Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ сепарационной схемы горизонтальных парогенераторов, ее эволюции, расчетного и экспериментального обоснования 13
1.1 Сепарационная схема горизонтальных парогенераторов 13
1.2 Эволюция сепарационной схемы парогенератора ПГВ-1000М 18
1.3 Экспериментальное обоснование сепарационной схемы 24
1.4 Расчетное обоснование сепарационной схемы 32
1.4.1 Основные зависимости для расчета сепарагщи 32
1.4.2 Основные зависимости для расчета ПДЛ. 36
1.4.3 Применение трехмерных теплогидравлических кодов для анализа процессов в горизонтальном парогенераторе 38
1.5 Направления модернизации сепарационных устройств парогенератора ПГВ-1500 41
1.6 Выводы по главе 43
Глава 2 Теоретическое обоснование модернизации сепарационных устройств парогенератора для АЭС с ВВЭР повышенной мощности 45
2.1 Методика расчета переменной степени перфорации ПДЛ 45
2.2 Расчетное обоснование системы отвода пара из парогенератора ПГВ-1500 через два патрубка 48
2.2.1 Выбор методики расчета переменной степени перфорации ППДЛ 48
2.2.2 Расчет системы отвода пара из парогенератора ПГВ-1500 через два патрубка по приближенной методике Майзеля 48
2.2.3 Расчет системы отвода пара из парогенератора ПГВ-1500 через два патрубка по методике расчета коллекторных систем промышленных аппаратов 52
2.2.4 Расчет переменной степени перфорации ППДЛ 56
2.3 Выводы по главе 59
Глава 3 Экспериментальные исследования модернизированной сепарационной схемы на аэродинамическом стенде 60
3.1 Цели экспериментальных исследований 60
3.2 Исходные данные 60
3.3 Моделирование парового объема 62
3.4 Методическое обеспечение испытаний ППДЛ-модели парогенератора ПГВ-1500 66
3.4.1 Схема аэродинамического стенда для испытаний ППДЛ-модели 66
3.4.2 Конструкция ППДЛ-модели парогенератора ПГВ-1500 67
3.4.3 Схемы измерений и свойства измерительных зондов 70
3.4.4 Методика анализа опытных данных 77
3.5 Результаты испытаний ППДЛ-модели парогенератора ПГВ-1500 83
3.5.1 Профили скорости потока воздуха в отверстиях имитатора ПДЛ 83
3.5.2 Профили скорости потока воздуха в отверстиях имитатора ППДЛи гистограмма степени его перфорации для случая неравномерной паровой нагрузки зеркала испарения 85
3.5.3 Профили скорости потока воздуха в отверстиях имитатора ППДЛ и гистограмма степени его перфорации для случая равномерной паровой нагрузки зеркала испарения 93
3.5.4 Гидравлические потери на участке имитатор ППДЛ - выходной патрубок 99
3.6 Погрешности результатов 104
3.7 Выводы по главе 104
Глава 4 Оптимизация конструкции сепарационных устройств 106
4.1 Исследования по повышению равномерности выхода пара с ПДЛ 106
4.1.1 Расчет переменной степени перфорагщи ПДЛ парогенератора ПГВ-1500 106
4.1.2 Основные результаты расчета 122
4.2 Сравнение результатов расчетного обоснования системы отвода пара из парогенератора с экспериментальными исследованиями на аэродинамическом стенде 125
4.2.1 Анализ профилей перфорации ППДЛ 125
4.2.2 Сравнение гидравлических потерь на участке ППДЛ-выходной патрубок парогенератора ПГВ-1500 131
4.3 Выводы по главе 133
Заключение 136
Список литературы 138
- Применение трехмерных теплогидравлических кодов для анализа процессов в горизонтальном парогенераторе
- Расчет системы отвода пара из парогенератора ПГВ-1500 через два патрубка по приближенной методике Майзеля
- Профили скорости потока воздуха в отверстиях имитатора ППДЛи гистограмма степени его перфорации для случая неравномерной паровой нагрузки зеркала испарения
- Сравнение гидравлических потерь на участке ППДЛ-выходной патрубок парогенератора ПГВ-1500
Введение к работе
Актуальность работы
Согласно Федеральной целевой программе «Развитие атомного энергопромышленного комплекса России на 2007 - 2010 годы и на перспективу до 2015 года» предусматривается ускоренное строительство атомных электростанций и ввод в эксплуатацию 10 новых энергоблоков атомных электростанций общей установленной мощностью не менее 9,8 ГВт. Основная часть этих энергоблоков будет оснащена реакторными установками с ВВЭР. В России разрабатываются проекты перспективных реакторных установок с реакторами ВВЭР-600, ВВЭР-1000, ВВЭР-1200иВВЭР-1500.
Кроме того, большое значение придается повышению уровня мощности энергоблоков российских АЭС, которое проводится согласно «Программе увеличения выработки электроэнергии на действующих энергоблоках АЭС ОАО «Концерн Энергоатом» на 2007-2015 годы».
Важнейшими компонентами энергоблоков АЭС с ВВЭР являются горизонтальные парогенераторы (Ш'). От эффективности ПГ в значительной степени зависят экономические показатели работы энергоблока.
По состоянию на начало 2010 г. на АЭС с ВВЭР, построенных по российским проектам, эксплуатируются 162 ПГ типа ПГВ-440 и 116 ПГ типа ПГВ-1000. Парогенераторы горизонтального типа используются на всех энергоблоках АЭС с ВВЭР России, Украины, Армении, а также в Болгарии, Чехии, Словакии, Венгрии, Финляндии, Китае. Ведется сооружение 4 энергоблоков за рубежом в Иране, Индии и Болгарии.
Актуальность диссертационной работы заключается в разработке модернизированной конструкции сепарационных устройств горизонтального парогенератора, позволяющей улучшить гравитационную сепарацию пара за счет снижения неравномерности паровой нагрузки зеркала испарения и обеспечения равномерного отвода пара из парогенератора, что позволяет повысить мощность новых разрабатываемых парогенераторов и парогенераторов действующих энергоблоков АЭС с ВВЭР.
Цель научного исследования
Целью диссертационной работы являлось разработка и расчетно-экспериментальное обоснование модернизированной конструкции сепарационных устройств парогенераторов для АЭС с ВВЭР повышенной мощности.
Научная новизна
Впервые на основе проведенных экспериментальных исследований получены профили и гистограммы степени перфорации пароприемного дырчатого листа (ГШДЛ) для случая неравномерной и равномерной паровой нагрузки зеркала испарения горизонтального парогенератора АЭС с ВВЭР, выявлены закономерности формирования полей скоростей в паровом объеме ПГ.
Для обеспечения выравнивания паровой нагрузки зеркала испарения горизонтального ПГ посредством применения погруженного дырчатого листа (ПДЛ)
предложена приближенная методика расчета, с использованием которой выполнен расчет переменной степени перфорации ПДЛ парогенератора ПГВ-1500.
3. Разработаны рекомендации по выбору начальной ширины сечения при
проведении расчета переменной степени перфорации ГШДЛ по приближенной методике и учету гидравлических потерь за счет коллекторного эффекта при расчете гидравлического сопротивления парового тракта парогенератора.
Практическая значимость
Обоснованы новые конструктивные решения сепарационных устройств горизонтальных ПГ для проектируемых и строящихся энергоблоков АЭС с ВВЭР в России и за рубежом. Разработанные технические решения и методика нашли применение в проектно-конструкторской документации ПГ для вновь разрабатываемых энергоблоков АЭС с ВВЭР-1500, АЭС-2006, АЭС «Белене», а также при разработке предложений по модернизации конструкции парогенератора ПГВ-1000М с целью обеспечения возможности повышения мощности работающих энергоблоков АЭС с ВВЭР-1000.
Достоверность
Достоверность экспериментальных данных обеспечивается применением инструментованных экспериментальных устройств, аттестованных методов измерения, неоднократным повторением каждого из экспериментов, анализом погрешностей.
Достоверность расчетных данных подтверждается использованием апробированных инженерных методик расчета, сходимостью проектных (расчетных) характеристик с данными, полученными экспериментально.
Личный вклад автора
Автор диссертационной работы принимал непосредственное участие:
в разработке технических решений по модернизации сепарационных устройств ПГВ-1500;
в разработке приближенной методики расчета переменной степени перфорации ПДЛ, проведении расчетов по ней и анализе их результатов;
в выполнении экспериментальных исследований на этапах - постановки задачи, обсуждения и согласования технического задания на экспериментальную аэродинамическую модель пароприемной части парогенератора ПГВ-1500 и программы и методики экспериментальных исследований, а также в обсуждении и анализе результатов экспериментальных исследований, в разработке рекомендаций по профилю перфорации пароприемного дырчатого листа;
в анализе гидравлических потерь в паровом тракте парогенератора и разработке рекомендаций по их снижению.
На защиту выносятся
Результаты экспериментальных исследований модернизированной сепарационной схемы на аэродинамическом стенде.
Результаты оптимизации конструкции сепарационных устройств.
Апробация работы и публикации
По результатам работы сделаны сообщения на 4-й и 5-й Международных научно-технических конференциях «Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР» в г. Подольске (2005 г. и 2007 г.), на 7-м Международном семинаре по горизонтальным парогенераторам в г. Подольске (2006 г.).
По теме диссертационной работы имеются 4 публикации в рецензируемых журналах «Вопросы атомной науки и техники», «Атомная энергия», «Тяжелое машиностроение», а также один патент на полезную модель.
По результатам выполненных по теме диссертации исследований выпущено 2 научно-технических отчета.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, изложена на 143 листах, включая 48 рисунков, 16 таблиц и список литературы из 53 наименований.
Применение трехмерных теплогидравлических кодов для анализа процессов в горизонтальном парогенераторе
Эволюция сепарационной схемы ПГВ-1000М схематично показана на рисунке 1.3 [1].
В первых модификациях парогенераторов ПГВ-1000М применялись осушители пара в виде жалюзийных сепараторов с наклонными пакетами жалюзи. Пар проходил через узкие извилистые каналы, образованные жалюзийными пластинами. На выходе из жалюзи имелся выравнивающий дырчатый лист. Сепарат стекал в водяной объем по специальным опускным трубам. Влажность пара на выходе из жалюзийного сепаратора составляла не более 0,2 % по массе [1].
При проведении сепарационных испытаний на головном блоке с ВВЭР-1000 (5 блок НВАЭС) было обнаружено явление выброса пароводяной смеси из-под закраины ПДЛ с «горячей» стороны, препятствующее обеспечению проектной величины влажности при мощности выше 80-85 % [8]. Для защиты нижней кромки жалюзи от потока пароводяной смеси ПГ был снабжен отбойным щитом, установленным над зазором между корпусом и закраиной ПДЛ с «горячей» стороны (рисунок 1.3а). Это решение позволило обеспечить проектную величину влажности генерируемого пара, однако оно устранило последствия выброса, а не его причины, и к тому же привело к появлению в паровом объеме парогенератора отраженного поперечного потока пара, ухудшающего эффективность сепарации [6]. Испытания ПГ головного блока показали также, что запас по паропроизводительности ПГ не превышает 8-10 %, что приблизительно соответствует теплогидравлической неравномерности циркуляционных петель, вследствие чего уже при номинальной мощности блока отдельные ПГ работают на пределе по возможностям сепарационной схемы. Учитывая широкую программу строительства блоков с ВВЭР-1000, по результатам испытаний ПГ головного блока был проведен поиск новых оптимальных конструктивных решений, обеспечивающих большие удобства и надежность эксплуатации ПГ. Были намечены задачи устранения нерасчетного выброса пароводяной смеси, выравнивание нагрузки зеркала испарения и, после этого, замена жалюзийного сепаратора потолочным дырчатым листом.
Явление выброса пароводяной смеси в паровой объем из-под закраины предполагалось устранить за счет увеличения степени перфорации ПДЛ с 3,7 % до 8, 12 % и 14 %, для чего были проведены соответствующие испытания на АЭС [6]. Однако эти опыты показали, что выброс не изменился, а снятие ПДЛ вообще не позволило обеспечить достижение номинальной нагрузки блока. Было высказано мнение, что выброс связан не недостаточной степенью перфорации ПДЛ, а его компоновкой относительно трубного пучка и, в частности, с отсутствием гидрозатвора. Поэтому пар, вынесенный опускным потоком теплоносителя, и генерируемый частью пучка, не охваченной закраиной, свободно попадает в упомянутый зазор, что приводит к выбросу. Лучшим способом предотвращения выброса при существующей компоновке ПДЛ явилось закрытие зазора между корпусом ПГ и закраиной ПДЛ со стороны «горячего» коллектора дополнительными перфорированными листами при одновременном открытии предусмотренным проектом люков в закраине для свободного перетока пара (рисунок 1.36). При этом слив воды с ПДЛ осуществлялся бы только по его торцам и со стороны «холодного» коллектора, что по существу соответствует фактической картине движения потоков. В новых проектах парогенераторов ПГВ-ЮООМ закраина с «горячей» стороны, как таковая, уже отсутствует, что привело к увеличению живого сечения опускного канала и улучшению гидродинамики водяного объема. Указанное изменение компоновки ПДЛ было реализовано на ПГ-4 блока 1 Балаковской АЭС. Для проверки эффективности предложенных конструктивных решений ПГ-4 был оснащен системой экспериментального контроля, включающей пробоотборники пара, гидростатические датчики паросодержания и турбинные расходомеры для определения скоростей и направления потока.
Полученные при исследовании данные по величинам истинных объемных паросодержаний и скоростей циркуляции в характерных зонах водяного объема ПГ-4 и влияние на эти характеристики мощности и уровня воды в целом согласуются с данными, полученными ранее на штатных ПГ головного блока ВВЭР-1000. Дополнительно был получен положительный результат, заключающийся в снижении паросодержания в зазоре между «горячей» закраиной ПДЛ и теплообменным пучком с 0,8 до 0,53, что улучшает условия циркуляции в этой зоне ПГ [6].
Сравнение величин влажности в трех характерных зонах парового объема ПГ-4 Балаковской АЭС (под отражателем, на нижней кромке жалюзи и на 180 мм ниже жалюзи) и ПГ-3 5 блока НВАЭС показало, что для ПГ-4 с модернизированным ПДЛ влажность в указанных зонах существенно снизилась, что свидетельствует о ликвидации выброса пароводяной смеси. Принципиально важным явился тот факт, что в определенном диапазоне изменения уровня воды влажность на нижней кромке жалюзи стала ниже ее нормируемого значения, т.е. установка жалюзийного сепаратора не является обязательной. Снижение уровня влажности на нижней кромке жалюзи объясняет также более низкую величину влажности в паропроводе на выходе из ПГ-4 по сравнению с другими парогенераторами штатного исполнения. Устранение выброса пароводяной смеси в паровой объем открыло возможность дальнейшего совершенствования сепарационной схемы ПГВ-1000М и, в частности, замены жалюзийного сепаратора ППДЛ с равномерной степенью перфорации.
Как известно, схема с ПДЛ была разработана теоретически и экспериментально в ЦКТИ им. И.В.Ползунова К.А.Блиновым и Г.Н.Кружилиным в 1938 г. применительно к судовым паровым котлам и с самого начала не предполагала использования жалюзийного сепаратора. Отвод пара по этой схеме производился с помощью пароотборной трубы, установленной вдоль барабана и рассчитанной на равномерный отбор пара по его длине. В дальнейшем ПДЛ широко применялся ОРГРЭСом и в стационарных барабанных котлах, причем для обеспечения равномерного отбора пара вдоль барабана использовался ППДЛ. Попытка ОРГРЭСа дополнительно установить в барабанах жалюзийный сепаратор себя не оправдала [6].
Экспериментальные исследования на моделях, а также опыт эксплуатации парогенерирующего оборудования АЭС подтвердили, что при использовании гравитационной сепарации в сочетании с ПДЛ нет прямой необходимости в дополнительной установке жалюзийного сепаратора, а в определенных условиях его установка может дать даже негативный результат. Без жалюзийного сепаратора работают, как известно, барабан-сепараторы АЭС с РБМК, где сепарационная схема организована с помощью ПДЛ и пароприемного щита. При этом в рабочем диапазоне изменения уровня над ПДЛ барабан-сепараторы выдают пар с влажностью 0,01 - 0,03 %.
Расчет системы отвода пара из парогенератора ПГВ-1500 через два патрубка по приближенной методике Майзеля
Как уже отмечалось выше, гидродинамика двухфазного потока между горизонтальной пластиной ПДЛ и трубным пучком в связи со значительной неравномерностью тепловыделений по его длине отличается значительной сложностью и не может быть рассчитана с помощью известных теплогидравлических кодов. В тоже время, существующие приближенные (инженерные) методики применимы только для расчета ПДЛ с равномерной степенью перфорации.
Исходя из этого, совместно с ЭНИЦ разработана приближенная методика расчета переменной степени перфорации ПДЛ для обеспечения повышения эффективности выравнивания паровой нагрузки зеркала испарения горизонтального парогенератора [38,39], основные положения которой представлены ниже.
Расчет переменной степени перфорации ПДЛ предлагается проводить в следующей последовательности: 1) Условное разделение всей площади ПДЛ на определенное количество расчетных зон с выделением зоны с наибольшей паровой нагрузкой зеркала испарения. 2) Определение для зоны с наибольшими нагрузками зеркала испарения следующих параметров: а) площади каждой пластины и общей площади пластин ПДЛ; б) скорости выхода пара на каждой пластине (участке) ПДЛ, которая определяется по результатам теплогидравлического расчета парогенератора по первому контуру, выполняемого по специальной программе, и с учетом конденсации пара за счет подачи питательной воды на каждом участке; в) объемного расхода пара по каждой пластине и суммарного объемного расхода пара, генерируемого в зоне; г) средней скорости пара в зоне; д) объемного расхода пара при заданной номинальной скорости пара на зеркале испарения парогенератора; е) излишка пара, равного разности между объемным расходом пара, генерируемым в зоне, и объемным расходом пара при заданной номинальной скорости пара на зеркале испарения, который необходимо отвести из зоны за счет перетока пароводяной смеси под ПДЛ; ж) определение коэффициента гидравлического сопротивления пластин ПДЛ по формулам, приведенным в [40] для случая решеток с большой неравномерностью поля скоростей перед решеткой и равномерного поля скоростей за решеткой; з) определение степени перфорации пластин ПДЛ, соответствующей рассчитанному коэффициенту гидравлического сопротивления пластин ПДЛ, которое проводится с использованием зависимостей коэффициента сопротивления от степени перфорации ПДЛ, в соответствии с рекомендациями [41, 42]; и) определение площади отверстий в листах ПДЛ; к) определение скорости пара в отверстиях по объемному расходу пара при номинальной скорости пара на зеркале испарения; к) определения гидравлического сопротивления отверстий в листах ПДЛ. 3) Выполнение расчетов по п.п. 2а)-2д) для каждой из последующих расчетных зон, в которые должна перетечь пароводяная смесь из зоны с наибольшей паровой нагрузкой зеркала испарения. 4) Определение объемного расхода пара, который может перетечь из зоны с наибольшей паровой нагрузкой зеркала испарения в каждую из остальных расчетных зон, равного разности между объемным расходом пара, генерируемым в зоне, и объемным расходом пара при заданной номинальной скорости пара на зеркале испарения. 5) Выбор степени перфорации пластин ПДЛ в каждой из последующих расчетных зон и определение по [41, 42] коэффициента гидравлического сопротивления пластин, соответствующего ей. 6) Определение перепада статического давления в каждой расчетной зоне на перфорированных пластинах ПДЛ при заданной номинальной скорости пара на зеркале испарения. 7) Определение гидравлического сопротивления отверстий в листах ПДЛ каждой расчетной зоны, при этом расчет производится с учетом выноса с паром воды через отверстия. 8) Определение перепада статического давления между зоной с наибольшей паровой нагрузкой зеркала испарения и остальными расчетными зонами, который обеспечивает переток излишков пара, определенных в п. 2е). 9) Определение гидравлического сопротивления участков под ПДЛ, по которым происходит отвод излишков пара в соседние расчетные зоны, при этом, рассматривается переток не чистого пара, а пароводяной смеси со средним паросодержанием ср = 0,75 в соответствии с опытными данными [2]. 10) Сравнение перепада статического давления, определенного по п. 8, с величиной гидравлического сопротивления участков, определенной по п. 9. При разнице величин менее 25% расчет считается оконченным. При большей разнице - расчет повторяется при новом значении степени перфорации пластин ПДЛ в каждой расчетной зоне. По указанной выше приближенной методике был выполнен расчет переменной степени перфорации ПДЛ парогенератора ПГВ-1500 [39], основные результаты которого приведены в главе 4.
Для расчета переменной по длине ПГ степени перфорации ППДЛ, которая необходима для обеспечения равномерного отвода пара из парогенератора ПГВ-1500 через два патрубка, предложено использовать приближенные (инженерные) методики, основанные на известных соотношениях из гидродинамики однофазной среды, в частности, методики Майзеля [43] и методики расчета коллекторных систем промышленных аппаратов [40]. С помощью указанных методик в работе [44] был выполнен расчет системы отвода пара из парогенератора ПГВ-1500, основные результаты которого приведены ниже.
Расчет системы отвода пара заключается в расчете изменения ширины сечения (площади сечения перфорации) ППДЛ и выполнен по методике [43], основанной на результатах испытаний котельных барабанов при числах Re по оси коллектора до Re = 2,7-105.
Профили скорости потока воздуха в отверстиях имитатора ППДЛи гистограмма степени его перфорации для случая неравномерной паровой нагрузки зеркала испарения
Выходная часть ППДЛ-модели имела два вида конструкции: геометрически подобную натурному изделию в масштабе М1:5 (исходная схема) и модифицированную. Модифицированная конструкция выходной части ППДЛ-модели характеризовалась тем, что в пространстве над имитатором ППДЛ выдерживалась та же относительная высота проточной части (отношение линейного размера по высоте к диаметру отверстия ППДЛ), как и в натурном изделии. Поперечные сечения в соответствии с исходной схемой и модифицированной даны на рисунке 3.3. Опытные данные, полученные с модифицированной выходной частью ППДЛ-модели, являются наиболее достоверными.
Поток воздуха в контуре стенда создается центробежным вентилятором с максимальной производительностью 104 м /ч и максимальным напором 104 Па при 2100 оборотов/мин рабочего колеса. Мощность электродвигателя вентилятора составляет 50 кВт.
На всасывающей линии вентилятора располагаются ППДЛ-модель, расходомер, дроссель-регулятор расхода воздуха, на нагнетательной линии -ресивер диаметром 1000 мм с перегородками, два воздухоохладителя. Диаметры воздуховодов на всасывающей и нагнетательной линиях равняются 320 и 500 мм, соответственно.
Проточная часть ППДЛ-модели состоит из 3 частей: входной, срединной и выходной. Входная часть включает цилиндрический участок для формирования исходного поля скоростей после имитатора ПДЛ. Цилиндрический участок имеет поперечное сечение, соответствующее габаритным размерам поверхности имитатора ПДЛ. Внутренний объем затеснен имитаторами входного и выходного коллекторов теплоносителя 1-го контура. Наружный диаметр имитаторов коллекторов равен 210 мм. Торцевые части имитаторов коллекторов закруглены.
Имитатор ПДЛ имеет отверстия диаметром 7 мм, расположенные по схеме квадратной решетки с шагом 18 мм. Исходная степень перфорации 12%, т.е. примерно в 1,5 раза больше, чем задано в таблице 3.2. Увеличенная степень перфорации необходима для создания неравномерного поля расходов воздуха по площади имитатора ПДЛ.
Срединная часть ППДЛ-модели высотой 244 мм геометрически моделирует паровой объем натурного изделия в масштабе М 1:5. Объем затесняется имитаторами коллекторов, трубопровода питательной воды. Для упрощения конструкции модели торцевые днища являются плоскими с углом наклона к поверхности имитатора ПДЛ в 65 градусов. В состав средней части входит имитатор ППДЛ - лист толщиной 3 мм с отверстиями диаметром 5 мм. Кромки отверстий острые без заусениц. Исходная перфорация имитатора равна 8,7%, т.е. почти в 2 раза больше, чем по таблице 3.2. Расположения отверстий перфорации по квадрату со стороной 15 мм и с одним рядом отверстий на продольной оси имитатора ППДЛ. Увеличенная степень перфорации необходима для экспериментального подбора изменения итоговой перфорации по длине имитатора ППДЛ.
Выходная часть ППДЛ-модели имеет два вида конструкции: геометрически подобную натурному изделию в масштабе М1:5 и модифицированную. Выходная часть соединяется со сборным воздуховодом двумя патрубками с внутренними диаметрами 126 мм. На центре каждого из патрубков установлены по два калиброванных ленточных зонда, выполняющих роль расходомеров. С торцов к патрубкам примыкают дроссели для выравнивания расходов воздуха по патрубкам.
Модифицированная конструкция выходной части ППДЛ-модели характеризуется тем, что в пространстве над имитатором ППДЛ выдерживается та же относительная высота проточной части (отношение линейного размера по высоте к диаметру отверстия ППДЛ), как и в натурном изделии.
На поверхности дырчатых листов с подветренных сторон расположены с шагом примерно 200 мм рамки для удержания зондов на осях отверстий. Расстояние чувствительного элемента зондов от поверхности дырчатых листов равно 2 мм. Прямолинейные перемещения зондов скорости осуществляются по трем направлениям: по центральной оси ППДЛ-модели (по оси «х»), поперек модели (по оси «у») под осью выходного патрубка и на середине длины между поперечной осью ППДЛ-модели и осью выходного патрубка.
Сравнение гидравлических потерь на участке ППДЛ-выходной патрубок парогенератора ПГВ-1500
Значение относительной скорости Wll W njuI примерно равно средней относительной скорости выхода пара по ширине натурного дырчатого листа. Одномерный профиль скоростей выбран из-за малых градиентов скоростей по длине парогенератора по сравнению с градиентами скоростей в поперечном направлении и, следовательно, менее интенсивных процессов перемешивания в продольном направлении. Профиль гистограммы подобран достаточно точно. Максимум скоростей смещен от оси ППДЛ-модели в сторону расположения имитатора «горячего» коллектора.
Расстояние «в свету» между дырчатыми листами модели равнялось 1220/5=244 мм. Этого расстояния оказалось достаточно, чтобы профиль перфорации ПДЛ и соответственно профиль скоростей после этой решетки не зависел от профиля перфорации ППДЛ. Это объяснялось тем, что изменения в.конструкции имитатора ППДЛ и естественно в поле скоростей перед ним распространяются против потока на расстояние, меньшее 244 мм. Это было важно в методическом отношении, т.к. полученный профиль скоростей после имитатора ПДЛ, рис. 3.16, уже не менялся в ходе опытов по подбору профиля перфорации имитатора ППДЛ.
Как уже отмечалось выше, перфорированная поверхность имитатора ППДЛ условно разделялась на 26 поперечных участков, пронумерованных в направлении «х» со стороны «горячего» коллектора, при этом, участки 1-13 относились к половине с «горячим» коллектором, 14-26 - с «холодным».
Средняя скорость на отдельном участке дырчатого листа имитатора ППДЛ рассчитывалась по скоростям потока в отверстиях на продольной оси и степени перфорации:
В дополнение к профилю скорости на продольной оси имитатора ППДЛ скорости потока воздуха измерялись в двух рядах отверстий, расположенных поперек имитатора ППДЛ. Один ряд отверстий располагался под выходным патрубком (участок 4), другой - на середине расстояния между осью выходного патрубка и серединой длины дырчатого (участок 9). При равномерной перфорации имитатора ППДЛ профили сигналов преобразователя перепада давления даны на рисунке 3.17 [45].
Под выходным патрубком (участок 4) поперечная максимальная неравномерность скоростей составляет ± 0,2 от средней. На участке 9 профиль скорости плоский. Таким образом, выходные патрубки оказывают влияние на поперечную неравномерность профилей скорости в областях участков І4-9 и 18- 26. На участках 9- -18 поперечные профили скорости плоские. В ходе последовательных приближений перфорации имитатора ППДЛ на выделенных участках перекрывались отверстия, расположенные симметрично относительно центральной оси. Ряды отверстий, вдоль которых производились измерений скоростей, не перекрывались.
Всего потребовалось 7 итераций для получения конечного профиля перфорации. Последовательность шагов при подборе перфорации имитатора ППДЛ определялась зависимостью (ЗЛО).
На рисунке 3.18 дан опытный профиль относительных средних скоростей по длине имитатора ППДЛ, который сопоставлен с исходным профилем по длине имитатора ПДЛ (сплошная кривая) [45].
На торцевых участках имитатора ППДЛ относительные скорости принимались равными значениям относительных скоростей имитатора ПДЛ. Для этого заданный профиль на имитатор ППДЛ нормировался на свою среднюю скорость. В результате относительное максимальное значение относительной скорости на имитатор ППДЛ было меньше, чем на имитатор ПДЛ. Из рисунка видим, что исходный и подобранный в опытах профили согласуются между собой.
Максимальное значение степени перфорации, равное 8,7%, получено в центральной части имитатора ППДЛ, наименьшее значение, равное 0,5% на участке 1 - торцевом участке со стороны «холодного» коллектора. Под «выходным» патрубком на стороне «горячего» коллектора степень перфорации получена равной примерно 6 %, под другим патрубком - 2,2 %. Отмечаем, что профиль перфорации существенно несимметричен -максимальные значения сдвинуты в сторону «горячей» половины Ш1ДЛ-модели. Если под патрубком на «горячей» стороне просматривается минимум значений степени перфорации, то на другой стороне под патрубком степень перфорации изменяется монотонно, уменьшаясь к торцу имитатора ППДЛ. Причина заключается в различных количествах генерируемого пара на «горячей» и «холодной» сторонах парогенератора. Поэтому на «горячей» стороне ППДЛ степень перфорации и соответственно проходное сечение дырчатого листа больше, чем на «холодной».
В результате интегрирования полей скорости получено, что расходы воздуха через соответствующие половины модели различались примерно в 1,5 раза (на «горячей» стороне - 0,61 от всего расхода воздуха, на «холодной» -0,39) [45].
Отметим важное свойство парового пространства после имитатора ППДЛ, наблюдаемое в опытах. Несмотря на различные проходные сечения обеих половин имитатора ППДЛ, расходы воздуха в выходных патрубках экспериментальной модели были практически одинаковыми. Таким образом, избыточная часть воздуха, прошедшая через имитатор ППДЛ на «горячей» стороне попадала в выходной патрубок на «холодной» стороне модели. На стадии наладочных опытов было произведено выравнивание расходов по обоим патрубкам с помощью дросселей. При итерационном подборе степени перфорации имитатора ППДЛ от равномерной и равной 8,7 % до неравномерной и равной в среднем 5,3 % равенство расходов воздуха по обоим патрубкам сохранялось без корректировки. Причина этого факта в примерном равенстве гидравлических потерь на обоих участках ППДЛ патрубок-сборный воздухопровод экспериментальной модели и незначительной доле изменения гидравлических потерь на ППДЛ при изменении степени перфорации с 8,7% до 5,3%.
В соответствии с проектом ПГВ-1500 натурный ППДЛ имеет 10 поперечных участков перфорации, каждый из которых собран из пяти съемных перфорированных листов.
По полученному опытному профилю перфорации, рисунке 3.19, найден профиль перфорации натурного ППДЛ. Для этого длина имитатора ППДЛ разбивалась на 10 участков, на границах которых значения перфорации соответствовали данным рисунка 3.19. Граничные значения для каждого участка усреднялись и результат относился к натурному ППДЛ. Рекомендуемый профиль перфорации натурного ППДЛ для случая неравномерной паровой нагрузке зеркала испарения дан на рисунке 3.20 в виде гистограммы степени перфорации [48].
