Предварительная оценка характеристик оборудования цикла Брайтона на сверхкритических параметрах СО2

28.03.2023 2023 - №01 Aтомные электростанции

С.Т. Лескин В.И. Слободчук А.С. Шелегов Д.С. Соловьев

https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.02

Представлен предварительный расчет основных теплотехнических и геометрических параметров проточной части турбины на сверхкритическом диоксиде углерода. Турбины такого типа предполагается использовать в цикле Брайтона тепловой схемы энергоблока ЯЭУ с жидкометаллическим теплоносителем, термический КПД которого может достигать 50%. Расчет проточной части турбины проведен с использованием общепринятых в практике проектирования газовых и паровых турбин. В результате расчета получены основные характеристики ступеней новой турбины. Рассмотрены возможные схемы компоновки основного тепломеханического оборудования применительно к энергоблоку с реактором типа БН-1200М. На основании выполненных предварительных расчетов получен ряд определяющих параметров рабочего цикла применительно к использованию на АЭС с перспективными реакторными установками с жидкометаллическим теплоносителем. Выполнена первичная оценка характеристик основного теплообменного оборудования цикла.

Ссылки

1. Bender M. et al. Gas-Cooled Fast Reactor Concepts, USAEC Report ORNL-3642. – Oak Ridge National Laboratory, 1964. – 236 p.
2. Гохштейн Д.П., Верхивкер Г.П. Применение СО2 в качестве теплоносителя и рабочего тела на АЭС. // Атомная энергия. – 1969. – Т. 26. – Вып. 4. – С. 378-380. Электронный ресурс: http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t26-4_1969/go,62/ (дата доступа 03.05.2022).
3. Dievoеt J.P. The Sodium-CO2 Fast Breeder Reactor Concept. / Proc. of the International Conference on Sodium Technology and Large Fast Reactor Design, Argonne National Laboratory. – Argonne, Illinois, November 7-9, 1968.
4. Dostal V., Driscoll M.J., Hejzlar P. A Supercritical Carbon Dioxide for Next Generation Nuclear Reactors. MIT-ANP-TR-100, 2004. – 326 p.
5. Алтунин В.В. Теплофизические свойства двуокиси углерода. – М.: Издательство стандартов, 1975. – 553 с.
6. Гольба В.С., Белозеров В.И. Расчет проточной части паровых турбин. Уч. пособ. по курсу «Тепломеханическое оборудование АЭС». – Обнинск: ИАТЭ, 1990. – 76 с.
7. Комаров О.В., Блинов В.Л., Шемякинский А.С. Тепловые и газодинамические расчеты газотурбинных установок. Уч.-метод. пособ. – Екатеринбург: Уральский университет, 2018. – 164 с.
8. Feher E.G. The Supercritical Thermodynamic Power Cycle. // Energy Conversion. – 1968. – Vol. 8. – No. 2. – PP. 85-90. DOI: https://doi.org/10.1016/0013-7480(68)90105-8 .
9. Lewis J., Clementoni E., and Cox T. Effect of Compressor Inlet Temperature on Cycle Performance for a Supercritical Carbon Dioxide Brayton Cycle. / Proc. of the VI-th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium. March 27 - 29, 2018. – Pittsburgh, Pennsylvania.
10. Heshmat H., Walton J.F., Cordova J.L. Technology Readiness of 5th and 6th Generation Compliant Foil Bearing for 10 MWE S-CO2 Turbomachinery Systems. / Proc. of the VI-th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium. March 27 - 29, 2018. – Pittsburgh, Pennsylvania.
11. Shultz R., Narayanaswamy A. Magnetic Bearings for Supercritical CO2 Turbomachinery. / Proc. of the VI-th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium. March 27 - 29, 2018. – Pittsburgh, Pennsylvania.
12. Zhua Y., Jianga Y., Lianga S., Guoa Y., Guoa Ch., Yuea P. Numerical Study of Super-Critical Carbon Dioxide Flow in Stepped-Staggered Labyrinth Seals. / Proc. of the VI-th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium. March 27 - 29, 2018. – Pittsburgh, Pennsylvania.
13. Li F., Pei B., Chen Z., Bai B. Study of Flow and Heat Transfer of CO2 at Supercritical Pressure. / Proc. of the VI-th International Supercritical CO2 Power Cycles Symposium. March 27 - 29, 2018. – Pittsburgh, Pennsylvania.
14. Angelino G. Carbon Dioxide Condensation Cycles for Power Production. // Journal of Engineering for Power. – 1968. – Vol. 90. – No. 3. – PP. 287-295. DOI: https://doi.org/10.1115/1.3609190 .
15. Angelino G. Real Gas Effects in Carbon Dioxide Cycles. // ASME Paper No. 69-GT-102. – 1969. – 12 p. DOI: https://doi.org/10.1115/69-GT-102 .
16. Dievoеt J.P. The Sodium-CO2 Fast Breeder Reactor Concept. / Proc. of the International Conference on Sodium Technology and Large Fast Reactor Design, Argonne National Laboratory. – Argonne, Illinois, November 7-9, 1968.
17. Рассохин Н.Г. Парогенераторные установки атомных станций. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 384 с.
18. ПНАЭ Г-7-002-86. Нормы расчета на прочность оборудования и трубопроводов атомных энергетических установок. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 525 с.
19. Кириллов П.Л., Юрьев Ю.С., Бобков В.П. Справочник по теплогидравлическим расчетам (ядерные реакторы, теплообменники, парогенераторы). – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 296 с.
20. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.
21. Chai Lei, Tassou Savvas A. A Review of Printed Circuit Heat Exchangers for Helium and Supercritical CO2 Brayton Cycles. // Thermal Science and Engineering Progress. – 2020. – No. 18. –PP. 1-22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2020.100543 .

цикл Брайтона сверхкритический CO2 реакторы с жидкометаллическим теплоносителем газовая турбина степень реакции ступени оптимальное соотношение скоростей

Ссылка для цитирования статьи: Лескин С.Т., Слободчук В.И., Шелегов А.С., Соловьев Д.С. Предварительная оценка характеристик оборудования цикла Брайтона на сверхкритических параметрах СО2. // Известия вузов. Ядерная энергетика. – 2023. – № 1. – С. 19-32. DOI: https://doi.org/10.26583/npe.2023.1.02 .