胡志华——压水堆二回路系统与设备简介.pdf

压水堆二回路系统与设备简介压水堆二回路系统与设备简介 胡志华胡志华胡志华胡志华 20112011年年年年1010月月月月2121日日日日 主要内容主要内容 概述概述概述概述 汽轮机系统汽轮机系统汽轮机系统汽轮机系统 二回路蒸汽系统二回路蒸汽系统二回路蒸汽系统二回路蒸汽系统 二回路给水回热系统二回路给水回热系统二回路给水回热系统二回路给水回热系统 循环冷却水系统循环冷却水系统循环冷却水系统循环冷却水系统 发电机及其辅助系统发电机及其辅助系统发电机及其辅助系统发电机及其辅助系统 概述概述 压水堆核电站工作原理及二回路系统压水堆核电站工作原理及二回路系统 大亚湾核电站二回路热力系统大亚湾核电站二回路热力系统 中间两级再热 七级回热 饱和蒸汽朗肯循环 中间两级再热 七级回热 饱和蒸汽朗肯循环 蒸汽动力循环的基础知识蒸汽动力循环的基础知识 1 核电站二回路功能核电站二回路功能 将一回路系统产生的热能 高温 高压饱和蒸汽 通过汽轮机安 全 经济地转换为汽轮机转子的动能 机械能 并带动发电机将动 能转换为电能 最终经电网输送给用户 将一回路系统产生的热能 高温 高压饱和蒸汽 通过汽轮机安 全 经济地转换为汽轮机转子的动能 机械能 并带动发电机将动 能转换为电能 最终经电网输送给用户 2 能量转换的方式能量转换的方式 热能转换为机械能是通过热能转换为机械能是通过蒸汽动力循环蒸汽动力循环完成的 蒸汽动力循环是 指以蒸汽作为工质的动力循环 它由若干个热力过程组成 工质从一 个热力状态开始 经历若干个热力过程 完成的 蒸汽动力循环是 指以蒸汽作为工质的动力循环 它由若干个热力过程组成 工质从一 个热力状态开始 经历若干个热力过程 吸热过程 膨胀过程 放热 过程 压缩过程 吸热过程 膨胀过程 放热 过程 压缩过程 后有恢复到其初始状态就构成了一个动力循环 如 此周而复始实现连续的能量转换 后有恢复到其初始状态就构成了一个动力循环 如 此周而复始实现连续的能量转换 3 蒸汽动力循环的几种形式蒸汽动力循环的几种形式 卡诺循环卡诺循环 朗肯循环朗肯循环 再热循环再热循环和和回热循环回热循环 卡诺循环卡诺循环 1 卡诺循环的热力过程卡诺循环的热力过程 卡诺循环是由卡诺循环是由卡诺循环是由卡诺循环是由二个等温过程二个等温过程二个等温过程二个等温过程和和和和二二二二 个绝热过程个绝热过程个绝热过程个绝热过程组成的组成的组成的组成的可逆循环可逆循环可逆循环可逆循环 表示在 表示在 表示在 表示在 如右的温熵 如右的温熵 如右的温熵 如右的温熵 T T T T S S S S 图中 我们可以图中 我们可以图中 我们可以图中 我们可以 看到 看到 看到 看到 A A A A B B B B代表工质代表工质代表工质代表工质绝热压缩过程绝热压缩过程绝热压缩过程绝热压缩过程 过程中 过程中 过程中 过程中 工质的温度由工质的温度由工质的温度由工质的温度由T T T T C C C C 升到升到升到升到T T T T H H H H 升温 热源实升温 热源实升温 热源实升温 热源实 现等温传热 现等温传热 现等温传热 现等温传热 B B B B C C C C代表工质代表工质代表工质代表工质等温吸热过程等温吸热过程等温吸热过程等温吸热过程 工质在 工质在 工质在 工质在 温度温度温度温度T T T T H H H H 下从同温度热源吸收热量 下从同温度热源吸收热量 下从同温度热源吸收热量 下从同温度热源吸收热量 C C C C D D D D代表工质代表工质代表工质代表工质绝热膨胀过程绝热膨胀过程绝热膨胀过程绝热膨胀过程 过程中 过程中 过程中 过程中 工质的温度由工质的温度由工质的温度由工质的温度由T T T T H H H H 降到降到降到降到T T T T C C C C 以便于向冷以便于向冷以便于向冷以便于向冷 源实现等温传热 源实现等温传热 源实现等温传热 源实现等温传热 D D D D A A A A代表工质代表工质代表工质代表工质等温放热过程等温放热过程等温放热过程等温放热过程 工质在 工质在 工质在 工质在 温度温度温度温度T T T T C C C C 下向等温度冷源放出热量 同下向等温度冷源放出热量 同下向等温度冷源放出热量 同下向等温度冷源放出热量 同 时工质恢复到其初始状态 并开始下时工质恢复到其初始状态 并开始下时工质恢复到其初始状态 并开始下时工质恢复到其初始状态 并开始下 一个循环 一个循环 一个循环 一个循环 2 卡诺循环的热效率 卡诺循环的热效率 卡诺循环确定了实际热力循环热效率可以接近的极限数值卡诺循环确定了实际热力循环热效率可以接近的极限数值卡诺循环确定了实际热力循环热效率可以接近的极限数值卡诺循环确定了实际热力循环热效率可以接近的极限数值 没有任何 没有任何 没有任何 没有任何 一种热力循环的热效率能比卡诺循环的热效率更高 一种热力循环的热效率能比卡诺循环的热效率更高 一种热力循环的热效率能比卡诺循环的热效率更高 一种热力循环的热效率能比卡诺循环的热效率更高 卡诺循环对如何提高热力循环的热效率指出了方向卡诺循环对如何提高热力循环的热效率指出了方向卡诺循环对如何提高热力循环的热效率指出了方向卡诺循环对如何提高热力循环的热效率指出了方向 尽可能提高工质 尽可能提高工质 尽可能提高工质 尽可能提高工质 吸热温度吸热温度吸热温度吸热温度T T T T H H H H 受金属材料限制 以及尽可能使工质膨胀至低的冷受金属材料限制 以及尽可能使工质膨胀至低的冷受金属材料限制 以及尽可能使工质膨胀至低的冷受金属材料限制 以及尽可能使工质膨胀至低的冷 源温度源温度源温度源温度T T T T C C C C 受环境温度等条件限制 受环境温度等条件限制 受环境温度等条件限制 受环境温度等条件限制 由于热源温度 由于热源温度 由于热源温度 由于热源温度T T T T H H H H 不可能增至无限大 冷源温度不可能增至无限大 冷源温度不可能增至无限大 冷源温度不可能增至无限大 冷源温度T T T T C C C C 也不可能减小至零 也不可能减小至零 也不可能减小至零 也不可能减小至零 所以卡诺循环的效率不可能等于所以卡诺循环的效率不可能等于所以卡诺循环的效率不可能等于所以卡诺循环的效率不可能等于1 1 1 1 且永远小于 且永远小于 且永远小于 且永远小于1 1 1 1 即在任何循环中 即在任何循环中 即在任何循环中 即在任何循环中 不可能把从热源吸取的热量全部转换为机械能 不可能把从热源吸取的热量全部转换为机械能 不可能把从热源吸取的热量全部转换为机械能 不可能把从热源吸取的热量全部转换为机械能 当 当 当 当T T T T H H H H T T T T C C C C 时 卡诺循环的热效率为零 这表明系统没有温差存在时时 卡诺循环的热效率为零 这表明系统没有温差存在时时 卡诺循环的热效率为零 这表明系统没有温差存在时时 卡诺循环的热效率为零 这表明系统没有温差存在时 即只有一个恒温热源 利用单一热源循环作功是不可能的 即只有一个恒温热源 利用单一热源循环作功是不可能的 即只有一个恒温热源 利用单一热源循环作功是不可能的 即只有一个恒温热源 利用单一热源循环作功是不可能的 1 C H T T 根据热力学第二定律 在同样的热源温度和冷源温度根据热力学第二定律 在同样的热源温度和冷源温度根据热力学第二定律 在同样的热源温度和冷源温度根据热力学第二定律 在同样的热源温度和冷源温度 下 下 下 下 卡诺循环的效率最高卡诺循环的效率最高卡诺循环的效率最高卡诺循环的效率最高 其循环效率可表示为 其循环效率可表示为 其循环效率可表示为 其循环效率可表示为 3 卡诺循环的性质 卡诺循环的性质 若以反应堆冷却剂平均温度310 作为热源温度 以海水23 作 为冷源温度 其卡诺循环的热效率为 若以反应堆冷却剂平均温度310 作为热源温度 以海水23 作 为冷源温度 其卡诺循环的热效率为 4 大亚湾核电站卡诺循环的效率 大亚湾核电站卡诺循环的效率 23273 149 2 310273 这就是这就是大亚湾核电站热效率的上限大亚湾核电站热效率的上限 但是由于实际热力循环个存 在不可逆性 实际热效率是低于这个数值的 卡诺循环是一种为人类追求的理想循环 对于以蒸汽为工质的循 环 大多采用朗肯蒸汽循环 但是由于实际热力循环个存 在不可逆性 实际热效率是低于这个数值的 卡诺循环是一种为人类追求的理想循环 对于以蒸汽为工质的循 环 大多采用朗肯蒸汽循环 5 饱和蒸汽卡诺循环 饱和蒸汽卡诺循环 由于工质处于汽水混合物状态 饱和蒸汽卡诺循环有以下几个缺点 因而实际上采用的是朗肯蒸汽循环 由于工质处于汽水混合物状态 饱和蒸汽卡诺循环有以下几个缺点 因而实际上采用的是朗肯蒸汽循环 需要容积较大的压缩机需要容积较大的压缩机 耗费压缩功耗费压缩功 湿汽状态下 对压缩机工作不利湿汽状态下 对压缩机工作不利 朗肯循环朗肯循环 提高朗肯循环效率的途径 提高朗肯循环效率的途径 提高平均吸热温度提高平均吸热温度的直接方法是的直接方法是提高蒸汽压力提高蒸汽压力和和温度温度 降低排汽温度降低排汽温度 1 1 回热循环回热循环是现代蒸汽动力循环普遍采用的循环 它是在朗肯循 环的基础上对AB段吸热过程加以改进而得到的 2 回热是指利用一部分在汽轮机内作过功的蒸汽来加热给水 使 进入锅炉或蒸汽发生器的给水温度较高 以提高 是现代蒸汽动力循环普遍采用的循环 它是在朗肯循 环的基础上对AB段吸热过程加以改进而得到的 2 回热是指利用一部分在汽轮机内作过功的蒸汽来加热给水 使 进入锅炉或蒸汽发生器的给水温度较高 以提高循环的平均吸热 温度 循环的平均吸热 温度 从而提高循环效率 从而提高循环效率 回热循环回热循环 3 需要理解的几点 和朗肯循环比较 回热循环增加了 3 需要理解的几点 和朗肯循环比较 回热循环增加了给水加热器给水加热器和相应的和相应的抽汽管道抽汽管道 及及疏水管道疏水管道 虽然低温段的过程也是吸热过程 但与朗肯循环不同 因为有回 热时吸入的热量已经不是外部热源 来自锅炉或蒸汽发生器 的热量 而是循环内部的换热 回热循环减少了 虽然低温段的过程也是吸热过程 但与朗肯循环不同 因为有回 热时吸入的热量已经不是外部热源 来自锅炉或蒸汽发生器 的热量 而是循环内部的换热 回热循环减少了冷源放热损失冷源放热损失也使得循环效率提高 由于抽出一部分蒸汽 汽轮机作功量也有减少 但理论计算和实 际试验都表明 也使得循环效率提高 由于抽出一部分蒸汽 汽轮机作功量也有减少 但理论计算和实 际试验都表明 功的减少量远小于向冷源放热的损失量功的减少量远小于向冷源放热的损失量 回热循环的效率是随着 回热循环的效率是随着回热级数回热级数的增多而增加的 但随着回热级 数的增加 回热循环效率的增加程度逐渐减少 而采用过多的 回热级数会使系统复杂 投资增加 一般以7 8级为宜 的增多而增加的 但随着回热级 数的增加 回热循环效率的增加程度逐渐减少 而采用过多的 回热级数会使系统复杂 投资增加 一般以7 8级为宜 中间再热循环中间再热循环 1 中间再热循环是将在汽轮机内膨胀作功到某一 1 中间再热循环是将在汽轮机内膨胀作功到某一中间压力中间压力的蒸 汽 重新送回到锅炉或汽水分离再热器中进行再次加热 经再热后 蒸汽又回到汽轮机内继续膨胀作功 直至终点排入冷凝器 2 与朗肯循环不同的是中间再热循环方式中增加了 的蒸 汽 重新送回到锅炉或汽水分离再热器中进行再次加热 经再热后 蒸汽又回到汽轮机内继续膨胀作功 直至终点排入冷凝器 2 与朗肯循环不同的是中间再热循环方式中增加了再热器设备再热器设备 再热循环不一定能够提高循环效率 要视察所选的再热蒸汽压力 而定 再热循环不一定能够提高循环效率 要视察所选的再热蒸汽压力 而定 若再热压力太低 可能会使循环效率降低 再热压力过 高 虽然可以提高循环效率 但效果并不明显 而且由于再热压 力过高 对乏汽干度的改善较少 若再热压力太低 可能会使循环效率降低 再热压力过 高 虽然可以提高循环效率 但效果并不明显 而且由于再热压 力过高 对乏汽干度的改善较少 要综合考虑 要综合考虑 要综合考虑 要综合考虑中间再热压力中间再热压力中间再热压力中间再热压力对对对对效率效率效率效率和和和和干度干度干度干度的影响 选择最佳的再热的影响 选择最佳的再热的影响 选择最佳的再热的影响 选择最佳的再热 压力 一般在初压的压力 一般在初压的压力 一般在初压的压力 一般在初压的15151515 30 30 30 30 之间 之间 之间 之间 采用一次中间再热循环大约可使循环效率提高 采用一次中间再热循环大约可使循环效率提高 采用一次中间再热循环大约可使循环效率提高 采用一次中间再热循环大约可使循环效率提高2 2 2 2 3 5 3 5 3 5 3 5 对于压水堆核电站 对于压水堆核电站 对于压水堆核电站 对于压水堆核电站 初参数初参数初参数初参数都采用都采用都采用都采用饱和蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽饱和蒸汽 因此在高 低压缸 因此在高 低压缸 因此在高 低压缸 因此在高 低压缸 之间采用之间采用之间采用之间采用汽水分离再热装置汽水分离再热装置汽水分离再热装置汽水分离再热装置以减少以减少以减少以减少汽轮机末级湿度汽轮机末级湿度汽轮机末级湿度汽轮机末级湿度非常重要 非常重要 非常重要 3 需要理解的几点 非常重要 3 需要理解的几点 提高蒸汽动力循环效率的途径提高蒸汽动力循环效率的途径 1 蒸汽动力循环的具体应用 蒸汽动力循环的具体应用 目前 常规火电厂和核电厂的蒸汽动力循环都是基于前面介绍的 几种循环形式建立的 绝大部分采用中间再热回热循环 即综合了上 述各循环形式的优点 目前 常规火电厂和核电厂的蒸汽动力循环都是基于前面介绍的 几种循环形式建立的 绝大部分采用中间再热回热循环 即综合了上 述各循环形式的优点 2 提高蒸汽动力循环效率的具体途径有 提高蒸汽动力循环效率的具体途径有 尽可能 尽可能提高蒸汽初参数提高蒸汽初参数 温度和压力 但受到设备材料的限制 尽可能 温度和压力 但受到设备材料的限制 尽可能降低蒸汽在汽轮机中膨胀终点的参数降低蒸汽在汽轮机中膨胀终点的参数 冷凝器真空度 减 少冷源损失 但受到自然界环境的影响 采用 冷凝器真空度 减 少冷源损失 但受到自然界环境的影响 采用回热循环回热循环和和中间再热循环中间再热循环 改善汽轮机的结构改善汽轮机的结构 提高热功转换效率 提高热功转换效率 优化热力系统结构优化热力系统结构 减少过程损失 减少过程损失 核电站厂房总体布置核电站厂房总体布置 汽轮机系统汽轮机系统 汽轮机汽轮机 一种将蒸汽 的热能转变为机械功的 一种将蒸汽 的热能转变为机械功的 旋转式原动机旋转式原动机 它是核 电站二回路中最主要的 设备 二回路中的其他 系统 设备无一不是直 接或间接与汽轮机相联 系并为其服务的 它是核 电站二回路中最主要的 设备 二回路中的其他 系统 设备无一不是直 接或间接与汽轮机相联 系并为其服务的 汽轮机的分类汽轮机的分类 1 按工作原理分 按工作原理分 冲动式汽轮机 反动式汽轮机 冲动式汽轮机 反动式汽轮机 2 按热力过程分 按热力过程分 凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 中间再热式汽轮机等 凝汽式汽轮机 背压式汽轮机 调节抽汽式汽轮机 中间再热式汽轮机等 3 按新汽压力分 按新汽压力分 低压汽轮机 低压汽轮机 22 6MPa 4 按用途分 按用途分 电站汽轮机 工业汽轮机 船用汽轮机等 电站汽轮机 工业汽轮机 船用汽轮机等 汽轮机工作原理汽轮机工作原理 级级 喷嘴和与其配合的动叶栅所 构成的汽轮机基本作功单元 喷嘴和与其配合的动叶栅所 构成的汽轮机基本作功单元 单级汽轮机与多级汽轮机单级汽轮机与多级汽轮机 汽轮机总体结构汽轮机总体结构 多级汽轮机由若干级组成 分为多级汽轮机由若干级组成 分为汽缸汽缸 转子转子 轴承座轴承座与与盘车装 置 盘车装 置四大部分 1 四大部分 1 汽缸汽缸 汽轮机的外壳 由进汽部分 汽缸体与排汽室组成 形成 能量转换的空间 2 汽轮机的外壳 由进汽部分 汽缸体与排汽室组成 形成 能量转换的空间 2 转子转子 汽轮机的各级叶轮沿轴向顺序套装在轴上 或与轴锻成一 体 组成转子 3 汽轮机的各级叶轮沿轴向顺序套装在轴上 或与轴锻成一 体 组成转子 3 轴承座轴承座 转子上叶轮由支持轴承和推力轴承支撑定位 轴承置于 轴承座内 4 转子上叶轮由支持轴承和推力轴承支撑定位 轴承置于 轴承座内 4 盘车装置盘车装置 在汽轮机停机及转子冲转前 转子以一定速度转动起 来的装置 在汽轮机停机及转子冲转前 转子以一定速度转动起 来的装置 汽缸汽缸即汽轮机的外壳 它的作 用是将进行 即汽轮机的外壳 它的作 用是将进行能量转换能量转换的蒸汽与大气 隔开 并在内部支承固定 的蒸汽与大气 隔开 并在内部支承固定喷嘴组喷嘴组 隔板隔板 隔板套 等静止部件 汽缸 一般沿水平中分面分为 隔板套 等静止部件 汽缸 一般沿水平中分面分为上汽缸上汽缸 缸 盖 与 缸 盖 与下汽缸下汽缸两部分组成 为便于 安装 水平法兰由螺栓紧固 汽 缸的高 中压段或高 中压汽缸在 运行中承受其内部蒸汽的 两部分组成 为便于 安装 水平法兰由螺栓紧固 汽 缸的高 中压段或高 中压汽缸在 运行中承受其内部蒸汽的压力压力 同 时承受 同 时承受高温高温 汽缸的低压段或低压 汽缸的尾部在运行中内部的蒸汽压 力低于大气压 故承受外界大气压 力作用 故汽缸壁需有一定 汽缸的低压段或低压 汽缸的尾部在运行中内部的蒸汽压 力低于大气压 故承受外界大气压 力作用 故汽缸壁需有一定厚度厚度 以满足 以满足强度强度与与刚度刚度要求 要求 汽缸汽缸 汽轮机转子由汽轮机转子由主轴主轴 叶轮叶轮 动叶栅动叶栅与与联轴节联轴节等部件组成等部件组成 转子按主轴与其他部件之间的组合方式可分为转子按主轴与其他部件之间的组合方式可分为套装转子套装转子 整锻转子整锻转子 焊接转子焊接转子与与组合转子组合转子 转子转子 套装转子的套装转子的套装转子的套装转子的叶轮叶轮 轴封套轴封套 联轴节联轴节等部件是分别加工套装在阶梯形主等部件是分别加工套装在阶梯形主等部件是分别加工套装在阶梯形主等部件是分别加工套装在阶梯形主 轴上 各部件与轴之间采用轴上 各部件与轴之间采用轴上 各部件与轴之间采用轴上 各部件与轴之间采用过盈配合过盈配合过盈配合过盈配合 并用键传递力矩 并用键传递力矩 并用键传递力矩 并用键传递力矩 中 低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用中 低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用中 低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用中 低压汽轮机的转子和高压汽轮机的低压转子常采用套装套装套装套装结构 结构 结构 结构 整锻转子整锻转子 考虑到考虑到考虑到考虑到高速旋转高速旋转高速旋转高速旋转时承受很大的时承受很大的时承受很大的时承受很大的离心力离心力离心力离心力 在 在 在 在高温高温高温高温条件下其条件下其条件下其条件下其 内孔直径将因材料蠕变而逐渐增大 最后会使得装配的过盈内孔直径将因材料蠕变而逐渐增大 最后会使得装配的过盈内孔直径将因材料蠕变而逐渐增大 最后会使得装配的过盈内孔直径将因材料蠕变而逐渐增大 最后会使得装配的过盈 量消失而造成叶轮中心偏离轴心 使转子质量不平衡 引起量消失而造成叶轮中心偏离轴心 使转子质量不平衡 引起量消失而造成叶轮中心偏离轴心 使转子质量不平衡 引起量消失而造成叶轮中心偏离轴心 使转子质量不平衡 引起 转子强烈振动 故在高温区工作的转子常采用将转子强烈振动 故在高温区工作的转子常采用将转子强烈振动 故在高温区工作的转子常采用将转子强烈振动 故在高温区工作的转子常采用将叶轮叶轮叶轮叶轮 轴封轴封轴封轴封 套套套套与与与与联轴节联轴节联轴节联轴节等部件与轴由一个整锻体车削而成 等部件与轴由一个整锻体车削而成 等部件与轴由一个整锻体车削而成 等部件与轴由一个整锻体车削而成 焊接转子焊接转子 大功率汽轮机低压转子的叶轮受很大离心力 采用套装结大功率汽轮机低压转子的叶轮受很大离心力 采用套装结大功率汽轮机低压转子的叶轮受很大离心力 采用套装结大功率汽轮机低压转子的叶轮受很大离心力 采用套装结 构时叶轮内孔需较大装配过盈量 从而造成很大的构时叶轮内孔需较大装配过盈量 从而造成很大的构时叶轮内孔需较大装配过盈量 从而造成很大的构时叶轮内孔需较大装配过盈量 从而造成很大的装配应力装配应力装配应力装配应力 采用整锻转子 则因锻件尺寸太大 质量难以保证 故采用采用整锻转子 则因锻件尺寸太大 质量难以保证 故采用采用整锻转子 则因锻件尺寸太大 质量难以保证 故采用采用整锻转子 则因锻件尺寸太大 质量难以保证 故采用分分分分 段锻造段锻造段锻造段锻造 焊接组合焊接组合焊接组合焊接组合的焊接转子的焊接转子的焊接转子的焊接转子 组合转子组合转子 因转子各段的工作条件不同 可以在因转子各段的工作条件不同 可以在因转子各段的工作条件不同 可以在因转子各段的工作条件不同 可以在高温高温高温高温段采用整锻结段采用整锻结段采用整锻结段采用整锻结 构 而在构 而在构 而在构 而在中 低温中 低温中 低温中 低温段采用套装结构组成组合转子 以减小锻段采用套装结构组成组合转子 以减小锻段采用套装结构组成组合转子 以减小锻段采用套装结构组成组合转子 以减小锻 件尺寸 件尺寸 件尺寸 件尺寸 叶轮叶轮 叶轮叶轮是用来装置叶片并传递汽流对叶栅产生的扭矩的部件是用来装置叶片并传递汽流对叶栅产生的扭矩的部件 绝大多数叶轮都由绝大多数叶轮都由轮缘轮缘 轮面轮面和和轮毂轮毂三部分组成三部分组成 叶轮承受的载荷有 自身及叶片等高速旋转所产生的巨大叶轮承受的载荷有 自身及叶片等高速旋转所产生的巨大离心力离心力 叶 轮两侧 叶 轮两侧压差的作用力压差的作用力 传递扭矩的 传递扭矩的切向作用力切向作用力 温度不均引起的 温度不均引起的热应力热应力 自身及叶片振动引起的 自身及叶片振动引起的交变应力交变应力等 对于套装叶轮 其内孔上还承受着 因 等 对于套装叶轮 其内孔上还承受着 因过盈配合过盈配合而产生的而产生的接触应力接触应力 叶片叶片 T型叶根型叶根 叉型 纵树型叶根叉型 纵树型叶根 围带围带 拉金拉金 刚性联轴器刚性联轴器 半挠性联轴器半挠性联轴器 汽轮机轴承汽轮机轴承 汽轮机共有汽轮机共有八个径 向轴承 八个径 向轴承和和一个推力轴承一个推力轴承 汽轮机的每个转子都由 两个径向轴承支承 汽轮机的每个转子都由 两个径向轴承支承 盘车装置盘车装置 在汽轮机停机后及冲转前 使转子以一定速度转动起来的装 置 称为 在汽轮机停机后及冲转前 使转子以一定速度转动起来的装 置 称为盘车装置盘车装置 在在停机期间停机期间应利用盘车装置 连续盘车至转子温度低于规定值 防 止上下汽缸温差导致转子发生热弯曲 应利用盘车装置 连续盘车至转子温度低于规定值 防 止上下汽缸温差导致转子发生热弯曲 在在汽轮机冲转前汽轮机冲转前 通常需要向汽封供汽以封隔空气 使凝汽器能建 立起一定的真空 此时会有少量蒸汽进入汽缸 为了避免转子和汽 缸上下受热不均匀而引起转子的热弯曲 也需要对转子进行盘车 通常需要向汽封供汽以封隔空气 使凝汽器能建 立起一定的真空 此时会有少量蒸汽进入汽缸 为了避免转子和汽 缸上下受热不均匀而引起转子的热弯曲 也需要对转子进行盘车 在在机组冲转之前机组冲转之前 通过盘车 还可 通过盘车 还可检查机组是否已具备了正常的冲 转条件 检查机组是否已具备了正常的冲 转条件 如动静部分是否有碰摩 主轴弯曲度是否超过规定值 润 滑油系统是否正常等 如动静部分是否有碰摩 主轴弯曲度是否超过规定值 润 滑油系统是否正常等 在冬季 还可利用盘车装置在冬季 还可利用盘车装置提高润滑油温提高润滑油温使其达到冲转要求的温度 使其达到冲转要求的温度 大亚湾核电站汽轮机简介大亚湾核电站汽轮机简介 英国通用电气公司 GEC 生产的四缸 英国通用电气公司 GEC 生产的四缸 一个双流高压缸一个双流高压缸和和 三个双流低压缸三个双流低压缸 双流双流 中间再热中间再热 冲动式汽轮机 冲动式汽轮机 四个转子通过四个转子通过刚性联轴器刚性联轴器连成一个轴系 再通过刚性联轴器 与发电机转子相联 每个转子都有两个径向轴承支承 整个 轴系只有一个推力轴承 安装在高压缸和第1号低压缸之间 的轴承座内 连成一个轴系 再通过刚性联轴器 与发电机转子相联 每个转子都有两个径向轴承支承 整个 轴系只有一个推力轴承 安装在高压缸和第1号低压缸之间 的轴承座内 高压缸立体局部剖图高压缸立体局部剖图 高压转子结构高压转子结构 1 高压转子的前 后流道各装有5级叶片 2 所有动叶片均为 1 高压转子的前 后流道各装有5级叶片 2 所有动叶片均为叉型叶根叉型叶根 其中1 4级叶片是三 叉型叶根固定 第五级叶片是四叉型叶根固定 3 叶片顶部装有 其中1 4级叶片是三 叉型叶根固定 第五级叶片是四叉型叶根固定 3 叶片顶部装有围带围带 低压缸立体局部剖图低压缸立体局部剖图 低压缸转子低压缸转子 1 每一流道有5级叶 轮 1 4级为 1 每一流道有5级叶 轮 1 4级为叉型叶根叉型叶根 第 5级为 第 5级为纵树型叶根纵树型叶根 2 1 4级动叶片顶部覆 盖有围带 3 第5级动叶片不装围 带 叶片顶 2 1 4级动叶片顶部覆 盖有围带 3 第5级动叶片不装围 带 叶片顶尖削薄尖削薄 4 第5级叶片工作在湿 蒸汽区 为防止水滴对叶 片的侵蚀 在叶片顶部进 汽边背面镶焊一层硬质合 金片 4 第5级叶片工作在湿 蒸汽区 为防止水滴对叶 片的侵蚀 在叶片顶部进 汽边背面镶焊一层硬质合 金片 第5级叶片高度为 945mm 第5级叶片高度为 945mm 5 由于进入低压缸的是过热蒸汽 因此在第1 2级隔板上未采取除 湿措施 而在第3 4 5级隔板上采用了 5 由于进入低压缸的是过热蒸汽 因此在第1 2级隔板上未采取除 湿措施 而在第3 4 5级隔板上采用了除湿沟槽除湿沟槽 汽轮机组汽封汽轮机组汽封 在汽轮机两端设有在汽轮机两端设有端部轴封端部轴封 通流部分有 通流部分有隔板汽封隔板汽封和和径向汽 封 径向汽 封 汽轮机汽封有 汽轮机汽封有迷宫式轴封迷宫式轴封和和光轴斜平轴封光轴斜平轴封结构 结构 高压缸端部轴封高压缸端部轴封 压水堆核电站汽轮机运行特点 压水堆核电站汽轮机运行特点 1 新蒸汽参数在一定范围内变化 常规火电厂汽轮机的 1 新蒸汽参数在一定范围内变化 常规火电厂汽轮机的新蒸汽参数新蒸汽参数在运行期间是不变的 对于压水堆核电 厂 从蒸汽发生器热平衡方程可以看到 在运行期间是不变的 对于压水堆核电 厂 从蒸汽发生器热平衡方程可以看到 avgSG PkF TT 分析 分析 如果保持新蒸汽参数恒定不变 则反应堆 平均温度Tavg变化范围太大 这要求一回 路系统具有较大的 如果保持新蒸汽参数恒定不变 则反应堆 平均温度Tavg变化范围太大 这要求一回 路系统具有较大的体积补偿能力体积补偿能力和较大的和较大的 温度反应性补偿能力温度反应性补偿能力 给一回路设计 安 全运行带来较大困难 给一回路设计 安 全运行带来较大困难 如果保持一回路平均温度不变 则二回路 新蒸汽参数变化较大 特别在较高负荷 下 如果保持一回路平均温度不变 则二回路 新蒸汽参数变化较大 特别在较高负荷 下 蒸汽湿度蒸汽湿度增加 有可能危及汽轮机安 全运行 增加 有可能危及汽轮机安 全运行 因此压水堆核电站常采用一种折衷的运行 方式 即 因此压水堆核电站常采用一种折衷的运行 方式 即反应堆平均温度反应堆平均温度和和汽轮机新蒸汽 参数 汽轮机新蒸汽 参数都作了适当变化 但又都不太大 都作了适当变化 但又都不太大 汽轮机负荷 温度 283 6 291 4 310 329 8 堆芯出口温度 堆芯平均温度 100 堆芯入口温度 SG内蒸汽温度 292 4 2 核汽轮机组的一般特点 2 核汽轮机组的一般特点 蒸汽参数低 且多用饱和蒸汽蒸汽参数低 且多用饱和蒸汽 压水堆核电厂采用压水堆核电厂采用压水堆核电厂采用压水堆核电厂采用间接循环间接循环间接循环间接循环 反应堆冷却剂通过蒸发器传热管将二回 反应堆冷却剂通过蒸发器传热管将二回 反应堆冷却剂通过蒸发器传热管将二回 反应堆冷却剂通过蒸发器传热管将二回 路给水蒸发为饱和汽 因此路给水蒸发为饱和汽 因此路给水蒸发为饱和汽 因此路给水蒸发为饱和汽 因此二回路新蒸汽参数二回路新蒸汽参数二回路新蒸汽参数二回路新蒸汽参数受受受受一回路温度一回路温度一回路温度一回路温度限制 而限制 而限制 而限制 而 一回路温一回路温一回路温一回路温度又与度又与度又与度又与一回路压力一回路压力一回路压力一回路压力密切相关 一回路压力还受到反应堆压力密切相关 一回路压力还受到反应堆压力密切相关 一回路压力还受到反应堆压力密切相关 一回路压力还受到反应堆压力 容器结构容器结构容器结构容器结构设计限制设计限制设计限制设计限制 因此反应堆冷却剂温度提高的潜力已很小 因此反应堆冷却剂温度提高的潜力已很小 因此反应堆冷却剂温度提高的潜力已很小 因此反应堆冷却剂温度提高的潜力已很小 堆芯出堆芯出堆芯出堆芯出 口平均温度一般不超过口平均温度一般不超过口平均温度一般不超过口平均温度一般不超过330330330330 二回路蒸汽一般为 二回路蒸汽一般为 二回路蒸汽一般为 二回路蒸汽一般为5MPa 5MPa 5MPa 5MPa 7MPa7MPa7MPa7MPa的饱和的饱和的饱和的饱和 汽 与火电厂的高蒸汽参数汽轮机相比 核汽轮机的蒸汽汽 与火电厂的高蒸汽参数汽轮机相比 核汽轮机的蒸汽汽 与火电厂的高蒸汽参数汽轮机相比 核汽轮机的蒸汽汽 与火电厂的高蒸汽参数汽轮机相比 核汽轮机的蒸汽可用比焓降可用比焓降可用比焓降可用比焓降 仅为火电厂机组的一半左右 因此 仅为火电厂机组的一半左右 因此 仅为火电厂机组的一半左右 因此 仅为火电厂机组的一半左右 因此 汽耗率汽耗率汽耗率汽耗率约比常规电厂高一倍 约比常规电厂高一倍 约比常规电厂高一倍 约比常规电厂高一倍 与高参数汽轮机相比 低压缸发出的功率较大 达到整个机组功率的与高参数汽轮机相比 低压缸发出的功率较大 达到整个机组功率的与高参数汽轮机相比 低压缸发出的功率较大 达到整个机组功率的与高参数汽轮机相比 低压缸发出的功率较大 达到整个机组功率的 50505050 60606060 而高参数机组中 低压缸仅占 而高参数机组中 低压缸仅占 而高参数机组中 低压缸仅占 而高参数机组中 低压缸仅占20202020 30303030 这样 低 这样 低 这样 低 这样 低 压缸的效率对整机的效率有更大的影响 压缸的效率对整机的效率有更大的影响 压缸的效率对整机的效率有更大的影响 压缸的效率对整机的效率有更大的影响 排汽速度损失排汽速度损失排汽速度损失排汽速度损失对效率有较大影响 这要求增大对效率有较大影响 这要求增大对效率有较大影响 这要求增大对效率有较大影响 这要求增大排汽流通截面排汽流通截面排汽流通截面排汽流通截面以降低排以降低排以降低排以降低排 汽速度 汽速度 汽速度 汽速度 由于蒸汽参数低 蒸汽可用比焓降小 加之为了降低投资将单机由于蒸汽参数低 蒸汽可用比焓降小 加之为了降低投资将单机由于蒸汽参数低 蒸汽可用比焓降小 加之为了降低投资将单机由于蒸汽参数低 蒸汽可用比焓降小 加之为了降低投资将单机 功率取得很大 这都导致核汽轮机组的体积流量大 因而对核汽轮机功率取得很大 这都导致核汽轮机组的体积流量大 因而对核汽轮机功率取得很大 这都导致核汽轮机组的体积流量大 因而对核汽轮机功率取得很大 这都导致核汽轮机组的体积流量大 因而对核汽轮机 配置和结构有以下要求 配置和结构有以下要求 配置和结构有以下要求 配置和结构有以下要求 600 MW600 MW600 MW600 MW 800MW800MW800MW800MW以上核电机组高压缸也做成以上核电机组高压缸也做成以上核电机组高压缸也做成以上核电机组高压缸也做成双流双流双流双流 通常只设通常只设通常只设通常只设高压缸高压缸高压缸高压缸和若干和若干和若干和若干低压缸低压缸低压缸低压缸 不设 不设 不设 不设中压缸中压缸中压缸中压缸 低压缸体积流量大 要求增加低压缸体积流量大 要求增加低压缸体积流量大 要求增加低压缸体积流量大 要求增加排汽口数排汽口数排汽口数排汽口数和和和和排汽截面排汽截面排汽截面排汽截面以及采用更长的末以及采用更长的末以及采用更长的末以及采用更长的末 级叶片 级叶片 级叶片 级叶片 考虑到汽轮机轴长度限制 低压缸排汽口不多于考虑到汽轮机轴长度限制 低压缸排汽口不多于考虑到汽轮机轴长度限制 低压缸排汽口不多于考虑到汽轮机轴长度限制 低压缸排汽口不多于8 8 8 8个 因为排汽个 因为排汽个 因为排汽个 因为排汽 口再多 轴长度增加导致较大的口再多 轴长度增加导致较大的口再多 轴长度增加导致较大的口再多 轴长度增加导致较大的径向相对膨胀间隙径向相对膨胀间隙径向相对膨胀间隙径向相对膨胀间隙会使效率降低 会使效率降低 会使效率降低 会使效率降低 体积流量大体积流量大 核汽轮机组多数级工作在湿汽区核汽轮机组多数级工作在湿汽区 饱和汽轮机组需采取饱和汽轮机组需采取饱和汽轮机组需采取饱和汽轮机组需采取除湿措施除湿措施除湿措施除湿措施 以提高效率和保障安全运行 高 以提高效率和保障安全运行 高 以提高效率和保障安全运行 高 以提高效率和保障安全运行 高 压缸中的湿度是核汽轮机特有的 高压缸内压缸中的湿度是核汽轮机特有的 高压缸内压缸中的湿度是核汽轮机特有的 高压缸内压缸中的湿度是核汽轮机特有的 高压缸内除湿除湿除湿除湿 水滴分布水滴分布水滴分布水滴分布等问题尚等问题尚等问题尚等问题尚 需进一步研究 需进一步研究 需进一步研究 需进一步研究 采用汽水分离再热采用汽水分离再热 由于新蒸汽是饱和汽 膨胀后即进入由于新蒸汽是饱和汽 膨胀后即进入由于新蒸汽是饱和汽 膨胀后即进入由于新蒸汽是饱和汽 膨胀后即进入湿汽区湿汽区湿汽区湿汽区 为保证汽轮机安 为保证汽轮机安 为保证汽轮机安 为保证汽轮机安 全经济运行 在蒸汽经过高压缸后 对高压缸排汽进行汽水分离再全经济运行 在蒸汽经过高压缸后 对高压缸排汽进行汽水分离再全经济运行 在蒸汽经过高压缸后 对高压缸排汽进行汽水分离再全经济运行 在蒸汽经过高压缸后 对高压缸排汽进行汽水分离再 热 以保证低压缸的效率和安全性 因而 热 以保证低压缸的效率和安全性 因而 热 以保证低压缸的效率和安全性 因而 热 以保证低压缸的效率和安全性 因而 饱和汽轮机组饱和汽轮机组饱和汽轮机组饱和汽轮机组无例外地无例外地无例外地无例外地 设有设有设有设有汽水分离再热器汽水分离再热器汽水分离再热器汽水分离再热器 这也是与火电机组的重要区别之一 这也是与火电机组的重要区别之一 这也是与火电机组的重要区别之一 这也是与火电机组的重要区别之一 甩负荷容易超速甩负荷容易超速 由于核汽轮机组多数级工作在由于核汽轮机组多数级工作在由于核汽轮机组多数级工作在由于核汽轮机组多数级工作在湿蒸汽区湿蒸汽区湿蒸汽区湿蒸汽区 通流部分及管道表 通流部分及管道表 通流部分及管道表 通流部分及管道表 面覆盖一层面覆盖一层面覆盖一层面覆盖一层水膜水膜水膜水膜 导致机组 导致机组 导致机组 导致机组甩负荷甩负荷甩负荷甩负荷时 压力下降 水膜时 压力下降 水膜时 压力下降 水膜时 压力下降 水膜闪蒸闪蒸闪蒸闪蒸为汽 为汽 为汽 为汽 引起汽流速骤增 这是核汽轮机组易超速的主要原因 为防止超引起汽流速骤增 这是核汽轮机组易超速的主要原因 为防止超引起汽流速骤增 这是核汽轮机组易超速的主要原因 为防止超引起汽流速骤增 这是核汽轮机组易超速的主要原因 为防止超 速 采用下列措施 速 采用下列措施 速 采用下列措施 速 采用下列措施 完善汽轮机的完善汽轮机的完善汽轮机的完善汽轮机的去湿去湿去湿去湿和和和和疏水机构疏水机构疏水机构疏水机构 减少部件和通道中凝结水 减少部件和通道中凝结水 减少部件和通道中凝结水 减少部件和通道中凝结水 在汽水分离再热器后蒸汽进入低压缸前的管道上装备快速关闭的在汽水分离再热器后蒸汽进入低压缸前的管道上装备快速关闭的在汽水分离再热器后蒸汽进入低压缸前的管道上装备快速关闭的在汽水分离再热器后蒸汽进入低压缸前的管道上装备快速关闭的截截截截 止阀止阀止阀止阀 汽水分离再热器及连通管道容积较大 在机组甩负荷时 再 汽水分离再热器及连通管道容积较大 在机组甩负荷时 再 汽水分离再热器及连通管道容积较大 在机组甩负荷时 再 汽水分离再热器及连通管道容积较大 在机组甩负荷时 再 热器及连接管表面的水膜闪蒸成为超速的主要原因 汽轮机超速试热器及连接管表面的水膜闪蒸成为超速的主要原因 汽轮机超速试热器及连接管表面的水膜闪蒸成为超速的主要原因 汽轮机超速试热器及连接管表面的水膜闪蒸成为超速的主要原因 汽轮机超速试 验结果表明 在低压缸进口装快速关闭阀 可使核汽轮机的超速水验结果表明 在低压缸进口装快速关闭阀 可使核汽轮机的超速水验结果表明 在低压缸进口装快速关闭阀 可使核汽轮机的超速水验结果表明 在低压缸进口装快速关闭阀 可使核汽轮机的超速水 平与常规机组相近平与常规机组相近平与常规机组相近平与常规机组相近 约约约约6 6 6 6 8 8 8 8 3 汽轮机组的转速选择 3 汽轮机组的转速选择 目前 世界上核电厂汽轮机有目前 世界上核电厂汽轮机有目前 世界上核电厂汽轮机有目前 世界上核电厂汽轮机有全速全速全速全速 3000rpm3000rpm3000rpm3000rpm 3600 rpm3600 rpm3600 rpm3600 rpm 和和和和半速半速半速半速 1500 rpm1500 rpm1500 rpm1500 rpm 1800 rpm1800 rpm1800 rpm1800 rpm 之分 之分 之分 之分 电网频率50 Hz的国家全速和半速分别为3000 rpm和1500 rpm 电网频率60 Hz的国家全速和半速分别为3600 rpm和1800 rpm 电网频率50 Hz的国家全速和半速分别为3000 rpm和1500 rpm 电网频率60 Hz的国家全速和半速分别为3600 rpm和1800 rpm 据对世界上据对世界上据对世界上据对世界上410410410410台核电机组统计 全速机组约为台核电机组统计 全速机组约为台核电机组统计 全速机组约为台核电机组统计 全速机组约为1 41 41 41 4 其单机容 其单机容 其单机容 其单机容 量多为量多为量多为量多为400 MW400 MW400 MW400 MW以下 而以下 而以下 而以下 而900 MW900 MW900 MW900 MW以上机组 多数属半速机组 在以上机组 多数属半速机组 在以上机组 多数属半速机组 在以上机组 多数属半速机组 在50 Hz50 Hz50 Hz50 Hz 电网中 全速和半速机组数量相差不多 而电网中 全速和半速机组数量相差不多 而电网中 全速和半速机组数量相差不多 而电网中 全速和半速机组数量相差不多 而60 Hz60 Hz60 Hz60 Hz电网中 采用全速电网中 采用全速电网中 采用全速电网中 采用全速 机组很少 机组很少 机组很少 机组很少 对汽轮机转速选择的考虑因素如下 对汽轮机转速选择的考虑因素如下 对汽轮机转速选择的考虑因素如下 对汽轮机转速选择的考虑因素如下 汽轮机的可靠性汽轮机的可靠性 对于大型汽轮机组 采用对于大型汽轮机组 采用半速半速的主要好处是提高叶片的可靠性 的主要好处是提高叶片的可靠性 因为转速越低 离心应力越小 在同样材料和加工水平下 末级因为转速越低 离心应力越小 在同样材料和加工水平下 末级因为转速越低 离心应力越小 在同样材料和加工水平下 末级因为转速越低 离心应力越小 在同样材料和加工水平下 末级 叶片可以更长 如转速为叶片可以更长 如转速为叶片可以更长 如转速为叶片可以更长 如转速为3000 rpm3000 rpm3000 rpm3000 rpm时 目前最长的钢质末级叶片为时 目前最长的钢质末级叶片为时 目前最长的钢质末级叶片为时 目前最长的钢质末级叶片为 l060 mml060 mml060 mml060 mm 而而而而1500 rpm1500 rpm1500 rpm1500 rpm时 却可达到时 却可达到时 却可达到时 却可达到1500 mm1500 mm1500 mm1500 mm 减少叶片在湿汽中的减少叶片在湿汽中的减少叶片在湿汽中的减少叶片在湿汽中的 侵蚀损坏对提高叶片可靠性很重要 侵蚀损坏对提高叶片可靠性很重要 侵蚀损坏对提高叶片可靠性很重要 侵蚀损坏对提高叶片可靠性很重要 许多研究认为 许多研究认为 许多研究认为 许多研究认为 侵蚀系数侵蚀系数侵蚀系数侵蚀系数与圆周速度的二次方 三次方 甚至四与圆周速度的二次方 三次方 甚至四与圆周速度的二次方 三次方 甚至四与圆周速度的二次方 三次方 甚至四 次方成正方 无疑 次方成正方 无疑 次方成正方 无疑 次方成正方 无疑 低速下叶片的抗侵蚀性能大大提高了 叶片振 动特性分析也表明 低速汽轮机的动态可靠性高 低速下叶片的抗侵蚀性能大大提高了 叶片振 动特性分析也表明 低速汽轮机的动态可靠性高 汽轮机的经济性汽轮机的经济性 关于转速对汽轮机组效率影响的研究表明 关于转速对汽轮机组效率影响的研究表明 关于转速对汽轮机组效率影响的研究表明 关于转速对汽轮机组效率影响的研究表明 半速机级组在高压 部分带来一些附加损失 但低压部分的效率将得到提高 半速机级组在高压 部分带来一些附加损失 但低压部分的效率将得到提高 重量 尺寸和造价重量 尺寸和造价 根据流体力学和力学中的相似定律 根据流体力学和力学中的相似定律 根据流体力学和力学中的相似定律 根据流体力学和力学中的相似定律 若汽轮机转速减半 且汽轮机 流通通道的线性尺寸扩大为原来的2倍 则在同样蒸汽参数下 功率 可达到原来的4倍 若汽轮机转速减半 且汽轮机 流通通道的线性尺寸扩大为原来的2倍 则在同样蒸汽参数下 功率 可达到原来的4倍 这时 各部件的应力以及其本征频率与运行频率这时 各部件的应力以及其本征频率与运行频率这时 各部件的应力以及其本征频率与运行频率这时 各部件的应力以及其本征频率与运行频率 的比值均保持不变 按照同样的结构原理制造的部件 若所有尺寸的比值均保持不变 按照同样的结构原理制造的部件 若所有尺寸的比值均保持不变 按照同样的结构原理制造的部件 若所有尺寸的比值均保持不变 按照同样的结构原理制造的部件 若所有尺寸 均扩大为原来的均扩大为原来的均扩大为原来的均扩大为原来的2 2 2 2倍 重量就会变为原来的倍 重量就会变为原来的倍 重量就会变为原来的倍 重量就会变为原来的8 8 8 8倍 因而在相同功率倍 因而在相同功率倍 因而在相同功率倍 因而在相同功率 时 半速机组的外形尺寸和重量都增加 并增加了起重设备及大型时 半速机组的外形尺寸和重量都增加 并增加了起重设备及大型时 半速机组的外形尺寸和