7 大型汽轮机及特种汽轮机

1、1 1 大型汽轮机 超临界汽轮机 超超临界汽轮机 工业汽轮机 600MW 300MW 船舶动力 流程工业 第七章第七章大型汽轮机及特种汽轮机大型汽轮机及特种汽轮机 2 2 汽轮机工况简介汽轮机工况简介 热耗率验收工况热耗率验收工况THA：指汽轮机在额定进气参数下、额定背压、回热系统 正常投运，补水率为0，能连续运行发出的功率； 阀门全开工况阀门全开工况VWO：汽轮机在调阀全开，额定进气参数、额定背压、回 热系统正常投运，机组能连续运行的工况。汽机进汽量不小于铭牌进汽量 1.05倍； 最大连续工况最大连续工况T-MCR：汽轮机在额定进气参数下、额定背压（4.9KPa） 、 回热系统正常投运，补水

2、率为0，进气量等于铭牌工况进气量时能连续运 行的工况； 铭牌工况铭牌工况TRL：汽轮机在额定进气参数下、额定背压（11.8KPa）、回热 系统正常投运，补水率为3%时机组能连续运行发出的铭牌功率。 第七章第七章大型汽轮机及特种汽轮机大型汽轮机及特种汽轮机 3 n水的临界点：压力22.7MPa、温度374.15。 nT-s图，从水的定压加热过程得到，当压力不断增加时，其等 温加热过程逐渐变短，汽化潜热减小。当压力增加至 22.7MPa，相应的饱和水温度为374.15，便不再有等温变 化过程，当汽轮机主蒸汽的进汽压力大于22.7MPa时，称为 超临界机组。 第二节第二节 超临界汽轮机超临界汽轮机

3、3 n在临界状态附近，水和汽的 状态难于分辨。另一种理解 是：当温度高于374.15时， 用加压的办法是不可能使蒸 汽变成水的。 4 第二节第二节 超临界汽轮机超临界汽轮机 4 一一 特点特点 热效率高。 蒸汽体积流量降低。 承压件壁厚增大。 蒸汽参数与机组效率的关系 5 二二 超临界和超超临界机压力汽轮机主要技术特点超临界和超超临界机压力汽轮机主要技术特点 n高性能材料 n冷却技术 n高压部件设计 n汽流激振力预防 n末级优化设计 第二节第二节 超临界汽轮机超临界汽轮机 5 6 一、压水堆核电站的系统和设备一、压水堆核电站的系统和设备 n压水堆核电厂的系统和设备，通常可以分为两大部分 n核的

4、系统和设备部分（核岛） n常规的系统和设备部分（常规岛） 核电厂运行的基本原则和常规的火力发电厂一样，都是根据电厂负荷需要量来核电厂运行的基本原则和常规的火力发电厂一样，都是根据电厂负荷需要量来 调节反应堆（锅炉）的发热量，使得热功率和电负荷相平衡。核电厂与火力发调节反应堆（锅炉）的发热量，使得热功率和电负荷相平衡。核电厂与火力发 电厂的不同之处，在于核电厂是以原子核裂变时产生的能量作为能源。电厂的不同之处，在于核电厂是以原子核裂变时产生的能量作为能源。 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 7 二、核电汽轮机的类型二、核电汽轮机的类型 n按进汽参数分类：过热蒸汽汽轮机和饱和蒸汽汽轮机 n过热蒸

5、汽汽轮机： 反应堆采用高温气冷堆和改进型石墨气冷堆 进汽参数达到常规火电厂的标准，容量达到甚至超过常规火电厂 n饱和蒸汽核电站汽轮机 反应堆采用轻水堆（包括压水堆和沸水堆） 压水堆平均出口温度低于310 二回路产生的压力较低（68MPa)的饱和蒸汽。 目前饱和蒸汽汽轮机约占核电站总装机容量89%。 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 8 二、核电汽轮机的特点二、核电汽轮机的特点 （1）新蒸汽参数低，且多用饱和蒸汽 （2）理想焓降小，容积流量大 （3）腐蚀和侵蚀 饱和汽轮机大部分级处于湿蒸汽区工作，汽轮机部件容易受到 腐蚀和侵蚀，降低机组的使用寿命，降低汽轮机级的相对内效率 （4）汽水分离再热器

6、 饱和蒸汽汽轮机在高、低压缸之间必须装设汽水分离再热器，采用用 汽水分离再热器，高压缸排汽中汽水分离再热器，高压缸排汽中98%的水分可被除去，的水分可被除去，采用汽水分用汽水分 离再热器也是核电机组与火电机组的重要区别之一。离再热器也是核电机组与火电机组的重要区别之一。 （5）半速机：把汽轮机的转速降低一半 在不增加转子和叶片零件的应力水平条件下，采用半速机，其排 汽面积可增至原来的4倍，流量和功率也大致达到4倍，其技术经济 优越性较突出。 （6）甩负荷易超速 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 9 第七章第七章 核电汽轮机核电汽轮机 10 二、核电汽轮机的特点二、核电汽轮机的特点 （1）新蒸

7、汽参数低，且多用饱和蒸汽 （2）理想焓降小，容积流量大 l一回路压力决定堆内温度低二回路进汽参数低（68Mpa) l焓降小，流量大 l与相同功率常规电厂汽轮机相比，理想焓降约小一半容积流量 约大6090% l结构特点:(1)进、排汽管路尺寸增大；（2）高压缸采用双流道， 两个排汽口，低压缸采用多缸双流道，多个排汽口；（3）叶片 高度大，末级采用更长的叶片； l汽耗，kg/kwh:火电3，核电5.5 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 11 二、核电汽轮机的特点二、核电汽轮机的特点 （6）甩负荷易超速（主要原因是汽轮机中积聚的水分多） )1 ( aHHPHP XK 600MW 高高中中压压平平均

8、均效效率率 低低压压效效率率 亚亚临临界界火火电电 0.890.91 0.880.90 核核电电 0.820.85 0.850.87 ，K H 8.06.0 0.18.0 L K 级平均湿度级平均湿度： a X )1( aLLPLP XK lHP在湿区：进口湿度（0.2-0.4)%，出口湿度（12-15）% l低压出口湿度比火电大：火电（68）%；核电（911）% l闪蒸易引起超速 甩负荷易超速原因：1）甩负荷后留在通流部分内、蒸汽联通管和汽水分离再热器 等处的大量蒸汽，继续流经各级膨胀做功；2）饱和蒸汽汽轮机的静子零部件表面 由于积水形成水膜，当汽轮机甩负荷时，通流部分压内蒸汽压力突然降低引

9、起水膜 闪蒸而产生大量蒸汽，也会在级内膨胀做功，导致汽轮机超速。 l湿蒸汽对效率的影响：湿度，粒度，可用下列经验公式计算 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 12 二、核电汽轮机的特点二、核电汽轮机的特点 l总结 核汽轮机主汽参数低，全机比焓降远小于常规电站汽轮机，在相同功率下全机核汽轮机主汽参数低，全机比焓降远小于常规电站汽轮机，在相同功率下全机 通流级数多，因容积流量大，各级平均直径及通流面积大，结构尺寸大。核电通流级数多，因容积流量大，各级平均直径及通流面积大，结构尺寸大。核电 汽轮机高压缸各级工作在饱和蒸汽区，湿气损失大，无中压缸，高压缸排汽需汽轮机高压缸各级工作在饱和蒸汽区，湿气损失

10、大，无中压缸，高压缸排汽需 用主蒸汽和抽汽再热及汽水分离。低压缸部分级工作在过热区，低压缸缸数多。用主蒸汽和抽汽再热及汽水分离。低压缸部分级工作在过热区，低压缸缸数多。 核电汽轮机全机内效率低于常规电站汽轮机。核电采用半数机可使级的平均直核电汽轮机全机内效率低于常规电站汽轮机。核电采用半数机可使级的平均直 径增大，单级功率增大。径增大，单级功率增大。 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 13 核电站的三个主要部分：核电站的三个主要部分： 反应堆、热交换装置和汽轮发电机组。反应堆、热交换装置和汽轮发电机组。 反应堆：压水堆和沸水堆占反应堆：压水堆和沸水堆占87%以上以上 三、反应堆和核电汽轮机参

11、数三、反应堆和核电汽轮机参数 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 14 三、反应堆和核电汽轮机参数三、反应堆和核电汽轮机参数 一回路主系统的典型流程：在压水反应堆中，采用除盐除氧的含硼水作为冷却剂，一回路主系统的典型流程：在压水反应堆中，采用除盐除氧的含硼水作为冷却剂， 高压、大流量的冷却剂在堆芯吸收了核燃料裂变放出的热量，从反应堆压力容器高压、大流量的冷却剂在堆芯吸收了核燃料裂变放出的热量，从反应堆压力容器 的出口流出，经热管段进入蒸汽发生器传热管，将热量传给传热管外二回路侧的的出口流出，经热管段进入蒸汽发生器传热管，将热量传给传热管外二回路侧的 给水，产生蒸汽，进入二回路系统，推动汽轮发电

12、机组发电；冷却剂由蒸汽发生给水，产生蒸汽，进入二回路系统，推动汽轮发电机组发电；冷却剂由蒸汽发生 器传热管流出，从过渡段进入冷却剂主泵，经主泵升压后，又流入反应堆。器传热管流出，从过渡段进入冷却剂主泵，经主泵升压后，又流入反应堆。 带有放射性的冷却剂始终循环流动于闭合的一回路主系统各环路中，与二回路系带有放射性的冷却剂始终循环流动于闭合的一回路主系统各环路中，与二回路系 统是完全隔离的，这就使核蒸汽供应系统产生的蒸汽是不带放射性的，方便了二统是完全隔离的，这就使核蒸汽供应系统产生的蒸汽是不带放射性的，方便了二 回路系统设备的运行与维修。回路系统设备的运行与维修。 热管段热管段 第三节第三节 核

13、电汽轮机核电汽轮机 15 一回路主系统一回路主系统(又可称为压水又可称为压水 堆冷却剂系统堆冷却剂系统) 主要功能：由冷却剂将堆芯主要功能：由冷却剂将堆芯 中因核裂变产生的热量传输中因核裂变产生的热量传输 给蒸汽动力装置并冷却堆芯，给蒸汽动力装置并冷却堆芯， 防止燃料元件烧毁。防止燃料元件烧毁。 压反应堆汽轮机的回路包括：一回路系统和二回路系统压反应堆汽轮机的回路包括：一回路系统和二回路系统 二回路系统与常规火力发电厂的相应部分相似，主要功能：二回路系统与常规火力发电厂的相应部分相似，主要功能： (1)将核蒸汽供应系统产生的热能转变成电能。将核蒸汽供应系统产生的热能转变成电能。 (2)在停机或

14、事故情况下，保证核蒸汽供应系统的冷却。在停机或事故情况下，保证核蒸汽供应系统的冷却。 一回路包括反应堆，蒸汽发生一回路包括反应堆，蒸汽发生 器，稳压器，冷却剂循环泵；器，稳压器，冷却剂循环泵； 二回路由汽轮机，凝汽器，回热加热器，给水泵，汽机旁路等组成。二回路由汽轮机，凝汽器，回热加热器，给水泵，汽机旁路等组成。 三、反应堆和核电汽轮机参数三、反应堆和核电汽轮机参数 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 16 三、反应堆和核电汽轮机参数三、反应堆和核电汽轮机参数 火电火电 核电核电 265280 0.755Mpa 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 17 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 18

15、 19 20 五、核电汽轮机典型结构及工作流程五、核电汽轮机典型结构及工作流程 汽轮机结构由三个基本部分组成： 1、转动部分：动叶栅、叶轮、轴、联轴器等部件。 2、静止部分：汽缸、喷嘴叶栅、隔板、汽封及轴承等部件。 3、附属设备：主汽阀、调节阀、调节系统、主油泵、辅助油泵等。 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 21 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 没有中压缸 参数低体积流量大高压缸双流 低压缸排汽口多（降低流速，提高通流面积） 排汽口过多轴太长轴向间隙汽轮机效率提高叶片高度（受到限制） 五、核电汽轮机典型结构及工作流程五、核电汽轮机典型结构及工作流程 以1 000MW 级机组为例，一回路

16、平均压力15. 5 Mpa，平均温度310；故二回路参 数也低：蒸汽发生器出口压力6. 7MPa，温度为283，是含有一定湿度的蒸汽，湿度 一般为0. 2% 0. 4%。 22 1000MW级核电汽轮机的典型结构如图： 类型：冲动式四缸双流中间再热凝汽式饱和蒸汽汽轮机； 组成：一个高压缸，三个低压缸，四缸均为双流式 4个高、低压转子通过刚性联轴器接成一个轴系，再通过刚性联轴器与发电转子相联。 每个转子由一对径向轴承支撑，只有一个推力轴承，安装在高压缸和第一低压缸之间 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 23 高压缸：双流式，两个流道各有5个压力级（全周进汽、不调节流量） 主蒸汽经过管道（4根）

17、高压蒸汽柜（4个)弯管（4根） 进汽口（上下各两个）进汽口（上下各两个） 高压缸膨胀作功排汽管排汽（8根，对称排列） 低压缸：双流式，每个流道各5个压力级 再热蒸汽管道（6根,截止阀和调节阀） 管道（6根） 3个低压缸顶部进汽口低 压缸膨胀作功排汽口（每个缸2个） 凝汽器 主汽阀和调节阀：汽轮机装有1只主汽阀和6只调节阀，分别控制6组喷嘴。 运行时，首先1、2、3、4阀同时开启，当负荷超过90%时，5、6阀依次开启，效率较高 转子结构：高压缸采用整锻式、低压缸可用整锻式或套装式 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 24 o 转子结构转子结构 ALSTOM ALSTOM 焊接焊接 Seimens

18、 Seimens 套装套装 东芝、日立东芝、日立 整锻整锻 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 25 Arabelle France 1530 MW 焊接转子焊接转子 26 六、湿蒸汽汽轮机的水蚀及汽水分离装置六、湿蒸汽汽轮机的水蚀及汽水分离装置 1、湿蒸汽的影响 喷嘴叶栅流出的高速两相流（蒸汽和水），水滴流速低于蒸汽， 由速度三角形可见：水滴打击在工作叶片进口边的背弧上，上部1/3背弧 受到水滴侵蚀破坏最严重。 HP LP 水滴 蒸汽 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 27 六、湿蒸汽汽轮机的水蚀及汽水分离装置六、湿蒸汽汽轮机的水蚀及汽水分离装置 2、去湿措施 级内除湿装置：缝隙式去湿装置

19、（喷嘴叶片） 沟槽去湿装置（汽缸和隔板外环） 级内除湿装置效率不高 采用外置式去湿装置 汽水分离再热器 优点：高压缸排汽经处理后，湿度为0.0050.01，可改善机组工作条件， 提高经济性 缺点：增加汽轮机蒸汽流动阻力，增加设备投资，增加二回路故障几率 但总体可提高装置效率22.5% 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 28 七、核电站汽轮机的可靠性七、核电站汽轮机的可靠性 按照分级表的评级，所有运行事件分为一至七级。 1986年4月26日，世界上最严重的核事故在苏联切尔诺贝利核电站发生。 大亚湾核电厂2010年5月11月发生辐射泄漏事故。 当中两宗评定为“非等级”，10.23一宗评为“一级”运行事件。 “非等级”及一级事件分别代表与核安全无关及对核安全没有影响。 总体来看：核电汽轮机的可靠性水平很高。 第三节第三节 核电汽轮机核电汽轮机 29 第四节第四节 工业汽轮机工业汽轮机 一、工业汽轮机的分类及其特点一、工业汽轮机的分类及其特点 （一）工业汽轮机的分类（一）工业汽轮机的分类 按驱动对象可划分为： 机械驱动用，即驱动压缩机、风机和泵等工作机械用的工 业汽轮机； 自备电站用，即在企业内部驱动发电机的工业汽轮机。 按驱动方式划分为： 直接驱动，用于驱动中等以上功率的发电机、高速离心泵、 离心式和轴流式鼓风机或压缩机等； 间接驱动，通过变速器驱动小发电机、低速泵、鼓风机、 压缩