Tiêu đề Проектирование, эксплуатация и инжиниринг атомных станций_4.pdf ✅

381 Р а з д е л IV ОСНОВНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС Способ организации основного технологического процесса (ОТП) на электростанции есть ее технологическая (тепловая) схема — сово- купность установленного оборудования со всеми связями, включая некоторые внешние связи. Помимо оборудования ОТП в тепловую схему входит значительное число систем, необходимых для эксплуа- тации АЭС в определенных техническим проектом пределах и усло- виях, т.е. для нормальной эксплуатации, а также систем безопас- ности. Последние призваны обеспечить безопасность как персонала станции, так и близлежащей территории в случае нарушений нор- мальной эксплуатации и в аварийных ситуациях. И те, и другие сис- темы здесь мы называем вспомогательными, играющими вспомога- тельную роль по отношению к ОТП. С учетом вспомогательных систем, имеющих непосредственную связь с теплоносителем или рабочим телом основных технологиче- ских установок, тепловая схема АЭС становится более сложной. При этом следует иметь в виду, что число возможных решений по выбору состава и способа соединения оборудования в соответствии с задачами, поставленными перед вспомогательными системами, как правило, велико. Усложняется и анализ процессов, протекающих в тепловой схеме. Изменяются функциональные свойства АЭС: повышается ее надежность, но снижается экономичность, прежде всего в результате увеличения капитальных вложений и расхода энергии на собст- венные нужды в период нормальной эксплуатации. Важную роль в основном технологическом процессе на электро- станции исполняют насосы, трубопроводы и арматура. Изучение и проектирование тепловой схемы невозможно без понимания особен- ностей этого оборудования.
382 Глава 20 НАСОСЫ В ТЕПЛОВОЙ СХЕМЕ АЭС Термодинамический цикл на электростанции реализуется посред- ством движения теплоносителей и рабочего тела. Энергия для их движения передается в основном насосами. Насосы — это машины, предназначенные для перемещения жидкостей и сообщения им энер- гии. На электростанциях используются насосы различных типов, но большая часть насосов — лопастные центробежные. В них энергия передается жидкости от вращающихся лопастей, специальным обра- зом профилируемых. Насосный агрегат — это устройство, в которое входят насос, приводной двигатель, соединительная муфта (или вариатор частоты вращения), контрольно-измерительные приборы. Насосный агрегат устанавливается на раме или фундаментной плите. В соответствии с ГОСТом* основные параметры насоса — подача и давление. Объемная (массовая) подача есть объем (масса) жидкости, пода- ваемой насосом в напорный трубопровод в единицу времени. Давление насоса определяется зависимостью , (20.1) где рвс и рнагн — давления жидкости на входе (всасывании) и выходе (нагнетании) насоса; wвс и wнагн — средние скорости жидкости на входе и выходе; ρ — плотность подаваемой насосом жидкости; g — ускорение свободного падения; zнагн – zвс = Δzн — разность высот расположения центров сечений выходного и входного патрубков насоса. 20.1. Основные уравнения Смысл термина «давление насоса» позволяет установить термо- динамический анализ. Известно, что полная работа потока рабочего тела есть сумма технической работы и работы против сил гидравлического сопро- тивления (в первую очередь — против сил трения). В дифференци- * ГОСТ 17398—72. Насосы. Термины и определения. — М.: Госкомстандарт, 1979. pнас pнагн pвс – ρ wнагн 2 wвс 2 – 2 ---------------------------- ρg zнагн zвс = + + ( ) –
383 альной форме соответствующее уравнение записывается в виде [см. уравнение (5.7)]: . (20.2) В свою очередь, полная работа потока рассчитывается как , работа против сил гидравлического сопротивления проявляется в потоке в виде теплоты диссипации (рассеивания) , а техническая работа есть сумма полезной работы , отводимой внешнему приемнику, и работы по изменению энергии потока, кинетической и потенциальной. Приняв, что потенциальная энергия потока определяется в поле гравитационных сил, запишем , (20.3) где w — скорость потока; z — высотная координата в поле гравитаци- онных сил. Из приведенного следует выражение для полезной работы: . Если потоком не соверщается полезная работа, но к нему подво- дится работа (энергия) в насосе, то в последнем уравнении следует заменить на , где верхний индекс «д» означает действи- тельную работу насоса (процесс в насосе не идеальный): . (20.4) Проинтегрируем уравнение (20.4) от начального состояния рабо- чего тела на всасывании насоса («вс») до конечного состояния в напорном патрубке (в точке нагнетания — «нагн»), считая жидкость несжимаемой (v = const). Получим выражение для удельной работы насоса в действительном процессе: , (20.5) где qдис.н — выраженная в теплоте диссипации часть работы насоса. Эта часть работы расходуется на преодоление гидравлических сопро- тивлений в насосе (прежде всего трения; принято учитывать гидрав- лическим КПД насоса ηг ) и на вынужденную прокачку протечек жидкости через зазоры в насосе (учитывается объемным КПД ηV). Минимально необходимая работа насоса . (20.6) dlпот dlтехн dlтp = + dlпот = –vdp dlтp dqдис = dlпол dlтехн dl = пол + + wdw gdz dlпол – vdp wdw gdz dqдиc = + ++ dlпол – dlн д dlн д vdp wdw gdz dqдиc.н = + ++ lн д v pнагн pвс ( ) – wнагн 2 wвс 2 – 2 ---------------------------- gΔ zн qдис.н = + ++ lнас lн д – qдис.н = lн д ηVηг =
384 Введя обозначение рн = l н/v, с учетом (20.5) запишем: . (20.7) Все слагаемые (20.7) имеют единицу измерения давления (Па) и представляют собой отношение удельной работы или энергии к удельному объему жидкости. Равенство (20.7) тождественно (20.1), а давление насоса есть отношение минимально необходимой удельной работы насоса к удельному объему перекачиваемой жидкости. Уравнение (20.4) позволяет также установить взаимосвязь между характеристиками насоса и характеристиками гидравлической сети. Гидравлическая сеть (или гидросистема) насоса — совокупность соединенных между собой каким-либо способом технологического оборудования, трубопроводов, арматуры, в которой насос обеспечи- вает движение жидкости. Обозначим границы гидравлической сети насоса как 1 на входе и 2 на выходе. Проинтегрируем уравнение (20.4) от состояния жид- кости в точке 1 до состояния в точке 2. При интегрировании не будем учитывать теплоту диссипации в насосе , имея в виду возможный ее учет с помощью (20.6). Так как в рассматрива- емой гидравлической сети есть насос, в результате интегрирования получим , (20.8) где qдис — выраженная в теплоте диссипации часть энергии потока, расходуемая на преодоление гидравлического сопротивления в тракте до насоса и после него. Уравнение (20.8) означает, что работа, подводимая к потоку в насосе, расходуется на изменение давления жидкости, ее кинетиче- ской и потенциальной энергии и на преодоление гидравлического сопротивления гидросети. Разделив qдис на v, получим (в единицах давления) гидравлическое сопротивление рассматриваемой сети Δргидр. Уравнение (20.8) может быть переписано в виде . (20.9) pн pнагн pвс ( ) – wнагн 2 wвс 2 – 2v ---------------------------- gΔ zн v = + + ------------ qдис.н lн v p2 p1 ( ) – w2 2 w1 2 – 2 ------------------- g z2 z1 ( ) – qдис = ++ + pн p2 p1 ( ) – w2 2 w1 2 – 2v ------------------- g z2 z1 ( ) – v ------------------------- Δpгидр = ++ +