浅谈“核电汽轮机”

浅谈“核电汽轮机” （一）核电汽轮机结构特点由于产生蒸汽的方式不同，核电站汽轮机与常规火电站汽轮机在热力参数上存在差异。贺电汽轮机由于使用了饱和蒸汽，因此其参数相对于火电汽轮机来说有所降低，有效焓降较小，蒸汽流量较大，低压缸出口的蒸汽湿度较大，从而使汽轮机在设计和结构上与火电汽轮机存在差异：(1)采用饱和蒸汽新蒸汽参数低在典型压水堆核电站中，汽轮机主汽门前的蒸汽压力约为6MPa，这主要取决于一回路冷却剂参数，后者则主要受反应堆壳体制造技术和材料的限制。由于核电汽轮机采用了饱和蒸汽，且新蒸汽的参数较低，使核电汽轮机有以下特点：1）.核电汽轮机的级数少而不设中压缸；2）.低压缸功率占全部功率的比例增大，约为50％～6o％ ，因此低压缸的经济性对整个汽轮机有重要影响；3）.汽轮机的排汽损失，分离再热器和进、排汽管道的压力损失对核电汽轮机的经济性影响增大。(2)可用焓降低蒸汽流量大蒸汽在汽轮机中的膨胀过程使高压缸中蒸汽从起始参数膨胀到1.2MPa，而湿度则从在蒸汽发生器中产出的起始值约0.5％ 增到约12％。按照汽轮机通流部分侵蚀损耗的条件，不允许继续利用有这样湿度的蒸汽。因此，蒸汽在进入低压缸之前需通过蒸汽分离再热器进行汽水分离和再热。与火电汽轮机相比较，核电汽轮机的蒸汽压力低，而且是饱和蒸汽。由于核电汽轮机的可用焓降小、级效率又较低、蒸汽压力低、比容大，因此汽轮机进汽的容积流量就要比相同功率的火电汽轮机增大60％-90％。核电汽轮机在结构上有以下特点：1）.核电汽轮机的进汽管道和阀门的尺寸及重量增大；2）.当功率增大到500~800MW时高压缸要做成双流道的；3）.高压缸叶片较高，扭叶片数量增多，增加了设备的投资额；4）.由于叶片高度增加，增加了调节级设计的困难，低负荷时叶片的弯曲应力增大，应尽量避免采用喷嘴调节；5）.汽轮机出口蒸汽流量大，不仅使末级叶片增高而加大汽轮机径向尺寸，还要采用多排汽口结构，使汽轮机结构复杂，重量、尺寸增大；6）.凝汽器也因排汽量大而使其换热面增大，循环水量几乎增加一倍。(3)效率低汽轮机组的内效率是衡量汽轮机内能量转换过程完善程度的指标。汽轮机组的内效率一般处于0．8-0．9范围内，它和蒸汽体积流量、汽轮机进汽和排汽压力以及蒸汽的湿度有关。对于火电汽轮机，蒸汽起始压力、温度高，且有一定的过热度，内效率高；而对于饱和蒸汽的相同循环，内效率不单纯受蒸汽起始压力、温度的影响，蒸汽的湿度对汽轮机的内效率也会产生影响。湿度增加1％，内效率就要降低1％。(4)蒸汽湿度大核电汽轮机是工作在湿蒸汽环境下的。由于使用饱和蒸汽，蒸汽发生器产生的蒸汽就已有0．5％的湿度，在汽轮机通流部分膨胀做功过程中，蒸汽湿度逐级增大。湿度对汽轮机各级均有影响。大量小水滴对汽轮机级的影响主要表现在对通流部分元件的冲蚀破坏作用。目前大型火电站都采用蒸汽中间再热系统，其主要目的在于提高中、低压缸前蒸汽参数，从而提高大容量机组的热经济性。(5)采用节流调节高负荷时效率高采用节流蒸汽分配时，进到汽机的全部蒸汽都通过节流。节流调节适用于承担基本负荷而且设计工况等于额定工况的大功率汽轮机。在这种情况下，汽轮机在设计工况运行时，具有较高的效率，而部分负荷下进汽节流损失较大的缺点又在大部分运行时间内避免了。另外，由于采用喷嘴调节，汽轮机调节级叶片允许的弯曲应力比较小。在大功率饱和汽轮机中，当通过调节级的蒸汽容量大而所需的叶片较长时，要保证它们工作在允许弯曲应力内以满足强度方面的要求可能很困难。基于上述原因，核电汽轮机大多采用节流调节方式。（二）核电汽轮机在运行中的特点相对于火电汽轮机来说，核电饱和蒸汽汽轮机的启动、停止及其运行特性除了与结构、饱和蒸汽特点、系统设计及布置等因素有关外，还与汽水分离再热器的结构、系统设计及运行特性有关。(1)启动与停机核电汽轮机通常采用额定参数启动，汽轮机的升速和加负荷由调门控制。由于采用了低参数饱和蒸汽，核电汽轮机的启动暧机时间要比火电汽轮机的短。(2)变工况运行核电汽轮机在变工况运行时，不但要考虑到机侧的参数变化，还应当与堆侧的参数相匹配。在通过机侧加减负荷时，加减负荷的速率不应过快，否则将引起堆侧的反应性异常变化。如同火电汽轮机组中的中间再热一样，核电汽轮机各缸之间也有大量蒸汽和延伸管道，所以在甩负荷时会使转子升速。另外，在使用湿蒸汽的汽轮机中，转子表面、汽机停止部件上和汽水分离器及其它部件上已凝结水分的再沸腾和汽化引起加速。为了减少核电汽轮机转速飞升，一般采取以下措施：1）.在汽水分离再热器后蒸汽进入低压缸之前的管道上装设专用的截止阀；2）.缩小高低压缸之间的管道尺寸，即提高分缸压力，将分离器和再热器联在一起；3）.完善汽轮机和管道的疏水。(3)小容积流量工况当汽轮机在小容积流量工况下工作时，和设计工况相比流动特性发生了很大的变化，尤其是大功率汽轮机的最后几级，可能会出现脱流区。随着容积流量继续进一步减小，不仅工作叶片根部脱流区逐渐扩大，且喷嘴与工作叶片的外缘间出现涡流，并随容积流量的减小沿轴向深入喷嘴，使上、下涡流相连而影响级的流动。同时，随着容积流量的减小，级的有效焓降减小。当容积流量下降到某一数值时，级的有效焓降为零，即级不能对外输出有用功。容积流量由过渡工况进一步减小时，出现蒸汽的膨胀，不但不能推动工作叶片对外输出机械功，反而因通过工作叶片时级的有效相对速度很小或为负值而对转子起制动作用，消耗部分轴功率。。这是汽轮机的级象鼓风机级一样工作，称为鼓风工况。级在鼓风工况运行时消耗机组功率，不仅会产生脱流，而且使流过级的蒸汽焓降升高，导致通流部分过热，使低压通流部分温度升高，温度场分布不均匀，严重时引起动静摩擦，直接影响机组安全。