагаются внутри прочного корпуса ППА. ПВСА не требуют затрат электроэнергии на циркуляцию теплоносителя в ППА. Они естественным образом могут размешаться внутри прочного корпуса ППА.

Ядерный моноблочный ППА, в котором циркуляция теплоносителя в первом контуре осуществляется ПВСА, получил название «Бета» [77, 79].

На Приморской учебно-научной базе СПбГМТУ был создан полунатурный стенд судового ядерного моноблочного паропроизводящего агрегата «Бета-К» [80].

Результаты расчетно-теоретических и экспериментальных исследований представлены в работах [30, 33, 35, 69, 70, 78, 81, 82]. Была изучена работа ПВСА в замкнутом контуре, рекомендованы расчетные формулы, предложены конструктивные решения, предложены схемные решения первого контура двухконтурной ЯЭУ [36-39, 44, 46, 49-51] и созданы программы для ЭВМ [31, 32, 52].

СПбГМТУ также выполнял работы по разработке и исследованию систем теплоснабжения, в которых в качестве сетевых насосов использовались ПВСА [20, 21, 41, 42, 47, 48, 53]. В процессе работы САР давление в них снижается до давления близкого к атмосферному. Поэтому важным для СПОТ результатом работ по системам теплоснабжения явилось изучение работы ПВСА при низких давлениях. В частности было установлено, что для работы при низких давлениях следует увеличить диаметр парового сопла. Автор диссертации участвовала в работах по исследованию системы теплоснабжения с ПВСА, в частности, изучала схему отключения ПВСА в сетевом контуре [7], доля автора 25% .

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аполлова Анастасия Васильевна, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров А.А. Система уравнений IAPWS-IF97 для вычисления термодинамических свойств воды и водяного пара в промышленных расчетах. Ч. 1. Основные уравнения. Теплоэнергетика, 1998, № 9. С. 69-77.

2. Александров А.А. Система уравнений IAPWS-IF97 для вычисления термодинамических свойств воды и водяного пара в промышленных расчетах. Ч. 2. Дополнительные уравнения. Теплоэнергетика, 1998, № 10. С. 64-72.

3. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. М: Издательство МЭИ. 1999.

4. Анализ известных решений по созданию анаэробных энергетических источников малой мощности. Разработка концепции энергетического модуля малой мощности для энергоснабжения подводного добычного комплекса в условиях российской Арктики. Научно-технический отчет по теме «Энергообеспечение ПДК - Лоцман» / Кожемякин В В., Аполлова А.В., Кожемякин В О. и др. - СПбГМТУ, 2016, 33 с. 30%

5. Аполлова А.В., Гайсина А.О., Кожемякин В.В. Квазистатические характеристики системы пассивного отвода тепла. - Морские Интеллектуальные технологии, 2019, № 1 (43), Т.3, с. 115-121. 30%.

6. Аполлова А.В., Иванов Р.А., Игнатьева Е.С., Кожемякин В.В. Расчетно-теоретическое исследование конструктивных характеристик забортного теплообменного аппарата. -Морские Интеллектуальные технологии, 2019, № 1 (43), Т.1, с. 83-87. 25%.

7. Аполлова А.В., Кожемякин В.В. Математическая модель забортного теплообменника с горизонтальным расположением труб. Материалы Всероссийского научно-технического форума «Корабельная энергетика из прошлого в будущее», СПбГМТУ, 2017, с. 283-287. 50%.

8. Аполлова А.В., Кожемякин В.В., Кожемякин В.О., Тихомиров Б.А. Безбойлерная система теплоснабжения с пароводяными струйными средствами циркуляции. - Морские Интеллектуальные технологии, 2019, № 1 (43), Т.3, с. 103-108. 25%.

9. Аполлова А.В., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Шаманов Н.П. Экспериментальные исследования системы пассивного отвода тепла на Приморской учебно-научной базе СПбГМТУ. - Морские интеллектуальные технологии, 2018, № 4(42) т. 1, с. 120-128. 25%.

10. Большухин М.А., Пахомов А.Н., Соколов А.Н., Хизбуллин А.М. Система аварийного отвода тепла. Патент РФ на полезную модель № 150816 от 27.02.2015.

11. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. - М.: Энергоиздат, 1981. [15]

12. Дядик А.Н. К вопросу о кумулятивном характере кавитационного воздействия жидкости на материалы. - Труды ЛКИ: Методы преобразования энергии в СЭУ, 1982, с. 18 - 24.

13. Дядик А.Н. К вопросу определения параметров разрушения при кавитации. - Труды ЛКИ: Совершенствование рабочих процессов в оборудовании СЭУ, 1984, с. 31 - 35.

14. Дядик А.Н. К вопросу определения разрушающей способности кавитационных пузырьков. - Труды ЛКИ: Методы совершенствования рабочих процессов в СЭУ, 1986, с. 18 - 22.

15. Дядик А.Н., Романцов Г.Е., Шаманов Н.П. Исследование влияния влажности на производительность струйного аппарата. - Труды ЛКИ: Физико-технические проблемы судовой энергетики, выпуск 101, 1975, с. 15 - 21.

16. Дядик А.Н., Шаманов Н.П. Исследование влияния влажности на коэффициент инжекции струйного аппарата в МГД-установках. - Труды ЛКИ: Физико-технические проблемы судовой энергетики, выпуск 101, 1975, с. 9 - 14.

17. Дядик А.Н., Шаманов Н.П. Исследование влияния влажности пара на предельный напор двухфазного струйного аппарата. - Труды ЛКИ, выпуск 122, 1977, с. 29 - 32.

18. Дядик А.Н., Шаманов Н.П., Журавлев А.И. К вопросу о механизме кавитационного разрушения материала в высокоскоростном потоке жидкости. - Труды ЛКИ: Методы преобразования энергии в СЭУ, 1982, с. 122 - 127.

19. Кожемякин В.В. Разработка теории, принципов и методов реализации струйной технологии применительно к стационарным и плавучим системам теплоэлектроснабжения с ядерными моноблочными паропроизводящими агрегатами. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. - СПбГМТУ, 2012.

20. Кожемякин В.В. Расчет нестационарных процессов энергосберегающей безбойлерной системы теплоснабжения со струйными аппаратами. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2010615513. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2010.

21. Кожемякин В.В. Согласование характеристик сети теплоснабжения и пароводяного струйного аппарата. Материалы региональной научно-технической конференции с международным участием «Кораблестроительное образование и наука - 2005», СПбГМТУ, 2005, том II, с. 79-84.

22. Кожемякин В.В., Алексеенко И.М. Программный модуль расчета теплофизических свойств воды и водяного пара. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011619232. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2011.

23. Кожемякин В.В., Аполлова А.В. Конструктивный расчет системы расхолаживания с пароводяным струйным аппаратом. - Материалы пятой Всероссийской межотраслевой научно-технической конференции «Актуальные проблемы морской энергетики», Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 2016, с. 242-243. 50%

24. Кожемякин В.В., Аполлова А.В. Определение средней температуры воды в забортном теплообменнике. Морские интеллектуальные технологии. 2017, № 4 (38), с. 141-146. 50%

25. Кожемякин В.В., Аполлова А.В., Зязин Д.М. Влияние конструктивных параметров забортного теплообменного аппарата на температуру стенки со стороны забортной воды. - Материалы пятой Всероссийской межотраслевой научно-технической конференции «Актуальные проблемы морской энергетики», Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 2016, с. 242. 30% Кожемякин В.В., Аполлова А.В., Зязин Д.М. Конструктивный расчет пассивной системы расхолаживания. Программа для ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации № 2016613327 от 24.03.2016. 30%

26. Кожемякин В.В., Аполлова А.В., Игнатьева Е.С. Программа конструктивного расчета забортного теплообменника. Программа для ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2019611952 от 07.02.2019. 30%.

27. Кожемякин В.В., Аполлова А.В., Кожемякин В.О. Расчет первого контура с пароводяными струйными аппаратами. Учебн. пособие СПбГМТУ. - Санкт-Петербург, 2017. 30%

28. Кожемякин В.В., Аполлова А.В., Кожемякин В.О., Зязин Д.М., Малыгин В.Е. Подводный ядерный энергетический модуль для подводного добычного комплекса. -Материалы Всероссийского научно-технического форума «Корабельная энергетика из прошлого в будущее», Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 2017, с. 291-295. 20%.

29. Кожемякин В.В., Аполлова А.В., Кожемякин В.О., Иванов Р.А. Естественная циркуляция в промежуточном контуре с аргоновым теплоносителем. - Морские Интеллектуальные технологии, 2019, № 1 (43), Т.3, с. 109-114. 25%.

30. Кожемякин В.В., Бахтин П.В. Зависимость давления и уровня воды в ЯППА типа «БЕТА» от нагрузки. Морские интеллектуальные технологии. 2017, № 4 (38), с. 100 -105.

31. Кожемякин В.В., Бахтин П.В. Расчет давления теплоносителя в первом контуре ППА типа «Бета» на долевых нагрузках. Программа для ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации № 2015615663 от 22.05.2015.

32. Кожемякин В.В., Бахтин П.В. Расчет давления теплоносителя и уровня в компенсаторе объема для ЯППА типа «Бета» на долевых нагрузках. Программа для ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации № 2017614874 от 27.04.2017.

33. Кожемякин В.В., Бахтин П.В. Расчетно-теоретическое исследование зависимости высоты уровня в компенсаторе объема ядерного паропроизводящего агрегата типа «Бета» от нагрузки. - Материалы Всероссийского научно-технического форума «Корабельная энергетика из прошлого в будущее», Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 2017, с. 287-291.

34. Кожемякин В.В., Киселев Н.В., Шаманов Н.П. Система расхолаживания двухконтурной ЯЭУ. Патент на полезную модель № 144595. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2014.

35. Кожемякин В.В., Кожемякин В.О. Охлаждение межкассетного пространства в ядерном моноблочном агрегате с кипящей АЗ. Морские интеллектуальные технологии, 2013, № 3 (21), с. 39-43.

36. Кожемякин В.В., Кожемякин В.О., Шаманов Н.П. Устройство первого контура двухконтурной ЯЭУ. Патент на полезную модель № 134688. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации,

2013.

37. Кожемякин В.В., Кожемякин В.О., Шаманов Н.П. Устройство первого контура двухконтурной ЯЭУ. Патент на полезную модель № 148008. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации,

2014.

38. Кожемякин В.В., Кожемякин В.О., Шаманов Н.П., Бахтин П.В. Устройство первого контура двухконтурной ЯЭУ. Патент на полезную модель № 163391. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2015.

39. Кожемякин В.В., Коршунов А.И., Шаманов Н.П. Устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки. Патент на полезную модель № 111708. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2011.

40. Кожемякин В.В., Лоханов А.В. Расчет забортного теплообменного аппарата системы расхолаживания активной зоны ядерного реактора. Программа для ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации № 2013619088 от 00.00.2013.

41. Кожемякин В.В., Лоханов А.В. Расчетно-теоретическое исследование безбойлерной системы теплоснабжения с пароводяными струйными средствами циркуляции // Морской вестник. - 2011. - № 3. - С. 49-50.

42. Кожемякин В.В., Лоханов А.В., Шаманов Н.П. Система тепловодоснабжения. Патент на полезную модель № 107330. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2011.

43. Кожемякин В.В., Лукошонок О.В., Шаманов Н.П. Система расхолаживания двухконтурной ядерной энергетической установки. Патент на полезную модель № 128939. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2012.

44. Кожемякин В.В., Марголин Д.Л., Шаманов Н.П. Устройство первого контура двухконтурной ЯЭУ. Патент на полезную модель № 128384. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2012.

45. Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Аполлова А.В., Зязин Д.М. Теплообменный аппарат. Патент на полезную модель № 176496. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2017. 25%

46. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П. Система запуска струйных аппаратов. Патент на изобретение № 2317451. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2006.

47. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П. Система тепловодоснабжения (варианты). Патент на изобретение № 2327080. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2006.

48. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П. Система тепловодоснабжения. Патент на изобретение № 2319902. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2006.

49. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П. Устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки. Патент на изобретение № 2342717. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2007.

50. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П. Устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки. Патент на полезную модель № 99236. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2010.

51. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П. Устройство первого контура двухконтурной ядерной энергетической установки. Патент на полезную модель № 99236. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2010.

52. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П., Кожемякин В.О. Расчет конструктивных и теплотехнических параметров ПВСА ядерного моноблочного ППА типа «Бета». Программа для ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2013619086. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2013.

53. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П., Лисицын Ф.С. Подпрограмма расчета свойств пароводяных струйных аппаратов, используемых в системах теплоснабжения. Программа для ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации № 2012613725, 2012.

54. Кожемякин В.В., Шаманов Н.П., Шаманов Д.Н., Ефремова Г.В., Аполлова А.В., Бахтин П.В., Кожемякин В.О. Математические модели и экспериментальные данные для систем первого контура и пассивного отвода тепла со струйными аппаратами. - Межотраслевой научно-технический семинар «Моделирование динамики ЯЭУ» (разработка программных средств, верификация, оценка точности расчета), сборник тезисов докладов, Сосновый Бор, НИТИ им. А.П. Александрова, 2018, с. 27. 10%.

55. Мазилевский И.И., Аполлова А.В. Струйный аппарат. Патент на полезную модель № 169597. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2017. 30%.

56. Мясников В.Е. Пароводяные инжекторы. Расчет, проектирование, применение, 100 вариантов конструкции. - СПб.: Элмор, 1997.

57. Пейч Н.Н, Шаманов Д.Н., Алексеев Д.А., Аленичев О.Н., Андреев А.Г., Гравшин А.В. Система пассивного отвода тепла реакторных установок. Патент на изобретение № 2631057. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации, 2016.

58. Пейч Н.Н., Аленичев О.Н., Самокалев С.К. О возможности совершенствования систем пассивного отвода тепла реакторных установок путем использования канала вскипания

// Теплоэнергетика. 2013. № 4. с. 34-39.

59. Пейч Н.Н., Шаманов Д.Н., Аленичев О.Н., Андреев А.Г., Гравшинс А.В. Система пассивного отвода тепла реакторной установки.

60. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по первому этапу темы Х-717 (промежуточный), договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Аполлова А.В. и др. - СПбГМТУ, 2016, 57 с. 10%

61. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по второму этапу темы Х-717 (промежуточный), том 1, договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Аполлова А.В. и др. - СПбГМТУ, 2016, 91 с. 15%

62. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по второму этапу темы Х-717 (промежуточный), том 2, договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Аполлова А.В. и др. - СПбГМТУ, 2016, 34 с. 15%

63. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по третьему этапу темы Х-717, том 1 (промежуточный), договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Аполлова А.В. и др. - СПбГМТУ, 2017, 37 с. 15%

64. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по третьему этапу темы Х-717, том 2 (промежуточный), договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Аполлова А.В. и др. - СПбГМТУ, 2017, 37 с. 25%

65. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по четвертому этапу темы Х-717 (промежуточный), договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н. и др. - СПбГМТУ, 2017, 57 с.

66. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по пятому этапу темы Х-717, том 1 (промежуточный), договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Аполлова А.В. и др. - СПбГМТУ, 2018, 106 с. 20%.

67. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по пятому этапу темы Х-717,

том 2 (промежуточный), договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Аполлова А.В. и др. - СПбГМТУ, 2018, 46 с. 25%.

68. Разработка и исследование систем аварийного расхолаживания с ПВСА для гражданских транспортных ЯЭУ и АСММ. Научно-технический отчет по шестому этапу темы Х-717 (заключительный), договор на выполнение НИР от 15.02.2016 / Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Аполлова А.В. и др. - СПбГМТУ, 2018, 113 с. 20%.

69. Разработка научно-технологической базы для создания ядерного моноблочного паропроизводящего агрегата для плавучих АЭС с высоким уровнем безопасности и энергосбережения за счет использования струйных технологий. Альбом чертежей ко второму этапу темы Х-237 (Государственный контракт № П965 от 20.09.2009) /Кожемякин В.В., Алексеенко И М. - СПбГМТУ, 2010.

70. Разработка научно-технологической базы для создания ядерного моноблочного паропроизводящего агрегата для плавучих АЭС с высоким уровнем безопасности и энергосбережения за счет использования струйных технологий. Научно-технический отчет по третьему этапу темы Х-237 (Государственный контракт № П965 от 20.09.2009) /Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н. и др. - СПбГМТУ, 2011.

71. Рыльцов Н.А., Саловатов Е.Х., Шаманов Н.П. Струйный насос. Патент на изобретение. Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам Российской Федерации RU 2116522 С1, 1996.

72. Самойлов О.Б., Панов Ю.К., Кураченков А.В. и др. Плавучие АЭС на базе судовых технологий - надежный и безопасный энергоисточник автономного энергоснабжения // Труды Международной научно-практической конференции «Малая энергетика-2004». - М., 2004.

73. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

74. Шаманов Н.П., Данилова Ж.И. Сравнение методик расчета струйных аппаратов. -Материалы региональной научно-технической конференции с международным участием «Кораблестроительное образование и наука - 2003», Том II, Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 2003, с. 76 - 80.

75. Шаманов Н.П., Дядик А.Н., Лабинский А.Ю. Двухфазные струйные аппараты. - Л.: Судостроение, 1989

76. Шаманов Н.П., Кириченко Л.И. Программирование задач по пароводяным струйным аппаратам. - Материалы региональной научно-технической конференции с международным участием «Кораблестроительное образование и наука - 2003», Том II, Санкт-Петербург, СПбГМТУ, 2003, с. 70-75

77. Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Алексеенко И.М., Шкляров Н.В. Ядерный моноблочный паропроизводящий агрегат с кипящей активной зоной, паровым компенсатором объема и струйными средствами циркуляции // Морской вестник. - 2010. - № 2. - С. 53-56.

78. Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Кожемякин В.О. Расчетно-теоретическое исследование статических характеристик ядерного моноблочного паропроизводящего агрегата типа «Бета»: режимы без отключения пароводяных струйных аппаратов. Морской вестник. 2014, № 1 (49)., с. 51-54.

79. Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Ревков М.В., Дюкарев А.В. Парогенерирующий агрегат «Бета» // Морской вестник. - 2007. - Спец. выпуск № 1. - С. 124-125.

80. Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Соломянский В.Б, Алексеенко И.М. Полунатурный стенд для экспериментальных исследований судового ядерного моноблочного паропроизводящего агрегата «Бета» // Морской вестник. - 2011. - № 2. - с. 47-48.

81. Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Соломянский В.Б, Андреев А.Г., Коршунов А.И. Экспериментальные исследования на полунатурном стенде судового ядерного моноблочного паропроизводящего агрегата «Бета-К» на Приморской учебно-научной базе СПбГМТУ. Морские интеллектуальные технологии. 2011, № 4, с. 21-28.

82. Шаманов Н.П., Кожемякин В.В., Шаманов Д.Н., Соломянский В.Б, Андреев А.Г., Коршунов А.И. Экспериментальные исследования на полунатурном стенде судового ядерного моноблочного паропроизводящего агрегата «Бета-К» на Приморской учебно-научной базе СПбГМТУ. Морской вестник. 2012, № 2 (42)., с. 29-31.

83. Шаманов Н.П., Проскурина Г.П. Расчетно-теоретическое исследование влияния параметров потока и геометрии камеры смешения парожидкостного струйного аппарата на его производительность и срывной напор. - Труды ЛКИ: Проблемы повышения эффективности СЭУ, 1985, с. 22-31.

84. Шаманов Н.П., Шаманов Д.Н., Ефремова Г.В. Программа расчета двухфазного пароводяного струйного аппарата с учетом скорости входного потока. Программа для ЭВМ. Свидетельство о государственной регистрации № 2010615977 от 13.09.2010.

ПРИЛОЖЕНИЕ А. КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ С ЕМКОСТЬЮ И ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ЧЕРЕЗ

ПАРОГЕНЕРАТОР

А.1 Исходные данные для конструктивного расчета

За начальный момент расчета квазистатических характеристик принят момент, когда ПВСА запустились. На этот момент задаются параметры системы. В качестве исходных данных приняты:

- мощность парогенератора NПГ, кВт;

- мощность ЗТО N37-0, кВт;

- давление р, МПа;

- перегрев пара на выходе из парогенератора ДгП, кДж/кг;

- недогрев смеси за ПВСА Д^см, °С;

- коэффициент инжекции ПВСА и;

- коэффициент гидравлического сопротивления парогенератора м-4;

- гидравлическое сопротивление ЗТО Др3Т0, Па;

- нивелирный напор на паровом сопле ПВСА ДрНИВ, Па;

- отношение площади парового сопла к площади камеры смешения ПВСА

- температура забортной воды на выходе из ЗТО ^В2, °С;

- объем емкости Vz, м3;

- масса воды в емкости тВЕ, кг.

А.2 Алгоритм конструктивного расчета

При принятых исходных данных порядок конструктивного расчета может быть следующий:

1. t'(р), г"), г'), '), у"^');

2. гп = г " + А1П ;

3. tСМ - t AtСМ ;

Nr

4. Gп -

' ПГ .

1П — i

5. ApПГ - kпгG2пv' ;

6. vп (p, 1п ) ;

7. h

Ap

ПГ

мпк~ ( 1 1 Л g

v v vп у

1СМ (p,t СМ ) ;

9. i, -

(l + u Уем — i " ,

u

Nq

10. Gп2 - ^ ;

i — in

п. gb -uGп2;

12. fKc -■

Gb 1414 А

i+Г

V u\v' у

pb

l — ^ 273 + z • t, +(l — z )• tcм

273 +1 '

n n —1

13. -^fKc;

14. fBC -

(1 + Ïbc Gb Vb

G2 v"

+ %ПС + 2Арнив

fПС

15. Atn - *СМ Чв2 tB ■

1зт

ln tcм tзв2 tB

1b

16 kF - nзтc ; l6. kFзт - At-'

ШзЮ

l7. B зтc -

N

зт .

зт - л

зВ2

18. k

Ap

зт

зт

(<^П 2 + GB )2 VB

19. тпе -(VE — mbev'^)/ vпe ;

V

в

2°. т1е = тве + тпе ;

21. минимальный нивелирный напор на паровом сопле ПВСА

g 2 у"

ьрнивмт = "(1 + £пс ' Па.

21пс

Математическая модель для расчета статических характеристик (п. 2.3) совпадает с математической моделью для конструктивного расчета за исключением мощностей парогенератора и ЗТО - при расчете статических характеристик они равны.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. РАСЧЕТ КВАЗИСТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИСТЕМЫ С ЕМКОСТЬЮ И ЕСТЕСТВЕННОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ЧЕРЕЗ

ПАРОГЕНЕРАТОР

Б.1 Исходные данные для расчета квазистатических характеристик

При постепенном снижении или повышении мощности парогенератора СПОТ будет находиться в квазистатическом состоянии. За начальный момент расчета квазистатических характеристик принят момент, когда ПВСА запустились. На этот момент задаются параметры системы. В качестве исходных данных приняты:

- зависимость мощности парогенератора от времени ^т(т), кВт;

- коэффициент гидравлического сопротивления парогенератора м-4;

- высота подъемного канала hПК, м;

- площадь камеры смешения ПВСА /КС, м ;

- площадь парового сопла ПВСА /ПС , м ;

- площадь водяного сопла ПВСА /вс , м ;

- нивелирный напор на паровом сопле ПВСА ДрНИВ, Па;

- теплопередающий параметр ЗТО kF3Т0 , кВт/°С;

- параметр ЗТО Взто , кВт/°С2;

- коэффициент гидравлического сопротивления ЗТО k3Т0 , м-4;

- объем емкости VzЕ, м3;

- масса воды в емкости тВЕ, кг;

- масса пара в емкости тПЕ, кг;

шаг интегрирования по времени Дт, с; конечное время интегрирования тк, с.

Б.2 Алгоритм расчета квазистатических характеристик

При принятых исходных данных порядок расчета квазистатических характеристик

может быть следующий:

задаются параметры на начальный момент времени

тв = тв;

ЕВ = твг';

= т г" •

^п - тп1 5

т = Ат.

1: начало цикла по т ^г(т);

задается в первом приближении р; 2: начало цикла по р

t'(р), г^"), ¡"^'), у'^'), у^'); задается в первом приближении GП; 3: начало цикла по GП

гп =г +

.." . NЛL G

кДж/кг;

Л

ул (р, ¡л ), м3/кг;

^Л =

gh

(1 1 ^

ПК

Vу ул У .

к-лгу

если

GЛ - ^

> 0,01, то GЛ = GЛ и к 3;

конец цикла по GЛ;

задается в первом приближении GЛ 2;

4: начало цикла по GЛ2

GТ =

ЕВе - т

ВЕ "'ВЕ'

Ат

+ ^ (гЛ - г О- ^ 2 (г" - ¡в )

г - г

тВЕ = Ке +Ат(Рл 2- ^);

тЛЕ = тШ тВЕ ;

Еппе +АтОТ1"

гЛЕ =

тПЕ +А^П 2

задается в первом приближении Gв; 5: начало цикла по Gв

задается в первом приближении ДtзТo;

П гГ

1

6: начало цикла по

Nзто = ^ ^зто ;

^ЗВ 2 = •

N

ЗТО .

В

ЗТО

N

гВ = -ПЕ

гСМ = гв +

ЗТО .

G

П 2

N

ЗТО

^ + ^ 2

д.* = ^СМ ^ЗВ2 tВ .

ЗТО ~ '

1П . СМ . ЗВ 2

если

1В

Л^ЗТО Л^ЗТО

> 0,02,

то коррекция Л.ЗТО и к 6; конец цикла по А.зто;

Gв

и = в ■

G

П2

G*в = 1414/)

^с

1 +

1 у"

и \ V

( 273 + г •.В +(1- г )• ^

1 — -

273 +."

СМ

п \ п—1

если

GВ - GВ

> 0,05 , то коррекция Gв и к 5;

конец цикла по ав;

.пе (р, -пе );

а*

П 2 = •

если

2/ПС

+ £пс )упе

(1 + ^ВС ) ^Ут + ДРнив

2/ВС

а — G

^ПЕ ^ПЕ

> 0,002, то коррекция аПЕ и к 4;

конец цикла по аПЕ;

пеуп

> 0,01, то коррекция р = р + (р^Е — У^Е )* 0,01 и к 2;

F* ' , £е = тВЕУ + тПЕУПЕ ;

если

^е — ^

конец цикла по р; печать;

х

V

В

т = т + Лт;

тВ = тВ;

ев = твг;

Еп = т г" ;

^п - тп1 3

если т < тк , то к 1; конец цикла по т.

ПРИЛОЖЕНИЕ В. ПОРЯДОК СБОРКИ ТЕПЛООБМЕННОГО АППАРАТА С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ТРУБ

Этапы сборки трубной системы поясняются рисунком А.1.

Рисунок А.1 - Этапы сборки трубной системы

1. Входной патрубок сваривается с левым верхним коллектором с отверстием.

2. Два параллельных слоя труб 13*1,3 с левой стороны развальцовываются в левой верхней трубной доске.

3. Левая верхняя трубная доска со всех сторон сваривается с левым верхним коллектором.

4. Два параллельных слоя труб 13*1,3, развальцованных в левой верхней трубной доске и два следующих параллельных слоя труб 13*1,3 с правой стороны развальцовываются в правой верхней трубной доске.

5. Правая верхняя трубная доска со всех сторон сваривается с правым верхним коллектором.

Два параллельных слоя труб 13*1,3, развальцованных в правой верхней трубной доске и два следующих параллельных слоя труб 13*1,3 с левой стороны развальцовываются в левой промежуточной трубной доске.

7. Левый промежуточный коллектор со всех сторон, кроме верхней сваривается с левой промежуточной трубной доской. Верхняя часть левого промежуточного коллектора вместе с

левой промежуточной трубной доской спереди, слева и сзади свариваются с левым верхним коллектором с отверстием и верхней левой трубной доской.

8. Два параллельных слоя труб 13*1,3, развальцованных в левой промежуточной трубной доске развальцовываются в правой нижней трубной доске.

9. Правый нижний коллектор с отверстием со всех сторон, кроме верхней сваривается с правой нижней трубной доской. Верхняя часть правого нижнего коллектора с отверстием вместе с правой нижней трубной доской спереди, справа и сзади свариваются с правым промежуточным коллектором.

10. Выходной патрубок сваривается с правым нижним коллектором с отверстием.