Реферат
Проектирование ядерных энергетических установок атомной электростанции в учебных целях
Содержание
1. Цели и задачи проектирования ЯЭУ АЭС
. Нормы проектирования в соответствии с требованиями ЕСКД
. Руководящие документы по проектированию
. Особенности проектирования энергоблока АЭС в учебных целях
Литература
. 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:
) систематизация и закрепление знаний, полученных на лекциях;
) получение навыков самостоятельного принятия решений по комплексному кругу проблем общеустановочного характера (изучение состояния вопроса, выбор оптимального решения);
) получение навыков в реализации принятых решений (воплощение решений в конкретные конструкции и схемы, выбор расчетных методик и определение параметров, характеризующих конструктивное и схемное решение);
) 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:
) ознакомление с современными требованиями к ЯЭУ АЭС и с современными подходами к их реализации;
) рекомендации по выбору основных конструктивных и схемных решений при проектировании ЯЭУ АЭС;
) методики, позволяющие произвести несложные, но достаточно достоверные расчеты по оценке основных параметров элементов ЯЭУ и ЯЭУ в целом;
) 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.
. 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.
. 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.