Розробка вакуумно-випарного термотрансформатора для системи охолодження атомної електростанції

Автор(и)

  • Victoria Tarasova Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (ІПМаш) вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0003-3252-7619
  • Mikhail Kuznetsov Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (ІПМаш) вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0002-5180-8830
  • Dionis Kharlampidi Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (ІПМаш) вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0003-4337-6238
  • Andrey Kostikov Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (ІПМаш) вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046, Україна https://orcid.org/0000-0001-6076-1942

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175679

Ключові слова:

вакуумно-випарна теплонасосна установка, атомна електростанція, термоекономічна модель, зведені витрати

Анотація

Роботу присвячено розробці методу оптимального проектування вакуумно-випарних теплонасосних установок (ТНУ) для системи охолодження технологічного обладнання другого контуру атомної електростанції (АЕС) з використанням сучасних методів термодинамічного аналізу та термоекономічної оптимізації.

Запропоновано дві схеми включення вакуумно-випарної ТНУ в систему охолодження другого контуру АЕС. Перша схема передбачає використання ТНУ в комплексі з існуючою градирнею і дозволяє доохолодити воду після градирні з 30 °С до 25 °С. За другою схемою тільки ТНУ здійснює охолодження води до необхідних параметрів.

Розроблено термодинамічну модель для прогнозування статичних характеристик ТНУ. Проаналізовано термодинамічні властивості води як холодоагенту, оцінено їх вплив на режимні параметри і енергетичну ефективність парокомпресійного циклу. Встановлено, що вода повністю відповідає всім вимогам екологічної безпеки, які пред'являються до робочих речовин теплових насосів. Її використання дозволяє забезпечити високі енергетичні показники циклу в порівнянні з синтетичними холодоагентами. До проблемних аспектів використання води можна віднести характерну для пароводяного циклу високу температуру в кінці процесу стиснення. Однак шляхом застосування двох секційного конденсатора з утилізацією теплоти зняття перегріву пари вплив цієї температури на енергетичні, а також експлуатаційні показники установки, можна нівелювати.

З використанням графоаналітичного апарату побудови С-кривих здійснено вибір раціональних схемно-циклових рішень вакуумно-випарної теплонасосної установки, які забезпечують ефективну роботу установки для охолодження технологічного обладнання другого контуру АЕС, оцінено капіталомісткість системи.

На основі моделювання теплогідравлічних процесів в контурі циркуляції холодоагенту виконано термоекономічну оптимізацію і визначено режимно-конструктивні характеристики установки, які відповідають мінімуму зведених витрат при її експлуатації

Біографії авторів

Victoria Tarasova, Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (ІПМаш) вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Кандидат технічних наук, старший науковий співробітник

Відділ моделювання та ідентифікації теплових процесів

Mikhail Kuznetsov, Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (ІПМаш) вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Кандидат технічних наук, науковий співробітник

Відділ моделювання та ідентифікації теплових процесів

Dionis Kharlampidi, Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (ІПМаш) вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Доктор технічних наук, провідний науковий співробітник

Відділ моделювання та ідентифікації теплових процесів

Andrey Kostikov, Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (ІПМаш) вул. Пожарського, 2/10, м. Харків, Україна, 61046

Доктор технічних наук, член-кореспондент НАН України, заступник директора

Посилання

  1. Li, Q., Amibe, D. A., Müller, N. (2011). Using water vapor as refrigerant in multistage variable speed turbo compressor to improve seasonal energy efficiency ratio of air conditioning. International Journal of Air-Conditioning and Refrigeration, 19 (02), 131–140. doi: https://doi.org/10.1142/s2010132511000491
  2. Li, Q., Piechna, J., Müller, N. (2011). Numerical simulation of novel axial impeller patterns to compress water vapor as refrigerant. Energy, 36 (5), 2773–2781. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2011.02.017
  3. Patil, M., Müller, N. (2013). Structural analysis of continuous fiber wound composite impellers of a multistage high-speed counter rotating axial compressor for compressing water vapor (R-718) as refrigerant using Finite Element Analysis. Materials & Design, 50, 683–693. doi: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2013.03.004
  4. Chamoun, M., Rulliere, R., Haberschill, P., Berail, J. F. (2012). Dynamic model of an industrial heat pump using water as refrigerant. International Journal of Refrigeration, 35 (4), 1080–1091. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2011.12.007
  5. Chamoun, M., Rulliere, R., Haberschill, P., Peureux, J.-L. (2014). Experimental and numerical investigations of a new high temperature heat pump for industrial heat recovery using water as refrigerant. International Journal of Refrigeration, 44, 177–188. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2014.04.019
  6. Chamoun, M., Rulliere, R., Haberschill, P., Berail, J. F. (2012). Water vapour as refrigerant for a new high temperature heat pump. Holodil'naya tehnika, 12, 30–35.
  7. Šarevski, M. N., Šarevski, V. N. (2014). Preliminary study of a novel R718 refrigeration cycle with single stage centrifugal compressor and two-phase ejector. International Journal of Refrigeration, 40, 435–449. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2013.12.005
  8. Marinyuk, B. T., Krysanov, K. S. (2014). Vacuum -evaporating refrigerating installation with air-cooled condenser. Holodil'naya tehnika, 3, 32–34.
  9. Chistyakov, F. M., Poltaraus, V. B. (1986). Pat. No. SU 1204891 A. F 25 B 29/00, 11/00. Teplovoy nasos. published: 15.01.1986, Bul. No. 2.
  10. Šarevski, M. N., Šarevski, V. N. (2016). Water (R718) Turbo Compressor and Ejector Refrigeration / Heat Pump Technology. Elsevier, 304. doi: https://doi.org/10.1016/c2015-0-01782-8
  11. Yuan, Q. S., Blaise, J. C. (1988). Water – a working fluid for CFC replacement. International Journal of Refrigeration, 11 (4), 243–247. doi: https://doi.org/10.1016/0140-7007(88)90081-3
  12. Koshkin, N. N., Sakun, I. A., Bambushek, E. M. et. al.; Sakun, I. A. (Ed.) (1985). Holodil'nye mashiny. Leningrad: Mashinostroenie, 510.
  13. Mayake, V., Ehkkert, Yu., Koshpen, Zh. L. (1998). Uchebnik po holodil'noy tehnike. Mosow: Moskovskiy universitet, 1138.
  14. Adler, Yu. P., Markova, E. V., Granovskiy, Yu. V. (1976). Planirovanie ehksperimenta pri poiske optimal'nyh usloviy. Moscow: Nauka, 280.
  15. Lachner, B. F., Nellis, G. F., Reindl, D. T. (2007). The commercial feasibility of the use of water vapor as a refrigerant. International Journal of Refrigeration, 30 (4), 699–708. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2006.09.009
  16. Kharlampidi, D., Tarasova, V., Kuznetsov, M., Omelichkin, S. (2016). Application of graphic apparatus of c-curves for the analysis and optimization of supercritical cycles of thermotransformers. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (8 (83)), 20–25. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.79988
  17. Matsevitiy, Yu. M., Harlampidi, D. H., Tarasova, V. A., Kuznetsov, M. A. (2018). Innovatsionnye sistemy termotransformatsii. Analiz. Sintez. Optimizatsiya. Kharkiv: ChP «Tehnologicheskiy Tsentr»,192.
  18. Morandin, M., Mercangöz, M., Hemrle, J., Maréchal, F., Favrat, D. (2013). Thermoeconomic design optimization of a thermo-electric energy storage system based on transcritical CO2 cycles. Energy, 58, 571–587. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2013.05.038
  19. Wall, G. (1991). Optimization of refrigeration machinery. International Journal of Refrigeration, 14 (6), 336–340. doi: https://doi.org/10.1016/0140-7007(91)90029-g
  20. Yantovskiy, E. I. (1988). Potoki ehnergii i ehksergii. Moscow: Nauka, 144.
  21. Kuznetsov, M., Tarasova, V., Kharlampidi, D. (2019). Method for the Optimal Design of Vacuum-Evaporative Heat Pumps. Journal of Mechanical Engineering, 22 (2), 21–31. doi: https://doi.org/10.15407/pmach2019.02.021

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-08-12

Як цитувати

Tarasova, V., Kuznetsov, M., Kharlampidi, D., & Kostikov, A. (2019). Розробка вакуумно-випарного термотрансформатора для системи охолодження атомної електростанції. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(8 (100), 45–56. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175679

Номер

Том 4 № 8 (100) (2019): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Victoria Tarasova, Mikhail Kuznetsov, Dionis Kharlampidi, Andrey Kostikov

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.