摘要：本文分析了火电与核电汽轮机的差异，介绍了核电汽轮机在热力设计和结构的独特，且与火电汽轮机进行了比较，阐述了核电汽轮机与火电汽轮机的差别。
关键词：火电汽轮机；核电汽轮机；比较
一 火电与核电汽轮机的差异
1.1基本热力参数的差别
压水堆核电机组与火电机组相比初参数低得多并且湿度大，主蒸汽为略带湿度的饱和蒸汽（压力一般在6MPa左右，湿度为0.25%～0.5%），核电机组总焓降约为同功率火电机组的三分之二，有效焓降仅为常规火电汽轮机的一半左右，其汽耗显著增加，相应疏水量随之增大。同等容量核电汽轮机的进汽量是火电机组的两倍，而容积流量则为五倍左右。蒸汽的容积流量增大，这就要求核电机组的通流面积要大于火电机组。
1.2蒸汽热力过程的差别
在常规火电机组中蒸汽大部分处于过热蒸汽状态，只有在低压缸末几级处于湿蒸汽状态下。核电汽轮机只有低压缸前几级处于过热状态，其余部分都处于饱和线之下的湿蒸气状态.汽状态。图1表示了蒸汽在汽轮机中的膨胀过程。
（1）图中线段abcdef表示进汽压力24.2MPa的常规超临界中间再热机组的热力过程线，饱和线上方为过热蒸汽区，下方为湿蒸汽区工作，其余均在过热区。
（2）图中线段ABCDE表示进汽压力6.41MPa的饱和蒸汽的膨胀过程曲线，AB表示蒸汽在高压缸中的膨胀，在高压缸作功后排入汽水分离再热器进行去湿再热后达到过热点C，然后进入低压缸膨胀线段CE，图中仅有低压缸中（CD段）前几级处于过热蒸汽状态，大部分处于饱和线以下的湿蒸汽区工作。
从核电与火电热力过程线中，可以明显的看出两者间热力参数的差别。
图1蒸汽在汽轮机中的膨胀过程
1.3调节方式的差别
大容量的火电汽轮机普遍采用喷嘴调节配汽方式。这种配汽方式只有在最后开启的那组调节阀的汽流受到节流的影响。因此，节流导致的能量损失不会很大，所以，对于变工况运行比较频繁的火电机组是最佳的配汽方式。核电机组蒸汽参数低、流量大，采用喷嘴调节的调节级动叶片的应力很高。同时，对于湿蒸汽在喷嘴出口会发生凝结激波，使叶片出汽处产生裂纹，影响机组安全运行。另外，由于节流配汽方式在阀门全开或稍有节流的额定负荷下要比喷嘴配汽效率高，所以对于带基本负荷的核电汽轮机普遍采用节流调节。
二 核电汽轮机独特的结构和设计
2.1 核电汽轮机构成的独特性
核电站热力循环中增加了蒸汽的汽水分离再热循环，这是核电站中常规的部分与常规火电的最大不同之处。
核电汽轮机主蒸汽是饱和蒸汽，汽轮机通流部分湿度大，蒸汽对叶片的腐蚀很大，高压缸的排汽湿度也较大，如直接排入低压缸中将造成汽轮机零部件因水蚀而损坏。如果不采取措施，低压缸的排汽湿度将会达到百分之二十多，对末级叶片的冲刷腐蚀相当大，严重影响机组的安全运行和效率。所以，为了降低进入低压缸蒸汽的湿度，并提高蒸汽的温度，使其具有一定的过热度、提高循环热效率、改善低压缸的工作条件，防止和减少湿蒸汽对汽轮机低压缸零部件的腐蚀，在汽轮机高压缸和低压缸之间设有汽水分离再热器。
在核电站中，经过汽水分离后接近于干蒸汽的蒸汽首先进入一级再热器进行加热。一级加热器一般由高压缸抽汽作为加热汽源进行加热，加热后的蒸汽进入由新蒸汽作为加热汽源的二级再热器进行加热。经过汽水分离和两级再热后的蒸汽变成具有一定过热度的干蒸汽排入低压缸，此时，低压缸进汽蒸汽参数与常规火电机组相当，大大提高了低压缸的效率，改善了低压通流部分的工作条件，防止或减少湿蒸汽对低压缸部件的腐蚀和侵蚀。核电机组设计汽水分离系统作为中
间再热提升低压缸进汽的温度，既提高机组效率又保障设备安全，与火电机组设置中间再热器结构不同，功能相当。
2.2 核电汽轮机通流设计的独特性
在气动设计方面核电和火电机组设计理念非常相似，但是在强度设计和通流结构设计上还是有些不同。
2.2.1由于核电汽轮机叶片在安全性方面有更严格的要求，在设计中采用了更好的材料和更严格的标准，为了保证叶片安全可靠运行，动叶片和转子轮缘静应力必须限制在较低水平。对于工作温度较低的动叶片，许用应力是依据屈服应力数据建立起来的。由于核电汽轮机运行时的湿度比火电汽轮机大，这种环境更易造成应力腐蚀裂纹，故动叶的叶根及叶根槽的许用应力要比常规火电机组低，其许用值根据实际运行经验确定。对不调频叶片，要计算叶轮槽倒角半径处的峰值应力，这些区域易产生应力腐蚀裂纹，同时，在这些区域的峰值应力也包括了应力集中的影响。根据经验在低压过渡区不调频叶片的许用安全系数大约是火电机组的2.5倍左右。对于调频叶片，其大部分安全系数核电与火电一样，这是因为对于应力腐蚀敏感的区域发生在上游不调频叶片区。
2.2.2核电汽轮机湿度大，为了减少湿蒸汽对叶片的影响必须采取必要的去湿结构常采用的结构有：在末三级动叶顶部采用蜂窝汽封减少自由叶片顶部漏汽损失，可以收集叶片流道内的水汽，增强去湿能力，减少湿气损失；末三级动叶进汽边焊有司太立合金片，能有效地防止动叶片水蚀，提高机组效率和安全性；适当加大末几级的动、静叶片间的轴向距离，这样可以保证水滴的充分雾化，减少水滴对叶片的冲击腐蚀；采用空心静叶或带缝的静叶片等措施。
2.3 核电汽轮机结构的独特性
2.3.1由于新蒸汽压力低，其比容将明显高于常规汽轮机。所以核电汽轮机头部必须能通过非常大的蒸汽容积流量，使主汽阀和调节阀设计复杂化。为了减少布置的复杂性，核电汽轮机高压主汽阀一般采用主汽调节联合阀的结构形式，无论是尺寸还是重量等都要比同容量火电机组大得多。同时，由于与主汽阀连接的主蒸汽管道以及高压导汽管的口径较火电机组大得多，对阀门的推力非常大，因此为了能承受管道的推动力，阀门必须要具备足够的稳定性。
2.3.2汽水分离系统设置再热主汽阀和再热截止阀，和大型常规汽轮机相似，在发电机甩全负荷而调节阀正在关闭的过程中，饱和蒸汽汽轮机的转速将增加。由于设备中残余的湿蒸汽闪蒸量比常规的火电机组大，所以，核电汽轮机与火电机组相比更容易超速。
三 结束语
总之，通过对核电汽轮机和火电汽轮机的比较，了解了核电汽轮机在热力设计和结构的独特，且与火电汽轮机的差异。在对汽轮机设计研究时，可以将核电与火电汽轮机各自独特的成熟技术相结合，设计出更为合理科学的汽轮机。
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作者简介：
王健（1983－），男，黑龙江省哈尔滨市，工程师，工学学士，2006年参加工作至今，从事汽轮机辅机、压力容器设计工作。
论文作者:王健
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/18
标签：汽轮机论文; 核电论文; 蒸汽论文; 火电论文; 机组论文; 叶片论文; 低压论文; 《电力设备》2017年第16期论文;