ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БОНДАРЕНКО ВОЛОДИМИР МИКОЛАЙОВИЧ

УДК 621.311.25:621.039.52

ТЕПЛОГIДРАВЛIЧНI ОСНОВИ НЕСТАБIЛЬНОСТI РОБОТИ

СПП ТУРБОУСТАНОВОК АЕС І ЗАСОБИ ЇЇ УСУНЕННЯ

Спеціальність 05.14.14 - Теплові і ядерні енергоустановки

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Одеському державному політехнічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент

Кіров Володимир Степанович,

Одеський державний політехнічний університет, доцент кафедри АЕС.

Офіційні опоненти: доктор технiчних наук, професор

Сухов Андрій Костянтинович,

Севастопольський інститут ядерної енергетики і промисловості, професор кафедри експлуатації ядерних енергетичних установок

кандидат технічних наук, доцент

Буз Василій Миколайович,

Одеська державна академія холоду, доцент кафедри систем терморегулювання

Провідна установа Інститут технічної теплофізики НАН

України, м. Київ

Захист дисертації відбудеться 12.03.2001 р. о 14 год на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.052.04 в Одеському державному політехнічному університеті за адресою: 65044, м.Одеса, пр.Шевченка, 1.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Одеського

державного політехнічного університету.

Автореферат розіслано 08.03.2001 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _________________ Тодорцев Ю.К.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розвиток атомної енергетики сьогодні і в найближчій перспективі визначається розвўязанням комплексу науково-технічних проблем, які забезпечують надійність, безпеку, довговічність і економічність як діючих АЕС, так і тих, що знаходяться у стадії проектування. Високі техніко-економічні показники забезпечуються ступенем досконалості і надійності основного технологічного і допоміжного обладнання та систем АЕС.

У даній дисертаційній роботі розглядаються питання стабільності роботи системи проміжної сепарації і проміжного перегріву (СПП). Досвід експлуатації систем СПП показує, що на деяких режимах роботи в ній виникають пульсації конденсату і це призводить до руйнування трубок касет пароперегрівача та інших елементів системи. Часті відмови в роботі системи СПП знижують коефіцієнт використання потужності всього блока.

Виходячи з цього, проблема стабілізації режимів системи проміжної сепарації і проміжного перегріву пари турбоустановок АЕС є надзвичайно актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася відповідно до Національної програми “Критичні технології”, ствердженої постановою Кабінету Міністрів України № 310 від 16.05.1994 р. та держбюджетної науково-дослідної роботи № 88-42 “Розробка типової методики оптимізації періодичного контролю систем безпеки АЕС із ВВЕР” (№ державної реєстрації 0197U017627), а також відповідно до госпдоговірної роботи з Рівненською АЕС №69/839-35 “Обгрунтування ремонтних заходів у системі СПП з метою підвищення надійності її роботи”.

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка методики розрахунків показників стабільності системи СПП і вироблення на цій основі рекомендацій щодо оптимальніших режимних і конструктивних параметрів, що забезпечують стабільну і надійну її роботу.

Для досягнення цієї мети в роботі поставлені і вирішені такі завдання:

– розкрити механізми, що приводять до виникнення автоколивань у системі СПП;

– розробити математичні моделі, алгоритми і програми стаціонарних та динамічних робочих процесів у одиночній конденсуючій трубці касети пароперегрівача, окремому корпусі СПП, багатоканальній системі СПП із врахуванням процесів, які відбуваються в конденсатозбірнику (КЗ), роботи регулятора рівня конденсату в КЗ, теплогідравлічних процесів у трубопроводах обв'язки;

– шляхом розрахунків дослідити характер перехідних процесів у системі СПП.

– встановити режимні фактори, запропонувати конструктивні зміни елементів, які сприяють зростанню стабільності роботи системи СПП.

Наукова новизна одержаних результатів. Одержано вперше такі основні наукові результати:

– з'ясовано механізм нестійкої роботи багатоканальної системи СПП;

– складено методику розрахункового дослідження (математична модель і спосіб її числової реалізації) стійкості роботи одиночних конденсуючих трубок і касет пароперегрівача в цілому;

– розроблено методику розрахункового дослідження (математична модель і спосіб її числової реалізації) стійкості багатоканальної системи СПП разом із КЗ і регулятором рівня в КЗ.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена методика дослідження стабільності роботи системи СПП турбоустановок АЕС, за допомогою якої:

– дано пояснення фізичних причин, які призводять до нестабільної роботи і пошкоджень внутрішніх елементів апаратів СПП;

– показано вплив зміни режимних і конструктивних параметрів багатоканальної системи СПП на стабільність її роботи;

– запропоновано конструктивні зміни, що забезпечують стабільну роботу касет пароперегрівачів і всієї системи СПП в цілому, в широкому діапазоні зміни режимних параметрів.

Матеріали, наведені в дисертації, знайшли промислове використання в НАЕК “Енергоатом” України, а також в навчальному процесі в ОДПУ при вивченні дисципліни “Режими експлуатації АЕС” і “Динамічні режими обладнання АЕС”, а також в курсовому і дипломному проектуванні.

Особистий внесок здобувача полягає в аналізі існуючих методів дослідження стабільності роботи енергетичного обладнання, виявленні джерел і механізму нестабільної роботи системи СПП турбоустановок АЕС, виборі і удосконаленні математичних методів дослідження. Здобувач розробив математичну модель теплогідравлічних процесів в СПП і спосіб її числової реалізації, визначив фактори, які впливають на стійкість її роботи, запропонував конструктивні зміни елементів СПП, які підвищують стабільність роботи.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації були представлені і обговорювалися на засіданні відділення Академії інженерних наук України (Київ, 1996 р), на науковому семінарі в Севастопольському інституті атомної енергетики і промисловості (Севастополь, 1998 р.), на науково-практичній конференції “Перспективні напрямки розвитку екології, економіки, енергетики” (Одеса, 1999 р.), на науковому семінарі у відділі високофорсованого теплообміну Інституту технічної теплофізики НАН України (Київ, 2000 р.), на розширеному засіданні наукового семінару кафедри атомних електростанцій Одеського державного політехнічного університету (2000 р).

Публікації. Результати дисертації викладені в 6 публікаціях, у тому числі у 4 статті в наукових збірниках, одна стаття в журналі “Атомная энергия”, одна стаття в матеріалах конференції “Перспективні напрямки розвитку екології, економіки, енергетики”.

Структура роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох глав, висновків. Об'єм дисертації складає 141 с. Дисертація містить 40 малюнків на 34 с., 3 табл. на 3 с., список використаних літературних джерел (60 найменувань), 1 додаток.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наводиться загальна характеристика роботи, яка підкреслює її актуальність, відповідність державним науковим програмам, наукову новизну і практичне значення.

У першому розділі розглядаються конструктивні схеми та особливості роботи системи сепарації і парового перегріву (СПП) турбоустановок насиченої пари блоків АЕС із ВВЕР. Наведено огляд і аналіз літератури, присвяченої питанню, що досліджується, а також формулюється постановка завдання дальшого дослідження.

Експлуатація різних систем проміжної сепарації і перегріву показали, що вони є однією з ненадійних систем в тепловій схемі діючих турбоустановок АЕС. На підтримку її роботоздатності витрачаються значні матеріальні ресурси.

Випробування, проведені на четвертому блоці НВАЕС Артемовим П.В., Десятун В.Ф., Крейндліним В.Л. та ін., показали, що при певних режимних умовах система працює нестабільно. Випробування системи проміжного перегріву СПП-1000 на першому блоці ЗАЕС, проведені ВНДІАМ у 1985 і 1989 рр.(кер. роботи В.А. Мухачов), засвідчили, що в трубопроводах зливу конденсату гріючої пари другого ступеня перегріву (найбільш навантажений ступінь), температура конденсату гріючої пари опускалася нижче температури насичення практично на 70 °С. Фактично на всіх стаціонарних і перехідних режимах в окремих трубах відводу конденсату із касет існують різномасштабні пульсації і стрибки температур.

Всі експериментальні дані, наведені у звітах ВНДІАМ як такі, що стосуються поведінки рівня конденсату в КЗ-1 і КЗ-2, показують: рівні коливаються, іноді із значними розмахами (до 220 мм). Нерідко ці коливання супроводжувалися температурними сплесками. “Період” слідування коливань складає 15 – 30 с.

У другому розділі наводяться дослідження теплогідравлічної стійкості одиночної трубки пароперегрівача СПП. Існуючі моделі теплогідравлічних процесів у трубці пароперегрівача, при їх відносній простоті і наочності одержуваних результатів, непридатні для використання їх в практиці розрахункових досліджень, оскільки в них відсутні кількісні показники процесів, що відбуваються.

Для побудови точнішої математичної моделі нами враховані:

1) теплопровідність і теплова інерційність металу стінки трубки, оскільки об'єм металу трубки практично дорівнює внутрішньому об'єму трубки (Vм/Vтр ” 0,86), а це може значно вплинути на межі стійкості;

2) теплообмін до пари, яка нагрівається, оскільки вона також володіє тепловою інерційністю і до того ж рухається у протипотоці з гріючою парою, що може також вплинути на межі стійкості;

3) розподіленість теплотехнічних параметрів і теплового потоку по довжині трубки;

4) вплив плівки конденсату на рух пари у двофазній області.

Математична модель, що пропонується, являє собою систему диференційних рівнянь у часткових похідних.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

Граничні умови для системи рівнянь (1) – (8) задаються у вигляді постійності тиску на вході і виході і постійності температур теплоносіїв на входах. Для рівняння теплопровідності (9) записуються граничні умови третього роду.

Систему рівнянь (1) – (9) і граничних умов необхідно доповнити залежностями для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі і гідравлічного опору.

Для побудови консервативної різницевої схеми використовуємо інтегро-інтерполяційний метод. З метою забезпечення абсолютної сталості обчислення вибираємо неявну схему апроксимації.

Одержана система різницевих рівнянь є нелінійною відносно невідомих. Лінеаризація рівнянь виконується представленням невідомих у такому вигляді:

(10)

Складні функції від невідомих розкладалися в ряд Тейлора біля точок m+1-го тимчасового шару. При цьому зберігалися лише лінійні члени розкладу.

У результаті лінеаризації система різницевих рівнянь стане лінійною відносно невідомих dРn, dwў, dwІ, dFў, dhж, dGж, dТнар, dНп, які являють собою відхилення значень змінних, вирахуваних на новій ітерації від значень тих же змінних, вирахуваних на попередній ітерації.

Одержану таким чином систему лінійних рівнянь можна представити в матричному вигляді

(11)

де А і В – квадратні матриці розміром 4х4; С – вектор правих частин; Y – вектор невідомих.

Система лінійних рівнянь (11) доповнена лінеаризованими граничними умовами, вирішується методом прогонки.

Для одержання дискретного аналога рівняння теплопровідності (9) і його граничних умов використовується метод контрольного об'єму.

У результаті одержуємо систему лінійних рівнянь

(12)

Розв'язок системи рівнянь (12) одержуємо теж методом прогонки.

Згідно з наведеною вище методикою, була складена програма розрахунку нестаціонарних теплогідравлічних процесів у трубі пароперегрівача. Розрахунки показали, що при наявності водяної ділянки у трубі і при DРвх = DРвих = 0 практично завжди існують коливання потоку, і чим більша висота стовпчика конденсату на виході, тим інтенсивніше розвиваються ці коливання. Період коливань також залежить від висоти стовпчика рідини. Із збільшенням Нр росте період коливань (рис.1).

У розрахунковому дослідженні визначалася залежність перепаду тиску DРвих, що ліквідовує коливання, від висоти стовпчика рідини. З'ясовано, що із збільшенням висоти стовпчика рідини зростає нестійкість руху теплоносія в трубі і це потребує сильнішого дроселювання на виході. Периферійні трубки не “екрануються” головками касет, і швидкість пари, що нагрівається, тут більша, а, отже, і більший коефіцієнт тепловіддачі із зовнішньої поверхні, вищий рівень конденсату й інтенсивніше проходять пульсації нагріваючої пари і конденсату, що веде до руйнування трубки.

У третьому розділі розглянуто вплив геометрії схеми підключення апаратів СПП на розвірку витрат пари і у зв'зку з цим на показники стійкості роботи системи в цілому (стаціонарна задача).

При проектуванні системи СПП передбачалося, що гріюча пара рівномірно розподіляється по всіх трубках пароперегрівача, повністю конденсується, але рівень в апаратах не утворюється, а пара, що залишилася, конденсується в трубопроводах відводу конденсату в конденсатозбірнику. Такий ідеальний розподіл гріючої пари неможливо реалізувати через багато причин:

1) Система СПП складається із 4 апаратів, розташованих на різній відстані від місця відбору пари для перегріву. Це приводить до розвірки витрат пари і появлення рівня конденсату в апараті.

2) У силу конструктивних особливостей підводу гріючої пари до СПП і відводу конденсату гріючої пари (наявність роздаючих камер гріючої пари і збираючих камер конденсату гріючої пари, розташованих поза апаратом) має місце нерівномірний розподіл пари між касетами труб всередині апарата.

3) У силу різниці довжини труб підведення і відведення вологість пари на вході в бокові і центральні касети може значно відрізнятися, що приводить до появи рівня конденсату гріючої пари в трубках касет.

4) У силу нерівномірності температурного поля пари, яка нагрівається, у поворотній камері центральні касети пароперегрівача охолоджуються значно сильніше, ніж касети, які розташовані по периметру апарата, що також повинно приводити до появлення рівня конденсату в конденсуючих трубках.

5) Пара, що перегрівається, подається знизу, а відводиться зверху. При цьому трубки касет, розташовані на периферії, будуть охолоджуватися краще, аніж внутрішні. Цей ефект підсилюється оребренням трубок.

При розв'язанні задачі про розподілення витрат і рівнів конденсату гріючої пари по окремих трубках і секторах СПП ми обмежилися стаціонарним наближенням.

Математична модель руху і теплообміну гріючої пари і пари, яка нагрівається в апаратах СПП, у трубопроводах підведення і відведення складається із:–

рівнянь збереження в стаціонарному наближенні для двофазного потоку, що конденсується всередині труб

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)–

рівнянь збереження в стаціонарному наближенні для середовища, яке нагрівається

(18)

(19)

(20)–

рівнянь збереження в стаціонарному наближенні для гріючої пари і конденсату гріючої пари всередині труб підведення і відведення:

(21)

(22)

Диференціальні рівняння (13)–(20) для частини трубопроводів, що обігріваються, розв'язувалися методом Рунге – Кутта із завданням на вході тиску, ентальпії і витрат гріючої пари. Для розв'зання рівняння (21), (22) щодо розгалуженої системи трубопроводів, необхідно проінтегрувати ці рівняння по довжині однорідних ділянок. Після інтегрування одержуємо систему нелінійних рівнянь відносно невідомих P, h, G. Лінеаризація їх виконується за формулами:

(23)

де Рn,`Gn,`hn – означають параметри, які обчислювалися в попередній ітерації.

Складні функції від невідомих розкладалися в ряд Тейлора. При цьому зберігалися лише лінійні члени розкладу.

Після лінеаризації рівняння, які виражають однаковість тиску у вузлі, мають вигляд

(24)

де n, k, m – номери ділянок, що сходяться у вузлі.

Закон збереження маси у вузлі

(25)

Закон збереження енергії у вузлі

(26)

Граничні умови системи трубопроводів

(27)

Замкнуту систему лінійних рівнянь можна розв'язати, наприклад, методом Гаусса.

За даною моделлю була складена і відлагоджена програма розрахунку теплогідравлічних процесів в системі СПП. Результати розрахунків розподілення витрат гріючої пари по секторах СПП для умов 3-го блока Рівненської АЕС наведені на рис. 2. На рис. 3 зображені відповідні значення середнього рівня “затоплення” трубок касет у цих секторах. Із графіків розрахунку видно, що існує розвірка витрат гріючої пари по секторах СПП, у зв'язку з чим в трубках касет окремих секторів з'являється рівень конденсату.

Розрахунковим шляхом одержано, що розвірка щодо витрати конденсату гріючої пари в секторах і корпусах досягає 15–17 %, а по висоті стовпчика конденсату в секторах і корпусах–90 %. Із зменшенням навантаження турбоустановки розкидання витрат і рівнів конденсату в секторах і корпусах СПП зменшується.

Розроблена методика дозволяє визначити необхідний ступінь дроселювання потоків у різних секторах СПП, ліквідуючу розвірку витрат і рівнів конденсату в них. В роботі одержана таблиця діаметрів дроселюючих шайб, які забезпечують рівномірне розподілення витрат.

У четвертому розділі проведено дослідження теплогідравлічної нестійкості системи СПП в динамічних режимах.

Спрощення реальної схеми СПП полягає в такому:

1. Число паралельних каналів дорівнює двом, а не чотирьом;

2. Кожний апарат СПП представлено у вигляді двох труб, розміщених співосно (труба в трубі). Внутрішня труба має прохідний переріз, рівнозначний сумі прохідних перерізів труб, що входять до складу касет СПП, а периметр її дорівнює сумарному периметру всіх труб касет у корпусі. Міжтрубний переріз (кільцевий переріз між зовнішньою і внутрішньою трубами) дорівнює перерізу для проходу пари, що нагрівається, в реальному апараті СПП.

3. Пара, що нагрівається, рухається в міжтрубному просторі знизу вверх, а гріюча пара – по внутрішній трубі, зверху вниз;

4. Кожний канал містить трубопроводи підведення гріючої пари, відводу конденсату, регулятор рівня конденсату в КЗ і сам КЗ;

5. Зливання конденсату в КЗ відбувається вільно на рівень рідини;

6. Рух пари, яка нагрівається, приймався одномірним, і всі параметри бралися в середньому по перерізу каналу.

Основна увага була приділена розрахунку параметрів гріючої пари і дослідженню процесів, що виникають у касетах пароперегрівача.

Для математичного описання теплогідравлічних процесів в апаратах СПП, трубопроводах обв'язки і в КЗ була записана система звичайних диференціальних рівнянь, яка для умов 3-го блоку РАЕС складає 23 рівняння. Коефіцієнти, що входять у ці рівняння, залежать від геометричних характеристик каналів, теплофізичних властивостей середовища, місцевого опору ділянок.

У випадку, коли в конденсатозбірнику підтримується постійний тиск (Pвих = const), то система рівнянь описує систему СПП – КЗ.

У випадку, коли Pвих № const, до системи 23 рівнянь слід додати ще чотири рівняння, які описують процеси в КЗ із врахуванням роботи регулятора рівня конденсату.

Таким чином, математична модель багатоканальної системи СПП є системою звичайних диференціальних рівнянь, яка містить 27 рівнянь.

Для чисельного інтегрування системи диференціальних рівнянь, яка описує роботу багатоканальної системи СПП, застосовувався метод Кутта – Мерсона, який детально відображений у літературі.

Початкове розподілення параметрів задавалося із попереднього розрахунку системи СПП в стаціонарних умовах.

Для цієї моделі СПП розрахунок проводився в двох варіантах Рвих = const і Pвих № const.

У першому випадку, коли Pвих = const система СПП є стійкою, тобто коливання витрат конденсату і рівня конденсату у трубках СПП не спостерігаються, або, при внесенні збурення, з часом затухають. Тривалість перехідного процесу складає близько 40 – 50 с. Величини відхилень режимних параметрів у перехідних процесах від їх значень в усталеному режимі визначаються значеннями цих параметрів у початковий момент (при t = 0).

У другому випадку, коли Pвих № const, довжини труб підведення гріючої пари і відводу конденсату у СПП1 і СПП2 приймалися такими ж, як у першому випадку. Розрахунок проводився з трьома варіантами завдання початкових умов:

1) у початковий момент часу задавався рівень конденсату в трубках СПП обох апаратів;

2) у початковий момент часу рівень конденсату в трубках обох СПП був відсутнім;

3) у початковий момент часу рівень конденсату був відсутнім тільки в трубках СПП2.

Було одержано такі результати.

У всіх трьох випадках було затухання витрат пари і конденсату із кожного СПП, причому амплітуда коливань витрат пари у випадку 1 у два рази більша амплітуди коливань витрати конденсату. Більша амплітуда коливань рівня спостерігається у СПП2, який має більшу протяжність трубопроводів підводу пари і відводу конденсату.

Зіставлення графіків коливань рівня всіх трьох варіантів для кожного СПП показує, що найменша вже усталена амплітуда загальносистемних коливань рівня виявляється у випадку, коли в початковий період часу в обох СПП був рівень конденсату (дія сил інерції).

Спільним для всіх розглянутих випадків є те, що витрати пари і конденсату у часі змінюється по гармоніках. Амплітуди коливань спочатку зростають і потім стають постійними. Звідси можна зробити висновок, що у випадку конденсації пари в КЗ процес зливу конденсату в КЗ нестійкий.

При зниженні теплового навантаження турбоустановки (СПП) описані коливання зникають.

З метою зниження коливань при нормальній експлуатації пропонується змінити конструктивне оформлення вводу конденсату в КЗ, як це схематично зображено на рис. 4.

На вході конденсату в КЗ пропонується встановити прийомну камеру. У верхній частині прийомної камери слід зробити вікна паровідведення. Нижня частина прийомної камери повинна підпадати під рівень конденсату (з врахуванням можливих коливань рівня конденсату в КЗ, а труба підведення конденсату гріючої пари входить в прийомну камеру таким чином, щоб перекрити паровідвідні вікна (нижче рівня паровідвідних вікон).

При таких змінах вводу конденсату в КЗ зменшується (практично до нуля) конденсація пари в КЗ на струменях переохолодженого конденсату і зберігається перевага режиму Рвих = const, тобто незалежність витрати конденсату від рівня в КЗ.

ВИСНОВКИ

1. Експериментально встановлено, що теплогідравлічні процеси у конденсуючих трубках схильні до автоколивань. Досвід експлуатації систем СПП турбоустановок АЕС підтверджує, що вони схильні до нестабільної роботи. Амплітуда коливань температури конденсату пари, що гріє, може досягати 70 °С, а частота коливань змінюється в широкому діапазоні.

2. Запропоновано розрахунково-теоретичний метод розвўязання поставлених задач:–

уперше для дослідження теплогідравлічних процесів, що протікають швидко, у конденсуючій трубці пароперегрівача використана система рівнянь у приватних похідних, що дозволяє одержати кількісні характеристики досліджуваних процесів;–

уперше при вивченні системи паралельно працюючих СПП розвўязувалися задачі числовими методами. Використано систему звичайних диференціальних рівнянь, що дозволило реалізувати цю задачу на ЕОМ.

3. Розрахунковим шляхом отримано, що в одиночних конденсуючих трубках пароперегрівача в окремих режимах накопичується конденсат, що викликає автоколиванния. Процеси, що сприяють збільшенню стовпа конденсату в трубці, дестабілізують процес. Збільшення опору на рідинній ділянці - стабілізує процес І навпаки.

4. Розрахунковим шляхом отримана залежність розміру DРвих від висоти стовпа конденсату в трубці, при якому процес протікає стабільно.

5. За допомогою принципово удосконаленої математичної моделі вперше отримані розподіли витрат і рівнів стовпа конденсату в різних секторах СПП при різних навантаженнях турбоустановки К-1000-60/3000. Показано, що зі зниженням навантаження зменшується розкид у витратах і рівнях конденсату в різних секторах СПП.

6. Розроблена методика дозволяє визначити необхідний ступінь дроселювання потоків у різних секторах СПП, що ліквідує розвірку витрат. Розраховано таблицю

діаметрів шайб, що забезпечують стабільну роботу секторів СПП і апарата.

7. Розрахунковим шляхом показано, що при подачі переохолодженого конденсату в паровий обўєм КЗ уся система СПП працює нестабильно. Запропоновано механізм розвитку нестабільності, що пояснює фізичні причини виникнення коливань.

8. Для стабілізації роботи КЗ, що сприяє стабільній роботі всієї системи СПП, пропонуються такі конструктивні рішення:–

установити в КС, додатково до регулятора рівня регулятор тиску; –

збільшити гідравлічний опір конденсатних трубопроводів обв'язування, установивши на них дроселюючі шайби;

·

9. Основні результати роботи знайшли промислове використання в НАЕК “Енергоатом” України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Бондаренко В.Н., Герлига В.А., Киров B.C., Козлов А. В. Метод расчета нестационарных теплогидравлических процессов в трубке пароперегревателя СПП // Атомная энергия, 1994.–Т. 77.– № 6. – С. 432-439.

2. Бондаренко В.Н., Демиденко В.Э., Киров В.С. Математическая модель нестационарных процессов в СПП турбоустановки К-1000-60/3000 // Науч. труды молодых ученых. Одесск. гос. политехн. ун-та.–Одесса, 1998.–С. 94 –103.

3. Бондаренко В.Н., Герлига В.Н., Киров В.С., Козлов А.В. Методика расчета статических характеристик СПП турбины К-1000-60/3000 // Науч. труды молодых ученых. Одесск. гос. политехн. ун-та.– Гуманитарные науки. Естественные науки. Технические науки. –Одесса, 1998.– №4.–С. 120 – 125.

4. Бондаренко В.Н., Киров В.С. О теплогидравлической нестабильности пароперегревателей СПП турбоустановок АЭС. Перспективные направления развития экологии, экономики, энергетики: Сб. науч. ст.– Одесса:. ОЦНТЭИ, 1999.– С. 314–318.

5. Бондаренко В.Н., Герлига В.А., Киров В.С., Козлов А.В. Математическая модель статических характеристик СПП турбины К-1000-60/3000 // Сб. научн. тр. Севастопольского института ядерной энергии и промышленности.– 2000.– Вып. 3.– С. 18 – 23.

6. Бондаренко В.Н., Киров В.С. Теплогидравлическая нестабильность пароперегревателей СПП турбоустановок АЭС и способы ее устранения.// Холодильная техника и технология.– Вып. 69.– 2000.– С. 63 – 67.

Рис. 1 Коливання витрати конденсату Рис. 2 Розподіл витрат гріючої

гріючої пари на виході із трубки пари по секторах СПП (100% Nном)

пароперегрівача СПП

Рис. 3 Середній рівень конденсату гріючої Рис. 4 Принципова конструктивна схема

пари в трубках пароперегрівача СПП конденсатозбірника з прийомними

(100% Nном) камерами:

1– вхід конденсату в КЗ; 2 – прийомна камера конденсату гріючої пари; 3 – вікна паровідведення; 4 – труба підводу конденсату в КЗ.

Бондаренко В.М. Теплогідравлічні основи нестабільності роботи СПП турбоустановок АЕС і засоби її усунення. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.14. – Теплові і ядерні енергоустановки. Одеський державний політехнічний університет, Одеса, 2001.

Дисертація присвячена розробці методів аналізу теплогідравлічної нестабільності роботи СПП турбоустановок АЕС і на їх основі вибору рекомендацій для оптимальніших режимів і конструктивних параметрів, що забезпечують стабільну і надійну її роботу. В дисертації вперше з'ясовано механізм нестійкої роботи багатоканальної системи СПП, розроблена методика розрахункового дослідження стійкості роботи одиночних конденсуючих трубок і касет пароперегрівача в цілому на основі співвідношень. Розроблена оригінальна методика розрахункового дослідження (математична модель і спосіб її числової реалізації) стійкості багатоканальної системи СПП спільно з конденсатозбірником і регулятором рівня в конденсатозбірнику. Запропоновано конструктивні рішення, що усувають виникнення нестабільності в роботі СПП. Основні результати роботи знайшли промислове використання.

Ключові слова: теплогідравлічна нестабільність, сепаратор-пароперегрівач (СПП), багатоканальні системи, конденсатозбірник.

Бондаренко В.Н. Теплогидравлические основы нестабильности работы СПП турбоустановок АЭС и способы ее устранения.– Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.14.14.–Тепловые и ядерные энергоустановки. Одесский государственный политехнический университет, Одесса, 2001.

Диссертация посвящена разработке методов анализа теплогидравлической нестабильности работы СПП турбоустановок АЭС и на их основе выбору рекомендаций по предпочтительным режимам и конструктивным параметрам, обеспечивающим стабильную и надежную работу. В диссертации впервые выяснен механизм неустойчивой работы многоканальной системы СПП. Показано, что геометрия элементов трубопроводной обвязки СПП и условий работы различных кассет пароперегревателя СПП оказывают существенное влияние на стабильность работы системы в целом. Установлено также, что некоторые режимы работы конденсатосборника могут вызывать нежелательные эффекты, связанные с пульсациями расхода во всей системе СПП. Составлена полная (уточненная) математическая модель нестационарных теплогидравлических процессов в одиночной конденсирующей трубке пароперегревателя СПП, разработана методика численного решения полученной системы дифференциальных уравнений в частных производных, дающая устойчивые результаты расчета.

Составлена математическая модель теплогидравлических процессов в системе разветвленных трубопроводов подвода греющего пара к кассетам пароперегревателя СПП и методика ее численной реализации. Расчетным путем впервые получено, что разверка по расходу конденсата греющего пара в секторах и корпусах достигает 15 – 17 %, а по высоте столба конденсата в секторах и корпусах – 90 %. С уменьшением нагрузки турбоустановки разброс расходов и уровней конденсата в секторах и корпусах СПП уменьшается. Математическая модель позволяет определить потребную степень дросселирования потоков в различных секторах СПП, ликвидирующих разверку расходов и уровней конденсата в них.

Разработана оригинальная методика расчетного исследования (математическая модель и способ ее численной реализации) динамической устойчивости многоканальной системы СПП совместно с конденсатосборником и регулятором уровня конденсата в конденсатосборнике. Анализ полученных результатов показал, что при попадании в конденсатосборник переохлажденного конденсата, в нем появляются гармонические колебания расхода конденсата, которые провоцируют неустойчивую работу всей системы СПП.

Стабилизации системы способствуют такие мероприятия: увеличение гидравлического сопротивления трубопроводов слива конденсата, уменьшение интенсивности конденсации пара в паровом объеме конденсатосборника на струях сливающегося конденсата, поддержание постоянного давления в конденсатосборнике. Предложены конструктивные решения, устраняющие возникновение нестабильности в работе СПП.

Основные результаты работы нашли промышленное применение в НАЭК “Энергоатом”.

Ключевые слова: теплогидравлическая нестабильность, сепаратор-пароперегреватель (СПП), многоканальные системы, конденсатосборник.

Bondarenko V.N. Hydraulic principles unstable operation of the separater - heater (SH) of turbine installations at APS and the ways of its elimination. -Manuscript.

Thesis for candidate's degree (technical sciences), speciality 05.14.14 - Thermal and nuclear installations - Odessa State Technical University, Odesa, 2001.

The thesis deals with elaboration of methods to analyse hydraulic principles of unstable operation of the separator - heater (SH) of turbine installations at APS and choosing on their basis recommendations for optimum conditions and constructive parameters which secure stable and reliable operation.

For the first time the mechanism of unstable operation of multi-channel system SH is explained, the methods of calculative investigation of stability of operation of single condensation tubes and reheater assemblies are worked out on the correlation basis.

Original methods of calculative investigation (math model and its numerical realization) of stability of multi-channel system SH together with the condensation chamber and level regulators in the condensation chamber are elaborated.

Some constructive solutions to eliminate (operation) instability of SH are suggested.

Key words: hydraulic instability, separater - heater, multi-channel system, condensation chamber.