1. Изображение идеального цикла Ренкина на насыщенном паре в диаграмме ts. Определение процессов цикла. Кпд цикла Ренкина

• Название: 1. Изображение идеального цикла Ренкина на насыщенном паре в диаграмме ts. Определение процессов цикла. Кпд цикла Ренкина
• Дата: 21.06.2021
• Размер: 403.84 Kb.
• Имя файла: po_biletam (2).docx
• Тип: Документы; #219792
• страница: 3 из 5

Часть общего запаса реактивности, компенсируемая одними подвижными поглотителями в реакторе, называется оперативным запасом реактивности

отечественных реакторах типа ВВЭР введено борное регулирование, позволяющее величину оперативного запаса реактивности постоянно поддерживать в пределах, гарантирующих ядерную безопасность реактора (в режимах нормальной эксплуатации в активную зону частично опущена только регулирующая группа с физическим весом, меньшим величины э, остальные девять групп поглотителей полностью извлечены из активной зоны, остальная часть общего запаса реактивности компенсируется выгорающими поглотителями (где они есть) и, главным образом, борной кислотой в теплоносителе). К тому же, введение или выведение борной кислоты в воду первого контура практически не изменяет форму нейтронного поля в реакторе, поскольку она в объёме активной зоны распределяется равномерно.

3. Влияние изменения параметров пара и давления в конденсаторе на экономичность работы турбин АЭС.

Экономичность турбины и теплового цикла в целом повышается с ростом начальных параметров пара. В паровых турбинах отечественных АЭС начальные параметры пара относительно невысоки (4,2...8 МПа; 27О...285°С). Это обусловлено особенностями конструкции и эксплуатации ППУ АЭУ АЭС. Выбор начальных параметров производится с учетом факторов:

- технически допустимая tТН на выхо­де из реактора; - надежность других элементов АЭС, в том числе турбины (в частности эрозионная); - влияние параметров т.н. на коэффициент воспро­изводства; - уменьшение глубины выгорания из-за вредных потерь нейтронов в стальных покрытиях ТВЭЛов реакторов при высоких tТН; - влияние параметров на входе в турбину на КПД турбинной установки и КПД АЭС нетто; - необходимость в некоторых случаях снижения tТН на входе в реактор; - влияние параметров т.н. и рабочего вещества турбины на конструкцию и стоимость оборудования АЭС.

В качестве материала оболочек ТВЭЛов ЯР в настоящее время применяется циркониевый сплав, нейтронно-физические характеристики которого позволяют использовать ядерное топливо с довольно низким обогащением (4%) слабо поглощающий нейтроны. Это дает ощутимые материальные выгоды при строительстве и дальнейшей эксплуатации АЭС, главным образом, за счет значительного снижения стоимости ядерного топлива. В то же время рабочая температура циркониевых оболочек, допускающая их надежную работу в составе активной зоны ЯР, составляет 350°С. В связи с этим, с учетом необходимого запаса по кипению теплоносителей, а также требуемых температурных напоров при передаче тепла от теплоносителя к рабочему телу, максимально возможная температура последнего в АЭУ отечественных АЭС составляет 270...285 °С.

При выборе начального давления свежего пара необходимо учитывать следующее:

1. При постоянной начальной температуре рабочего тела с повышением начального давления эквивалентная температура цикла и располагаемый теплоперепад турбины растут лишь до определенного предела, поэтому КПД цикла имеет максимум, величина которого зависит от величины начальной температуры.

2. Рост начального давления при постоянной температуре приводит к увеличению степени влажности в конце процесса расширения, что снижает значение внутреннего КПД турбины, а следовательно, и всего цикла. А также проявление эрозии.

3 . Рост давления увеличивает напряжения в элементах установки, что приводит к увел стоимости и сниж. маневренности.

Если температура пара задана (что определяется температурным режимом ЯР и ПГ), то предельно высокую экономичность (термический КПД) будет иметь цикл на насыщенном паре.

Выбор давления в главном конденсаторе. Снижение рк ведет к увеличению КПД рабочего цикла и энергетической установки АЭС: Для АЭС с ВВР и влажнопаровым циклом рабочего тела уменьшение р с 4...3 кПа повышает КПД на 2...3'%; увеличение р,, с 4...5 кПа снижает КПД более чем на-1,7%

Снижение давления в ГК требует увеличения теплопередающей поверхности конденсатора, увеличения его массогабаритных показателей и стоимости. Для снижения рк при постоянной поверхности теплообмена необходимо уменьшить температуру конденсации, что при фиксированном значении температуры охлаждающей воды приведет к снижению температурного напора теплопередачи и увеличению расхода охлаждающей воды (увеличению кратности циркуляции) и соответствующих энергозатрат. Выбор рк тесно связан с климатическими условиями местонахождения АЭС и зависит от принятой системы технического водоснабжения. Чем ниже расчетное значение температуры охлаждающей воды, тем с меньшими энергетическими затратами и при меньшем увеличении поверхности теплопередачи можно достичь сниж рк.

При снижении рк увеличивается влажность и объемные расходы пара в последних ступенях ЦНД турбины. Это усложняет конструкцию турбины, особенно ее последней ступени, ведет к увеличению массогабаритных показателей и снижению КПД турбины, усиливает эрозионные процессы в ЦНД. Следует отметить, что при большом снижении рк в рабочей или сопловой решетке последней ступени ЦНД может быть достигнута критическая скорость парового потока и полностью использована расширительная способность косого среда решеток. Соответствующее этому давление рк называют предельным. Дальнейшее уменьшение рк< рпред не дает прироста мощности турбины.
Билет 17.

1. Регулирование турбоагрегата, работающего на автономную сеть. Измеритель частоты вращения. Исполнительный орган регулятора частоты вращения. Схема регулятора с механическими связями. Статическая характеристика регулятора частоты вращения ТА. Способы смещения статической характеристики.

Р абота ТА на автономную сеть используется редко – например при питании только собственных нужд ЭБ.

Турбоагрегат, работающий на автономную сеть, должен регулироваться регулятором частоты вращения, так как необходимо обеспечить постоянство частоты тока в автономной сети. Измеритель частоты вращения может быть механический (вращающиеся грузы с удерживающей их пружиной), гидравлический (центробежный насос, напор которого зависит от частоты вращения) или электрический (генератор тока, напряжение которого зависит от частоты вращения). Исполнительный орган регулятора – клапан, регулирующий подачу пара на турбину. Регулирование расхода: дроссельное, сопловое, скользящих параметров.

1. измеритель частоты вращ; 2 рычаг; 3 золотник; 4 сервомотор; 5 паровой регулирующий клапан; 6 поток силовой жидкости; 7 слив силовой жидкости; 8 поток пара.

Сервомоторное регулирование – за счет перемещения муфты измерителя частоты вращения перемещается золотник регулятора, который управляет потоком силовой жидкости, она перемещает поршень сервомотора и вместе с ним регулирующий клапан. Золотник с сервомотором – усилитель.

С татическая характеристика – совокупность точек, каждая из которых представляет собой параметры возможного установившегося режима работы ТА. Т.е. если нагрузить генератор любой нагрузкой из рабочего диапазона, то для каждого случая получим вполне определенное значение частоты вращения, соответствующее точке статической характеристики. При увеличении мощности частота вращения сниж.

Для смещения статической характер вверх или вниз, достаточно произвести перенастройку регулятора. Т.е. смещение характ. позволит при неизменной мощности Р1 перейти из точки а в б и при этом увеличить частоту вращения.

Для смещения характеристики достаточно: а) изменить натяжение пружин в измерителе частоты вращения;

б) изменить длину звена связи с рычагом 2 либо измерителя частоты вращения, либо золотника, либо сервомотора. Изменение длины связи с золотником можно заменить смещением буксы золотника
3. Физическая сущность аэродинамических сил, действующих на рабочие лопатки; формулы Эйлера для окружной и осевой сил.

Известны два принципа силового воздействия парового потока на рабочие лопатки: активный и реактивный. Рассмотрим движение парового потока в рабочей решетке чисто активной турбинной ступени с ρ=0. Здесь, как отмечалось ранее, расширение пара и ускорение парового потока происходит только в сопловых решетках; Давление пара перед рабочей решеткой и за ней одинаковое. Если пар рассматривать как идеальный газ, то относительные скорости парового потока на входе в рабочую решетку W1 и на выходе из нее W2 одинаковы (W1=W2).

П усть на рабочую лопатку с профилем полукруглой формы направлена струя пара, как указано на рис. Частицы пара, двигаясь у криволинейной поверхности лопатки, приобретают центробежные силы, которые действуют на лопатку в направлении, перпендикулярном поверхности лопатки и приводят ее в движение. Эти силы по законам механики можно разложить на две составляющие: в окружном (и) и осевом (а) направлении. Осевые составляющие ввиду симметрии профиля лопатки относительно оси решетки при указанной на рис. схеме обтекания направлены во взаимно противоположные стороны и равны по величине. Они взаимно уничтожаются и не оказывают влияния на движение лопатки. Окружные составляющие становятся тем больше, чем частицы пара ближе к оси решетки АБ. Равнодействующая окружных сил Р создает крутящий момент и заставляет лопатку перемещаться в окружном направлении (вращаться), совершая таким образом механическую работу. Силовое воздействие парового потока здесь обусловлено поворотом струи в межлопаточном канале (активный принцип).

В реальных рабочих решетках активных ступеней при ρ=0 профили лопаток не имеют форму правильных полуокружностей, симметричных оси решетки, направления скоростей W1 и W2 не совпадают с направлением движения лопаток, ввиду потерь энергии в решетке W2 < W1, поэтому осевые составляющие центробежных сил не уравновешиваются. Равнодействующая всех сил Ракт направлена под некоторым углом γ к оси решетки (рис.б).

В каналах рабочей решетки реактивной турбинной ступени продолжается расширение пара (р2<р1) и увеличение относительной скорости парового потока (W2>W1). В результате возникает реактивная сила РРЕАК. Направление зависит от формы рабочих лопаток и межлопаточного канала рабочей решетки, величины и направления скоростей W1, W2.

Pu=G(W1∙cosβ1+W2∙cosβ2); Pa=G(W1∙sinβ1-W2∙sinβ2)+F(p1-p2) –формулы Эйлера для окружной и осевой силы.

С помощью треугольника скоростей: Pu=G(с1∙cosα1+с2∙cosα2); Pa=G(с1∙sinα1 - с2∙sinα2)+F(p1 - p2). P=√P2u+P2a .
Билет 18.
2. Когда и почему в реакторе образуется «йодная яма»?

С момента останова реактора величина Ф0=0, и дифференциальные уравнения отравления реактора приобретают более простой вид. Решение второго из них имеет вид - экспоненты закона радиоактивного распада.

Что касается первого уравнения, то и не решая его, можно увидеть, что, поскольку правая его часть в момент останова положительна, то и левая его часть также положительна, то есть dNXe/dt>0. Положительный знак производной означает, что с момента останова реактора функция NXe(t)  возрастающая, поскольку скорость образования ксенона из распадающегося йода превышает скорость его распада.

Н о по мере распада накопленного до останова йода скорость его распада падает (по экспоненте), а это значит, что и величина dNXe/dt - тоже падает со временем, и это падение будет продолжаться, очевидно, до тех пор, пока уменьшающаяся скорость распада йода (равная скорости образования из него ксенона) не сравняется со скоростью распада ксенона.

В этот момент t*  величина первой производной dNXe/dt  станет равной нулю, а это значит, что величина концентрации ксенона NXe(t*) в этот момент достигнет максимума, после чего производная dNXe/dt станет отрицательной, а сама функция NXe(t)  убывающей функцией. И это несложно понять, поскольку, начиная с этого момента t*, нераспавшегося йода осталось настолько мало, что скорость образования ксенона из распадающегося йода становится меньше скорости распада ксенона. Текущее значение концентрации ксенона после момента t* будет падать, и это падение будет продолжаться до тех пор, пока не распадётся весь накопленный в реакторе йод и весь накопленный и полученный из йода ксенон.

Йодная яма  это нестационарное переотравление реактора ксеноном сверх отравления его на момент останова, обусловленное превышением темпа распада йода, накопленного до момента останова, над темпом распада ксенона

Любую йодную яму можно охарактеризовать двумя параметрами  глубиной Δρ*Xe и временем наступления максимума (t*), зависящими от режимных параметров реактора.

Итак, характер изменения нестационарного отравления реактора ксеноном после его останова имеет две качественных стадии: стадия роста отравления сверх отравления реактора на момент останова, завершающаяся достижением максимума отравления, и следующая за ней стадия разотравления реактора до нуля.
3. Возвращенное тепло и его использование в ступенях многоступенчатой турбины.

Возвращенное тепло - это часть потерь энергии в ступенях многоступенчатой турбины, которая полезно используется в после­дующих ступенях.

Внутренние потери кинетической энергии в ступенях преобразуются в тепло, повышая энтальпию рабочего тела, поступающего в следующие ступени, и увеличивая тем самым располагаемые теплоперепады в этих ступенях. При этом в области перегретого пара повышается его температура, а в области влажного пара уменьшается его влажность. Процесс расширения пара в виду потерь сдвигается в сторону роста энтропии, где перепад энтальпий, приходящийся на определенный перепад давлений увеличивается. На i, s — диаграмме изобары не эквидистантны — с ростом энтропии расходятся.

Возвращенное тепло представляет разность между полной потерей кинетической энергии в ступенях и невозвратной потерей из-за политропичности процесса. Для удобства расчетов: вводится понятие коэффициента возвращенного тепла qt - это отношение величины возвращенного тепла к располагаемому теплоперепаду турбины по основной изоэнтропе qt = Q/Hat.

Величина qt зависит от следующих факторов:

- от состояния пара. В области перегретого пара qt больше, так как изобары в этой области расходятся в большей степени;

- от числа ступеней г. С увеличением z - qt возрастает;

- от внутреннего КПД турбины ηit : qt увеличивается с уменьшением ηit, так как при этом растут потери энергии, процесс расширения пара сдвигается в сторону увеличения энтропии, где изобары расходятся в большей степени.

Однако из этого не стоит делать вывод, что потери энергии являются положительным фактором, так как возвращается для полезного использования в турбине лишь их небольшая часть, увеличение внутренних потерь энергии в ступенях ведет к существенному снижению КПД турбины. В действительности же положительным фактором служит увеличение числа ступеней турбины, что и обуславливает явление возврата тепла.
Билет 19.

1. Факторы, определяющие выбор разделительного давления в ППУ:

От величины разделительного деления рразд непосредственно зависит влажность пара за ЦВД и ЦНД, массогабаритные показатели узла СПП, величина потерь тепла на участке сепарации и перегрева. Рразд должно быть подобрано таким, чтобы влажность пара на выходе из ЦВД и ЦНД была в пределах нормы (1-хцвд 13…14%; 1-хцнд 9…10%, для тихоходных ТА 1-хцнд<13%).Чем выше рразд тем меньше влажность пара на выходе из ЦВД, но тем больше влажность за ЦНД.

Увеличение давления рразд влияет на массогабаритные показатели перегревателя. Увеличение давления ведет к уменьшению количества передаваемого тепла и улучшает коэффициент теплоотдачи от поверхности нагрева к пару, в результате чего увеличивается коэффициент теплопередачи. Оба эти фактора способствуют уменьшению необходимой поверхности теплопередачи и массогабаритных показателей СПП. Потери тепла также зависят от значении Рразд, исследования показывают, что существует оптимальное Рразд, при котором тепловые потери минимальны. В общем случае можно принять, что величина разделительного давления зависит только от давления свежего пара. Рекомендуется линейная зависимость, которая дает оптимальное с точки зрения экономичности установки значение разделительного давления

рразд опт = 0,12 рнач + 0,13 МПа, где рнач – давление пара на входе в ЦВД. Данное значение следует считать как первое приближение, для окончательного решения необходимо учесть влияние на значения влажности за ЦВД и ЦНД.

Увеличение pРАЗД уменьшает теплоперепад, срабатываемый в ЦВД, сокращает проточную часть (число ступеней) и уменьшает влажность его в последней ступени. При этом теплоперепад, число ступеней и влажность пара в последних ступенях ЦНД увеличивается, что видно при изображении процессов расширения пара в I,S – диаграмме для различных значений pРАЗД. Уменьшение pРАЗД ведёт к увеличению удельного объёма и объёмных расходов пара в СПП, что требует увеличения его массогабаритных показателей. СПП представляют собой весьма габаритные и сложные устройства, требующие использования дорогостоящих конструкционных материалов.
3. Внутренний КПД турбинной ступени и его зависимость от скоростной характеристики ступени

В нутренний КПД турбинной ступени ηi- это отношение внутренней работы (использованного теплоперепада) к располагаемой энергии ступени (располагаемому теплоперепаду) ηi=hi/h’a. Внутренний КПД является более полной характеристикой экономич­ности ступени. Он может быть также выражен через КПД на окружности и сумму коэффициентов дополнительных внутренних потерь энергии. ηi = ηu-∑ ξ i .

Величина всех дополнительных потерь энергии зависит от отношений скоростей u\c10 или u\cф и увеличивается с их ростом. Эти потери не только снижают экономичность ступени, но и уменьшают то отношение скоростей, при котором ηi, будет максимальным.
Билет 20.