PWR系統(tǒng)與設(shè)備-第六章-二回路及其輔助系統(tǒng)課件

1、PWR系統(tǒng)與設(shè)備上海交通大學(xué)機械與動力工程學(xué)院核科學(xué)與系統(tǒng)工程系中國電力投資集團核電培訓(xùn)班課程第六章二回路及其輔助系統(tǒng)1、二回路熱力系統(tǒng)概述 壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)是將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿膭恿D(zhuǎn)換系統(tǒng)。 將核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿脑砼c火電廠基本相同，現(xiàn)代典型的壓水堆核電廠二回路蒸汽初壓約為6.5MPa，相應(yīng)的飽和溫度約為281，蒸汽干度為99.75；而火力發(fā)電廠使用的新蒸汽初壓約為18MPa，溫度為535，甚至更高。 因此，壓水堆核電廠的理論熱效率必然低于火電廠?；鹆Πl(fā)電廠與壓水堆核電廠毛效率的參考數(shù)字分別約為39和34。 概述（續(xù)） 火力發(fā)電廠通常將在高壓缸做功后的排汽送回鍋爐進行

2、火力再熱； 在核電廠，用壓水堆進行核再熱是不現(xiàn)實的，只能采用新蒸汽對高壓缸排汽進行中間再熱。 火電廠的煙氣回路總是開放的。在一個開式系統(tǒng)中，排入大氣的工作后的載熱劑溫度總是高于周圍環(huán)境的溫度，也就是說，一些熱量隨載熱劑排入大氣而損失掉了。 核電廠的冷卻劑回路總是封閉的。這不僅從防止放射性物質(zhì)泄漏到環(huán)境是必需的，從熱力學(xué)角度講，它提高了循環(huán)的熱效率。 系統(tǒng)的功能 構(gòu)成封閉的熱力循環(huán)，將核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽送往汽輪機做功，汽輪機帶動發(fā)電機，將機械能變?yōu)殡娔?。作為蒸汽和動力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，在核電廠正常運行期間，本系統(tǒng)工作的可靠性直接影響到核電廠技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。從安全角度講，二回路的另一個主要功能是將反應(yīng)

3、堆衰變熱帶走，保證反應(yīng)堆的安全，二回路設(shè)置了一系列系統(tǒng)和設(shè)施，保障一回路熱量排出，如蒸汽發(fā)生器輔助給水系統(tǒng)、蒸汽排放系統(tǒng)、主蒸汽管道上卸壓閥及安全閥等就是為此設(shè)置的?？刂苼碜砸换芈沸孤┑姆派湫运健６芈废到y(tǒng)設(shè)計上，能提供有效的探測放射性漏入系統(tǒng)的手段和隔離泄漏的方法。 (1) 西屋公司壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)該系統(tǒng)由蒸汽發(fā)生器二次側(cè)、汽輪發(fā)電機組、凝汽器、凝結(jié)水-給水系統(tǒng)及主要設(shè)備之間的管線和閥門組成。汽輪機采用的是一臺雙流高壓缸和三臺雙流低壓缸配置串聯(lián)在一根軸上。來自主蒸汽管道的蒸汽經(jīng)主汽門和調(diào)節(jié)閥進入汽輪機。主汽門用于停機時切斷蒸汽供應(yīng)；調(diào)節(jié)閥則用于按電網(wǎng)負荷的要求調(diào)節(jié)進汽量。從主蒸汽

4、母管有一旁路管線與汽輪機并聯(lián)，當(dāng)電網(wǎng)階躍大幅度降負荷或甩負荷時，蒸汽經(jīng)此旁路管線排往凝汽器。典型的壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)(1) 西屋公司壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)（續(xù)）該系統(tǒng)的一個特點是凝汽器真空除氧，在給水泵上游沒有單獨設(shè)置除氧器，這種設(shè)計在西屋公司二回路設(shè)計中經(jīng)常被采用。凝結(jié)水由凝結(jié)水泵及主給水泵唧送順次經(jīng)過若干回?zé)峒訜崞骷訜?。圖中的七級回?zé)峒訜崞鞣殖蓛山M，從凝結(jié)水泵至主給水泵之間的屬于低壓加熱器；主給水泵至蒸汽發(fā)生器之間的屬于高壓加熱器。加熱蒸汽凝結(jié)生成的疏水逐級自流到相鄰的低一級的加熱器，然后進入加熱器疏水箱，經(jīng)疏水泵升壓打入主給水或主凝結(jié)水管道。除凝結(jié)水和給水回?zé)峒訜崞魍猓€設(shè)有

5、軸封蒸汽凝汽器和主給水泵汽輪機凝汽器來加熱凝結(jié)水，以便利用熱能。在高低壓缸之間，還設(shè)有汽水分離再熱器對高壓缸排汽進行汽水分離和兩級再熱。采用兩臺汽動給水泵輸送給水至蒸汽發(fā)生器。西屋公司壓水堆核電廠二回路熱力系統(tǒng)圖LCV疏水閥；H1H7第一級至第七級加熱器；MSR汽水分離再熱器；SG蒸汽發(fā)生器；HP高壓缸；LP低壓缸 (2) 秦山核電廠1號機組二回路系統(tǒng) 該機組設(shè)有三級低壓加熱器、三級高壓加熱器、一級除氧器。具有汽水分離和二級再熱。 汽輪機組采用一臺雙流高壓缸和兩臺雙流低壓缸配置，給水泵采用的是電動離心泵。 回?zé)峒訜崞鞯氖杷粗鸺壸粤鞣绞健８邏杭訜崞鞯氖杷粗鸺壸粤鲄R入除氧器；低壓加熱器疏水逐級

6、自流最終匯入凝汽器。由于凝汽器的抽氣器采用的是射汽抽氣器，所以在軸封加熱器上游設(shè)置了抽汽加熱器。 新蒸汽經(jīng)抽氣器蒸汽入口手動閥節(jié)流后，進入抽氣器噴嘴，并以高速射出，產(chǎn)生抽吸作用，把空氣吸入混合室。蒸汽、空氣由混合室進入擴壓管，在擴壓管中混合物流速降低，動能轉(zhuǎn)換為壓力勢能，然后以稍高于大氣的壓力排出。 秦山核電廠1號機組二回路原則性系統(tǒng)圖 E抽氣；H，S軸封汽；N，T汽機泄漏；B閥桿泄漏；SE抽氣加熱器；GS軸封加熱器；TV截止閥；GV調(diào)節(jié)閥；ISV再熱截止閥；IV再熱斷流閥 (3) 美國GE公司為大亞灣核電廠提供的二回路熱力系統(tǒng) 汽輪機采用一臺雙流高壓缸和三臺雙流低壓缸，采用兩級再熱，回?zé)峒訜?/p>

7、系統(tǒng)由4級低壓加熱、2級高壓加熱和一臺除氧器組成，給水泵采用的是兩臺50容量的汽動給水泵和一臺50容量的電動給水泵。大亞灣核電廠二回路熱力系統(tǒng)圖 MS汽水分離器；R1第一級再熱器；R2第二級再熱器；C凝汽器；FT給水泵汽輪機；G發(fā)電機 2、汽輪機組及其輔助設(shè)備系統(tǒng)概述 汽輪機是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成機械能的蝸輪式機械。它的主要用途是在熱力發(fā)電中做帶動發(fā)電機的原動機。在采用化石燃料(煤、燃油和天然氣)和核燃料的發(fā)電廠中，基本上都采用汽輪機作原動機。有時，汽輪機還直接用來驅(qū)動泵，以提高電廠的經(jīng)濟性或安全性。為了保證汽輪機正常工作，需配置必要的附屬設(shè)備，如管道、閥門、凝汽器等，汽輪機及其附屬設(shè)備的組合稱

8、為汽輪機設(shè)備。在火電廠和核電廠，汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，將汽輪機與發(fā)電機的組合稱為汽輪發(fā)電機組。 (1) 汽輪發(fā)電機組設(shè)備組成 來自蒸汽發(fā)生器的高溫高壓蒸汽經(jīng)主汽閥、調(diào)節(jié)閥進入汽輪機。由于汽輪機排汽口的壓力大大低于進汽壓力，蒸汽在這個壓差作用向排汽口流動。其壓力和溫度逐漸降低，部分熱能轉(zhuǎn)換為汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機械能。做功的蒸汽稱為乏汽，從排汽口排入凝汽器，在較低的溫度下凝結(jié)成水。此凝結(jié)水由凝結(jié)水泵抽出送往蒸汽發(fā)生器構(gòu)成封閉的熱力循環(huán)。為了吸收乏汽在凝汽器放出的凝結(jié)熱，保持較低的凝結(jié)溫度，必須用循環(huán)水泵不斷地向凝汽器供應(yīng)冷卻水。由于汽輪機的尾部和凝汽器不能絕對密封，其內(nèi)部壓力又低于外界大氣壓，因而會

9、有空氣漏入，最終進入凝汽器的殼側(cè)。若任空氣在凝汽器內(nèi)積累。必使凝汽器內(nèi)壓力升高，導(dǎo)致乏汽壓力升高，減少蒸汽對汽輪機做的有用功；同時積累的空氣還會帶來乏汽凝結(jié)放熱的惡化。這兩者都會導(dǎo)致熱循環(huán)效率的下降，因而必須將凝汽器殼側(cè)的空氣抽出。凝汽設(shè)備由凝汽器、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵和抽氣器組成，它的作用是建立并保持凝汽器的真空，以使汽輪機保持較低的排汽壓力，同時回收凝結(jié)水循環(huán)使用。以減少冷源損失，提高汽輪機設(shè)備運行的經(jīng)濟性。 (2) 回?zé)峒訜嵩O(shè)備 凝結(jié)水泵出口的主凝結(jié)水經(jīng)幾級低壓加熱器加熱后送往除氧器。除氧器是一種混合式加熱器，同時承擔(dān)除去水中溶解的氧的任務(wù)。經(jīng)除氧的水由給水泵升壓后，再經(jīng)幾級高壓加熱器加熱

10、送往蒸汽發(fā)生器。 (3) 調(diào)節(jié)和保護裝置及供油系統(tǒng)等附屬設(shè)備為了保證滿足用戶的電力需求汽輪機的功率必須進行調(diào)節(jié)。因此，每臺汽輪機有一套由調(diào)節(jié)裝置組成的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。另外，汽輪機是高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備，它的轉(zhuǎn)子和定子間隙很小，是既龐大又精密的設(shè)備。為保證汽輪機安全運行，配有一套自動保護裝置，以便在異常情況下發(fā)出警報；在危急情況下自動關(guān)閉主汽門，使之停運。調(diào)節(jié)系統(tǒng)和保護裝置常用壓力油來傳遞信號和操縱有關(guān)部件。汽輪機的各個軸承也需要油潤滑和冷卻，因而每臺汽輪機都配有一套油系統(tǒng)?？傊啓C設(shè)備是以汽輪機為核心，包括凝汽設(shè)備、回?zé)峒訜嵩O(shè)備、調(diào)節(jié)和保護裝置及供油系統(tǒng)等附屬設(shè)備在內(nèi)的一系列動力設(shè)備組合。正是靠它們協(xié)調(diào)

11、有序地工作，才得以完成能量轉(zhuǎn)換的任務(wù)。 汽輪發(fā)電機組設(shè)備組成圖 1-主汽閥；2-調(diào)節(jié)閥；3-汽輪機；4-凝汽器；5-抽氣器；6-循環(huán)水泵；7-凝結(jié)水泵；8-低壓加熱器；9-除氧器；10-給水泵；11-高壓加熱器；12-發(fā)電機；13-勵磁機 汽輪機的工作原理蒸汽在汽輪機中先把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝麆幽?，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。由于動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的方式不同。便有不同工作原理的汽輪機?！凹墶?：一列動葉柵與一列靜葉柵組成了從蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子的機械能的基本單元，稱之為級。A ：沖動作用原理 當(dāng)一運動物體碰到另一靜止的或運動速度較低的物體時，就會受到阻礙而改變其速度（大小與方向），同時給阻礙它的物體一個作用力

12、。這個作用力稱為沖動力。根據(jù)沖量定律，沖動力的大小取決于運動物體的質(zhì)量和速度變化，質(zhì)量越大，沖動力越大；速度變化越大，沖動力也越大。若阻礙運動的物體在此力作用下產(chǎn)生了速度變化，則運動物體就做了機械功。在汽輪機中，蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力降低，速度增加，熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽堋８咚倨髁鹘?jīng)動葉片3時，由于汽流方向改變，產(chǎn)生了對葉片的沖動力，推動葉輪2旋轉(zhuǎn)做功，將蒸汽的動能變成軸旋轉(zhuǎn)的機械能。這種利用沖動力做功的原理，稱為沖動作用原理。 (1) 沖動式汽輪機沖動式汽輪機工作原理圖 1軸；2葉輪；3動葉片；4噴嘴B：單級沖動式汽輪機 汽輪機的級由一列周向布置的噴嘴(靜葉柵)和與之相配合的動葉柵構(gòu)成。動葉柵

13、中每相鄰的兩個動葉片構(gòu)成一個動葉流道。蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹，壓力出p0降至p1，流速從c0增至從c1，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。蒸汽進入動葉柵后，改變流動方向。產(chǎn)生了沖動作用力使葉輪旋轉(zhuǎn)做功，將蒸汽動能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)子的機械能。蒸汽離開動葉柵的速度降至c2。由于蒸汽在動葉柵中不膨脹，所以動葉柵前后壓力相等，即p1p2。 單級沖動式汽輪機工作原理圖 1軸；2葉輪；3動葉柵；4靜葉柵（噴嘴）5汽缸；6排汽管C：速度級汽輪機 在單級汽輪機中，當(dāng)噴嘴中比焓降較大時，噴嘴出口的蒸汽速度很高，從而使蒸汽離開動葉柵的速度c2也很大，這將產(chǎn)生很大的損失，降低了汽輪機的經(jīng)濟性。為了減小這部分損失，可如圖那樣，在第一列動

14、葉柵后安裝一列導(dǎo)向葉柵。使蒸汽在導(dǎo)向葉柵內(nèi)改變流動方向后，再進入裝在同一葉輪上的第二列動葉柵中繼續(xù)做功。這樣，從第一列動葉柵流出的汽流所具有的動能又在第二列動葉柵中加以利用，使動能損失減小。如果流出第二列動葉的汽流還具有較大的動能，還可以再裝第二列導(dǎo)向葉柵和第三列動葉柵。這種將蒸汽在噴嘴中膨脹產(chǎn)生的動能分幾次在動葉柵中利用的級。稱為速度級。通常把蒸汽動能在兩列動葉柵中加以利用的級稱為二列速度級在三列動葉柵中加以利用的級稱為三列速度級。 圖還表示出蒸汽在速度級中壓力和速度的變化規(guī)律。蒸汽在動葉柵中和導(dǎo)向葉柵中都不發(fā)生膨脹，因而第二列動葉柵后的壓力等于噴嘴后的壓力。 速度級（兩列）汽輪機工作原理圖

15、 1軸；2葉輪；3第一列動葉柵；4靜葉柵（噴嘴）；5汽缸；6第二列動葉柵；7導(dǎo)向葉柵 D：多級沖動式汽輪機 由若干個沖動級依次疊置而成的多級汽輪機，稱為多級沖動式汽輪機。隨著汽輪機向高參數(shù)、大功率和高效率方向發(fā)展，單級汽輪機便不能適應(yīng)需要，從而產(chǎn)生了多級汽輪機。在多級汽輪機中，一列周向布置的靜葉柵和與之相配的動葉柵構(gòu)成一級。圖示為一種具有三個沖動級的多級沖動式汽輪機。整個汽輪機的比焓降分別由三個沖動級加以利用。蒸汽進入汽缸后，在第一級靜葉柵2中發(fā)生膨脹，壓力由p0降至p1，汽流速度由c0增至c1，然后進入第一級動葉柵3中做功，做功后流出動葉柵的汽流速度降至c2。由于蒸汽在動葉柵中不發(fā)生膨脹，動

16、葉柵后的壓力(即第一級后壓力)即等于噴嘴后的壓力p1。從第一級流出的蒸汽，再依次進入其后的兩級，并重復(fù)上述做功過程，最后從排汽管中排出。圖中還表示出蒸汽在各級中壓力及速度的變化情況。具有三個沖動級的多級汽輪機示意圖 1 新蒸汽室；2第一級靜葉柵；3第一級動葉柵；4第二級靜葉柵；5第二級動葉柵；6排汽管；7隔板 D：多級沖動式汽輪機（續(xù)） 由于流經(jīng)各級后的蒸汽壓力逐漸降低，比體積逐漸增大，因而蒸汽的體積流量也逐漸增大。為了使蒸汽順利流過，汽輪機的通流面積逐漸增加，所以噴嘴和動葉的高度以及級的直徑都逐漸增大。多級汽輪機的功率是各級功率之和，因此多級汽輪機的功率可以按需要做得很大。A：反動作用原理

17、由牛頓第三定律可知，當(dāng)某物體對另一物體施加作用力時，此物體就必然要受到與其作用力大小相等、方向相反的的反作用力。例如火箭就是利用燃料燃燒時所產(chǎn)生的大量高壓氣體從尾部高速噴出，對火箭產(chǎn)生的反作用力使其高速飛行的，這個反作用力稱為反動力。在反動式汽輪機中，蒸汽不但在噴嘴(靜葉柵)中產(chǎn)生膨脹，壓力由p0降至p1，速度由c0增至c1，高速汽流對動葉產(chǎn)生一個沖動力；而且在動葉柵中也膨脹，壓力由p1降至p2，速度由動葉進口相對速度w1增至動葉出口相對速度w2，汽流必然對動葉產(chǎn)生一個由于加速而引起的反動力，使轉(zhuǎn)子在蒸汽沖動力和反動力的共同作用下旋轉(zhuǎn)做功。蒸汽在反動級中的壓力和速度變化情況下圖所示。 （2）反

18、動式汽輪機蒸汽在反動級中的流動 蒸汽在動葉通道中膨脹時對動葉的作用力 B：多級反動式汽輪機 反動式汽輪機一般都是多級的。 按照蒸汽在汽輪機中的流動方向分類，反動式汽輪機可分為軸流式和輻流式兩種。 軸流式多級反動式汽輪機 軸流式多級反動式汽輪機動葉片直接裝在輪轂上，在每列葉片之前，裝有靜葉片。動葉片和靜葉片的斷面形狀基本相同。壓力為p0的新蒸汽由環(huán)形汽室7進入汽輪機后，在第一級靜葉柵中膨脹。壓力降低，速度增加。然后進入第一級動葉柵，改變流動方向，產(chǎn)生沖動力。在動葉柵中，蒸汽繼續(xù)膨脹，壓力下降，流速增高。汽流在動葉柵中速度的增高，對動葉柵產(chǎn)生反動力。轉(zhuǎn)子在沖動力和反動力的共同作用下旋轉(zhuǎn)做功。從第一

19、級流出的蒸汽依次進入以后各級重復(fù)上述過程，直到經(jīng)過最后一級動葉柵離開汽輪機。 軸流式多級反動式汽輪機（續(xù)） 由于蒸汽的比體積隨著壓力的降低而增大，因此，葉片的高度相應(yīng)增高，使流通面積逐級增大，以保證蒸汽順利地流過。由于反動式汽輪機每一級前后都存在壓力差，因而在整個轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生很大的軸向推力，其方向如下圖所示。為了減小這個軸向推力。反動式汽輪機不能像沖動式汽輪機那樣采用葉輪結(jié)構(gòu)。而是在轉(zhuǎn)子前部裝設(shè)平衡活塞8來抵消軸向推力?；钊暗目臻g用聯(lián)通管9和排汽管聯(lián)通，使活塞上產(chǎn)生一個向左的軸向推力，以達到平衡轉(zhuǎn)子軸向推力的目的。 軸流式多級反動式汽輪機示意圖 1-輪鼓；2、3-動葉柵；4、5-靜葉柵；6汽缸

20、；7-環(huán)形進汽室；8-平衡活塞；9聯(lián)絡(luò)蒸汽管 輻流式多級反動式汽輪機 汽輪機有兩個軸4和5，葉輪1和2分別安裝在這兩個轉(zhuǎn)軸上，葉片6和7分別垂直安裝在兩個葉輪的端面上，組成動葉柵。 輻流式反動式汽輪機是利用反動作用原理來工作的，新蒸汽從新蒸汽管3進入汽輪機蒸汽室，然后流經(jīng)各級動葉柵逐漸膨脹，利用汽流對葉片的反動力推動葉輪旋轉(zhuǎn)做功，從而將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變成機械能。輻流式汽輪機的兩個轉(zhuǎn)子按相反的方向旋轉(zhuǎn)，可以分別帶動兩個發(fā)電機工作。輻流式多級反動式汽輪機示意圖 1-輪鼓；2、3-動葉柵；4、5-靜葉柵；6汽缸；7-環(huán)形進汽室；8-平衡活塞；9聯(lián)絡(luò)蒸汽管（1）按熱力過程特性分類 凝汽式汽輪機：進入汽輪

21、機的蒸汽，除很少一部分泄漏外，全部排入凝汽器，這種汽輪機稱為純凝汽式汽輪機。在現(xiàn)代汽輪機中，多數(shù)采用回?zé)嵫h(huán)。此時，進入汽輪機的蒸汽，除大部分排入凝汽器外，尚有少部分蒸汽從汽輪機中分批抽出。用來回?zé)峒訜崞鹘o水。這種汽輪機稱為有回?zé)岢槠哪狡啓C。簡稱凝汽式汽輪機。背壓式汽輪機：排汽壓力高于大氣壓力的汽輪機稱為背壓式汽輪機。其排汽可供工業(yè)或采暖使用，當(dāng)其排汽作為中、低壓汽輪機的進汽時。稱為前置式汽輪機。汽輪機的分類（1）按熱力過程特性分類（續(xù)） 調(diào)節(jié)抽汽式汽輪機：在這種汽輪機中，部分蒸汽在一種或兩種給定壓力下抽出對外供熱，其余蒸汽做功后 仍排入凝汽器。由于用戶對供汽壓力和供熱量有一定要求，需

22、對抽汽壓力進行調(diào)節(jié)(用于回?zé)岢槠膲毫o需調(diào)節(jié))，因而汽輪機裝備有抽汽壓力調(diào)節(jié)機構(gòu)，以維持抽汽壓力恒定。中間再熱式汽輪機：新蒸汽經(jīng)汽輪機前幾級做功后，全部引至加熱裝置再次加熱到某一溫度，然后再回到汽輪機繼續(xù)做功。這種汽輪機稱為中間再熱式汽輪機。核電廠系統(tǒng)中采用不太現(xiàn)實。（2）按工作原理分類 沖動式汽輪機：按沖動作用原理工作的汽輪機稱為沖動式汽輪機。在近代沖動式汽輪機中，蒸汽在動葉內(nèi)有一定程度的膨脹，但習(xí)慣上仍稱為沖動式汽輪機。反動式汽輪機：按反動作用原理工作的汽輪機稱為反動式汽輪機。近代反動式汽輪機常用沖動級或速度級作為多級汽輪機的第一級來調(diào)節(jié)進汽量，但習(xí)慣上仍稱為反動式汽輪機?；旌鲜狡啓C：

23、由按沖動原理工作的級和按反動原理工作的級組合而成的汽輪機稱為混合式汽輪機。（3）按新蒸汽壓力分類 低壓汽輪機：新蒸汽壓力為1.2MPa2MPa；中壓汽輪機：新蒸汽壓力為2.1MPa8MPa；高壓汽輪機：新蒸汽壓力為8.1MPa12.5MPa；超高壓汽輪機：新蒸汽壓力為12.6MPa15.1MPa；亞臨界汽輪機：新蒸汽壓力為15.1MPa22MPa；超臨界汽輪機：新蒸汽壓力為22.12MPa以上。（4）汽輪機命名-（汽輪機型式(代號) 額定功率(MW)-蒸汽參數(shù)-變型設(shè)計參數(shù)）型式代號型式代號凝汽式N抽汽背壓式CB背壓式B船用H一次調(diào)整抽汽式C工業(yè)用G二次調(diào)整抽汽式CC移動式Y(jié)下表列出了國產(chǎn)汽輪

24、機型號的代表號：（5）汽輪機命名示例N50-8.82：表示凝汽式，功率為50MW，蒸汽初壓為8.82MPa，按原設(shè)計制造的汽輪機；N200-12.75/535/535：表示凝汽式，功率為200MW，蒸汽初壓為12.75MPa，初溫為535C，中間再熱溫度為535C，按原設(shè)計制造的汽輪機；N50-8.82-1：表示凝汽式，功率為50MW，蒸汽初壓為8.82MPa，按第一次變型設(shè)計制造的汽輪機；CC12-3.43/0.98/0.118：表示兩次調(diào)整抽汽式，功率為12MW，蒸汽初壓為3.43MPa，蒸汽初壓為3.43MPa，高壓抽汽壓力為0.98MPa，低壓抽汽壓力為0.118MPa，按原設(shè)計制造汽

25、輪機；B25-8.82/0.98：表示背壓式，功率為25MW，蒸汽初壓為8.82MPa，背壓為0.98MPa，按原設(shè)計制造的汽輪機；CB25-8.82/1.47/0.49：表示抽汽背壓式，功率為25MW，蒸汽初壓為8.82MPa，抽汽壓力為1.47MPa，按原設(shè)計制造的汽輪機。（1）核汽輪機組的一般特點 對于輕水堆核電廠，多數(shù)采用飽和蒸汽汽輪機，從而使輕水堆核電廠汽輪機具有以下特點。蒸汽參數(shù)低體積流量大核汽輪機組多數(shù)級工作在濕汽區(qū)采用汽水分離再熱易超速核電廠汽輪機的特點A：蒸汽參數(shù)低壓水堆核電廠采用間接循環(huán)，反應(yīng)堆冷卻劑通過蒸發(fā)器傳熱管將二回路給水蒸發(fā)為飽和汽。因此二回路新蒸汽參數(shù)受一回路溫度

26、限制，而一回路溫度又與一回路壓力密切相關(guān)，一回路壓力還受到反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計限制。因此反應(yīng)堆冷卻劑溫度提高的潛力已很小(堆芯出口平均溫度一般不超過330)。二回路蒸汽一般為5MPa 7MPa的飽和汽。與火電廠的高蒸汽參數(shù)汽輪機相比，核汽輪機的蒸汽可用比焓降僅為火電廠機組的一半左右，因此：汽耗率約比常規(guī)電廠高一倍；與高參數(shù)汽輪機相比，低壓缸發(fā)出的功率較大，達到整個機組功率的50 60，而高參數(shù)機組中，低壓缸僅占20 30。這樣，低壓缸的效率對整機的效率有更大的影響；排汽速度損失對效率有較大影響，這要求增大排汽流通截面以降低排汽速度。B：體積流量大 由于蒸汽參數(shù)低，蒸汽可用比焓降小，加之為了降

27、低投資將單機功率取得很大，這都導(dǎo)致核汽輪機組的體積流量大，因而對核汽輪機配置和結(jié)構(gòu)有以下要求：600 MW800MW以上核電機組高壓缸也做成雙流；通常只設(shè)高壓缸和若干低壓缸，不設(shè)中壓缸；低壓缸體積流量大，要求增加排汽口數(shù)和排汽截面以及采用更長的末級葉片。 考慮到汽輪機軸長度限制，低壓缸排汽口不多于8個，因為排汽口再多，軸長度增加導(dǎo)致較大的徑向相對膨脹間隙會使效率降低。C：核汽輪機組多數(shù)級工作在濕汽區(qū)飽和汽輪機組需采取除濕措施，以提高效率和保障安全運行。高壓缸中的濕度是核汽輪機特有的，高壓缸內(nèi)除濕、水滴分布等問題尚需進一步研究。 D：采用汽水分離再熱 由于新蒸汽是飽和汽，膨脹后即進入濕汽區(qū)，為保

28、證汽輪機安全經(jīng)濟運行，在蒸汽經(jīng)過高壓缸后，對高壓缸排汽進行汽水分離再熱，以保證低壓缸的效率和安全性。因而，飽和汽輪機組無例外地設(shè)有汽水分離再熱器，這也是與火電機組的重要區(qū)別之一。 E：易超速 由于核汽輪機組多數(shù)級工作在濕蒸汽區(qū)，通流部分及管道表面覆蓋一層水膜，導(dǎo)致機組甩負荷時，壓力下降，水膜閃蒸為汽，引起汽流速驟增，這是核汽輪機組易超速的主要原因。為防止超速，采用下列措施：完善汽輪機的去濕和疏水機構(gòu)、減少部件和通道中凝結(jié)水；在汽水分離再熱器后蒸汽進入低壓缸前的管道上裝備快速關(guān)閉的截止閥。汽水分離再熱器及連通管道容積較大，在機組甩負荷時，再熱器及連接管表面的水膜閃蒸成為超速的主要原因。汽輪機超速

29、試驗結(jié)果表明，在低壓缸進口裝快速關(guān)閉閥，可使核汽輪機的超速水平與常規(guī)機組相近(約68)。 （2）汽輪機組的轉(zhuǎn)速選擇 目前，世界上核電廠汽輪機有全速(3000rpm、3600 rpm)和半速(1500 rpm、1800 rpm)之分； 電網(wǎng)頻率50 Hz的國家全速和半速分別為3000 rpm和1500 rpm；電網(wǎng)頻率60 Hz的國家全速和半速分別為3600 rpm和1800 rpm。 據(jù)對世界上410臺核電機組統(tǒng)計，全速機組約為1/4，其單機容量多為400 MW以下，而900 MW以上機組，多數(shù)屬半速機組。在50 Hz電網(wǎng)中，全速和半速機組數(shù)量相差不多，而60 Hz電網(wǎng)中，采用全速機組很少。

30、對汽輪機轉(zhuǎn)速選擇的考慮因素如下： 汽輪機的可靠性 對于大型汽輪機組，采用半速的主要好處是提高葉片的可靠性。 因為轉(zhuǎn)速越低，離心應(yīng)力越小，在同樣材料和加工水平下，末級葉片可以更長。如轉(zhuǎn)速為3000 rpm時，目前最長的鋼質(zhì)末級葉片為l060 mm，而1500 rpm時，卻可達到1500 mm。減少葉片在濕汽中的侵蝕損壞對提高葉片可靠性很重要。 許多研究認為，侵蝕系數(shù)與圓周速度的二次方、三次方，甚至四次方成正方。無疑，低速下葉片的抗侵蝕性能大大提高了。葉片振動特性分析也表明，低速汽輪機的動態(tài)可靠性高。 汽輪機的經(jīng)濟性 關(guān)于轉(zhuǎn)速對汽輪機組效率影響的研究表明，半速機級組在高壓部分帶來一些附加損失，但低

31、壓部分的效率將得到提高。 重量、尺寸和造價 根據(jù)流體力學(xué)和力學(xué)中的相似定律，若汽輪機轉(zhuǎn)速減半，且汽輪機流通通道的線性尺寸擴大為原來的2倍，則在同樣蒸汽參數(shù)下，功率可達到原來的4倍。這時，各部件的應(yīng)力以及其本征頻率與運行頻率的比值均保持不變，按照同樣的結(jié)構(gòu)原理制造的部件，若所有尺寸均擴大為原來的2倍，重量就會變?yōu)樵瓉淼?倍。因而在相同功率時，半速機組的外形尺寸和重量都增加，并增加了起重設(shè)備及大型設(shè)備運輸?shù)碾y度，增加了汽輪機的制造費用。因而，汽輪機制造廠商都要根據(jù)自己的設(shè)計制造條件來選擇飽和汽輪機轉(zhuǎn)速。世界上對核汽輪機組轉(zhuǎn)速選擇尚有爭論，但有一點共識是：根據(jù)目前制造水平，1300 MW以上大容量機

32、組主要發(fā)展半速機組。 （1）多級汽輪機的組成 多級汽輪機由若干級組成，分為汽缸、轉(zhuǎn)子、軸承座與盤車裝置四大部分。汽缸：汽輪機的外殼，由進汽部分、汽缸體與排汽室組成，形成能量轉(zhuǎn)換的空間；轉(zhuǎn)子：汽輪機的各級葉輪沿軸向順序套裝在軸上，或與軸鍛成一體，組成轉(zhuǎn)子；軸承座：轉(zhuǎn)子上葉輪由支持軸承和推力軸承支撐定位，軸承置于軸承座內(nèi)；盤車裝置：在汽輪機停機及轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)前，轉(zhuǎn)子以一定速度轉(zhuǎn)動起來的裝置。 高壓大功率凝汽式汽輪機內(nèi)蒸汽的理想焓降很大，級數(shù)較多。為了增加汽缸與轉(zhuǎn)子的剛度，需采用多缸結(jié)構(gòu)，各轉(zhuǎn)子分別有軸承支撐，用聯(lián)軸節(jié)連成一個整體。汽輪機總體結(jié)構(gòu)A：轉(zhuǎn)子的分類 汽輪機的轉(zhuǎn)子由主軸、葉輪、動葉柵與聯(lián)軸節(jié)等

33、部件組成。 蒸汽作用在動葉柵上的力矩，通過葉輪、主軸與聯(lián)軸節(jié)傳遞給發(fā)電機或其它設(shè)備。按主軸與其它部件之間的組合方式，轉(zhuǎn)子可分為：套裝轉(zhuǎn)子、整鍛轉(zhuǎn)子、焊接轉(zhuǎn)子與組合轉(zhuǎn)子四大類。（2）汽輪機轉(zhuǎn)子 套裝轉(zhuǎn)子 套裝轉(zhuǎn)子的葉輪、軸封套、聯(lián)軸節(jié)等部件是分別加工套裝在階梯形主軸上，各部件與軸之間采用過盈配合，并用鍵傳遞力矩。中、低壓汽輪機的轉(zhuǎn)子和高壓汽輪機的低壓轉(zhuǎn)子常采用套裝結(jié)構(gòu)。套裝轉(zhuǎn)子 1油封環(huán)；2軸封套；3軸；4動葉柵；5葉輪；6平衡槽 整鍛轉(zhuǎn)子 考慮到高速旋轉(zhuǎn)時承受很大的離心力，在高溫條件下其內(nèi)孔直徑將因材料蠕變而逐漸增大，最后會使得裝配的過盈量消失而造成葉輪中心偏離軸心，使轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，引起轉(zhuǎn)子

34、強烈振動。故在高溫區(qū)工作的轉(zhuǎn)子常采用將葉輪、軸封套與聯(lián)軸節(jié)等部件與軸由一個整鍛體車削而成。整鍛轉(zhuǎn)子 焊接轉(zhuǎn)子 大功率汽輪機低壓轉(zhuǎn)子的葉輪受很大離心力，采用套裝結(jié)構(gòu)時葉輪內(nèi)孔需較大裝配過盈量，從而造成很大的裝配應(yīng)力；采用整鍛轉(zhuǎn)子，則因鍛件尺寸太大，質(zhì)量難以保證。故采用分段鍛造，焊接組合的焊接轉(zhuǎn)子 。 焊接轉(zhuǎn)子 1葉輪；2焊縫：3動葉柵；4平衡槽；5聯(lián)軸器的連接輪 組合轉(zhuǎn)子 因轉(zhuǎn)子各段的工作條件不同，可以在高溫段采用整鍛結(jié)構(gòu)，而在中、低溫段采用套裝結(jié)構(gòu)組成組合轉(zhuǎn)子，以減小鍛件尺寸。組合轉(zhuǎn)子 B：葉輪結(jié)構(gòu)葉輪為圓盤形零件，一般可劃分為輪緣、輪體（輪面）與輪轂三部分。輪緣是安裝葉柵的部位，其具體結(jié)構(gòu)與

35、葉片結(jié)構(gòu)有關(guān)。輪體時葉輪中間部分，可分為等厚度、錐面、雙曲面等幾種。輪轂是套裝轉(zhuǎn)子的葉輪與主軸連接的部分（整鍛與焊接轉(zhuǎn)子沒有輪轂）。它是受力最大的地方。為減小應(yīng)力，輪轂的軸向尺寸較大。葉輪結(jié)構(gòu)(a)、(b)、(c)等厚度葉輪；(d)、(e) 錐形葉輪；(f) 雙曲線葉輪 葉型部分葉型也稱葉身、型線、工作部分、通流部分，是動葉片的基本部分。汽流流過由葉片型線部分組成的汽道，完成了能量轉(zhuǎn)換過程。為提高能量轉(zhuǎn)換效率，葉片斷面型線及其葉高的變化規(guī)律應(yīng)符合氣體動力學(xué)要求；而葉片結(jié)構(gòu)尺寸的選擇則主要取決于強度與振動安全性，同時應(yīng)滿足加工工藝要求。按葉型部分的橫截面變化規(guī)律，葉片可分為等截面葉片與變截面葉片

36、。等截面葉片的截面積和葉型沿葉高是相同的，也稱直葉片；變截面葉片的截面積和葉型沿葉高按一定規(guī)律變化，即葉片繞各截面形心的連線發(fā)生扭轉(zhuǎn)，所以通常稱為扭曲葉片。C：葉片結(jié)構(gòu) 葉根 葉根是將葉片固定在葉輪或輪轂上的連接部分，其結(jié)構(gòu)應(yīng)保證在任何運行條件下葉片都能牢靠地固定在葉輪（或輪轂）上，同時力求制造簡單，裝配方便。常見的葉根包括：T形葉根、叉形葉根與樅樹形葉根等型式。葉頂部分 葉頂部分包括在葉頂處將葉片連接成組的圍帶與葉型部分將葉片連接成組的拉金。D：聯(lián)軸節(jié)的結(jié)構(gòu)聯(lián)軸節(jié)也稱靠背輪，是將兩個轉(zhuǎn)子連接在一起，并傳遞力矩的部件。它由兩個連接輪（每個轉(zhuǎn)子軸端各有一個連接輪）與連接件組成。根據(jù)其連接間的性質(zhì)

37、不同，可分為剛性、撓性與半撓性三類。A：汽缸的結(jié)構(gòu)與作用汽缸即汽輪機的外殼。它的作用是將進行能量轉(zhuǎn)換的蒸汽與大氣隔開，并在內(nèi)部支承固定噴嘴組、隔板（隔板套）等靜止部件。汽缸一般沿水平中分面分為上汽缸（缸蓋）與下汽缸兩部分組成（為便于安裝），水平法蘭由螺栓緊固。汽缸的高、中壓段或高、中壓汽缸在運行中承受其內(nèi)部蒸汽的壓力，同時承受高溫；汽缸的低壓段或低壓汽缸的尾部在運行中內(nèi)部的蒸汽壓力低于大氣壓，故承受外界大氣壓力作用。故汽缸壁需有一定厚度，以滿足強度與剛度要求。（3）汽缸與隔板B：汽缸的支承、膨脹與滑銷系統(tǒng)汽缸的支承要平穩(wěn)，其因自重而產(chǎn)生的撓度應(yīng)與轉(zhuǎn)子的撓度近似相等，同時要保證汽缸能自由膨脹，且

38、不改變其中心現(xiàn)的位置。汽缸的支承防蝕一般有貓爪支承與臺板支承兩種。C：隔板、噴嘴組的結(jié)構(gòu)與定位 （4）汽封結(jié)構(gòu)與軸封系統(tǒng)（5）軸承 軸承是汽輪機一個重要組成部件，分為支持軸承與推力軸承兩種，其作用是承受轉(zhuǎn)子的重量與未平衡的軸向推力，并確定轉(zhuǎn)子在汽缸中的位置。由于汽輪機轉(zhuǎn)子的質(zhì)量大，轉(zhuǎn)速高，為確保機組能長期安全運行，支承轉(zhuǎn)子的軸承都采用了以液體摩擦為理論基礎(chǔ)的軸互式滑動軸承，工作時，借助具有一定壓力的潤滑油在軸頸與軸瓦之間形成油膜（楔形油膜），建立液體摩擦，使汽輪機安全平穩(wěn)運行。（6）盤車裝置在汽輪機停機后及轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)前，使轉(zhuǎn)子以一定速度轉(zhuǎn)動起來的裝置，稱為盤車裝置。汽輪機停機時，汽缸轉(zhuǎn)子均處于冷

39、卻過程，由于汽缸下部冷卻快，上部冷卻慢，上下缸之間出現(xiàn)溫差；另外，若此時轉(zhuǎn)子停下后靜止不動，轉(zhuǎn)子本身也會出現(xiàn)上下溫差，這樣將產(chǎn)生大軸彎曲，這種彎曲值可能會達到很大數(shù)值，不利于汽輪機馬上重新投入運行。如果強行重新啟動，勢必造成機組振動甚至引起動靜體部件的摩擦碰撞事故。因此，在停機期間應(yīng)利用盤車裝置，將轉(zhuǎn)子不間斷地轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子四周溫度均勻，以免大軸發(fā)生彎曲，同時也能減少汽缸等部件的上下溫差。（6）盤車裝置（續(xù)1）當(dāng)汽輪機啟動時，在用蒸汽對轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)之前，通常需要向汽封供汽以封隔空氣，使凝汽器能迅速建立起一定真空。這時，少量蒸汽進入汽缸，為防止轉(zhuǎn)子與汽缸上下部分受熱不均勻而引起轉(zhuǎn)子產(chǎn)生熱彎曲，也需要盤

40、車裝置帶動轉(zhuǎn)子作短時間的轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子受熱均勻。此外，在機組沖轉(zhuǎn)之前，通過盤車過程，還可以同時檢查機組是否具備了正常的條件，如動靜體是否有摩擦，主軸彎曲度是否符合規(guī)程規(guī)定，潤滑系統(tǒng)是否正常等。（6）盤車裝置（續(xù)2）盤車裝置分類按動力來源分：電動盤車與液動盤車；按結(jié)構(gòu)特點分：具有螺旋軸的電動盤車與具有擺動齒輪的電動盤車以及具有鏈輪渦輪蝸桿的電動盤車；按盤車轉(zhuǎn)速的高低分：低速盤車（24rpm）與高速盤車（40 70rpm）；此外，盤車裝置還有一種分類法：連續(xù)盤車與間歇盤車。（1）概述來自蒸汽發(fā)生器的飽和汽進入高壓缸膨脹做功，蒸汽的壓力和溫度逐級降低，汽的濕度增大。 以大亞灣核電廠汽輪機為例，其額定工

41、況時高壓缸排汽濕度近14.3。為保證汽輪機安全運行，提高低壓缸內(nèi)效率，在高、低壓缸之間設(shè)置汽水分離再熱器，使進入低壓缸的蒸汽具有一定過熱度，從而使低壓缸排汽濕度達到可接受水平。 因而，汽水分離再熱器對核汽輪機組的經(jīng)濟性與可靠性具有重要意義。 汽水分離再熱器（MSR）（1）概述（續(xù)）為進一步提高經(jīng)濟性，現(xiàn)代核汽輪機組一般采用兩級再熱： 第一級再熱的加熱蒸汽來自高壓缸抽汽；第二級再熱的加熱蒸汽用新蒸汽。 用新蒸汽加熱壓力較低的蒸汽雖會降低循環(huán)熱效率，但由于低壓缸采用較高溫度的過熱蒸汽，低壓缸內(nèi)效率提高，最終會改善整個機組的經(jīng)濟性。 與非再熱相比，單級再熱可使經(jīng)濟性提高1.52，兩級再熱時，可提高經(jīng)

42、濟性1.82.5。 經(jīng)濟性提高的程度，取決于再熱壓力、再熱器溫差、汽水分離再熱器內(nèi)的壓力損失等因素。（2）結(jié)構(gòu)形式及流程現(xiàn)代核電廠普遍采用一體化的汽水分離再熱器。 按結(jié)構(gòu)型式，汽水分離再熱器有臥式和立式的兩種。 美國、法國、日本等國采用臥式，而德國、俄羅斯則采用立式。 A：臥式汽水分離再熱器 汽水分離再熱器的殼體是一個由碳鋼制作的圓筒形構(gòu)件，內(nèi)表面有不銹鋼襯里保護。汽水分離元件布置在下方，它由一系列波紋板組成，這些波紋板由固定桿固定到分離器框架上，構(gòu)成一個柵板，柵板直接焊在內(nèi)支撐架上。在汽水分離柵板入口，有多孔流量分配板，每臺汽水分離再熱器有32個柵板，分成兩組，呈“V”形沿縱向布置在筒體下方

43、。在汽水分離再熱器上方布置有兩級蒸汽再熱管束，這兩級再熱器有相似的結(jié)構(gòu)，每級包括一個蒸汽聯(lián)箱、一個管板及帶有肋片的U形傳熱管束，由一系列支撐板支撐，以控制傳熱管之間的間距，減少管子的撓度并限制和消除管子的振動。整個管束也由內(nèi)支撐架支撐。臥式汽水分離再熱器結(jié)構(gòu)圖 A：臥式汽水分離再熱器（續(xù)1）高壓缸排汽由進汽管沿縱向進入由殼體和支撐架構(gòu)成的環(huán)腔，穿過流量分配板和汽水分離柵板，除去約98的水分。分離出的水在重力作用下通過水槽和下降管排入分離器的疏水箱。經(jīng)汽水分離后的蒸汽向上，順序通過第一、二級再熱管束，經(jīng)筒體頂部的三根蒸汽管進入低壓缸。在汽水分離再熱器殼側(cè)，設(shè)有超壓保護裝置，它是由1只先導(dǎo)安全閥和

44、8個爆破模板組組成，其排放量為汽輪機的全流量。排放裝置全部安裝在鄰近汽輪機旁外側(cè)墻的汽水分離再熱器殼體上。A：臥式汽水分離再熱器（續(xù)2）大亞灣核電廠汽水分離再熱器主要參數(shù) 筒體直徑/m：5.35 筒體長度/m：24.38 筒體重量t：342 汽水分離再熱器類型：人字形再熱管外徑/mm：19.05 再熱管內(nèi)徑/mm：13.3 每米肋片數(shù)：750 肋片高度/mm：1.5 每級加熱管束傳熱管根數(shù)：l 321 新汽壓力/MPa：6.43 新汽溫度/0C：279 抽汽壓力/MPa：2.76 抽汽溫度/：229 高壓缸排汽入口溫度/oC：169 高壓缸排汽壓力/MPa：0.78 高壓缸排汽濕度：0.14

45、再熱后出口溫度：265 再熱后蒸汽壓力/MPa：0.74 B：立式汽水分離再熱器 圖示為德國設(shè)計的立式汽水分離再熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。濕度約為13的高壓缸排汽由下部入口1進入。濕蒸汽先經(jīng)過前置分離器，在這里將成股的水流和大水滴分離出去。從前置分離器流出的蒸汽夾帶少量水分向上進入作為主分離器的精細分離元件。精細分離元件采用波紋板式結(jié)構(gòu)，流入汽水分離元件的蒸汽經(jīng)過多次折流，由于慣性力作用，液滴偏離蒸汽流徑，撞到波紋板壁上。分離出來的水沿壁面向下流入集水槽，然后被引至凝結(jié)水排出管道。從前置分離器和主分離器分離出來的水，均收集到汽水分離器疏水容器內(nèi)。在主分離器后面的蒸汽區(qū)域有一個抽汽口。 立式汽水分離再熱

46、器示意圖 1-蒸汽入口；2-前置分離器；3-汽水分離元件；4-中間再熱器；5-蒸汽出口；6-百葉窗；7-汽水分離元件排水口；8-前置分離器排水口；9-加熱蒸汽入口；10-加熱蒸汽凝結(jié)水出口；11-抽氣口B：立式汽水分離再熱器（續(xù)） 經(jīng)汽水分離的蒸汽進入中間再熱器，中間再熱器由直管束組成。加熱蒸汽走管內(nèi)，從上部進入，流過加熱器管而被凝結(jié)成水。凝結(jié)水沿管內(nèi)壁流到管束下面的空腔中，再從那里排入中間再熱器疏水容器內(nèi)。（1）凝汽器的功能 凝汽器是二回路熱力循環(huán)的冷源。 其基本功能是接收汽輪機的排汽并將其凝結(jié)成水，構(gòu)成封閉的熱力循環(huán)。 其具體功能有：在循環(huán)水系統(tǒng)、汽輪機軸封系統(tǒng)及真空系統(tǒng)的支持下，建立并維

47、持汽輪機所要求的背壓，保證汽輪機安全、可靠、經(jīng)濟地運行。接受汽輪機排汽及蒸汽排放系統(tǒng)的蒸汽，并將其凝結(jié)成水。接受來自各疏水箱的疏水，經(jīng)過濾除氧，保持凝結(jié)水水質(zhì)，為二回路存儲供應(yīng)凝結(jié)水。凝汽器（2）凝汽器的工作過程和設(shè)計要求 凝汽器是一個工作在真空條件下的表面式熱交換器。汽輪機排汽流過凝汽器傳熱管外表面時，將熱量傳遞給在管內(nèi)流動的循環(huán)水，蒸汽在傳熱管外表面凝結(jié)，蒸汽凝結(jié)時凝結(jié)水的比體積遠小于工作壓力下飽和蒸汽的比體積，因而蒸汽的凝結(jié)造成凝汽器內(nèi)的真空。由于蒸汽體積流量很大，且夾帶有極少量的不凝氣體，加之汽輪機低壓缸側(cè)汽輪機軸貫穿部和凝汽器本身密封不嚴(yán)都會導(dǎo)致空氣漏入，真空的維持是個動平衡過程，運

48、行中只有不斷將漏入和累積的不可凝汽體抽走才能維持真空。 因此，建立和維持凝汽器真空的條件是：有充足的溫度適當(dāng)?shù)难h(huán)水凝結(jié)蒸汽；汽輪機軸封系統(tǒng)正常工作；凝汽器真空系統(tǒng)不斷將空氣抽走。 凝汽器示意圖 1后水室；2管板；3冷卻管束；4熱井；5進水管；6水室隔板；7前水室；8出水管；9管子支撐隔板；10進汽管；11空氣冷卻區(qū)；12擋板；13外殼；14抽汽口A：凝汽器殼側(cè)體積流量的劇烈變化假設(shè)一臺凝汽器，工作壓力為5kPa，凝結(jié)蒸汽量為30 kg/s，則其進口處蒸汽的體積流量為840m3/s(蒸汽比體積近似取28m3/kg)。但是，凝結(jié)水流量僅為0.03m3/s，抽氣口處不凝氣體和部分未凝結(jié)蒸汽的體積流

49、量在正常情況下也只不過0.3m3/s左右，兩項相加僅約0.33m3/s，僅是管束進口處蒸汽流量的1/2500。凝汽器殼側(cè)體積流量的劇烈變化大致就是這樣的比例關(guān)系。根據(jù)傳熱學(xué)理論，凝汽器冷卻管的放熱強度與蒸汽流動阻力都與蒸汽流速密切相關(guān)。 B：空氣積聚 汽輪機排汽沿管束深度流動而不斷凝結(jié)時，蒸汽分壓Ps及空氣分壓Pa沿流程變化的情況如下圖所示。管束入口處，空氣分壓很小；到一定階段，空氣分壓開始顯著增加，蒸汽分壓急劇減小。在這個區(qū)域里，汽氣混合物流速的降低及其中空氣相對含量的增加都導(dǎo)致冷卻管外側(cè)熱阻的增大。使傳熱系數(shù)降低，且隨著蒸汽分壓的降低，蒸汽溫度下降，傳熱溫差也逐漸減小。在管束右端，蒸汽分壓

50、下降到接近于冷卻水溫度確定的壓力，傳熱溫差趨于零，這個區(qū)域幾乎不起凝結(jié)蒸汽的作用。 汽水混合物壓力沿管束深度的變化 pk凝汽器壓力ps蒸汽分壓力pa空氣分壓力C：凝汽器的真空 凝汽器的真空對電廠的運行十分重要。 首先，凝汽器的真空影響二回路熱循環(huán)效率，降低凝汽器內(nèi)壓力，可增加蒸汽在汽機內(nèi)的可用比焓降，從而提高循環(huán)熱效率。 其次，凝汽器的真空對傳熱有重要影響，當(dāng)凝汽器內(nèi)不可凝氣體分壓提高時，蒸汽的凝結(jié)放熱系數(shù)會明顯下降。 此外，凝汽器中存在空氣，使蒸汽分壓低于混合氣體總壓，相應(yīng)的凝結(jié)水過冷，導(dǎo)致凝結(jié)水中含氧量增加。 D：凝汽器設(shè)計要點 凝汽器設(shè)計時，應(yīng)力求： (1) 使汽側(cè)傳熱系數(shù)高，汽阻要小，

51、熱負荷沿汽流流動方向分布盡量均勻； (2) 低壓缸排汽罩與凝汽器結(jié)合部流體動力特性好； (3) 凝結(jié)水過冷度小，除氧效果好，不應(yīng)有聚集空氣的死區(qū)； (4) 同時要考慮接受來自蒸汽排放系統(tǒng)的蒸汽，在汽機喉部設(shè)旁路排放裝置； (5) 結(jié)構(gòu)上還要考慮凝汽器與排汽缸的連接方式等。 3、主蒸汽系統(tǒng)系統(tǒng)描述 主蒸汽系統(tǒng)是將蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的主蒸汽輸送給以下專業(yè)系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備的整個系統(tǒng)： 汽機蒸汽和疏水系統(tǒng); 汽機及其輔助設(shè)備： 包括汽機軸封系統(tǒng)的汽機軸封、凝結(jié)水抽取系統(tǒng)的凝汽器及汽水分離再熱器系統(tǒng)的汽水分離再熱器；汽動主給水泵系統(tǒng)的兩臺給水泵驅(qū)動汽機；輔助給水系統(tǒng)的輔助給水泵驅(qū)動汽機；蒸汽轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的輔助蒸汽

52、換熱器；給水除氧器系統(tǒng)的除氧器；汽機旁路系統(tǒng)。系統(tǒng)描述（續(xù)1） 主蒸汽系統(tǒng)和給水系統(tǒng)都跨及核島和常規(guī)島。核島與常規(guī)島接口劃界規(guī)定為平面圖上離開核島安全殼中心某一距離處。 （如：大亞灣核電廠：這一分界從安全殼中心算起，37.847m以內(nèi)的一切設(shè)施屬于核島范圍，以外的屬于常規(guī)島范圍） 核島范圍包括安全殼以內(nèi)的熱控裝置、在安全殼與分界線之間的壓力測量裝置、安全閥、蒸汽向空排放裝置、疏水裝置以及分別引向汽機和輔助給水系統(tǒng)用汽的管閥。 常規(guī)島范圍包括自分界線開始直至汽機主汽門、給水泵驅(qū)動汽機主汽門、汽機旁路系統(tǒng)（至凝汽器和除氣器）的隔離閥、汽水分離再熱器新汽進口隔離閥、汽機軸封汽隔離閥、蒸汽轉(zhuǎn)換器進汽隔

53、離閥等的所有主汽管以及本系統(tǒng)的疏水裝置。 系統(tǒng)描述（續(xù)2） 核島主汽系統(tǒng)設(shè)有主汽隔離閥，其作用是當(dāng)安全殼內(nèi)汽管破裂或側(cè)向限位器下游管道破裂時把失控排放量限制在一臺蒸汽發(fā)生器的范圍內(nèi)。 主蒸汽的壓力訊號可分別控制停堆、投入安注系統(tǒng)或蒸汽管分段隔離等。 常規(guī)島范圍內(nèi)的主汽系統(tǒng)并不劃分在與核安全有關(guān)的范圍內(nèi)。 汽機房內(nèi)的主汽管防甩裝置是為減小爆管危害而設(shè)立的。為了限制主汽管爆破的危害范圍，尤其是減弱對電氣廠房的影響，在汽機房設(shè)置了主汽管防甩限位裝置。 系統(tǒng)描述（續(xù)3）鑒于飽和蒸汽的特點，在主蒸汽系統(tǒng)的若干適當(dāng)處所配置了足夠容量和性能良好的疏水裝置，供起動、運行和停機過程中疏水之用。在主汽系統(tǒng)的某些點

54、設(shè)置了放氣閥和化學(xué)取樣裝置。本系統(tǒng)在安全方面的作用是： (1) 通過與主給水系統(tǒng)和輔助給水系統(tǒng)相配合，在核電廠正常運行或事故工況下，導(dǎo)出反應(yīng)堆堆芯的釋熱。 (2) 主蒸汽系統(tǒng)各測量通道的信號用于形成反應(yīng)堆保護系統(tǒng)、安全注射系統(tǒng)和蒸汽管路隔離的控制信號。主蒸汽系統(tǒng) （1）啟動和正常停運 以類似廣東大亞灣核電站900MW級的現(xiàn)代大型核電廠為例。從冷停堆狀態(tài)啟動時，反應(yīng)堆冷卻劑主泵要加熱反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)，也就加熱了主蒸汽系統(tǒng)；在加熱到120過程中，蒸汽發(fā)生器水位由輔助給水系統(tǒng)調(diào)節(jié)到零負荷水位，蒸汽管線和旁路管線隔離閥關(guān)閉，各疏水管線隔離；當(dāng)一回路冷卻劑系統(tǒng)從120加熱到180時，蒸汽管線疏水閥開啟，

55、蒸汽發(fā)生器水位通過排污系統(tǒng)的排放或通過輔助給水泵補水來調(diào)節(jié)；到達180后，當(dāng)蒸汽發(fā)生器壓力到達0.3 MPa時，可開啟蒸汽管線旁路閥，以加熱隔離間下游的主蒸汽管線，加熱過程中通過汽機旁路系統(tǒng)通向凝汽器的旁路排放，控制最大線性溫度變化不超過40/h，直到熱停堆工況。在熱停堆期間，如不維修二回路側(cè)，則所有的疏水閥和主蒸汽隔離閥均開啟，蒸汽溫度，壓力達到額定值：291.4，7.6MPa，然后可啟動反應(yīng)堆到臨界，使之由熱停堆到熱備用狀態(tài)，再啟動二回路帶負荷，并提升堆功率。系統(tǒng)運行（1）啟動和正常停運（續(xù)） 反應(yīng)堆正常停運時，當(dāng)反應(yīng)堆降功率至5額定功率時，反應(yīng)堆控制切換到手動操作，蒸汽旁路排放系統(tǒng)開始運

56、行，向凝汽器排出多余的蒸汽；當(dāng)汽輪機脫扣，反應(yīng)堆熱停閉時，全部蒸汽通過旁路排入凝汽器。如反應(yīng)堆要進人冷停閉狀態(tài)，則主蒸汽系統(tǒng)和汽機旁路系統(tǒng)都投入運行，使反應(yīng)堆從291.4冷卻到能與余熱排出系統(tǒng)相連接的狀態(tài)（180，2.8 MPa）。 （2）正常運行 主蒸汽系統(tǒng)的正常運行包括汽輪機負荷恒定的穩(wěn)態(tài)運行和負荷跟蹤或功率變化時的瞬態(tài)運行。汽輪機負荷恒定的穩(wěn)態(tài)運行，主蒸汽系統(tǒng)的運行狀態(tài)是： 主蒸汽隔離閥開啟，輔助給水泵汽輪機供汽管線上的隔離閥開啟，使管線不斷加熱，主蒸汽隔離閥上游的疏水管線隔離，主蒸汽隔離閥旁路管線關(guān)閉。這時，主蒸汽系統(tǒng)的壓力為蒸汽發(fā)生器中水溫度下的飽和蒸汽壓力，系統(tǒng)的蒸汽流量為汽輪機負

57、荷的函數(shù)，如圖所示。（2）正常運行（續(xù)） 負荷跟蹤或功率變化的正常瞬態(tài)，包括幅度達10額定功率的階躍變化，或每分鐘5額定功率的線性變化情況下，主蒸汽系統(tǒng)的聯(lián)接方式與穩(wěn)態(tài)運行時相同。在正常瞬態(tài)時，反應(yīng)堆和汽輪機控制系統(tǒng)自動運行(汽輪機旁路系統(tǒng)隔離)。此時，汽輪機負荷的增加將引起汽輪機進汽閥門進一步開啟，反應(yīng)堆控制系統(tǒng)將增加反應(yīng)堆功率，使其與汽輪機負荷的增加相匹配。由此引起蒸汽流量的增加使蒸汽壓力降低，汽輪機負荷降低時則相反，如圖。 蒸汽參數(shù)與汽機負荷的關(guān)系 蒸汽流量與汽機負荷的關(guān)系 蒸汽壓力與汽機負荷的關(guān)系 （3）非正常瞬態(tài)運行 當(dāng)負荷急劇階躍降低到廠用電負荷時，反應(yīng)堆和汽輪機之間功率暫時失配，

58、多余的蒸汽通過汽機旁路系統(tǒng)排放；隨后，各控制棒組插入，導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑溫度和二回路壓力下降，汽機旁路系統(tǒng)閥門關(guān)小。該瞬態(tài)期間，大氣釋放閥和蒸汽發(fā)生器安全閥未動作，反應(yīng)堆保護系統(tǒng)和專設(shè)安全設(shè)施也不應(yīng)投入。汽輪機脫扣，但反應(yīng)堆未緊急停閉，這種情況發(fā)生在堆功率小于40額定功率，以改善電廠機組的利用率。如堆功率大于40額定功率，而凝汽器如不能用，或蒸汽旁路排放系統(tǒng)不能用時，則1秒鐘后觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停閉。反應(yīng)堆緊急停閉引起汽輪機脫扣，將使蒸汽發(fā)生器壓力升高因而汽機旁路系統(tǒng)動作，使反應(yīng)堆進入零負荷，即熱停堆狀態(tài)。（4）主蒸汽系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備發(fā)生故障和事故時的運行 一只主蒸汽隔離閥意外關(guān)閉，發(fā)生故障的蒸汽發(fā)生器

59、中壓力升高而未受影響的蒸汽發(fā)生器蒸汽流量迅速增加，壓力下降，引起保護系統(tǒng)動作；三只主蒸汽隔離閥意外關(guān)閉，導(dǎo)致主蒸汽系統(tǒng)的壓力和溫度升高，安全閥動作防止系統(tǒng)超壓，有關(guān)保護信號觸發(fā)反應(yīng)堆緊急停閉；一只蒸汽發(fā)生器安全閥意外開啟，引起蒸汽失控釋放和蒸汽大量流失，反應(yīng)堆冷卻劑迅速冷卻，穩(wěn)壓器低水位和低壓力信號觸發(fā)安全注射系統(tǒng)動作；蒸汽管道破裂，主蒸汽系統(tǒng)中一根蒸汽管道破裂，將導(dǎo)致蒸汽失控排放反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)迅速冷卻，反應(yīng)堆因超功率而緊急停閉，安全注射系統(tǒng)投入。（5）主蒸汽系統(tǒng)外的故障和事故時的運行 凝汽器失去真空，發(fā)生這種故障的后果將失去主給水系統(tǒng)和汽機旁路系統(tǒng)，引起汽輪機脫扣；失去廠外電源，造成反應(yīng)堆

60、冷卻劑泵停轉(zhuǎn)，失去冷卻劑流量，隨后，反應(yīng)堆緊急停閉，汽輪機脫扣，也導(dǎo)致失去主給水系統(tǒng)和汽機旁路系統(tǒng)，因此，蒸汽壓力迅速升高，大氣排放閥和安全閥開啟；冷卻劑喪失事故(LOCA)： 發(fā)生冷卻劑喪失事故的分析表明：一回路側(cè)到二回路(由蒸汽發(fā)生器傳熱管，蒸汽發(fā)生器殼體和蒸汽管道組成)側(cè)屏障的完整性仍能保持。當(dāng)發(fā)生大破口事故時，主蒸汽隔離閥由高高安全殼壓力信號關(guān)閉，主蒸汽系統(tǒng)其它閥門狀態(tài)不變，對于小破口事故，主蒸汽隔離閥仍保持開啟，可投入輔助給水系統(tǒng)，和采用蒸汽排放，使反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)卸壓，反應(yīng)堆冷停閉。4、凝結(jié)水和給水回?zé)嵯到y(tǒng) 凝結(jié)水和給水加熱系統(tǒng)利用汽輪機抽汽對凝結(jié)水和給水加熱，以提高熱循環(huán)的經(jīng)濟性