核电汽轮机低压缸内部件的制造

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在压水堆核电厂运行过程中，与火电厂粉煤灰排放的放射性物质相比，环境排放的放射性物质含量较低，不会产生二氧化硫等有害气体。与气冷堆、重水堆、沸水堆相比，压水堆具有功率密度高、结构紧凑、安全、操作简单、技术成熟、成本低等特点，已成为世界上最常用的核电厂类型。大亚湾、秦山等核电厂均采用压水堆发电。据研究，在快中子增殖堆成熟之前，压水堆在我国核电厂的应用中具有很大的优势。

关于压水堆核电厂

压水堆核电厂是通过压水反应堆通过核裂变转化为热能，然后形成蒸汽发电的核电厂。压水堆的堆芯放置在压力容器中容器中。水不仅是一种慢化剂，也是核心燃料元件的一种冷却剂。它能将堆芯的热量带入蒸汽发生器的一次侧，将水传递到二次侧，温度降低后再次进入堆芯，形成循环。蒸汽发生器二次侧的水吸收热量，形成一定压力的饱和蒸汽或微过热蒸汽，进入蒸汽轮机进行工作。工作完成后，蒸汽进入凝汽器凝结成水，蒸汽发生器二次侧，完成二次回路系统[1]。

分析压水堆核电厂的热循环

根据热系统的结构分析，核电热循环与火电厂热循环的主要区别在于，在核电热循环过程中，汽轮机进口为饱和蒸汽或微过热蒸汽，不使用中压缸，高压缸与低压缸之间设置蒸汽水分离再热器。蒸汽水分离再热器中的高压缸排气中的水会蒸发，从而获得热能。

与火电厂汽轮机相比，进入核电汽轮机的蒸汽主要是中等参数的饱和蒸汽，熵焓降，有效比焓降小，因此与火电厂汽轮机有很大的不同。主蒸汽体积容量较高，高压缸和低压缸采用双流结构，第一季度叶片较高，喷嘴调整过程非常困难，采用节流调整方法。排气体积流量较大，可增加低压缸数量，提高最终通流面积，或使用半速汽轮机提高最终叶片高度。排气余速损失会影响汽轮机的工作效率，因此可采用高设计背压，减少排气体积流量，减少余速损失[2]。

核电汽轮机各级高压缸在湿蒸汽区工作，排气湿度为23%。通过汽水分离，再加热后进入低压缸。如果核电汽轮机采用汽水分离，不再加热，各级低压在湿蒸汽区工作，保证除湿设备均匀分配。

核电汽轮机设计、结构及运行特点分析

核电汽轮机一般是指压水堆、沸水堆、重水堆等核电厂的饱和蒸汽轮机，又称湿蒸汽轮机。蒸汽是含有微量水分的饱和蒸汽或微过热蒸汽。高温气冷堆和快中子增值可为核电厂提供500℃上述过热蒸汽采用亚临界压力或超临界压力的高温再热汽轮机，其类型和要求与火电厂基本相同。

核电汽轮机低压缸内部件的制造材料与火电汽轮机相同。高压内外缸、隔板套、隔板体、动静叶、隔板外环均采用高耐腐蚀材料。火电汽轮机的设计要点可用于核电汽轮机。核电汽轮机的汽耗和容积流量较高，因此核电机组各部件的体积高于火电汽轮机。为了提高汽轮机运行的经济性和安全性，需要设置汽水分离器、机内叶片除湿设备，排除机组内外多余的水分，但也提高了设计的复杂性[3]。核电汽轮机中蒸汽膨胀过程的焓降较低，因此必须设置中压缸，采用较少的热过程级。蒸汽温度低于金属材料的断裂温度，可以改善材料的使用环境，降低设计的复杂性。在核电加热系统中，即使设置了蒸汽水分离再热器，也只能使核电汽轮机在干蒸汽区工作，其他部分仍在湿蒸汽区。例如，长叶顶部被水侵蚀，旋转部件的水滴会损坏静态部件，并在较大压差部件的连接面上腐蚀。因此，除湿装置可以用来控制水分，选择合适的金属材料来提高零件的耐腐蚀性。

核电轮机结构设计特点

核电汽轮机转速控制

随着汽轮机功率的提高，最终叶片的结构强度和气体动力学的限制也将得到改善。通过提高汽轮机的背压，减少排气体积流量是减少余速损失的最佳手段，也可以降低机组的热效率。核电大功率饱和1汽轮机采用1500r/min或1800r/min半速结构，在相同材料条件下，各级低压转子平均直径和末叶片高度显著提高，可获得更高的末循环面积，有效提高低压缸的工作效率，提高整机的工作效率。根据理论和实践研究，半速汽轮机循环部分的效率可提高1~1.5%左右

[4]。采用半速汽轮机，末级动叶片顶部圆周速度合适，可获得更高的末级流通面积，适用于低压部分和火电大功率半速汽轮机低压部分。与全速汽轮机相比，半速汽轮机的高宽明显增加，低压缸数量减少，汽轮机总质量明显提高，成本成分也增加。

气缸配置及分缸压力

核电汽轮机中的正气焓降较低，可采用较少的热过程级。核电汽轮机包括高压和低压两部分，无需设置中压缸。汽轮机的进排气部分和管道中的气流能量损失较大。由于进气压力低、温度低，高压缸一般采用单层缸结构，高压缸和低压缸也采用分流结构。低压缸的运行情况与火电汽轮机的低压段相似。由于半速汽轮机低压缸体积大，采用内外缸结构，降低气缸的热应力和螺栓应力[5]。

转子和叶轮

在工业发达国家，高压转子和叶轮通常由真空除气熔化的合金钢锻件加工制造。受技术限制，锻件毛坯的直径和长度受到限制。低压转子采用套装叶轮结构，在火电机组中应用效果较好。核电汽轮机主要在湿蒸汽区工作，套装叶轮容易腐蚀断裂。随着技术的发展，高压转子和低压转子采用了整个转子，缓解了技术限制的问题。

小结

在核电蒸汽机的正常运行中，应注意排水。汽轮机启动前、停机后，应打开疏水阀，放置汽轮机进水，避免水蒸发导致汽轮机超速。核电厂一般设置应急供水系统、专用应急水池和应急电源，在汽轮机故障时提供足够的水和电源。核电发电作为我国能源建设的重要组成部分，是能源转换的重要设备，在我国发电中发挥着重要作用。考虑到我国核电发电的技术水平，核电汽轮机将朝着更多装机容量和更高参数的方向发展，仍有很高的发展前景。