Сьогодні дуже велике значення у світі приділяється розвитку атомних станцій малої потужності (АСМП). Україна зі своїм великим машинобудівним потенціалом має зайняти достойне місце серед виробників необхідного для АСМП обладнання. Одним з основних елементів реакторної установки (РУ) є парогенератор (ПГ).
В роботі виконано аналіз стану розробки АСМП, існуючих конструкцій ПГ. З аналізу використаних конструкцій ПГ зроблено висновок, що найбільш прийнятним є ПГ з коаксіальними змійовиками. У якості матеріалу теплообмінних трубок використовуються титанові сплави. За прототип конструкції вибрано вертикальний ПГ з перегрівом пари, що використовується у ядерній енергетичній установці КЛТ-40С. Запропоновано конструкцію ПГ, яка не має недоліків прямоточних ПГ та дозволяє здійснювати продувку, яка суттєво спрощує водно-хімічний режим. Проведено розрахункове співставлення різних схем паротурбінних установок, яке показало підвищення абсолютного електричного ККД з ускладненням теплової схеми за рахунок використання регенеративних підігрівачів, проміжного сепаратору та перегрівача пари. Показано, що кожний захід приводить до підвищення ККД приблизно на 1 %.
Розроблено методику техніко-економічного розрахунку ПГ. Для оптимізації за критерієм мінімуму приведених витрат необхідно визначити вартість ПГ та витрати електроенергії на циркуляцію теплоносія та робочого тіла через нього. Для визначення вартості розроблено конструкційний розрахунок ПГ, а саме розмірів основних його елементів: теплообмінних трубок (ТОТ), циліндричної частини, кришки, днища та патрубку корпусу. Показано, що розглянута конструкція має певні особливості, а саме для визначення основних розмірів треба задавати п’ять параметрів, замість чотирьох для решти теплообмінних апаратів: діаметр ТОТ, крок розташування ТОТ у вертикальному та горизонтальному напрямках, швидкість живильної води в ТОТ та швидкість теплоносія у міжтрубному просторі. Останній параметр визначає кількість рядів концентричних змієвиків, які складають площу теплообміну.
При розробці алгоритму теплового розрахунку проаналізовані різні формули для визначення коефіцієнтів тепловіддачі при поперечному обтіканні теплоносієм горизонтальних змієвиків та при протіканні робочого тіла в теплообмінних трубках на п’яти ділянках теплообміну. Проведено варіантні розрахунки для визначення впливу основних конструктивних параметрів на площу теплообміну ПГ. Розроблено методику гідравлічного розрахунку теплообмінної поверхні та ділянок до та після поверхні теплообміну у ПГ. Проведено варіантні розрахунки для визначення впливу конструктивних параметрів на гідравлічний опір парогенератору. Досліджено умови, які забезпечують гідравлічну стійкість роботи прямоточного парогенератору. Проведено аналіз математичної моделі, яка пояснює виникнення гідравлічної нестійкості в каналі з двофазним робочим тілом. Зроблено фізичне пояснення використання дросельної шайби на вхідній ділянці для запобігання виникнення нестійкості. Показано, що додатковий опір може бути забезпечений певними розмірами живильної трубки, яка підводить воду до теплообмінної трубки. В результаті аналізу умови досягнення гідравлічної стійкості виявлено недостатню визначеність цієї нерівності. Запропоновано визначати додатковий опір через врахування можливого відхилення розмірів теплообмінних труб, які серед розглянутих параметрів, найбільше впливають на розрахунковий гідравлічний опір ТОТ. Проведено оптимізацію основних конструктивних параметрів прямоточного ПГ. При розрахунку вартості ПГ було враховано витрати на зварювання ТОТ. Це дозволили визначити оптимальний діаметр ТОТ за мінімумом приведених витрат. Оптимальна швидкість живильної води на вході в ТОТ дорівнює 0.71 м/с. Визначено, що товщина кільцевого зазору між корпусом та шахтою для проходу теплоносія визначається з умови мінімуму гідравлічного опору при виході теплоносія з патрубку.
