【核电半速汽轮机概述】

一、大功率核汽轮机的特点

由于湿蒸汽汽轮机组的焓降小，要发出同样功率，其进汽量就要增加许多，百万千瓦级的湿蒸汽汽轮机的主蒸汽进汽量是超临界火电机组的2倍多，而主蒸汽容积流量则将近4.5倍。在同样转速条件下，湿蒸汽机组的转子轴径要大很多，动叶片的高度也会增加许多，也就是叶片的应力会增加很多，降低安全裕量。

因此湿蒸汽汽轮机的大功率机组的设计均采用半速机。一般认为1000MW 是湿蒸汽汽轮机设计的分界点，小于百万千瓦功率的湿蒸汽汽轮机，采用全速设计有体积小，布置紧凑，运行灵活性好等明显优点。超过1100MW，全速机的设计受到材料许用极限的限制，必须采用半速机设计。对于1000MW 功率级别的核电站湿蒸汽机组，世界上运行的机组中全速和半速都有，但半速机占绝大多数，广东电力设计院2000年的统计数字显示，在世界上约200台百万千万级别的湿蒸汽机组中，只有1O台左右是全速机。

汽轮发电机组的电功率表达式可表示为：

P=3600μ2c2sinα2ΔHaηriηmηg／(πn2θν2)

其中：μ—末级动叶平均圆周速度；

C2— 汽轮机排汽速度；

α2— 末级叶片出汽角；

△Ha——汽轮机理想焓降；

ηriηmηg—汽轮机相对内效率、机械效率、电机效率；

n— 汽轮发电机转速；

θ— 末级叶片的径高比；

v2— 汽轮起排汽比容。

由上式可知，在给定初终参数及u和θ条件下，机组的电功率与转速的平方成反比。所以，在不增加动叶应力的情况下，汽轮机转速减半，理论上可以使极限功率提高三倍之多。但在实际上需考虑到机组的稳定运行和容量对电网的冲击，以及由于半速汽轮机的转子、凝汽器、排汽管等的构造尺寸太大，制造工艺上难以实现，所以，实际半速汽轮机的叶片高度和级的平均直径约可增大5O% ，相应功率可提高一倍多一些。

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二、半速汽轮机的优越性

1、机组的可靠性增强

正是由于实际半速汽轮机的功率并未提高三倍而只提高一倍多一些，因此，在相同材料时，其末级叶片的工作更为可靠。同时由于叶片在湿蒸汽中侵蚀程度与轮周速度的二次方、三次方甚至四次方成正比。采用半转速，可使叶片的抗侵蚀能力和可靠性大大提高。

另外，从叶片振动特性考虑，低速汽轮机的运行可靠性也更高。尽管半速级末级叶片的最大直径接近为全速机的1.6倍，但相应应力水平仍可降低40% 以上。

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2、汽轮机的经济性

不同额定转速对汽轮机组效率影响的研究表明，虽然半速机组在高压部分带来一些附加损失，但低压部分的效率将得到更多的提高。由于湿蒸汽汽轮机主要焓降在低压缸中实现，因此半速机的经济性明显优越于全速机。