大型汽輪機(jī)及特種汽輪機(jī)

11大型汽輪機(jī)超臨界汽輪機(jī)超超臨界汽輪機(jī)工業(yè)汽輪機(jī)600MW300MW船舶動(dòng)力流程工業(yè)第七章大型汽輪機(jī)及特種汽輪機(jī)22汽輪機(jī)工況簡(jiǎn)介熱耗率驗(yàn)收工況THA：指汽輪機(jī)在額定進(jìn)氣參數(shù)下、額定背壓、回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，補(bǔ)水率為0，能連續(xù)運(yùn)行發(fā)出的功率；閥門全開工況VWO：汽輪機(jī)在調(diào)閥全開，額定進(jìn)氣參數(shù)、額定背壓、回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，機(jī)組能連續(xù)運(yùn)行的工況。汽機(jī)進(jìn)汽量不小于銘牌進(jìn)汽量1.05倍；最大連續(xù)工況T-MCR：汽輪機(jī)在額定進(jìn)氣參數(shù)下、額定背壓（4.9KPa）、回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，補(bǔ)水率為0，進(jìn)氣量等于銘牌工況進(jìn)氣量時(shí)能連續(xù)運(yùn)行的工況；銘牌工況TRL：汽輪機(jī)在額定進(jìn)氣參數(shù)下、額定背壓（11.8KPa）、回?zé)嵯到y(tǒng)正常投運(yùn)，補(bǔ)水率為3%時(shí)機(jī)組能連續(xù)運(yùn)行發(fā)出的銘牌功率。第七章大型汽輪機(jī)及特種汽輪機(jī)3水的臨界點(diǎn)：壓力22.7MPa、溫度374.15℃。T-s圖，從水的定壓加熱過程得到，當(dāng)壓力不斷增加時(shí)，其等溫加熱過程逐漸變短，汽化潛熱減小。當(dāng)壓力增加至22.7MPa，相應(yīng)的飽和水溫度為374.15℃，便不再有等溫變化過程，當(dāng)汽輪機(jī)主蒸汽的進(jìn)汽壓力大于22.7MPa時(shí)，稱為超臨界機(jī)組。

第二節(jié)超臨界汽輪機(jī)3在臨界狀態(tài)附近，水和汽的狀態(tài)難于分辨。另一種理解是：當(dāng)溫度高于374.15℃時(shí)，用加壓的辦法是不可能使蒸汽變成水的。4第二節(jié)超臨界汽輪機(jī)4一特點(diǎn)熱效率高。蒸汽體積流量降低。承壓件壁厚增大。蒸汽參數(shù)與機(jī)組效率的關(guān)系5二超臨界和超超臨界機(jī)壓力汽輪機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)高性能材料冷卻技術(shù)高壓部件設(shè)計(jì)汽流激振力預(yù)防末級(jí)優(yōu)化設(shè)計(jì)第二節(jié)超臨界汽輪機(jī)56一、壓水堆核電站的系統(tǒng)和設(shè)備壓水堆核電廠的系統(tǒng)和設(shè)備，通?？梢苑譃閮纱蟛糠趾说南到y(tǒng)和設(shè)備部分（核島）常規(guī)的系統(tǒng)和設(shè)備部分（常規(guī)島）核電廠運(yùn)行的基本原則和常規(guī)的火力發(fā)電廠一樣，都是根據(jù)電廠負(fù)荷需要量來調(diào)節(jié)反應(yīng)堆（鍋爐）的發(fā)熱量，使得熱功率和電負(fù)荷相平衡。核電廠與火力發(fā)電廠的不同之處，在于核電廠是以原子核裂變時(shí)產(chǎn)生的能量作為能源。第三節(jié)核電汽輪機(jī)7二、核電汽輪機(jī)的類型按進(jìn)汽參數(shù)分類：過熱蒸汽汽輪機(jī)和飽和蒸汽汽輪機(jī)過熱蒸汽汽輪機(jī)：反應(yīng)堆采用高溫氣冷堆和改進(jìn)型石墨氣冷堆進(jìn)汽參數(shù)達(dá)到常規(guī)火電廠的標(biāo)準(zhǔn)，容量達(dá)到甚至超過常規(guī)火電廠飽和蒸汽核電站汽輪機(jī)反應(yīng)堆采用輕水堆（包括壓水堆和沸水堆）壓水堆平均出口溫度低于310℃

二回路產(chǎn)生的壓力較低（6~8MPa)的飽和蒸汽。目前飽和蒸汽汽輪機(jī)約占核電站總裝機(jī)容量89%。第三節(jié)核電汽輪機(jī)8二、核電汽輪機(jī)的特點(diǎn)（1）新蒸汽參數(shù)低，且多用飽和蒸汽（2）理想焓降小，容積流量大（3）腐蝕和侵蝕飽和汽輪機(jī)大部分級(jí)處于濕蒸汽區(qū)工作，汽輪機(jī)部件容易受到腐蝕和侵蝕，降低機(jī)組的使用壽命，降低汽輪機(jī)級(jí)的相對(duì)內(nèi)效率（4）汽水分離再熱器飽和蒸汽汽輪機(jī)在高、低壓缸之間必須裝設(shè)汽水分離再熱器，采用汽水分離再熱器，高壓缸排汽中98%的水分可被除去，采用汽水分離再熱器也是核電機(jī)組與火電機(jī)組的重要區(qū)別之一。（5）半速機(jī)：把汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速降低一半在不增加轉(zhuǎn)子和葉片零件的應(yīng)力水平條件下，采用半速機(jī)，其排汽面積可增至原來的4倍，流量和功率也大致達(dá)到4倍，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)越性較突出。（6）甩負(fù)荷易超速第三節(jié)核電汽輪機(jī)9第七章核電汽輪機(jī)10二、核電汽輪機(jī)的特點(diǎn)（1）新蒸汽參數(shù)低，且多用飽和蒸汽（2）理想焓降小，容積流量大一回路壓力決定堆內(nèi)溫度低→二回路進(jìn)汽參數(shù)低（6~8Mpa)焓降小，流量大與相同功率常規(guī)電廠汽輪機(jī)相比，理想焓降約小一半容積流量約大60~90%結(jié)構(gòu)特點(diǎn):(1)進(jìn)、排汽管路尺寸增大；（2）高壓缸采用雙流道，兩個(gè)排汽口，低壓缸采用多缸雙流道，多個(gè)排汽口；（3）葉片高度大，末級(jí)采用更長(zhǎng)的葉片；汽耗，kg/kw·h:火電3，核電5.5第三節(jié)核電汽輪機(jī)11二、核電汽輪機(jī)的特點(diǎn)（6）甩負(fù)荷易超速（主要原因是汽輪機(jī)中積聚的水分多）HP在濕區(qū)：進(jìn)口濕度（0.2-0.4)%，出口濕度（12-15）%低壓出口濕度比火電大：火電（6~8）%；核電（9~11）%閃蒸—易引起超速甩負(fù)荷易超速原因：1）甩負(fù)荷后留在通流部分內(nèi)、蒸汽聯(lián)通管和汽水分離再熱器等處的大量蒸汽，繼續(xù)流經(jīng)各級(jí)膨脹做功；2）飽和蒸汽汽輪機(jī)的靜子零部件表面由于積水形成水膜，當(dāng)汽輪機(jī)甩負(fù)荷時(shí)，通流部分壓內(nèi)蒸汽壓力突然降低引起水膜閃蒸而產(chǎn)生大量蒸汽，也會(huì)在級(jí)內(nèi)膨脹做功，導(dǎo)致汽輪機(jī)超速。濕蒸汽對(duì)效率的影響：濕度，粒度，可用下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算第三節(jié)核電汽輪機(jī)12二、核電汽輪機(jī)的特點(diǎn)總結(jié)核汽輪機(jī)主汽參數(shù)低，全機(jī)比焓降遠(yuǎn)小于常規(guī)電站汽輪機(jī)，在相同功率下全機(jī)通流級(jí)數(shù)多，因容積流量大，各級(jí)平均直徑及通流面積大，結(jié)構(gòu)尺寸大。核電汽輪機(jī)高壓缸各級(jí)工作在飽和蒸汽區(qū)，濕氣損失大，無中壓缸，高壓缸排汽需用主蒸汽和抽汽再熱及汽水分離。低壓缸部分級(jí)工作在過熱區(qū)，低壓缸缸數(shù)多。核電汽輪機(jī)全機(jī)內(nèi)效率低于常規(guī)電站汽輪機(jī)。核電采用半數(shù)機(jī)可使級(jí)的平均直徑增大，單級(jí)功率增大。第三節(jié)核電汽輪機(jī)13核電站的三個(gè)主要部分：反應(yīng)堆、熱交換裝置和汽輪發(fā)電機(jī)組。反應(yīng)堆：壓水堆和沸水堆占87%以上

三、反應(yīng)堆和核電汽輪機(jī)參數(shù)第三節(jié)核電汽輪機(jī)14三、反應(yīng)堆和核電汽輪機(jī)參數(shù)一回路主系統(tǒng)的典型流程：在壓水反應(yīng)堆中，采用除鹽除氧的含硼水作為冷卻劑，高壓、大流量的冷卻劑在堆芯吸收了核燃料裂變放出的熱量，從反應(yīng)堆壓力容器的出口流出，經(jīng)熱管段進(jìn)入蒸汽發(fā)生器傳熱管，將熱量傳給傳熱管外二回路側(cè)的給水，產(chǎn)生蒸汽，進(jìn)入二回路系統(tǒng)，推動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電；冷卻劑由蒸汽發(fā)生器傳熱管流出，從過渡段進(jìn)入冷卻劑主泵，經(jīng)主泵升壓后，又流入反應(yīng)堆。帶有放射性的冷卻劑始終循環(huán)流動(dòng)于閉合的一回路主系統(tǒng)各環(huán)路中，與二回路系統(tǒng)是完全隔離的，這就使核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的蒸汽是不帶放射性的，方便了二回路系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行與維修。熱管段第三節(jié)核電汽輪機(jī)15一回路主系統(tǒng)(又可稱為壓水堆冷卻劑系統(tǒng))主要功能：由冷卻劑將堆芯中因核裂變產(chǎn)生的熱量傳輸給蒸汽動(dòng)力裝置并冷卻堆芯，防止燃料元件燒毀。壓反應(yīng)堆汽輪機(jī)的回路包括：一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)二回路系統(tǒng)與常規(guī)火力發(fā)電廠的相應(yīng)部分相似，主要功能：(1)將核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變成電能。(2)在停機(jī)或事故情況下，保證核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的冷卻。一回路包括反應(yīng)堆，蒸汽發(fā)生器，穩(wěn)壓器，冷卻劑循環(huán)泵；二回路由汽輪機(jī)，凝汽器，回?zé)峒訜崞?，給水泵，汽機(jī)旁路等組成。三、反應(yīng)堆和核電汽輪機(jī)參數(shù)第三節(jié)核電汽輪機(jī)16三、反應(yīng)堆和核電汽輪機(jī)參數(shù)火電核電265~2800.755Mpa第三節(jié)核電汽輪機(jī)17第三節(jié)核電汽輪機(jī)181920五、核電汽輪機(jī)典型結(jié)構(gòu)及工作流程汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)由三個(gè)基本部分組成：1、轉(zhuǎn)動(dòng)部分：動(dòng)葉柵、葉輪、軸、聯(lián)軸器等部件。2、靜止部分：汽缸、噴嘴葉柵、隔板、汽封及軸承等部件。3、附屬設(shè)備：主汽閥、調(diào)節(jié)閥、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、主油泵、輔助油泵等。第三節(jié)核電汽輪機(jī)21第三節(jié)核電汽輪機(jī)五、核電汽輪機(jī)典型結(jié)構(gòu)及工作流程以1000MW級(jí)機(jī)組為例，一回路平均壓力15.5Mpa，平均溫度310；故二回路參數(shù)也低：蒸汽發(fā)生器出口壓力6.7MPa，溫度為283，是含有一定濕度的蒸汽，濕度一般為0.2%~0.4%。221000MW級(jí)核電汽輪機(jī)的典型結(jié)構(gòu)如圖：類型：沖動(dòng)式四缸雙流中間再熱凝汽式飽和蒸汽汽輪機(jī)；組成：一個(gè)高壓缸，三個(gè)低壓缸，四缸均為雙流式4個(gè)高、低壓轉(zhuǎn)子通過剛性聯(lián)軸器接成一個(gè)軸系，再通過剛性聯(lián)軸器與發(fā)電轉(zhuǎn)子相聯(lián)。每個(gè)轉(zhuǎn)子由一對(duì)徑向軸承支撐，只有一個(gè)推力軸承，安裝在高壓缸和第一低壓缸之間第三節(jié)核電汽輪機(jī)23高壓缸：雙流式，兩個(gè)流道各有5個(gè)壓力級(jí)（全周進(jìn)汽、不調(diào)節(jié)流量）主蒸汽經(jīng)過管道（4根）高壓蒸汽柜（4個(gè))彎管（4根）進(jìn)汽口（上下各兩個(gè)）高壓缸膨脹作功排汽管排汽（8根，對(duì)稱排列）

低壓缸：雙流式，每個(gè)流道各5個(gè)壓力級(jí)再熱蒸汽管道（6根,截止閥和調(diào)節(jié)閥）管道（6根）3個(gè)低壓缸頂部進(jìn)汽口低壓缸膨脹作功排汽口（每個(gè)缸2個(gè)）凝汽器主汽閥和調(diào)節(jié)閥：汽輪機(jī)裝有1只主汽閥和6只調(diào)節(jié)閥，分別控制6組噴嘴。運(yùn)行時(shí)，首先1、2、3、4閥同時(shí)開啟，當(dāng)負(fù)荷超過90%時(shí)，5、6閥依次開啟，效率較高轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：高壓缸采用整鍛式、低壓缸可用整鍛式或套裝式

第三節(jié)核電汽輪機(jī)24

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

ALSTOM焊接Seimens套裝東芝、日立整鍛第三節(jié)核電汽輪機(jī)25ArabelleFrance1530MW

焊接轉(zhuǎn)子26六、濕蒸汽汽輪機(jī)的水蝕及汽水分離裝置1、濕蒸汽的影響噴嘴葉柵流出的高速兩相流（蒸汽和水），水滴流速低于蒸汽，由速度三角形可見：水滴打擊在工作葉片進(jìn)口邊的背弧上，上部1/3背弧受到水滴侵蝕破壞最嚴(yán)重。HPLP水滴蒸汽第三節(jié)核電汽輪機(jī)27六、濕蒸汽汽輪機(jī)的水蝕及汽水分離裝置2、去濕措施級(jí)內(nèi)除濕裝置：縫隙式去濕裝置（噴嘴葉片）溝槽去濕裝置（汽缸和隔板外環(huán)）級(jí)內(nèi)除濕裝置效率不高→采用外置式去濕裝置汽水分離再熱器優(yōu)點(diǎn)：高壓缸排汽經(jīng)處理后，濕度為0.005~0.01，可改善機(jī)組工作條件，提高經(jīng)濟(jì)性缺點(diǎn)：增加汽輪機(jī)蒸汽流動(dòng)阻力，增加設(shè)備投資，增加二回路故障幾率但總體可提高裝置效率2~2.5%第三節(jié)核電汽輪機(jī)28七、核電站汽輪機(jī)的可靠性按照分級(jí)表的評(píng)級(jí)，所有運(yùn)行事件分為一至七級(jí)。1986年4月26日，世界上最嚴(yán)重的核事故在蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生。大亞灣核電廠2010年5月~11月發(fā)生輻射泄漏事故。當(dāng)中兩宗評(píng)定為“非等級(jí)”，10.23一宗評(píng)為“一級(jí)”運(yùn)行事件?！胺堑燃?jí)”及一級(jí)事件分別代表與核安全無關(guān)及對(duì)核安全沒有影響?？傮w來看：核電汽輪機(jī)的可靠性水平很高。第三節(jié)核電汽輪機(jī)29第四節(jié)工業(yè)汽輪機(jī)一、工業(yè)汽輪機(jī)的分類及其特點(diǎn)（一）工業(yè)汽輪機(jī)的分類按驅(qū)動(dòng)對(duì)象可劃分為：機(jī)械驅(qū)動(dòng)用，即驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)和泵等工作機(jī)械用的工業(yè)汽輪機(jī)；自備電站用，即在企業(yè)內(nèi)部驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的工業(yè)汽輪機(jī)。按驅(qū)動(dòng)方式劃分為：直接驅(qū)動(dòng)，用于驅(qū)動(dòng)中等以上功率的發(fā)電機(jī)、高速離心泵、離心式和軸流式鼓風(fēng)機(jī)或壓縮機(jī)等；間接驅(qū)動(dòng)，通過變速器驅(qū)動(dòng)小發(fā)電機(jī)、低速泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和壓榨機(jī)等。按熱力過程特性分為：凝汽式背壓式抽汽式多壓式2930第四節(jié)工業(yè)汽輪機(jī)一、工業(yè)汽輪機(jī)的分類及其特點(diǎn)（二）工業(yè)汽輪機(jī)的特點(diǎn)工業(yè)汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)通常設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)單可靠，維修方便。功率為10000kW以下的工業(yè)汽輪機(jī)通常采用較高設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速，以使汽輪機(jī)外形尺寸縮小，價(jià)格降低，同時(shí)也使通流效率適當(dāng)改善。由于工作轉(zhuǎn)速高，多級(jí)工業(yè)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子一般采用整鍛或焊接結(jié)構(gòu)，有的甚至在轉(zhuǎn)子上直接電解加工出成型葉片。工業(yè)汽輪機(jī)各類部件的通用化及標(biāo)準(zhǔn)化程度很高。由一種尺寸的結(jié)構(gòu)部件組成的汽輪機(jī)（稱為尺寸基型），只要改變少量零件的尺寸及材料，就能適應(yīng)一定范圍功率、轉(zhuǎn)速、進(jìn)排汽參數(shù)的運(yùn)行要求。3031第四節(jié)工業(yè)汽輪機(jī)二、工業(yè)汽輪機(jī)的應(yīng)用(一)流程工業(yè)