核電汽輪機低壓缸內部件的制造

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在壓水堆核電廠運行過程中，與火電廠粉煤灰排放的放射性物質相比，環境排放的放射性物質含量較低，不會產生二氧化硫等有害氣體。與氣冷堆、重水堆、沸水堆相比，壓水堆具有功率密度高、結構緊湊、安全、操作簡單、技術成熟、成本低等特點，已成為世界上最常用的核電廠類型。大亞灣、秦山等核電廠均采用壓水堆發電。據研究，在快中子增殖堆成熟之前，壓水堆在我國核電廠的應用中具有很大的優勢。

關于壓水堆核電廠

壓水堆核電廠是通過壓水反應堆通過核裂變轉化為熱能，然后形成蒸汽發電的核電廠。壓水堆的堆芯放置在壓力容器中容器中。水不僅是一種慢化劑，也是核心燃料元件的一種冷卻劑。它能將堆芯的熱量帶入蒸汽發生器的一次側，將水傳遞到二次側，溫度降低后再次進入堆芯，形成循環。蒸汽發生器二次側的水吸收熱量，形成一定壓力的飽和蒸汽或微過熱蒸汽，進入蒸汽輪機進行工作。工作完成后，蒸汽進入凝汽器凝結成水，蒸汽發生器二次側，完成二次回路系統[1]。

分析壓水堆核電廠的熱循環

根據熱系統的結構分析，核電熱循環與火電廠熱循環的主要區別在于，在核電熱循環過程中，汽輪機進口為飽和蒸汽或微過熱蒸汽，不使用中壓缸，高壓缸與低壓缸之間設置蒸汽水分離再熱器。蒸汽水分離再熱器中的高壓缸排氣中的水會蒸發，從而獲得熱能。

與火電廠汽輪機相比，進入核電汽輪機的蒸汽主要是中等參數的飽和蒸汽，熵焓降，有效比焓降小，因此與火電廠汽輪機有很大的不同。主蒸汽體積容量較高，高壓缸和低壓缸采用雙流結構，第一季度葉片較高，噴嘴調整過程非常困難，采用節流調整方法。排氣體積流量較大，可增加低壓缸數量，提高最終通流面積，或使用半速汽輪機提高最終葉片高度。排氣余速損失會影響汽輪機的工作效率，因此可采用高設計背壓，減少排氣體積流量，減少余速損失[2]。

核電汽輪機各級高壓缸在濕蒸汽區工作，排氣濕度為23%。通過汽水分離，再加熱后進入低壓缸。如果核電汽輪機采用汽水分離，不再加熱，各級低壓在濕蒸汽區工作，保證除濕設備均勻分配。

核電汽輪機設計、結構及運行特點分析

核電汽輪機一般是指壓水堆、沸水堆、重水堆等核電廠的飽和蒸汽輪機，又稱濕蒸汽輪機。蒸汽是含有微量水分的飽和蒸汽或微過熱蒸汽。高溫氣冷堆和快中子增值可為核電廠提供500℃上述過熱蒸汽采用亞臨界壓力或超臨界壓力的高溫再熱汽輪機，其類型和要求與火電廠基本相同。

核電汽輪機低壓缸內部件的制造材料與火電汽輪機相同。高壓內外缸、隔板套、隔板體、動靜葉、隔板外環均采用高耐腐蝕材料。火電汽輪機的設計要點可用于核電汽輪機。核電汽輪機的汽耗和容積流量較高，因此核電機組各部件的體積高于火電汽輪機。為了提高汽輪機運行的經濟性和安全性，需要設置汽水分離器、機內葉片除濕設備，排除機組內外多余的水分，但也提高了設計的復雜性[3]。核電汽輪機中蒸汽膨脹過程的焓降較低，因此必須設置中壓缸，采用較少的熱過程級。蒸汽溫度低于金屬材料的斷裂溫度，可以改善材料的使用環境，降低設計的復雜性。在核電加熱系統中，即使設置了蒸汽水分離再熱器，也只能使核電汽輪機在干蒸汽區工作，其他部分仍在濕蒸汽區。例如，長葉頂部被水侵蝕，旋轉部件的水滴會損壞靜態部件，并在較大壓差部件的連接面上腐蝕。因此，除濕裝置可以用來控制水分，選擇合適的金屬材料來提高零件的耐腐蝕性。

核電輪機結構設計特點

核電汽輪機轉速控制

隨著汽輪機功率的提高，最終葉片的結構強度和氣體動力學的限制也將得到改善。通過提高汽輪機的背壓，減少排氣體積流量是減少余速損失的最佳手段，也可以降低機組的熱效率。核電大功率飽和1汽輪機采用1500r/min或1800r/min半速結構，在相同材料條件下，各級低壓轉子平均直徑和末葉片高度顯著提高，可獲得更高的末循環面積，有效提高低壓缸的工作效率，提高整機的工作效率。根據理論和實踐研究，半速汽輪機循環部分的效率可提高1~1.5%左右

[4]。采用半速汽輪機，末級動葉片頂部圓周速度合適，可獲得更高的末級流通面積，適用于低壓部分和火電大功率半速汽輪機低壓部分。與全速汽輪機相比，半速汽輪機的高寬明顯增加，低壓缸數量減少，汽輪機總質量明顯提高，成本成分也增加。

氣缸配置及分缸壓力

核電汽輪機中的正氣焓降較低，可采用較少的熱過程級。核電汽輪機包括高壓和低壓兩部分，無需設置中壓缸。汽輪機的進排氣部分和管道中的氣流能量損失較大。由于進氣壓力低、溫度低，高壓缸一般采用單層缸結構，高壓缸和低壓缸也采用分流結構。低壓缸的運行情況與火電汽輪機的低壓段相似。由于半速汽輪機低壓缸體積大，采用內外缸結構，降低氣缸的熱應力和螺栓應力[5]。

轉子和葉輪

在工業發達國家，高壓轉子和葉輪通常由真空除氣熔化的合金鋼鍛件加工制造。受技術限制，鍛件毛坯的直徑和長度受到限制。低壓轉子采用套裝葉輪結構，在火電機組中應用效果較好。核電汽輪機主要在濕蒸汽區工作，套裝葉輪容易腐蝕斷裂。隨著技術的發展，高壓轉子和低壓轉子采用了整個轉子，緩解了技術限制的問題。

小結

在核電蒸汽機的正常運行中，應注意排水。汽輪機啟動前、停機后，應打開疏水閥，放置汽輪機進水，避免水蒸發導致汽輪機超速。核電廠一般設置應急供水系統、專用應急水池和應急電源，在汽輪機故障時提供足夠的水和電源。核電發電作為我國能源建設的重要組成部分，是能源轉換的重要設備，在我國發電中發揮著重要作用。考慮到我國核電發電的技術水平，核電汽輪機將朝著更多裝機容量和更高參數的方向發展，仍有很高的發展前景。