1、 畢業設計（論文）任務書 2015 屆 機械工程及自動化 專業題 目： 核電站蒸汽發生器傳熱管束結構設計 子 題：學生姓名： 班級學號：指導教師： 職 稱：所在系（教研室）：機電與信息工程系下達日期：2014年7月4日 完成日期：2015年5月18日摘 要 當今社會，機械工業是一個國家的重要產業，機械工業的發展無時不刻都在影響著國家經濟的發展，人類的進步離不開機械工業的發展。在全球經濟發展的大環境下，中國各個行業被其他國家的先進技術影響的同時，越來越多的外國企業和品牌傳播到中國已經成為現實。在新的市場需求的推動下，對核電站蒸汽發生器傳熱管束進行改良和優化是當務之急。有大型核電站蒸汽發生器傳熱管

2、束生產設備企業對設備的安全指標的有著一定生產的嚴格要求。在生產設備的企業，充分考慮到在設備運行中可能出現的問題，從而減少噪聲污染引起的振動或不當操作設備的現象等。國內核電站蒸汽發生器傳熱管束設備的研發及制造要與全球號召的高效經濟、安全穩定主題保持一致。核電站蒸汽發生器傳熱管束的發展與人類社會的進步和科學技術的水平密切相關。 本次設計是關于核電站蒸汽發生器傳熱管束結構的設計，通過對傳統的核電站蒸汽發生器傳熱管束結構進行了改進和優化，使得此種類型的核電站蒸汽發生器傳熱管束結構的使用范圍更廣泛，更加靈活，并且對今后的選型設計工作有一定的參考價值。 For a lot of special place

3、s, like the risk is very big, or we are difficult to reach, such as disarm bombs, unknown corresponding domains such as detection, probing deep of more dangerous situation usually need to implement the robot.Its a main part of robot for micro pedipulator, walking robots and more than six feet, compa

4、red to the Eight Legged Robot, because of strong bearing capacity, good stability, which the meritss is simple construction, So, a large number of researchers around the world, start generally attach importance.This paper mainly to the four bar mechanism as the main execution elements to design of m

5、icro walking the whole scheme of the four bar mechanism. Its principle is diagonal synchronization, leg activity by the structure of the crank rocker, front leg movements around the same, it detailed performance curve characteristics of the connecting rod,when the curve trajectory diagonal straight

6、line segment, the robot is stationary, the motion trajectory when the diagonal curve is slanting line do the walking motion, robot. The miniature walking robot is mainly driven by DC servo motor, so as to drive the leg action driven synchronous belt wheel by a crank and rocker mechanism. so the desi

7、gn of a special press be imperative. Graduation project this time is a tube axial compressive loading machine. This paper introduces the theoretical calculation to design sleeve pressing machine structure, working principle and main parts of the strength check and the advantages of the sleeve, press

8、ing machine is efficient.目 錄摘要1Abstract2第一章 緒論4 1.1 課題的來源與研究的目的和意義5 1.2 核電站蒸汽發生器簡介6第二章 Solidworks設計基礎7 2.1 草圖繪制10 2.2 基準特征，參考幾何體的創建11 2.3 拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建12 2.4 工程圖的設計13 2.5 裝配設計15第三章 核電站蒸汽發生器傳熱管束結構的設計7 3.1 核電站蒸汽發生器傳熱管束結構的總體方案圖8 3.2 核電站蒸汽發生器傳熱管束結構的工作原理9第四章 筒體及封頭的設計計算28 4.1 筒體和封頭厚度的確定28 4.1.1 受內壓時筒體厚度確

9、定28 4.1.2 受內壓時封頭厚度的確定29 4.1.3 受外壓時筒體厚度確定30 4.1.4 受外壓時下封頭厚度的確定31 4.1.5 壓力試驗及應力校核32 4.2 夾套筒體及封頭厚度的確定32 4.2.1 夾套筒體厚度計算32 4.2.2 夾套封頭厚度的確定33 4.3 液壓試驗狀態下的穩定性校核33 4.3.1 夾套試驗壓力33 4.3.2 內筒體的校核34第五章 熱束管的設計34 5.1 熱束管的尺寸計算34 5.2 管子的中心距計算34 5.3 熱束管的排列原則34第六章 三維軟件設計總結27結論28致謝29參考文獻30第一章緒論1.1課題的來源與研究的目的和意義 由于機械工程的

10、知識總量已經遠遠超越個人掌握所有，一些專業知識是必不可少的。但是過度的專業知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術的進步和整個塊的技術，提高外部條件變化的適應能力。封閉的專業知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協調困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業合并的分化。機械工程可以增加產量，提高勞動生產率，提高生產的經濟效益為目標，并研制和發展新的機械產品。在未來，新產品的開發，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環境污染作為一個超級經濟目標和任務。機器能完成人的手和

11、腳，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任務。現代機械工程機械和機械設備創造出更多、更精美的越來越復雜，很多幻想成為過去的現實。人類現在能成為天空的上游和宇宙，潛入海洋，數十億光年的密切觀察，細胞和分子。電子計算機硬件和軟件，人類的新興科學已經開始加強，并部分代替人腦科學，這是人工智能。這一新的發展已經顯示出巨大的作用，但在未來幾年還將繼續創造出不可思議的奇跡。人類智慧的增長并沒有減少手的效果，而是要求越來越精致，手工制作，更復雜的工作，從而促進手功能。又一方面實踐促進人腦智力。在人類的進化過程中，以及在每個人的成長過程中，大腦和手是互相促進和平行進化。大腦和手之間的人工智能和機械工程的近似關

12、系，唯一不同的是，智能硬件還需要使用機械制造。在過去，各種機械離不開人類的操作和控制，反應速度和運算精度的進化是非常緩慢的大腦和神經系統，人工智能將消除這種限制。相互促進，計算機科學和機械工程進展之間的平行，將在更高層次的新一輪發展的開始使機械工程。在第十九世紀，機械工程的知識總量仍然是有限的，大學在歐洲，它與一般的土木工程是一門綜合性的學科，稱為土木工程，下半場的第十九個世紀成為一門獨立的學科。在第二十世紀，隨著機械工程和知識增長的發展開始分解，機械工程專業，有分支機構。在第二十世紀中期趨勢分解，在時間之前和之后的第二次世界大戰結束時達到的峰值。由于機械工程的知識總量已經遠遠從個人掌握所有，

13、一些專業是必不可少的。但是過度的專業知識使分割，視野狹隘，可以查看和統籌大局和全球工程和技術交流，縮小范圍，新技術的進步和整個塊的技術，外部條件變化的適應能力差。封閉的專業知識的專家太狹，考慮的問題太特殊，在工作協調困難，不利于自我提高。因此，自上世紀第二十年代末，出現了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎理論，拓寬領域，對專業合并的分化。綜合職業分化和發展知識循環過程的合成，是合理和必要的。從不同的專業和專業知識的專家，也有綜合的知識了解不夠，看看其他學科和項目作為一個整體，從而形成一種相互強烈的集體工作。綜合和專業水平。有機械工程全面而專業的沖突；在綜合性工程技術也有綜合和專業問題。在人類所有

14、的知識，包括社會科學，自然科學和工程技術，有一個更高的水平，更廣泛的綜合性和專業性的問題。1.2 核電站蒸汽發生器簡介 核電蒸汽發生器是核電站最為關鍵的主要設備之一。蒸汽發生器與反應堆壓力容器相連，不僅直接影響電站的功率與效率，而且在進行熱量交換時，還起著阻隔放射性載熱劑的作用，對核電站安全至關重要。因此，蒸汽發生器的一級安全等級、I類抗震類別、一級規范級別和Q1級的質量要求，以及材料和制造的高技術含量均為當代制造業之最。 2012年9月28日，由中國自主設計制造的二代加核電百萬千瓦級蒸汽發生器，在上海臨港核電基地竣工。這是上海電氣為遼寧紅沿河核電一期工程承制的核電站頂級核島設備，也

15、是上海電氣在臨港核電產業基地完整制造的第一臺百萬千瓦級蒸汽發生器。新研制的這臺蒸汽發生器總長度21.7米，豎起時高度相當于6層樓房。內部裝有上萬個各類精細零件，總重量達345噸。承制紅沿河項目一期工程蒸發器的上海電氣核電設備有限公司，在歷時32個月的自主研發過程中，突破了原來由外方提供整套原材料采購規范的限制，掌握了產品制造所需全套原材料的自主采購技術；并建立了一整套適應核電項目的創新管理體系。第2章 Solidworks繪圖基礎 本論文主要研究運用SolidWorks對核電站蒸汽發生器傳熱管束結構進行設計。在設計過程中，了解SolidWorks的各種功能。 SolidWorks公司成立于19

16、93年，由PTC公司的技術副總裁與CV公司的副總裁發起，總部位于馬薩諸州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內。當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產力的實體模型設計系統。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設計軟件至今已經擁有位于全球的辦事處，并經由300家經銷商在全球140個國家進行銷售與分銷該產品。1997年，Solidworks被法國達索（Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD系統。由于技術創新符合CAD技術的發展潮流和趨勢，

17、SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數十乃至數百項的技術創新，公司也獲得了很多榮譽。該系統在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統評比第一名。從1995年至今，已經累計獲得十七項國際大獎。其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業雜志CADENCE連續4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩定和創新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產品快速、高效地投向了市場。 由于SolidW

18、orks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創造了CAD行業的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續獨立運作，成為CAD行業一家高素質的專業化公司。SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業中最具競爭力的CAD產品。 由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內核（由劍橋提供）以及良好的與第三方軟件的集成技術。Sol

19、idWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫療器械、娛樂工業、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構的近145，000名學生通過SolidWorks的培訓課程。 據世界上著名的人才招聘網站檢索，與其它3D CAD軟件相比，SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這一事實說明了越來越多的工程師和設計者使用SolidWorks三維軟件，越來越多的企業需要SolidWorks

20、人才。Solidworks軟件功能強大，易于操作，界面人性化，技術創新，組件繁多是SolidWorks的五大特點。使得SolidWorks三維軟件成為目前全球領先的三維CAD解決方案。SolidWorks在設計時能夠為用戶提供不同的設計方案，通過方案的篩選，工程師能從中選擇合適的方案，從而在設計過程中降低設計的錯誤以及提高產品質量。在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設計過程比較簡便又通俗易懂的軟件之一。它不僅提供如此人性化的系統，同時對每個工程師和設計者，乃至整個機械行業提供了良好的發展基礎。SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發的三維CAD

21、系統，由于技術創新符合CAD技術的發展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數十乃至數百項的技術創新，公司也獲得了很多榮譽。該系統在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統評比第一名；從1995年至今，已經累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業雜志CADENCE連續4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩定和創新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時

22、間，產品快速、高效地投向了市場。由于SolidWorks出色的技術和市場表現，不僅成為CAD行業的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創造了CAD行業的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續獨立運作，成為CAD行業一家高素質的專業化公司，SolidWorks三維機械設計軟件也成為達索企業中最具競爭力的CAD產品。由于使用了Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內（由劍橋提

23、供）以及良好的與第三方軟件的集成技術，SolidWorks成為全球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發放的SolidWorks軟件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模具、電子通訊、醫療器械、娛樂工業、日用品/消費品、離散制造等分布于全球100多個國家的約3萬1千家企業。在教育市場上，每年來自全球4，300所教育機構的近145，000名學生通過SolidWorks的培訓課程。據世界上著名的人才網站檢索，與其它3D CAD系統相比，與SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總和還要多，這比較客觀地說明了越來越多的工程師使用SolidWorks，越來越多的

24、企業雇傭SolidWorks人才。據統計，全世界用戶每年使用SolidWorks的時間已達5500萬小時。在美國，包括麻省理工學院（MIT）、斯坦福大學等在內的著名大學已經把SolidWorks列為制造專業的必修課，國內的一些大學（教育機構）如哈爾濱工業大學、清華大學、浙江工業大學、浙江大學、華中科技大學、北京航空航天大學、大連理工大學、北京理工大學、武漢理工大學等也在應用SolidWorks進行教學。Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學易用和技術創新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks

25、能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。SolidWorks在現今社會階段逐漸廣泛應用，并且SolidWorks公司對中國市場重點開發，日后SolidWorks應用將會更加完善，更加普遍。通過前文對SolidWorks的深入了解后，往后會對SolidWorks進行個別應用的分析，如建模，裝配，工程圖，力學分析等。2.1草圖繪制 掌握點、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握樣條、文字等高級幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應用幾何約束；熟練應用陣

26、列、實體轉換等草圖繪制工具；能綜合應用各種草圖繪制實體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。2.2 基準特征-參考幾何體的創建 清楚明白基于特征的建模方式、參數化思想等概念；靈活運用各種建立基準點的方法；靈活運用各種建立基準軸方法；靈活運用各種建立基準面的方法；靈活運用坐標系的建立方法；能根據建模需要綜合應用各種參考幾何體。2.3拉伸、旋轉、掃描和放樣特征建模 靈活運用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運用旋轉特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運用放樣特征的概念與建立方法；通過實踐能夠準確分析零件的特征，靈活運用拉伸和旋轉也正建立三維模型。綜合應用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建

27、立各種實體。2.4工程圖設計 靈活運用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運用建立標準三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運用各種注釋的方法。2.5裝配設計 靈活運用自底向上的裝配方法；靈活運用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運用SolidWorks智能裝配技術；靈活運用裝配體零部件的狀態和屬性控制，并能夠在裝配體中設計子裝配體；靈活運用干涉檢查；靈活運用自上向下的裝配方法；靈活運用在裝配模型工程圖中添加零件序號；靈活運用生成裝配體材料明細表的方法。 第三章 核電站蒸汽發生器傳熱管束結構的設計3.1 核電站蒸汽發生器傳熱管束結構的總體方案圖在水汽系統方面，給水在加熱器中加

28、熱到一定溫度，經給水管道進入省煤器，進一步加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進口集箱。水在水冷壁管內吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經上升管到達鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器,繼續吸熱成為450的過熱蒸汽，然后送往汽輪機。 在燃燒和煙風系統方面，送風機將空氣送入空氣預熱器加熱到一定溫度。在磨煤機中被磨成一定細度的煤粉，由來自空氣預熱器的一部分熱空氣攜帶經燃燒器噴入爐膛。燃燒器噴出的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒，放出大量熱量。燃燒后的熱煙氣順序流經爐膛、凝渣管束、過熱器、省煤器和空氣預熱器后，再經過除塵裝置，除去其中的飛灰

29、，最后由引風機送往煙囪排向大氣。其布局的具體方案如下： 3.2 核電站蒸汽發生器傳熱管束結構的工作原理核電站蒸汽發生器的工作原理位：在水汽系統方面，給水在加熱器中加熱到一定溫度，經給水管道進入省煤器，進一步加熱以后送入鍋筒，與鍋水混合后沿下降管下行至水冷壁進口集箱。水在水冷壁管內吸收爐膛輻射熱形成汽水混合物經上升管到達鍋筒中，由汽水分離裝置使水、汽分離。分離出來的飽和蒸汽由鍋筒上部流往過熱器,繼續吸熱成為450的過熱蒸汽，然后送往汽輪機。在燃燒和煙風系統方面，送風機將空氣送入空氣預熱器加熱到一定溫度。在磨煤機中被磨成一定細度的煤粉，由來自空氣預熱器的一部分熱空氣攜帶經燃燒器噴入爐膛。燃燒器噴出

30、的煤粉與空氣混合物在爐膛中與其余的熱空氣混合燃燒，放出大量熱量。燃燒后的熱煙氣順序流經爐膛、凝渣管束、過熱器、省煤器和空氣預熱器后，再經過除塵裝置，除去其中的飛灰，最后由引風機送往煙囪排向大氣。第三章 筒體和封頭厚度的確定3.1 受內壓時筒體厚度確定(1) 通過對液柱靜壓力和設計壓力的計算來確定出計算壓力的大小液柱靜壓力為： (8-1) 由于設計壓力的5為，顯然液柱靜壓力已經超過了設計壓力的5%，因此我們應該把液柱靜壓力算入計算壓力中，則：式中：一為設計壓力，0.2MPa(2) 設計厚度的確定查文獻14P143可以知道，材料316在工作溫度條件下的許用應力為，則筒體的計算厚度為： (8-2)式

31、中：一為焊縫系數，由文獻15P209查得：焊縫系數，把，代入式(8-2)中可得：。由文獻16P122可知，材料316的負偏差為0.9mm，腐蝕裕量為2mm，且對于容器材料為高合金鋼的，要求不包括腐蝕裕量的最小厚度應該不小于2，因此計算厚度就選用2，則設計厚度為： (8-3)式中：一316材料的腐蝕裕量，則筒體的名義厚度為： (8-4) 因此有效厚度就為: (8-5) 3.1.1 受內壓時封頭厚度的確定根據此次設計要求，從各方面考慮，決定用標準橢圓形封頭。封頭厚度的計算公式為： (8-6)由文獻15P214可知，針對標準橢圓形封頭，K取1，代入式(8-6)中得：。查文獻16P122可知，對于容器

32、材料為低合金鋼的，要求不包括腐蝕裕量的最小厚度應該要不小于3，因此計算厚度就選用3，則設計厚度為： (8-7) 名義厚度為： (8-8) 因此有效厚度為： (8-9)3.1.2 受外壓時筒體厚度確定在受到外壓的作用時，所求厚度計算如下：(1) 設筒體厚度為。有效厚度，式中：0.9，則：筒體外徑為: (8-10) 筒體計算長度L應該包括封頭直邊段長度(50)和封頭曲面深度()的。因此：，。(2) 由文獻9P166得，筒體的臨界長度的公式為： 因為<,可以知道此次筒體為短圓筒。所以： (8-11)把，代入式(8-11)中得：因為，所以。(3) 由文獻15P250，查得：。(4) 筒體的許用外

33、壓力： (8-12)把數據代入可得：。(5) 由于，因此其厚度還需要在增大，我們就應該重新對筒體的厚度進行設定。此次設為，然后按照以上步驟再進行計算，可得出：=。查得：。由此可得出：。因為，而且數值相近，因此筒體的名義厚度就可以確定為16mm。由上面計算就可以得出筒體的有效厚度為，名義厚度為。3.1.3 受外壓時下封頭厚度的確定(1) 橢圓封頭當量球殼內半徑為： (8-13)查文獻15P214可知，K=1。因此:。(2) 我們對封頭的名義厚度進行設定，取值為。有效厚度就為。(3) A值的確定 (8-14)(4) 查得：。(5) 許用應力的確定：因為，而且數值相近，因此封頭的名義厚度就可以確定為16mm，則有效厚度就為13.1mm。3.1.4 壓力試驗及應力校核由文獻3P158得： (8-15) 式中：一在試驗溫度下材料的許用應力，試驗溫度為90攝氏度。 (8-16) 查文獻5P236得：對于316，。則。由于，因此筒體的強度校核合格。通過以上的計算，可知在內、外壓作用時確定出的封頭及其筒體的名義厚度都為16mm，有效厚度都為13.1mm。3.2