Transcript Открыть - Кафедра АЭС

Использование струйных
аппаратов в системах
безопасности АЭС
Выполнено в рамках реализации ФЦП
«Научные и научно-педагогические кадры
инновационной России» на 2009-2013 годы по
Соглашению №14.В37.21.0151
Москва
2013
Кафедра АЭС НИУ МЭИ
СОДЕРЖАНИЕ
1. Классификация струйных аппаратов
2. Использование струйных аппаратов в схемах АЭС
•
•
•
•
•
•
Схема расхолаживания активной зоны канального реактора с использованием
инжектора конденсационного типа
Схема расхолаживания активной зоны кипящего реактора с использованием
сепарационного парожидкостного насоса
Организация циркуляции теплоносителя в контурах кипящих реакторов
Контур циркуляции с инжектором–конденсатором и струйными насосами
Система пассивного отвода тепла на базе инжектора–конденсатора
Система безопасности на основе агрегата «электронасос-струйный насос»
3. Расчет струйных аппаратов
•
•
•
•
•
•
Газодинамические функции
Расчет струйных насосов
Расчет водовоздушных эжекторов
Расчет водовоздушных инжекторов
Расчет пароводяных инжекторов (с цилиндрической камерой смешения)
Анализ эффективности струйных аппаратов
Список литературы
2
1. Классификация струйных аппаратов
СТРУЙНЫЙ АППАРАТ - устройство, в котором осуществляется процесс инжекции, заключающийся в
передаче кинетической энергии одного потока другому потоку путем непосредственного контакта
(смешения).
I – рабочее сопло; II – пассивное сопло; III – камера смешения; IV – диффузор
Рисунок 1.1 – Схема струйного аппарата
3
По агрегатному состоянию взаимодействующих сред струйные аппараты делятся на три группы:



аппараты, в которых агрегатное состояние рабочей и инжектируемой сред одинаково (например
газо-, паро- и водоструйные компрессоры, эжекторы, инжекторы, струйные насосы);
аппараты, в которых рабочий и инжектируемый потоки находятся в разных агрегатных
состояниях, не изменяющихся в процессе их смешения (например водовоздушные эжекторы,
струйные аппараты для пневмотранспорта и гидротранспорта);
аппараты с изменяющимся агрегатным состоянием сред (например пароводяные инжекторы,
струйные подогреватели).
По упругости (сжимаемости) взаимодействующих сред струйные аппараты делятся на:



аппараты, в которых обе среды (рабочая и инжектируемая) упруги;
аппараты, в которых одна из сред упруга;
аппараты, в которых обе среды не упруги.
По степени сжатия и степени расширения равнофазные струйные аппараты для упругих сред можно
классифицировать следующим образом:



аппараты с большой степенью расширения и умеренной степенью сжатия (газоструйные или
пароструйные компрессоры);
аппараты
с
большой
степенью
расширения
и
большой
степенью
сжатия (газоструйные или пароструйные эжекторы);
аппараты с большой степенью расширения и малой степенью сжатия (газоструйные или
пароструйные инжекторы).
4
Разнофазные струйные аппараты в зависимости от упругих свойств взаимодействующих сред также
можно разделить на три типа:



аппараты с упругой рабочей и неупругой инжектируемой средами (например пневмотранспортные
струйные аппараты, где газ инжектирует сыпучее твердое тело или жидкость);
аппараты с неупругой рабочей и упругой инжектируемой средами (например водо-воздушные
эжекторы);
аппараты, в которых обе среды неупругие (например аппараты для гидротранспорта твердых
сыпучих тел, в которых жидкость инжектирует сыпучее твердое тело).
Струйные аппараты, в которых полностью изменяется
взаимодействующих потоков, можно разделить на два типа:


агрегатное
состояние
одного
из
аппараты, в которых рабочей средой является пар, а инжектируемой — жидкость
(парожидкостные инжекторы);
аппараты, в которых рабочей средой является жидкость, а инжектируемой — пар (струйные подогреватели).
5
Классификация струйных аппаратов [1]
Группа
аппаратов
Равнофазные
Разнофазные
Изменяющейся
фазности
Состояние
взаимодействующих
сред
Агрегатное состояние
рабочей и
инжектируемой сред
одинаково
Агрегатное состояние
рабочей и
инжектируемой сред
неодинаково
Агрегатное состояние
одной из сред
изменяется
Свойства
взаимодействующих
сред
Упругие среды
Степень сжатия
создаваемая
аппаратом
Аппараты
1,2-2,5
Газо(паро)струйные
компрессоры
больше 2,5
Газо(паро)струйные
эжекторы
меньше 1,2
Газо(паро)струйные
инжекторы
Неупругие среды
Любая
Струйные насосы
Рабочая – упругая,
инжектируемая - неупругая
Любая
Струйные аппараты для
пневмотранспорта
Рабочая – неупругая,
инжектируемая - упругая
Любая
Водовоздушные
эжекторы
Рабочая и инжектируемая неупругая
Любая
Струйные аппараты для
гидротранспорта
Рабочая – упругая,
инжектируемая - неупругая
Любая
Пароводяные
инжекторы
Рабочая – неупругая,
инжектируемая - упругая
Любая
Пароводяные
смешивающие
подогреватели
6
2. Использование струйных аппаратов в схемах АЭС
Область применения




Пароструйные и водоструйные эжекторы для отсоса паровоздушной смеси из конденсаторов.
Струйные насосы-дозаторы для приготовления химических растворов заданной концентрации.
Бустерные вспомогательные насосы.
Струйные насосы в контуре циркуляции кипящих реакторов.
Достоинства струйных аппаратов:




Простота конструкции.
Надежность работы.
Возможность установки в
труднодоступных местах.
Отсутствие необходимости
постоянного обслуживания.
Недостатки струйных аппаратов:



Низкий КПД.
Небольшие создаваемые
напоры.
Необходимость наличия
источника более высокого
давления.
7
Схема расхолаживания активной зоны канального реактора с использованием
инжектора конденсационного типа (проект) [2, 3]
1 – реактор;
2 – сепаратор;
3 – турбогенератор;
4 – термонасос;
5 – разгонное сопло;
6 – камера смешения;
7 – питательный насос;
8 – деаэратор;
9 – диффузор.
Рисунок 2.1 - Принципиальная схема контура
многократной принудительной циркуляции
канального реактора с термонасосом (с
конденсацией паровой фазы питательной
воды)
В этой схеме тепловая энергия, заключенная в кипящей воде или паре преобразуется в энергию
прокачки теплоносителя через контур. Этот принцип ранее предложен в [4] для циркуляции рабочего
тела ( жидкого металла ) в МГД генераторах.
8
Схема расхолаживания активной зоны кипящего реактора с использованием
сепарационного парожидкостного насоса (проект) [5, 6, 7]
1 – активная зона;
2 – СПЖН;
3 – разгонное сопло;
4 – поверхность динамического
сепаратора;
5 – захватывающая щель;
6 – паровой диффузор;
7 – водяной диффузор;
8 – доосушитель.
Рисунок 2.2 - Контур циркуляции кипящего
реактора с сепарационным
парожидкостным насосом (СПЖН)
Отсутствие электропривода, вращающихся частей, простота изготовления СПЖН являются
существенными преимуществами этой схемы. Исследования этой схемы на воздуховодяной смеси [8,
9] показали, что можно добиться сепарации газовой фазы до 90%.
9
1-2 – разгон в сопле;
2-4 – конденсация питательной водой
образовавшейся паровой фазы;
4-5 – торможение в диффузоре;
5-1 – нагрев жидкости в реакторе.
Рисунок 2.3 – Термодинамический цикл
термонасоса с конденсацией паровой
фазы
1-2 – разгон в сопле;
2-3 – сепарация паровой фазы;
2-4 – сепарация жидкой фазы;
4-5 – торможение в диффузоре;
5-1 – нагрев и испарение в реакторе.
Рисунок 2.4 - Термодинамический цикл
СПЖН в кипящем реакторе
10
Организация циркуляции теплоносителя в контурах кипящих реакторов
В практике реакторостроения ведущих зарубежных фирм (Дженерал Электрик – США, АЕG и КSBГермания) в схеме контура многократной принудительной циркуляции (МПЦ) кипящих реакторов
стала классической смешанная схема циркуляции [10, 11].
1 - сопло системы разбрызгивания воды;
2 - пароосушитель;
3 - парогенераторы;
4 - вход питательной воды;
5 - разбрызгиватель питательной воды;
6 - трубопровод системы разбрызгивания воды в активной зоне;
7 - кожух активной зоны;
8 - направляющая лопатка;
9 - плита активной зоны;
10 - выход циркулирующей воды;
11 - опорная юбка корпуса реактора;
12 - внутриреакторные датчики;
13 - приводы стержней регулирования;
14 - вход воды в водоструйный насос;
15 - топливные кассеты;
16 - водоструйный насос;
17 - верхняя направляющая конструкция;
18 - разбрызгиватель воды в активной зоне; .
19 - вход воды системы впрыска низкого давления;
20 - выход воды системы впрыска;
21 - выход пара
Рисунок 2.5 - Конструкция реактора типа BWR/6,
спроектированного фирмой General Electric для АЭС в Grand Gulf
11
В реакторе АЭС в Grand Gulf циркуляция теплоносителя через активную зону осуществляется
струйными насосами, установленными по периметру активной зоны. Рабочая среда к соплам
струйных насосов подается внешними электронасосами в количестве 1/3 общего расхода через
контур МПЦ. Для уменьшения вероятности запаривания струйных насосов под уровень подается вода
питательными насосами от деаэраторов.
Преимущества этой схемы по сравнению с обычной (с главными циркуляционными насосами)
заключаются в уменьшении габаритов внешнего контура МПЦ за счет уменьшения числа
дорогостоящих ГЦН и, естественно, уменьшения затрат электроэнергии на циркуляцию
теплоносителя.
В развитие смешанной схемы авторами [12] предложена схема (рисунок 2.6), исключающая
полностью ГЦН. В соответствии с рисунком питательные насосы 9 падают все количество
питательной воды, равное паропроизводительности реакторной установки к рабочим соплам
струйных циркуляционных насосов (СЦН) 3, установленным также внутри корпуса по периметру
активной зоны. Ускоренная в соплах рабочая жидкость подсоединяет прошедшую через сепараторы
воду при параметрах насыщения в количествах, определяемых кратностью циркуляции. Смесь после
струйных насосов подается в активную зону. Образовавшаяся в активной зоне паровая фаза
отделяется от циркулирующей воды в сепараторе первой ступени 4, и пройдя сепараторы осушители
5 направляется в турбину, а жидкая фаза вновь поступает на вход в СЦН.
Основными преимуществами данной схемы по сравнению со смешанной являются:
- отсутствие ГЦН, что снижает габариты и стоимость установки в целом;
- использование в схеме питательных насосов с паровым приводом позволяет обеспечить аварийной
расхолаживание реакторной установки при отключении трансформаторов собственных нужд.
Внешняя водяная петля с расширителем 11 используется в процессе аварийного останова реактора,
причем врезка в корпус реактора во избежание обезвоживания осуществляется на отметке ниже
уровня над активной зоной.
12
1 – активная зона;
2 – СЦН;
3 – рабочее сопло СЦН;
4 – сепаратор первой ступени;
5 – сепаратор-осушитель;
6 – турбогенератор;
7 – конденсатор;
8 – деаэратор;
9 – питательный турбонасос;
10 – коллектор;
11 – расширитель.
Рисунок 2.6 - Струйный циркуляционный насос в
контуре МПЦ кипящего реактора корпусного типа
(схема ПН-СЦН)
13
Контур циркуляции с инжектором–конденсатором и струйными насосами
Впервые на возможность использования инжектора в качестве побудителя циркуляции в кипящем
реакторе корпусного типа указывается в [13]. На рисунке 2.7 представлена схема циркуляции
теплоносителя с использованием инжектора и струйного насоса.
1 – инжектор;
2 – подвод питательной воды;
3 – рабочее сопло струйного насоса;
4 – камера смешения струйного насоса;
5 – активная зона реактора
Рисунок 2.7 – Циркуляционная система с
термо- и струйным насосам установленным в
корпусе реактора
14
Отметим, что схема по рисунку 2.7 не лишена недостатков, а именно, существует проблема связанная
с запуском инжектора. В этом плане схему по рисунку 2.8 [14] следует считать дальнейшим развитием
вышеприведенной схемы.
1 – реактор;
2 – парогенератор;
3 – инжектор;
4 – струйный насос;
5 – водоохладитель;
6 – обратный клапан;
7 – линия кипящей воды на инжектор;
8 – линия охлаждающей воды (пассивной) на
инжектор;
9 – пусковая линия;
10 – линия пассивной (кипящей) воды на струйный
насос;
11 – линия к турбоагрегату;
12 – напорная линия.
Рисунок 2.8 – Контур циркуляции энергетической
установки с инжектором и струйным насосом
15
Рассмотрим кратко работу энергетической установки, изображенной на рисунке 2.8. Пуск и разогрев
реактора до определенной мощности должны производится в режиме естественной циркуляции. С
мощности реактора, когда массовое паросодержание достигнет величины
(UМИН – минимальное значение коэффициента инжекции, при котором возможна устойчивая работа инжектора),
представляется возможность запустить инжектор сбросом массы в емкость атмосферного типа с
помощью пусковой линии 9. После запуска инжектора с закрытием линии 9 инжектор служит
источником рабочей среды высокого давления для струйного насоса 4, осуществляющего циркуляцию
теплоносителя через реактор в принудительном режиме. В этой схеме в случае обесточивания
трансформаторов собственных нужд, предусмотрена линия рециркуляции с водоохладителем 5 и
обратным клапаном 6.
16
Система пассивного отвода тепла на базе инжектора–конденсатора (проект) [15]
Одной из проектных аварий, рассматриваемых в соответствии с требованиями безопасности АЭС
является авария, связанная с обесточиванием ГЦН. Для отвода тепла от парогенерирующего
оборудования в этом случае предлагается пассивная система на базе инжектора-конденсатора
(СПОТ-ИК). Принципиальные схемы такой системы для АЭС с реакторами ВВЭР показаны на рисунке
2.9. Рабочей средой инжектора по схеме № 1 является сухой пар, а по схеме № 2 кипящая вода.
Пассивной средой в обоих случаях является кипящая вода, охлажденная в теплообменнике 4 до
соответствующей температуры. В режиме нормальной работы энергоблока система должна
находиться в режиме ожидания аварии. На этапе запуска системы открывается обратный клапан 5 и
рабочая и пассивная среды из парогенератора сбрасываются через инжектор в пусковую емкость 6.
В процессе заполнения емкости запускается в работу инжектор, а по достижении в емкости давления
большего давления в парогенераторе на величину гидравлического сопротивления контура
расхолаживание остановленного реактора осуществляется в режиме принудительной циркуляции с
помощью инжектора.
1 – реактор; 2 – парогенератор;
3 – инжектор; 4 – водоохладитель;
5 – быстродействующий клапан;
6 – пусковая емкость; 7 – обратный
клапан; 8 – электронасос
Рисунок 2.9 – Принципиальная схема
СПОТ-ИК на случай аварии с
обесточиванием электронасоса
17
Система безопасности на основе агрегата «электронасос-струйный насос»
В новых проектах АЭС (АЭС-2006, ВВЭР-ТОИ) в системе аварийного и планового расхолаживания
первого контура реакторной установки планируется использовать агрегат «насос-эжектор», который
представляет собой соединение насоса высокого давления и водо-водяного эжектора,
устанавливаемого на напорной стороне насоса, рисунок 2.10.
Предполагается, что в аварийных условиях в случае высокого давления в первом контуре (от 8 до
2 МПа) будет работать только насос высокого давления, а при снижении давления ниже 2 МПа в
работу также включится эжектор, увеличивая расход подаваемой воды, что соответствует режиму
работы насоса САОЗ низкого давления.
1 – реактор;
2 – бассейн выдержки
отработанного топлива;
3 – парогенератор;
4 – электронасос;
5 – водоохладитель;
6 – электронасос;
7 – струйный насос
Рисунок 2.10 – Принципиальная схема системы аварийного расхолаживания первого контура и
бассейна выдержки отработанного топлива
18
3. Расчет струйных аппаратов
Процессы, характерные для всех без исключения струйных аппаратов, описываются тремя законами:
сохранения энергии
где hр, hн, hс – энтальпия рабочего и инжектируемого потоков до аппарата и смешанного потока после
аппарата, кДж/кг; u=Gн/Gр – коэффициент инжекции, т.е. отношение массового расхода
инжектируемого потока к массовому расходу рабочего потока;
сохранения массы
где Gр, Gн, Gс – массовые расходы рабочего, инжектируемого и смешанного потоков, кг/с;
сохранения импульса
где Iр, Iн, - импульс рабочего и инжектируемого потоков во входном сечении камеры смешения, Н;
Iс – импульс смешенного потока в выходном сечении камеры смешения, Н;
– интеграл импульса
по боковой поверхности камеры смешения, для цилиндрической камеры смешения равен нулю.
19
Импульс потока в любом сечении:
где G – массовый расход, кг/с;  – скорость, м/с; p – давление, Па; f – сечение, м2.
В зависимости от свойств и условий взаимодействия рабочего и инжектируемого потоков в струйных
аппаратах возникает ряд дополнительных процессов, которые специфичны только для аппаратов
определенного типа. Эти процессы существенно отражаются в работе аппаратов данного типа и
должны учитываться при их расчете.
В большинстве случаев при расчете струйных аппаратов решаются следующие две задачи:


определение достижимого коэффициента инжекции u при заданных параметрах рабочего (pр, Тр
или рр, hр) и инжектируемого (pн, Тн или рн, hн) потоков перед аппаратом и заданном давлении на
выходе рс;
определение достижимого давления на выходе рс при заданных параметрах рабочего и
инжектируемого потоков перед аппаратом и заданном коэффициенте инжекции u.
20
Газодинамические функции
При
расчете
струйных
аппаратов
широко
используются
газодинамические
функции.
Газодинамические функции связывают термодинамические параметры потока (температуру,
давление, плотность и др.) с его приведенной скоростью, т.е. отношением скорости потока при его
адиабатном течении к критической скорости: =а/а*.
Наиболее часто используются следующие газодинамические функции:
функция () – относительная температура, т.е. отношение абсолютной температуры Т изоэнтропно
движущегося газа в данном сечении к абсолютной температуре торможения Т0
функция П() – относительное давление, т.е. отношение давления p изоэнтропно движущегося газа в
данном сечении к давлению торможения p0
21
функция () – относительная плотность, т.е. отношение плотности  изоэнтропно движущегося
потока в данном сечении к его плотности 0 в заторможенном состоянии
функция () – относительный удельный объем, т.е. отношение удельного объема  изоэнтропно
движущегося потока в данном сечении к удельному объему 0 заторможенного потока
функция q() – приведенная массовая скорость, т.е. отношение массовой скорости а, кг/(м2с),
изоэнтропно текущего потока в данном сечении к массовой скорости этого потока а**, кг/(м2с), в
критическом сечении
22
Расчет струйных насосов
Рисунок 3.1 – Принципиальная схема струйного насоса
Зависимости для расчета достижимых параметров и оптимального отношения сечений струйных
насосов могут быть выведены на основе уравнения характеристики этих аппаратов.
При заданном значении Pр=(Рр-Рн) и заданном коэффициенте инжекции и оптимальное отношение
сечений f3/fP1 соответствует максимальному значению перепада давлений Pc или P3, развиваемого
струйным насосом.
23
Уравнение характеристики струйного насоса:
где fP1, fН2, f3 – площадь выходного сечения рабочего сопла, инжектируемого потока во входном
сечении камеры смешения, выходного сечения камеры смешения, м2; H, P, C – удельный объем
инжектируемой, рабочей и смешанной среды, м3/кг; 1, 2, 3, 4 – коэффициент скорости рабочего
сопла, камеры смешения, диффузора и входного участка камеры смешения; u – коэффициент
инжекции; РС=РС-РН, РР=РР-РН.
На основании уравнения характеристики струйного насоса и из условия dpC/d(fP1/f3)=0 находиться
оптимальное отношение сечений для струйных насосов с диффузором:
где
Величиной n предварительно задаются, а затем уточняют по найденному значению f3/fP1.
Путем подстановки найденной величины (f3/fP1)опт в уравнение характеристики насоса находят
достижимый перепад давления РС струйного насоса.
24
Расчет водовоздушных эжекторов
В
водовоздушных
эжекторах
(рисунок
3.2)
рабочей
(эжектирующей) средой служит вода, подаваемая под давлением
к суживающемуся соплу 1, на выходе из которого она
приобретает большую скорость. Вытекающая из сопла в
приемную камеру 3 струя воды увлекает с собой поступающие
через патрубок 2 в камеру воздух или паровоздушную смесь,
после чего поток попадает в камеру смешения 4 и диффузор 5,
где и происходит повышение давления.
При отсасывании водоструйными эжекторами паровоздушной
смеси содержащийся в последней пар конденсируется,
вследствие чего сжатию в камере смешения подвергается, как и в
случае отсасывания сухого воздуха, водовоздушная смесь.
При работе водовоздушного эжектора масса инжектируемого
воздуха значительно меньше массы рабочей воды и не может
поэтому в какой-либо степени изменить скорость струи рабочей
воды. Применение в данном случае уравнения импульсов для
взаимодействующих потоков, как это делается при выводе
расчетных уравнений для однофазных аппаратов, приводит к
значениям достижимого коэффициента инжекции, в несколько
раз превышающим опытные. Поэтому предложенные до
настоящего времени различными авторами методы расчета
водовоздушных эжекторов представляют собой по существу
эмпирические формулы, позволяющие получить результаты, Рисунок 3.2 – Схема водовоздушного
более или менее приближающиеся к опытным данным.
эжектора
25
Экспериментальные исследования водовоздушных эжекторов показали, что при изменении в
широких пределах параметров работы эжектора (давления рабочей, инжектируемой, сжатой сред,
массового расхода воздуха) сохраняется достаточно стабильным объемный коэффициент инжекции.
Поэтому в ряде методик расчета водовоздушных эжекторов предлагаются формулы для
определения объемного коэффициента инжекции
u0=VВ/VР
где VВ — объемный расход инжектируемой среды; VР — объемный расход рабочей среды.
На основании результатов испытаний водовоздушного эжектора с одноструйным соплом и
цилиндрической камерой смешения длиной около 10 калибров было предложено использовать для
расчета водовоздушного эжектора формулы для струйного насоса, в которых массовый
коэффициент инжекции и заменен объемным и0, скорость эжектируемой среды равна нулю,
удельные объемы рабочей и сжатой сред одинаковы [16]. При этих условиях формулы для расчета
водовоздушного эжектора принимают следующий вид:
достижимый объемный коэффициент инжекции:
где PP = PP – PН - располагаемый перепад давлений рабочей воды; РС = РС - РН - перепад
давлений, создаваемый эжектором; РР, РН, РС - давления рабочей, инжектируемой и сжатой сред.
Для расчетов можно принимать К = 0,85;
26
отношение сечений камеры смешения и сопла f3/fP1 определяется по уравнению:
уравнение характеристики водовоздушного эжектора при условии P2=PН, чему отвечает fН= и
соответственно fР1/fН2=0:
где fP1, f3 – площадь выходного сечения рабочего сопла, выходного сечения камеры смешения, м2;
1, 2, 3 – коэффициент скорости рабочего сопла, камеры смешения, диффузора; u0 – объемный
коэффициент инжекции; РС=РС-РН, РР=РР-РН.
27
Расчет водовоздушных инжекторов
Для всех типов струйных аппаратов при работе их в оптимальном режиме с увеличением величины
основного геометрического параметра f3/fP1 увеличивается коэффициент инжекции и снижается
создаваемый аппаратом напор.
Одним из условий работы водовоздушного эжектора в оптимальном режиме является образование в
камере смешения однородной по сечению водовоздушной эмульсии. Этому способствует увеличение
длины камеры смешения и числа струй рабочей среды, поступающих в камеру смешения. Для
создания в водовоздушном эжекторе очень малых перепадов давлений PC, измеряемых
миллиметрами или десятками миллиметров водяного столба (десятками или сотнями Паскалей), и
получения объемных коэффициентов инжекции, измеряемых десятками и сотнями, требуются очень
большие значения f3/fP1. При этом однородная эмульсия с помощью обычных сопл, создающих
сплошные струи, не может быть получена. Для этой цели применяются форсунки, позволяющие
получить диспергированную струю, т. е. струю в виде факела, состоящего из мелких капель. Струйные
аппараты, работающие в этом диапазоне параметров, в соответствии с принятой в первом разделе
классификацией можно назвать водовоздушными инжекторами.
Методика расчета водовоздушных инжекторов [17, 18] является достаточно сложной и для
практической реализации требует применения ЭВМ.
Экспериментальные исследования водовоздушных инжекторов, проведенные в Ярославском
политехническом институте [17] и во ВТИ [19], позволили предложить для ориентировочных
инженерных расчетов этих аппаратов следующие формулы.
28
Уравнение
характеристики
размерами f3 / fP1:
водовоздушного
инжектора
с
заданными
геометрическими
В частных случаях:
при u0 = 0
при РС/РР = 0
Оптимальное значение f3 / fP1:
Достижимый коэффициент инжекции:
29
Расчет пароводяных инжекторов (с цилиндрической камерой смешения)
В пароводяных инжекторах осуществляется повышение давления жидкости за счет кинетической
энергии струи пара, который в процессе смешения с жидкостью полностью конденсируется в ней.
Особенностью этого процесса в отличие от процессов в других типах струйных аппаратов является
возможность при определенных условиях повышения давления инжектируемой воды до значения,
превышающего давление рабочего пара.
Рисунок 3.3 - Схема пароводяного инжектора с цилиндрической камерой смешения
30
Уравнение характеристики пароводяного инжектора:
где РС=РС-РН - - перепад давлений, создаваемый эжектором; ПР1, ПР* - относительное давление в
критическом сечении и на выходе рабочего сопла; РР, РН - давления рабочей и инжектируемой сред;
fP1, fP*, f3 – площадь выходного и критического сечений рабочего сопла; К1 = 123 – коэффициент
скорости рабочего потока; 1, 2, 3 – коэффициент скорости рабочего сопла, камеры смешения,
диффузора; u – коэффициент инжекции; kР - показатель адиабаты рабочего потока; P, C – удельный
объем рабочей и смешанной среды, Р1 – приведенная скорость потока на выходе из рабочего сопла.
Давление после инжектора:
Достижимый коэффициент инжекции:
где
PK – давление насыщенного пара.
31
Анализ эффективности струйных аппаратов
Совершенство струйных аппаратов определяется значением КПД, представляющим собой отношение
эксергии, полученной инжектируемым потоком, к эксергии, затраченной рабочим потоком:
где ер, ен, ес – удельные эксергии рабочего, инжектируемого и сжатого потоков.
Удельной эксергией называют работу, которую можно получить с помощью одной массовой единицы
рабочего тела, например 1 кг газа или пара, при обратимом изменении параметров торможения
рабочего тела до параметров окружающей среды. Удельная эксергия, кДж/кг, определяется по
формуле:
где h0, s0 – удельная энтальпия и удельная энтропия рабочего тела в изоэнтропном заторможенном
состоянии; h0.с, Т0.с, s0.с – удельная энтальпия, температура, удельная энтропия рабочего тела в
состоянии равновесия с окружающей средой.
Тогда выражение для КПД струйного аппарата можно переписать, как
где hр, hн, hс – удельная энтальпия рабочего, инжектируемого и сжатого потоков в заторможенном
состоянии; sр, sн, sс – удельные энтропии этих потоков в заторможенном состоянии.
32
Список литературы
Соколов Е.А., Зингер Н.М. Струйные аппараты. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 351 с.
Карасев Э.К. Струйный термонасос как источник циркуляции в испарительном контуре кипящего
реактора // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Реакторостроение», 1979 г., вып. 2, с. 3-9.
3. Карасев Э.К. и др. Об эффективности перспективных типов циркуляторов в водографитовых
реакторах // Атомная энергия , т. 51, вып. 1 , июль, 1982 г.
4. Калафати Д.Д., Козлов В.В. Термодинамика жидкометаллических МГД – преобразователей. – М.:
Атомиздат, 1972 г.
5. Циклаури Г.В. и др. Адиабатные двухфазные течения. – М.: Атомиздат, 1973 г.
6. Эллиот Д.Ж. Двух жидкостный МГД - преобразователь для превращения ядерной энергии в
электрическую // Реактивная техника и космонавтика, №6. – М.: Мир, 1962 г.
7. Горбенко Г.А., Фролов С.Д. О характеристиках поверхностных сепараторов струйных
газожидкостных насосов // В сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок, вып.5, Харьков,
1978 г.
8. Горбенко Г.А., Селиванов В.Г. и др. Исследование работы струйного насоса жидкости с несущим
газом // В сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок., Вып 2, Харьков, 1975 г.
9. Горбенко Г.А., Фролов С.Д. Исследование поверхностных сепараторов струйных насосов
жидкости с несущим газом // В сб. Вопросы газотермодинамики энергоустановок, Вып. 2, Харьков,
1975 г.
10. Патентно-лицензионная практика и уровень работ ведущих капиталистических фирм в области
насосостроения для АЭС. Обзор ЦНИИАТОМИНФОРМ., – М., 1971 г.
11. D.M, Gluntz, R.H. Maen, J.L. Wray. Jet pums Adwance BWR Recirculation Flow-Design Nucleonic,
1965 г.
1.
2.
33
Список литературы
12. Экспериментальная отработка двухступенчатого струйного циркуляционного насоса // Отчет. ДСП43 / ЭНИС НПО «Энергия», Исп.: Ларионов Н.П., Трубкин Е.И., Электрогорск, 1976 г. – 45 с.
13. Kiruef B.C. Nuclear reactor with jet pumps arrangement for obtaining liquid recurculation. - Лат.
3274065, 1966 (США).
14. Вазингер В.В., Карасев Э.К., Трубкин Е.И. – Ядерная энергетическая установка,- А.С. № 533165,
1976, СССР.
15. Блинков В.Н., Болтенко Э.А., Трубкин Е.И – Способ расхолаживания активной зоны.- Патент №
2189646, 2002 (РФ).
16. Коган П.А., Шамис И.А., Якушин А.Н. Определение оптимальных геометрических характеристик
газоструйных аппаратов // Теплоэнергетика, 1967, № 9, с. 69-73.
17. Басаргин Б.Н. Исследование гидродинамики и массообменной способности аппаратов
инжекторного типа: Дис. доктора техн. наук, Ярославль, 1974 г.
18. Гальперин Н.И., Басаргин Б.Н., Звездин Ю.Г. О гидродинамике жидкогазовых инжекторов с
диспергированием рабочей жидкости // Теоретические основы химических технологий, 1972, Т. VI,
№ 3, с. 434-439.
19. Охлаждение и очистка воздуха герметичных помещений АЭС высокопроизводительными
водовоздушными эжекторами / Л.И. Турецкий, Б.М. Столяров, А.И. Белевич и др. //
Теплоэнергетика, 1985, № 7, с. 58-60.
34