Проектирование ядерных энергетических установок атомной электростанции в учебных целях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Проектирование ядерных энергетических установок атомной электростанции в учебных целях

Содержание

1. Цели и задачи проектирования ЯЭУ АЭС

2. Нормы проектирования в соответствии с требованиями ЕСКД

3. Руководящие документы по проектированию

4. Особенности проектирования энергоблока АЭС в учебных целях

Литература

1. Цели и задачи проектирования ЯЭУ АЭС

Проектирование ЯЭУ АЭС - весьма важный этап в ее существовании. Это начальный этап ее создания. Все свойства и качества установки, в том числе особенности ее эксплуатации, закладываются в ЯЭУ на этапе ее проектирования.

Энергоустановки различных типов проектировались и создавались в разное время. Стационарная атомная энергетика - молодая отрасль. Взгляды на рациональные конструктивные и схемные решения еще не устоялись. Поэтому даже небольшое различие в календарных сроках создания различных ЯЭУ АЭС существенно сказалось на некоторых их свойствах. Кроме того, установки иногда претерпевали заметные изменения в их эксплуатационных свойствах в результате различных модернизационных работ.

Глубокое понимание способов реализации замыслов проектанта в процессе создания энергоустановки позволяет полнее осознать возможности установки как в условиях нормальной эксплуатации, так и в условиях возникновения различных нештатных ситуаций. Поэтому и для специалиста эксплуатационного профиля весьма важным этапом в обучении является личное выполнение проекта энергоустановки.

Это работа комплексная, заставляющая соединить в единую общую задачу создания установки различные разноплановые частные задачи. При этом приходится искать рациональные компромиссные решения, оценивая и качественно и количественно влияние различных факторов на итоговые свойства энергоустановки. Решение такой задачи позволяет более глубоко изучить весьма сложный комплекс различных технических устройств, каким является энергоустановка.

Разумеется, с учетом ограниченного бюджета времени проектирование ЯЭУ АЭС в учебных целях не может быть выполнено в полном объеме. Для специалиста эксплуатационного профиля можно ограничиться проектированием на эскизной стадии, где решаются вопросы выбора состава и принципа действия энергоустановки, а также определения основных параметров ее основных элементов.

В настоящем учебнике рассмотрены рекомендации по выполнению эскизного проекта ЯЭУ АЭС в учебных целях. Рассмотрены возможные варианты решения частных технических задач, показаны достоинства и недостатки различных технических решений, даны рекомендации по выбору конкретного решения с учетом особенностей принятой в расчет установки. Для получения численных значений различных параметров элементов ЯЭУ АЭС приведены соответствующие расчетные зависимости.

Любое проектирование (и не только учебное) предполагает широкое использование прототипных данных. Причем, для разрабатываемой установки в качестве прототипных могут использоваться данные различных энергоустановок. Такой подход обогащает учебное проектирование, способствует более глубокому освоению курса "ЯЭУ и установки". В настоящем пособии в качестве справочного материала приведены значения многих параметров элементов различных ЯЭУ, которые могут быть использованы как прототипные.

В программе подготовки специалиста по эксплуатации атомных энергетических установок атомных электростанций (ЯЭУ АЭС) главное внимание уделяется основам эксплуатации как отдельных элементов ЯЭУ, так и установки в целом. Грамотная эксплуатация такого сложного комплекса, каким является ЯЭУ, может быть организована на основе глубокого изучения фундаментальных положений, регламентирующих эксплуатацию ЯЭУ в различных режимах ее использования. В свою очередь, освоение положений руководящих эксплуатационных документов невозможно без обстоятельного изучения физической сущности процессов, протекающих в различных элементах ЯЭУ. В этой связи должны быть освоены теория нейтронно-физических процессов в ядерном реакторе, теория тепловых процессов в различных элементах ЯЭУ (ЯР, ПГ, ГТ, ГК, СПП, теплообменные аппараты и др.), теория гидродинамических и газодинамических процессов в соответствующих элементах (например, течение пара в проточной части турбины), теория переходных процессов в сложной и разветвленной системе управления ЯЭУ и ряд других теоретических дисциплин. Разумеется, вопросы теории должны быть тесно увязаны с устройством и принципом действия реальной техники атомной энергетики.

Наряду с этим во всесторонней подготовке специалиста эксплуатационного профиля важное место занимает изучение вопросов проектирования и практическое выполнение проекта ЯЭУ. Укажем на некоторые обстоятельства, подтверждающие важность этих вопросов.

Во-первых, все эксплутационные особенности ЯЭУ, ее достоинства и недостатки закладываются на стадии ее проектирования, к тому же они не случайные. Это результат реализации постоянно совершенствующихся требований к разрабатываемой установке, которые, в свою очередь, являются результатом постоянного развития научно-технической мысли, промышленной базы, а также опыта эксплуатации. Изучая вопросы проектирования ЯЭУ, можно проследить, как формируются взгляды на соответствующие эксплуатационные свойства установки и как они реализуются. Это позволит полнее осознать возможности ЯЭУ и пути более рационального их использования.

Во-вторых, изучение проектирования ЯЭУ в целом требует комплексного применения знаний, полученных в различных специальных курсах. Практическое выполнение проекта ЯЭУ в учебных целях ставит автора проекта перед необходимостью решать отдельные частные вопросы по составным элементам установки во взаимосвязи. Это позволит увидеть ЯЭУ не как простую сумму элементов, а как сложный комплекс взаимосвязанных элементов. Все это способствует более глубокому познанию принципов ее эксплуатации.

В-третьих, изучение проектирования ЯЭУ позволит просмотреть историю развития ЯЭУ, уловить тенденции их развития и перспективы, увидеть достоинства и недостатки различных конструктивных и схемных решений, наметить принципы эксплуатации установок с учетом их особенностей.

Такой подход к вопросам проектирования не только придает ему эксплуатационную направленность, но и способствует поднятию уровня культуры эксплуатации, что весьма важно, так как способствует повышению надежности и безопасности эксплуатации ЯЭУ.

В завершение изучения цикла лекций по проектированию ЯЭУ выполняется курсовой проект. Цель такого курсового проекта и круг задач, решаемых в нем, сводится к следующему:

1) систематизация и закрепление знаний, полученных на лекциях;

2) получение навыков самостоятельного принятия решений по комплексному кругу проблем общеустановочного характера (изучение состояния вопроса, выбор оптимального решения);

3) получение навыков в реализации принятых решений (воплощение решений в конкретные конструкции и схемы, выбор расчетных методик и определение параметров, характеризующих конструктивное и схемное решение);

4) получение навыков в анализе результатов проектирования и составлении выводов.

При этом нужно уметь свободно пользоваться прототипными данными (схемные и конструктивные решения, значения параметров) как базой для разрабатываемой ЯЭУ, а также смело идти на переработку отдельных узлов установки с учетом тенденций развития ЯЭУ и в соответствии с современными требованиями.

В свете задач, поставленных для учебного проектирование ЯЭУ АЭС, лекционный материал цикла, обеспечивающий проектирование, раскрывает следующие вопросы:

1) ознакомление с современными требованиями к ЯЭУ АЭС и с современными подходами к их реализации;

2) рекомендации по выбору основных конструктивных и схемных решений при проектировании ЯЭУ АЭС;

3) методики, позволяющие произвести несложные, но достаточно достоверные расчеты по оценке основных параметров элементов ЯЭУ и ЯЭУ в целом;

4) рекомендации по анализу принятых решений и полученного комплекса параметров.

Лекционный материал будет опираться на отдельные курсы и разделы курсов специальных дисциплин: устройство ЯЭУ АЭС и теория ЯЭУ АЭС, теория и устройство ядерных реакторов (нейтронно-физические и теплотехнические процессы), теория и устройство парогенераторов, турбоагрегатов и их конденсационных установок, вспомогательного оборудования ЯЭУ АЭС (насосы, теплообменное оборудование, сепараторы, деаэраторы), средства обеспечения водного режима контуров и систем, теория и устройство систем управления ЯЭУ и и ее элементами, электрооборудование ЯЭУ АЭС. В лекционном материале широко используются также фундаментальные положения общетехнических дисциплин - технической термодинамики и теплопередачи, гидромеханики, деталей машин, материаловедения, технической химии и др.

В заключение отметим важную особенность построения лекционного материала по проектированию ЯЭУ АЭС. Расчетные зависимости, рекомендации по выбору параметров, справочные данные приводятся в международной системе единиц (СИ). Она введена к обязательному использованию не только в учебных заведениях, но и во всех других сферах жизни: в науке, экономике, технике. Но переход на СИ (до этого использовались иные разные системы, в основном техническая система единиц) - процесс сложный и длительный - на десятилетия. Ведь те технические изделия, которые уже разработаны, изготовлены и функционируют, будут жить в технической системе единиц. Их формулярные и паспортные данные, эксплуатационную документацию, измерительные приборы переводить в СИ нецелесообразно, да и невозможно. Ведь если начнем переводить их параметры в СИ, то получим величины, которые не будут соответствовать параметрическим рядам. Наступит рассогласование в различных областях техники и экономики в целом. Что касается новой техники, то ее разрабатывают в международной системе единиц. В то же время при проектировании новой техники целесообразно и необходимо использовать прототипные данные как для прямого заимствования, так и для сравнения полученных данных с прототипными. Заметим, что такое использование прототипных данных имеет место и в учебном, и в реальном проектировании. Поэтому необходимо уметь уверенно и быстро переводить значения различных параметров из СИ в техническую систему единиц и обратно. В настоящем учебнике также используется цифровой материал (и даже некоторые расчетные зависимости) и в той, и в другой системах единиц. В основном это будет выглядеть так: расчетные зависимости и рекомендации по выбору значений параметров будут приводиться в СИ, а иллюстративный материал по реальной технике - в технической системе единиц, т.е. в той системе единиц, в которой она реально существует и эксплуатируется.

В приложении А приведены соотношения единиц измерения часто встречающихся физических величин в Международной (СИ) и технической системах единиц.

2. Нормы проектирования в соответствии с требованиями ЕСКД

В 1970 году был введен в действие комплекс государственных стандартов ЕСКД (Единая система конструкторской документации). Это система взаимоувязанных стандартов, регламентирующих не только правила выполнения конструкторских документов в процессе проектирования, но и сам процесс проектирования. ЕСКД является обязательной для всех организаций, занимающихся проектированием изделий самого разного назначения. В качестве обязательной она внедрена и в учебных заведениях: курсовые и дипломные проекты должны выполняться также с соблюдением норм и правил стандартов ЕСКД. Правда, учебным заведениям предоставлено право с учетом специфики учебного процесса принимать отдельные, строго оговоренные отступления от норм ЕСКД. Однако основополагающие нормы ЕСКД должны при этом соблюдаться полностью.

Одной из таких основополагающих норм ЕСКД являются положения ГОСТ 2.103-68 "Стадии разработки".

В соответствии с требованиями этого стандарта проектирование любого изделия проходит несколько стадий.

Для начала работ по проектированию соответствующего изделия заказчик должен разработать техническое задание (ТЗ) и выдать его исполнителю-проектанту изделия. В ТЗ должны быть указаны назначение изделия, его технические характеристики и показатели качества, а также специальные требования к изделию.

На основе ТЗ выполняют первую стадию проектирования - эскизный проект (ЭП). Эскизный проект разрабатывают в целях установления принципиальных конструктивных и схемных решений, дающих общее представление об устройстве и принципе действия изделия, а также данных, определяющих основные параметры и габаритные размеры основных элементов изделия. На стадии эскизного проектирования обычно разрабатывается несколько вариантов изделия. К дальнейшей разработке принимается тот вариант, который наиболее полно удовлетворяет требованиям к изделию. Эскизный проект после согласования и утверждения служит основанием для разработки технического проекта изделия.

Технический проект разрабатывают в целях выявления окончательных технических решений, дающих полное представление об устройстве изделия и его параметрах. Технический проект после согласования и утверждения служит основанием для разработки рабочей конструкторской документации.

Рабочую конструкторскую документацию разрабатывают для обеспечения изготовления и испытания головного образца, а затем после уточнения проекта по результатам испытаний - и серийного образца изделия. Одновременно с рабочей конструкторской документацией проектант разрабатывает эксплуатационную и ремонтную документацию. В процессе эксплуатации изделия по согласованию с проектантом на основе опыта эксплуатации в документацию могут вноситься соответствующие изменения.

В практике создания АЭС в СССР паропроизводящими установками в целом занималось две организации: НИКИЭТ - г. Москва (ППУ с ЯР типа РБМК) и ОКБ "Гидропресс" - г. Подольск (ППУ с ЯР типа ВВЭР). ЯЭУ в целом и ее ПТУ занималась одна организация - ВHИИ АЭС (г. Москва). Паровые турбоагрегаты для АЭС разрабатывались и создавались в производственных объединениях ХТЗ и ЛМЗ (гг. Харьков и Ленинград). Турбоагрегаты для привода ПН создавались на ПО КТЗ (г. Калуга).

В Украине научное и проектное обеспечение атомной энергетики возложено на Киевский институт "Энергопроект" и его филиал в г. Харькове.

3. Руководящие документы по проектированию

Создание ЯЭУ АЭС - длительный, сложный и трудоемкий процесс. Важным и ответственным этапом в этом процессе является проектирование ЯЭУ. Действительно, в установке будет реализовано только то, что заложено в проекте. Если в проекте приняты неоптимальные решения, то в реально выполненной установке исправить их очень сложно, а иногда и невозможно.

Проектирование ЯЭУ должно базироваться на новейших достижениях науки и техники в самых разных областях: физика ЯР, материаловедение, химия, теплоэнергетика, радиоэлектроника, экономика и многое другое. Поэтому проектирование ведется на базе различных и широко поставленных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР), опыта создания и эксплуатации АЭС. При этом учитываются возможности научной и промышленной базы страны.

В настоящее время сложилась стройная и постоянно совершенствующаяся система взглядов на порядок и нормы проектирования ЯЭУ АЭС. Эта система взглядов зафиксирована в большом количестве НТД - нормативно-технических документов по проектированию ЯЭУ АЭС и АЭС в целом. Характер вопросов, охватываемых этими НТД, самый различный. Это требования к ЯЭУ и отдельным ее элементам, нормы по целому ряду параметров, порядок проектирования, порядок согласования ряда вопросов при проектировании, применяемые материалы и их качество, принятые и апробированные расчетные методики и многое другое.

Действующие в настоящее время руководящие документы, которые регламентируют порядок проектирования ЯЭУ АЭС, можно разделить на три группы:

а) Государственные стандарты, требования которых подлежат неукоснительному соблюдению как на стадии разработки ЯЭУ, так и при ее создании, эксплуатации и ремонтах. Большинство из них имеют пометку "Несоблюдение стандарта преследуется по закону";

б) нормативно-технические документы, в которых изложены требования заказчика. На стадии разработки документов они должны быть детально согласованы с возможностями проектанта и изготовителя ЯЭУ. После согласования и утверждения нормы этих НТД являются обязательными для исполнителя-проектанта. Основной круг вопросов, которые поднимаются в этой группе документов, - что должно быть реализовано в установке;

в) нормативно-технические документы, в которых исполнитель фиксирует свой опыт проектирования и устанавливает правила и нормы, а также рекомендации по наиболее эффективному способу реализации требований заказчика. Положения этих документов также подлежат согласованию, но уже со стороны заказчика.

Приведем в качестве примера некоторые государственные стандарты, которые регламентируют различные вопросы атомной энергетики.

ГОСТ 24277-91 (группа Е-23). Установки паротурбинные стационарные для АЭС. Общие технические условия.

ГОСТ 24656-81 (группа Г-82). Насосы циркуляционные первого контура энергоблоков атомных электростанций с реакторами ВВЭР. Типы, основные параметры и общие технические требования.

ГОСТ 24722-81 (группа Ф-61). Реакторы ядерные энергетические корпусные с водой под давлением. Общие технические требования.

ГОСТ 26291-84 (группа Е-18). Надежность атомных станций и их оборудования. Общие положения и номенклатура показателей.

ГОСТ 26392-84 (группа Ф-00). Безопасность ядерная. Термины и определения.

ГОСТ 26843-86 (группа Ф-67). Реакторы ядерные энергетические. Общие требования к системе управления и защиты.

Широко используются также государственные стандарты общетехнического назначения, если их положения распространяются и на ЯЭУ АЭС. Например:

ГОСТ 8032-84 (группа Т-00). Предпочтительные числа и ряды предпочтительных чисел.

ГОСТ 12139-84 (группа Е-60). Машины электрические вращающиеся. Ряды номинальных мощностей, напряжений и частот.

ГОСТ 17398-72 (группа Г-00). Насосы. Термины и определения.

ГОСТ 25450-82 (группа Е-25). Подогреватели поверхностные регенеративные. Типы, основные параметры и размеры.

Приведем также в качестве примера некоторые нормативно-технические документы заказчика и проектанта-изготовителя, положения которых также являются обязательными при проектировании ЯЭУ. Заметим, что сюда следует отнести и основополагающие документы, регламентирующие порядок эксплуатации разрабатываемой ЯЭУ АЭС, так как эксплуатационные свойства также закладываются на стадии проектирования.

Из основных нормативно-технических документов можно назвать:

- Об использовании ядерной энергии и радиационной безопасности. Закон Украины , 1995 (с дополнениями от 1996, 1999 и 2000г.);

- Типовое содержание технического обеспечения безопасности атомных станций ТС ТОБ АЭС-85;

- Типовое содержание технического обоснования безопасности реакторной установки ТС ТОБ РУ-87, ПН АЭ Г-1-004-87;

- Общие положения обеспечения безопасности атомных станций Украины. Государственный Комитет ядерного регулирования. ОПБУ-2008;

- Правила ядерной безопасности реакторных установок атомных станций с реакторами с водой под давлением ПБЯ РУ АС-2008;

- Правила радиационной безопасности при эксплуатации атомных электростанций ПРБ-АС-89;

- Нормы радиационной безопасности Украины. Государственные гигиенические нормативы. НРБУ 97.

Заметим, что категорийность этих документов уступает категорийности государственных стандартов, поэтому после соответствующей доработки и согласования с заинтересованными сторонами они могут быть подняты до уровня государственных стандартов, что усилит значимость и роль этих документов.

4. Особенности проектирования энергоблока АЭС в учебных целях

Проектирование ЯЭУ АЭС в учебных целях является заключительным этапом обучения в вузе. Основные задачи проектирования можно свести к следующему:

а) систематизация и закрепление теоретических знаний и практических навыков, полученных за период обучения;

б) получение навыков в самостоятельном освоении вопросов устройства и эксплуатации технических средств по техническим описаниям и инструкциям;

в) приобретение навыков самостоятельной работы в решении различных инженерных задач по профилю подготовки;

г) развитие навыков анализа и обобщения данных научно-технической литературы, результатов расчетов и экспериментов, материалов по эксплуатации, а также оценки эффективности технических средств.

Такой характер носит работа по проектированию ЯЭУ как в курсовом, так и в дипломном проектировании. Успешно выполнив дипломный проект по ЯЭУ в целом и по отдельному специальному вопросу ДП, обучаемый должен продемонстрировать свою инженерную зрелость, достаточную для того, чтобы получить квалификацию специалиста с высшим образованием по соответствующей специализации.

В соответствии с положениями о высшей школе курсовое и дипломное проектирование в вузе должно проводиться с соблюдением норм ЕСКД. Это означает, что порядок выполнения проекта должен соответствовать стадиям проектирования, предусмотренным ГОСТ 2.103_68 "Стадии разработки", а все документы проекта (и текстовые, и графические) должны квалифицироваться как конструкторские документы и выполняться в соответствии с нормами стандартов ЕСКД. Учитывая эксплуатационную направленность учебных программ для рассматриваемой специализации, проект ЯЭУ АЭС следует выполнять как эскизный проект. На этой стадии проектирования решаются вопросы, полностью отвечающие подготовке специалистов эксплуатационного профиля. Действительно, эскизный проект представляет собою начальные разработки конструкции установки, дающие общее представление о ее составе, устройстве и принципе действия, а также оценочные расчеты по определению ее основных параметров.

Правда, с учетом специфики учебного проектирования, а также из-за ограниченного бюджета времени такой эскизный проект ЯЭУ имеет ряд особенностей. В частности, он не включает в себя расчеты и оценки некоторых важных показателей элементов ЯЭУ, например, прочностные расчеты. Основной упор делается на нейтронно-физические и тепловые расчеты, которые в значительной степени вскрывают особенности принципа действия принятой в расчет установки и таким образом способствуют выяснению особенностей ее эксплуатации.

Для придания работе необходимой полноты и законченности в такой проект включают вопросы, присущие техническому заданию и проекту АЭС в целом, например, изложение некоторых требований к энергоустановке и ее элементам, выбор и обоснование исходных положений (характеристика района расположения АЭС, выбор системы технического водоснабжения и др.).

В общем случае проектирование ЯЭУ АЭС, как и любого другого сложного изделия, распадается на два этапа - выбор типа установки, основных схемных и конструктивных решений, положенных в основу ее принципа действия, затем следует определение основных параметров основных элементов ЯЭУ. Заметим, что обычно в процессе проектирования эти этапы тесно переплетаются. Выбор конструктивных и схемных решений сопровождается выбором и расчетом значений ряда параметров. Однако выбор типа установки и основополагающих схемных и конструктивных решений должен предварять расчет параметров установки.

При расчете энергоустановки может решаться одна из следующих трех задач:

а) определение потребной мощности ядерного реактора при заданной мощности генератора электроэнергии;

б) определение мощности генератора электроэнергии при заданной мощности ядерного реактора;

в) расчет мощности ядерного реактора и мощности генератора электроэнергии на некотором промежуточной режиме работы ЯЭУ АЭС.

При разработке ЯЭУ обычно ставят задачу в первой формулировке. В нашем случае при выполнении эскизного проекта ЯЭУ АЭС в учебных целях мы также будем ставить задачу по расчету энергоустановки в первой формулировке.

В общем виде последовательность проектирования ЯЭУ можно представить следующим образом.

Исходя из заданной электрической мощности энергоблока и учитывая его назначение и место установки, выбирают тип ЯЭУ, основные схемные и конструктивные решения, положенные в основу ее принципа действия. При этом следует руководствоваться требованиями обязательных к исполнению руководящих документов по проектированию ЯЭУ. Соблюдение норм руководящих документов обеспечит создание безопасной, надежной и достаточно экономичной установки, отвечающей современным взглядам на стационарную атомную энергетику.

Заметим, что при проектировании реальных АЭС на начальном этапе проектирования производят выбор площадки под АЭС. Это очень важный этап, так как при этом необходимо удовлетворить ряд требований, обеспечивающих в будущем безопасную эксплуатацию АЭС. Hормы, которым должна удовлетворять площадка под АЭС, разработаны и зафиксированы в соответствующих документах международной организации - Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ). С учетом особенностей выбранной площадки разрабатывают генеральный план АЭС - схему расположения всех зданий и сооружений электростанции на площадке.

В нашем случае при учебном проектировании ЯЭУ АЭС для конкретизации задач по обеспечению безопасной работы обычно задают не только электрическую мощность энергоблока, но и его назначение. Как правило, это дополнительный энергоблок одной из АЭС Украины. Такой подход позволяет при обосновании мер безопасности разрабатываемого энергоблока учитывать конкретные особенности промплощадки АЭС и ее генерального плана.

И последнее замечание относительно типа разрабатываемой ЯЭУ. Следует иметь в виду, что к настоящему времени энергоблоки АЭС принято создавать в блочном исполнении. Это означает, что различные энергоблоки одной АЭС не имеют технологических связей по основному технологическому процессу - выработке тепловой энергии и последующему ее преобразованию в электрическую энергию.

Исходя из требований к уровню тепловой экономичности установки и свойствам материалов, которые могут быть использованы в конструкциях ЯЭУ, производят выбор параметров теплоносителя и рабочего тела. Hа основе принятых решений выполняют теплоэнергетический расчет энергоустановки в целом и отдельных ее элементов.

Разумеется, решение этой задачи может быть выполнено только во многовариантном виде. Только сопоставление результатов расчета всех вариантов и детальный техно-экономический их анализ позволит выбрать оптимальный вариант разрабатываемой энергоустановки. Однако, учитывая ограниченный бюджет времени исполнителя проекта установки, выполняемого в учебных целях, а также учебную цель работы (более глубокое познание принципа работы установки), мы ограничимся одновариантным расчетом. Hо принимаемые при этом решения необходимо тщательно анализировать и обосновывать. Заметим, что даже в таком одновариантном виде проектирование ЯЭУ АЭС - сложная и весьма трудоемкая задача.

Суть расчетов энергоустановки сводится к следующему. По заданной мощности генератора электроэнергии и, следовательно, мощности главной турбины производят расчет рабочего контура. В результате расчета в соответствии с принятым циклом преобразования тепловой энергии в механическую и в соответствии с принятыми параметрами рабочего тела в характерных точках цикла определяют расход пара через турбину, обеспечивающий необходимую для генератора электроэнергии механическую мощность.

Параметры пара, расширяющегося в проточной части турбины, и определяемые в расчетах расходы пара через ступени турбины являются исходными данными для детального проектирования турбоагрегата. Эти же данные, а также параметры потоков рабочего тела во всех остальных ветвях рабочего контура используют для определения паропроизводительности парогенератора и тепловой мощности ядерного реактора. Эти параметры являются исходными данными для детального проектирования парогенератора и реактора. Hа базе полученных значений параметров сред в различных ветвях контуров и систем ЯЭУ составляют исходные данные для проектирования вспомогательного оборудования энергоустановки (насосы, теплообменные аппараты и пр.).

Основу расчетов энергоустановки составляет расчет рабочего контура (II контура). Для расчета рабочего контура необходимо детально разработать систему регенерации тепла в рабочем контуре, так как количество и способ включения регенеративных подогревателей существенно влияет на расходы отбираемого пара и, следовательно, на расход пара в проточной части турбины. Компоновка системы регенерации тесно связана с принятым в турбине количеством ступеней и распределением общего теплоперепада между ступенями.

Кроме того, при разработке системы регенерации решается также ряд дополнительных тесно связанных с компоновкой рабочего контура вопросов. К ним относятся место установки, схема включения и параметры работы деаэратора, насосов конденсатно-питательной системы (в том числе тип привода насосов), компоновка и подключение системы теплофикации и др.

В общем случае дополнительными потребителями рабочего тела (и тепловой энергии, заключенной в потоках рабочего тела) являются:

а) паротурбинные приводы насосов ЯЭУ, если они предусмотрены в составе ЯЭУ;

б) система теплофикации, которая обычно работает за счет дополнительного отбора пара из проточной части турбины;

в) ряд потребителей пара, объединенных в общую группу и питающихся из общего коллектора - коллектора собственных нужд СH;

г) неизбежные в ПТУ протечки пара в арматуре и устройствах парового тракта.

В заключение теплоэнергетического расчета рабочего контура определяют паропроизводительность ПГ и мощность ЯР. По этим величинам можно определить КПД ЯЭУ брутто.

Для того, чтобы выполненная работа соответствовала эскизной стадии проектирования ЯЭУ АЭС, необходимо также определить основные параметры основного оборудования ЯЭУ: ЯР, ПГ, ТА, ГК и основных циркуляционных насосов. По параметрам циркуляционных насосов можно оценить расход электроэнергии на собственные нужды и, таким образом, оценить КПД ЯЭУ нетто.

Общие рекомендации по применению вычислительной техники при выполнении проекта ЯЭУ АЭС сводятся к следующему.

Расчеты энергоустановки весьма громоздки и трудоемки, поэтому при их выполнении целесообразно широко использовать вычислительную технику различных категорий. Однако, учитывая специфику выполнения проекта ЯЭУ АЭС в учебных целях, нецелесообразно стремиться весь расчет ЯЭУ выполнять по заранее разработанной программе, заложенной в ЭВМ. Такой способ выполнения расчетов зачастую скрадывает физический смысл процессов, параметры которых определяются расчетами, и не способствует более глубокому осознанию обучающимися принципа действия элементов ЯЭУ, их взаимодействия и взаимовлияния. Использование ЭВМ целесообразно при решении некоторых частных задач, например, при поиске оптимального сочетания различных параметров, выполнении громоздких, но многократно повторяющихся по общей методике расчетах, в расчетах, выполняемых методом последовательных приближений, и т.п.

Приведем общие рекомендации по комплектности документов, составляющих проект ЯЭУ АЭС в составе курсового или дипломного проекта.

В соответствии с ГОСТ 2.102-68 "Виды и комплектность конструкторских документов" эскизный проект в обязательном порядке должен содержать в своем составе ведомость эскизного проекта ЭП (перечень всех документов, входящих в комплект), в том числе пояснительную записку ПЗ. При этом пояснительная записка как текстовый документ по своим задачам, объему и характеру выполнения является совмещенным документом, объединяющим в себе как вопросы собственно пояснительной записки (область применения, техническое описание устройства и принципа действия отдельных узлов и установки в целом, обоснование принимаемых в проекте решений и др.), так и необходимые расчеты параметров. В соответствии с нормами ГОСТ 2.102-68 такому совмещенному документу присваиваются шифр и наименование документа, расположенного выше в перечне документов. В нашем случае пояснительная записка, совмещенная с расчетами, называется пояснительной запиской (ПЗ) (недопустимо называть ее расчетно-пояснительной запиской). Кроме того, в комплект такого эскизного проекта ЯЭУ следует включить функциональную схему ЯЭУ (С2), структурную схему системы управления ЯЭУ (C1). В комплект документов может быть включена схема системы питания электроэнергией потребителей энергоблока - система питания собственных нужд (Э2). ядерный энергетический атомный учебный

Все текстовые и графические документы должны выполняться в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД. Это касается и выполняемых при необходимости дополнительных документов (таблицы, диаграммы, графики и пр.). Если они не оговорены как отдельные документы по ГОСТ 2.102-68, то их следует квалифицировать как документы прочие (порядковый номер 22), им присваивают соответствующее наименование и шифр Д... Такой документ оформляют как графический с соответствующими основными и дополнительными надписями по ГОСТ 2.104-68 и вносят в ведомость проекта. Оформление таких документов в виде плакатов недопустимо.

В заключение еще раз отметим, что проектирование ЯЭУ - важнейший этап в ее создании. Он представляет большой интерес и для инженера эксплуатационного профиля, так как позволяет прояснить все особенности и возможности, заложенные в установке. Глубокое осознание этих свойств энергоустановки позволяет наметить наиболее рациональные режимы ее эксплуатации, в том числе и в нештатных ситуациях.

При проектировании ЯЭУ, в том числе и учебном проектировании, используются новейшие научно-технические достижения в самых различных областях. Изучение материалов цикла лекций по проектированию ЯЭУ и практическое выполнение эскизного проекта ЯЭУ потребует привлечения знаний практически всех дисциплин, изучаемых в университете.

Качественное освоение предлагаемого учебного материала позволит увидеть в энергоустановке сложный комплекс взаимосвязанных элементов, глубже осознать эти связи. Все это вносит существенный вклад в формирование грамотного специалиста по эксплуатации ЯЭУ АЭС.

Литература

1. Беликов С.Е., Котлер В.Р. Котлы тепловых электростанций и защита атмосферы; Аква-Терм - Москва, 2008. - 212 c.

2. Богославчик П.М., Круглов Г.Г. Гидротехнические сооружения ТЭС и АЭС; Вышэйшая школа - Москва, 2010. - 272 c.

3. Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики; КноРус - Москва, 2011. - 352 c.

4. Вагин Г.Я., Лоскутов А.Б., Севостьянов А.А. Электромагнитная совместимость в электроэнергетике; Академия - Москва, 2010. - 224 c.

5. Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецова В.А., Малинин Н.К. Солнечная энергетика; МЭИ - Москва, 2011. - 276 c.

6. Гуляев В.А., Вороненко Б.А., Корнюшко Л.М., Пеленко В.В., Щеренко А.П. Теплотехника; Издательство "РАПП" - Москва, 2009. - 348 c.

7. Жернаков А.П., Алексеев В.В., Лимитовский А. М., Меркулов М. В., Шевырев Ю.В., Косьянов В.А., Ивченко И.А. Экономия топливно-энергетических ресурсов при проведении геологоразведочных работ; ИнФолио - Москва, 2011. - 352 c.

8. Зайцев С.А., Толстов А.Н., Грибанов Д.Д., Меркулов Р.В. Метрология, стандартизация и сертификация в энергетике; Академия - Москва, 2009. - 224c.

9. Игнатов П.А., Верчеба А.А. Радиогеоэкология и проблемы радиационной безопасности; ИнФолио - Москва, 2010. - 256 c.

10. Кудинов В.А., Карташов Э.М., Стефанюк Е.В. Техническая термодинамика и теплопередача; Юрайт - Москва, 2011. - 560 c.

11. Макеев Г.Н., Манухин С.Б., Нелидов И.К. Электрические схемы типовых лифтов с релейно-контакторными НКУ; Москва, 2010. - 223 c.

12. Меркулов М.В., Косьянов В.А. Теплотехника и теплоснабжение геологоразведочных работ; ИнФолио - Москва, 2009. - 272 c.

Размещено на Allbest.ru