南京工程学院毕业设计说明书（论文）
3.1 压水堆核电站汽轮机的特点
压水堆核电站和大型常规火电站汽轮机的主要区别在于以下几个方面： 1.核电站工质为饱和蒸汽，火电厂的工质为过热蒸汽； 2.核电站工质是低参数，大流量，有效焓降低； 3.核电站多采用基本负荷运行；
4.两者在热力系统方面基本相同，但在再热段有区别：核电站在再热段有汽水分离器
压水堆核电站的特点 3.1.1 蒸汽参数低
反应堆冷却剂通过蒸汽发生器传热管将二回路给水蒸发为饱和汽。一回路温度又与一回路压力密切相关，一回路压力又受到反应堆压力容器的结构设计限制，而于二回路新蒸汽参数受一回路温度限制,一回路的压力一般在16MPa，温度在320度左右。因此汽轮机最大进汽压力一般在6MPa左右，并有0.2%~0.4%左右的湿度。
以下是大亚湾核电站机组的数据：
最大连续功率 983.3MW 排气压力7.5kpa(绝对) 新蒸汽压力 6.43Mpa 冷却水温 23℃
新蒸汽温度 280.1℃ 回热级数 2高+除氧+4低 新蒸汽湿度 0.47% 最终给水温度 226℃ 新蒸汽流量 1613.4kg/s 热耗 10629kj/kW.h 再热蒸汽压力 0.755Mpa（绝对） 末级叶片高度 945mm 再热蒸汽温度 265.1℃ 总排气面积 46.9㎡ 对于核电站汽轮机，低参数就要采取去湿和除湿的保护措施
去湿的保护措施：主要是汽水分离器中使蒸汽中的绝大部分水分分离湿度 降到1一3%再进入低压缸。，目前大多数汽轮机采用新蒸汽和高压缸抽气对汽水分离后的蒸汽进行二级再热。这样可以是低压缸的进汽具有几十度的过热度。这种方式除了减少低压缸叶片的侵蚀以外还可提高机组效率。
防侵蚀腐蚀的措施主要为两方面：动叶片的防蚀问题以及静止部分的防侵蚀。 3.1.2 采用汽水分离再热器
核电站汽轮机组的进气湿度在0.25%到0.4%之间，新蒸汽在高压缸做功后的排气湿度会达到13%左右，因此需要经过汽水分离器除去蒸汽中的水分，经过再热
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装置加热到过热状态进入低压缸继续做功。压水堆核电站一般采用外置式汽水分离器再热器，它布置在高压缸与低压缸之间。汽水分离的部件有很多种：波纹板式、离心式百叶窗型等，原理各不相同。对于波纹板束组成的汽水分离器，当蒸汽进入时可以改变蒸汽的流动方向，使得被蒸汽夹带的小水滴附着在管壁上，从而达到分离的效果。再热部件是热-热交换器，汽轮机组的再热方式有一级再热和二级再热两种方式，一般大型压水堆机组采用汽水分离二级再热：一般采用两台汽水分离器，分别布置在汽轮机的两侧，高压缸的排汽首先进入汽水分离再热器底部的汽水分离元件将水份分离出来，然后在其中部和上部分别用高压缸的抽汽和新汽进行两级再热，水分离元件可以将高压缸排汽中98 %以上的水汽份分离出来，用疏水泵送到给水系统中去，从而降低了低压缸的排汽湿度。采用高压缸抽汽和新汽两级再热的可以提高循环效，与单用新汽再热相比，两级加热可以减小传热温差，可以使机组效率提高约0.5%，汽水分离器再热器是核电汽轮机的特有设备。
3.1.3 流量大，易超速，多采用半转速
由于初参数低，汽轮机通流部分的理想含降大大减小，在同等功率下所需的蒸汽流量大约为火电厂汽轮机的两倍。其次，由于压力低，汽轮机进口的蒸汽比容增大。因此主蒸汽的容积流量更是为火电厂汽轮机的4到6倍。
现在的压水堆核电站汽轮机有全速和半速两种，由于汽轮机的容量是由低压末级叶片的排汽面积决定的，而末级叶片的排汽面积取决于末级叶片的高度，所以为了适应大功率汽轮机的要求，与全速汽轮机相比，半速机的圆周速度小，因此应力比较小，此外它的低压部分的耐水蚀性能比较好，但是受制于现在现在锻造技术，半速机的转子不能整体锻造，只能套装生产，造价也比全速机要高。总体来看，对于大机组尤其是1000MW及以上的还是是采用半速汽轮机有优势，半速机的额定转速为1500r/min。
在核电站的汽水分离再热器及其联通管道中有大量的蒸汽和水分，当机组甩负荷时，蒸汽和水蒸发释放出来的热量会造成汽轮机的超速，最有效的措施是关闭从汽水分离再热器到低压缸管道上的碟阀。
3.2 本体设备
3.2.1 高压缸和低压缸
核电汽轮机多为单轴多缸结构，一般是由一个双流高压缸和和多个双流低压缸组成（大亚湾机组就是一个高压缸和三个低压缸组成）。由于核电站的汽轮机的新蒸
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汽是饱和湿蒸汽，进入高压缸后，排气湿度较大，湿度会增加到10%。为了减少高压缸的湿气损失，防止出现水刷侵蚀以及高压缸出口蒸汽湿度的降低，必须特别注意高压缸材料的选择。一般在蒸汽流动方向改变的部位和有压降的漏气的的结合面最容易受到缝隙水蚀。高压缸缸体采用特殊的防腐材料如CrNiMo合金钢、13Cr钢等，还要采取相应的除湿措施。在湿蒸汽的各叶栅，应采取相应的去湿措施，在静止零件中采用防腐材料，末级叶片上用硬质合金等。虽然核电汽轮机的新蒸汽压力和温度要比火电机组低得多，但由于湿蒸汽与金属边面接触时放热系数很大，要考虑高压缸的热应力，所以大部分的核电机组采用双层结构的高压缸。
由于高压缸和低压缸之间有汽水分离器，所以进入低压缸的蒸汽参数已和一般的火电机组相当，低压缸的材料和常规火电机组一样，一般选用碳钢，不需要再进行防水措施，主要是末级叶片的防侵蚀，低压缸发出的功率一般占整个机组的65%~70%。高低压缸分缸压力的选取不仅考虑了高压缸排汽湿度不过带来严重的冲刷腐蚀的问题，而且应使低压缸的进汽参数与常规火电机组大致相同，这样可以充分利用常规机组的成熟技术。因此高低压缸的分缸压力的确定对核电汽轮机有特别重要的意义。
3.2.2转子
转子和叶片是核电站汽轮机转动部分主要构成部分，其中转子是在高温蒸汽中工作，不但要承受气流的作用力以及由叶轮和叶片本身的离心力所引起的应力，还要承受温度差引起的热应力。因此，转子对汽轮机的安全性和经济性有重要的影响。
大型湿蒸汽核电汽轮机的高压转子一般都是整锻转子，很少用焊接转子。高压缸进气温度一般在280℃左右，因此，不必选择抗蠕变性能较高的材料，而是选择防止脆性断裂的材料比如3%NiCrMoV钢，对于高压转子，这些合金钢能够抗腐蚀以及水蚀。
低压缸的转子特别是半速的特大型转子尺寸比较大，受现在锻造工艺的局限，不能采用整锻结构，因此，大多采用套装转子。但是套装转子的问题主要表现在叶轮轮孔处产生过高应力而引起叶轮飞裂事故。解决的措施有：一是避免在叶轮上用轴向键来传递扭距，为这种结构在叶轮轮孔的键槽上会产生大的应力集中，产生裂纹。另外一点就是控制叶轮锻件的脆性转变温度在0度以下，这样即使锻件存在小的裂纹也不会在汽轮沙工作条件下扩张而发生脆性折。此外，还要注意的是低压缸转子的应力腐蚀问题，大量的应力腐蚀裂缝发生在低压套装转子的叶轮上，为此，
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要控制好转子的应力。
核电汽轮机叶片的特点也是和核电机组的大湿度大尺寸相联系的。特别是低压缸的末几级叶片，很容易发生水滴撞击侵蚀，大密度的水滴以很高的能量撞击动叶进汽边，造成动叶顶部发生侵蚀。解决的措施是在动叶进汽边焊接硬质合金。叶片尺寸增大带来的问题，一是强度，一是工艺，目前大型核电汽轮机基本上采用半速。此强度问题大大缓和了。在此需要提一下的是调节级和低压缸第一级叶片。调节级叶片强度与配汽方式有关，大的进汽容积流量第一级的叶片高度增加，为了确保高的强度和振动的可靠性，一般采用节流调节。
3.3 配汽方式的选择
核电站汽轮机的配汽方式主要有节流调节和喷嘴调节两种。
喷嘴调节的机组在变工况时，机组有较高的效率。但是由于部分进汽使调节级叶片的动应匀较高，如果大容量机组设计时考虑不周，低负荷工况节汽门只有一个全开的情况下运行，会产生过大的动应力而发生调节级叶片断事故。节流调节的机组除了结构简单外，汽门全开的工况下效率略高于喷嘴调节的机组。更主要是由于采用全周进汽，调节级叶片不会遇到喷嘴调节的那种强大的冲击力，而动应力一般较低，保证动叶片的安全。
前国外大型核电汽轮机采用喷嘴调节和节流调节的都有，但大部分机组还是采用截留调节，主要原因是核电站主要要是带基本负荷运行，核电站是定期换料，变工况的效率毫无意义。但是也有的制造厂始终坚持在所有大容量核电机组上用喷嘴调节，因为节流调节在低负荷时的效率低于喷嘴调节，而部分进汽级叶片动应力问题经过仔细的研究设计可以妥善解决能保证叶片安全运行。
3.4 核电站调节保护系统
核电站汽轮机调节保护系统的任务是：正常运行时通过改变汽轮机的进气量，使其输出功率满足外界负荷要求，且使调节后转速偏差在允许范围内；为确保汽轮机各种事故工况的安全，调节系统不但要有快速响应的功能，还要设置保护系统，并在调节汽门前设置主汽门；在事故危及工况时，保护系统快速动作使主汽门和调节汽门同时快速关闭以切断汽轮机的蒸汽供给，使机组快速停机。
3.4.1 调节系统
核电站汽轮机调节系统主要是调节机组的转速，当并网运行时，根据转速的偏差改变调节汽门的开度，调节汽轮机的进气量及焓降，调节发电机的有功功率，满
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足外界电负荷的变化要求。
为确保机组的安全，核电站对反应堆的平均温度和汽轮机新蒸汽参数都做适当调整。此外，为了防止超速，在低压缸进气口安装了进汽截止阀，由于核电站机组受反应堆限制，一般情况下其升负荷速率要低于火电机组。核电机组参数较低，为湿饱和蒸汽，湿蒸汽与压力相对应，压力大的部位温差也大，当负荷变化时，通流部分气温也发生很大变化。由于湿蒸汽放热系数大，使得金属表面与蒸汽温度很接近，因此沿壁厚会产生较大的热应力。多次重复会产生零部件的金属疲劳，因此对于核电站汽轮机的来说要限制其负荷变化和变化的次数。
3.4.2 保护系统
为确保压水堆核电站汽轮机安全运行，防止出现设备损坏，除了要求调节系统动作可靠外，汽轮机还配置有各种保护系统。当被控量超过允许值时，汽轮机保护系统会及时报警、降低负荷或紧急安全停机，避免事故的扩大和设备的损坏。通常汽轮机的容量越大，事故的危险性就越大。保护系统往往和汽轮机安全检测、自动调节等系统配合工作。保护系统是由感受机构、放大机构和执行机构组成，具有可靠性、安全性、准确性、灵活性和经济性的特点。
大亚湾核电站保护系统的功能： 1 超速保护 2 轴偏心和振动保护 3 转子轴向位移保护 4 气缸热膨胀保护 5 转子和气缸胀差保护 6 轴承油温保护 7 凝汽器真空保护 8 进汽压力和温度保护 9 再热压力 10 温度保护 11 发电机的各种保护
3.5核电站汽轮机的发展
核电站汽轮机的参数、容量以及形式都由于一回路的反应堆决定，现今我国大
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