核電站汽輪機(jī)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-07-28
核電站汽輪機(jī)的實(shí)例教程
01 研究背景
核電站中不同建筑內(nèi)都有高架起重機(jī)，用于起吊和搬運(yùn)重物。它們?cè)诘卣鸷蟊仨毐３謾C(jī)動(dòng)性，并且需要避免倒塌損壞附近的設(shè)備。因此主要的起重系統(tǒng)保護(hù)被認(rèn)為是安全和利益保障的重要因素，也是核電廠建筑物地震分析中的重要內(nèi)容。
核島事故發(fā)生后，法國(guó)啟動(dòng)了核電廠地震相關(guān)的重新評(píng)估，新的地震譜 SND被用于核電站系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和組件的驗(yàn)證以及尺寸的確定。SND可由兩種方式定義：
1.5倍核電站增強(qiáng)安全地震譜的包絡(luò)。
以概率方式定義的被研究站點(diǎn)的地震譜包絡(luò)，基準(zhǔn)為20000年一遇的地震級(jí)別。
此研究旨在確認(rèn)橋式起重機(jī)在SND級(jí)別地震下的行為是合理的。
圖1. 核電站中的輔助起重機(jī)
02 主要問(wèn)題
當(dāng)前，相關(guān)計(jì)算通過(guò)頻譜模態(tài)分析定時(shí)進(jìn)行，在分析過(guò)程中使用的假設(shè)忽略了與摩擦和剛體運(yùn)動(dòng)有關(guān)的耗散，這導(dǎo)致了很大的保守性：施加在各種結(jié)構(gòu)上的載荷被高估，并且基于此提出了復(fù)雜而且成本極高的加固解決方案。對(duì)于某些起重機(jī)，也基于物理基礎(chǔ)進(jìn)行了非線性計(jì)算，但是一方面大量使用這一類計(jì)算會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)計(jì)算時(shí)間；另一方面，剛體模態(tài)的出現(xiàn)導(dǎo)致使用了正比于剛度的瑞利阻尼，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)低頻模態(tài)的衰減非常弱。
為了改進(jìn)這些對(duì)特定起重機(jī)的研究，開發(fā)了一種使用通用結(jié)構(gòu)仿真軟件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)非線性瞬態(tài)計(jì)算的方法。這種方法考慮了滾輪在軌道上的摩擦、滾動(dòng)和抬起，也考慮了內(nèi)力限制系統(tǒng)的局部可塑性。該方法的非線性計(jì)算在由起重機(jī)特征模態(tài)組成的模態(tài)基礎(chǔ)上進(jìn)行，并增加了與結(jié)構(gòu)間接觸相關(guān)的靜力學(xué)模態(tài)。這增強(qiáng)了滾輪滾動(dòng)的作用，同時(shí)極大地減小了傳遞到橋和托架的應(yīng)力以及橋的變形。
03 振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)
2016年，法國(guó)原子能和替代能源委員會(huì)（CEA）、法國(guó)核安全與輻射防護(hù)研究院（IRSN）和法國(guó)電力公司（EDF）在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試，以研究橋式起重機(jī)的抗震性能。
展開 Code_Aster通過(guò)核工業(yè)認(rèn)證，滿足法國(guó)核安全局和英國(guó)核監(jiān)管部門要求，在各工業(yè)領(lǐng)域尤其是能源電力領(lǐng)域有大量的工程和研發(fā)應(yīng)用案例。
工業(yè)應(yīng)用背景
核電站汽輪機(jī)通常利用原子核裂變產(chǎn)生熱能所發(fā)生的蒸汽作為工質(zhì)，先將工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能,再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)切割磁感線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔馨l(fā)電。汽輪機(jī)由靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分所組成：靜止部分包括臺(tái)板（機(jī)座）、汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等部件；轉(zhuǎn)動(dòng)部件的組合體稱為轉(zhuǎn)子，包括主軸、葉輪（轉(zhuǎn)鼓）、動(dòng)葉柵、連軸器及裝在軸上的其他部件。
下圖是型號(hào)為BP100的轉(zhuǎn)子，目前應(yīng)用在法國(guó)電力集團(tuán)參與建設(shè)的CP2，P4，P4’系列*核電機(jī)組中。
*CP2 ：包含10個(gè)900MW核反應(yīng)堆，建在Chinon，Cruas和Saint-Laurent-des-Eaux。
P4 ：包含8個(gè)1300MW核反應(yīng)堆，建在Paluel，F(xiàn)lamanville和Saint-Alban。
P4’ ：包含12個(gè)1300MW核反應(yīng)堆，建在Belleville，Cattenom，Golfech，Nogent-sur-Seine和Penly。
BP100型轉(zhuǎn)子的單個(gè)葉輪上安裝77個(gè)扭葉片，由77個(gè)樅樹型葉根緊固件連接到輪緣，每個(gè)緊固件的連接處對(duì)應(yīng)10個(gè)凹槽。
在設(shè)備維護(hù)過(guò)程中，運(yùn)維人員在緊固件的凹槽底部發(fā)現(xiàn)了裂痕。這引起了研究設(shè)計(jì)人員們的重視，因?yàn)檫B接處結(jié)構(gòu)的任何缺陷都有可能造成葉片脫落的嚴(yán)重事故。為了能夠及時(shí)觀測(cè)到新裂縫產(chǎn)生并采取相應(yīng)的維護(hù)和應(yīng)對(duì)措施，工程師們需要一款能夠快速診斷這些缺陷的強(qiáng)大工具。
展開 大型核電站的建設(shè)將解決我國(guó)部分經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)且能源資 源缺乏地區(qū)的電力供應(yīng)不足問(wèn)題 ,大大減輕了火電建設(shè)帶來(lái)的煤 炭鐵路運(yùn)輸壓力及對(duì)環(huán)境保護(hù)的不利影響 ,對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和 社會(huì)發(fā)展有十分顯著的效益。
2)核電站工程具有建設(shè)規(guī)模大、交叉作業(yè)多、工期緊等特點(diǎn) , 施工前組織工作的好壞 ,直接影響整個(gè)安裝工程的安全、質(zhì)量和 進(jìn)度。為此 ,必須根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定的施工期限、各 項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、施工單位的技術(shù)水平、施工機(jī)械的配備情況以 及現(xiàn)場(chǎng)條件等各方面的因素 ,做好施工組織設(shè)計(jì)。汽輪機(jī)安裝的 施工組織是核電站施工組織設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分 ,應(yīng)根據(jù)汽 輪機(jī)工地的具體情況 ,仔細(xì)做出施工進(jìn)度、場(chǎng)地布置、勞動(dòng)力組 織、機(jī)具配備、施工技術(shù)組織和施工用具等各項(xiàng)安排。
3)汽輪機(jī)組的安裝主要控制進(jìn)度為 :預(yù)檢修預(yù)組合結(jié)束 →汽 輪機(jī)廠房行車安裝試驗(yàn)完畢 ,交付使用 →凝汽器組合結(jié)束 →臺(tái)板 就位 →汽輪機(jī)扣大蓋 →發(fā)電機(jī)靜子就位 →主蒸汽、主給水、抽汽 等主要汽水管路安裝完畢 →調(diào)速系統(tǒng)安裝完畢 →油循環(huán) →輔機(jī) 分部試轉(zhuǎn)及管路沖洗 →整套試轉(zhuǎn) →并網(wǎng)發(fā)電。
作者：郭榮偉
展開 蒸汽發(fā)生器：它的作用是把通過(guò)反應(yīng)堆的冷卻劑的熱量傳給二次回路水，并使之變成蒸汽，再通入汽輪發(fā)電機(jī)的汽缸作功。
安全殼：用來(lái)控制和限制放射性物質(zhì)從反應(yīng)堆擴(kuò)散出去，以保護(hù)公眾免遭放射性物質(zhì)的傷害。萬(wàn)一發(fā)生罕見的反應(yīng)堆一回路水外逸的失水事故時(shí)，安全殼是防止裂變產(chǎn)物釋放到周圍的最后一道屏障。安全殼一般是內(nèi)襯鋼板的預(yù)應(yīng)力混凝土厚壁容器。
汽輪機(jī)：核電站用的汽輪發(fā)電機(jī)在構(gòu)造上與常規(guī)火電站用的大同小異，所不同的是由于蒸汽壓力和溫度都較低，所以同等功率機(jī)組的汽輪機(jī)體積比常規(guī)火電站的大。
危急冷卻系統(tǒng)：為了應(yīng)付核電站一回路主管道破裂的極端失水事故的發(fā)生，近代核電站都設(shè)有危急冷卻系統(tǒng)。它是由注射系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)組成。一旦接到極端失水事故的信號(hào)后，安全注射系統(tǒng)向反應(yīng)堆內(nèi)注射高壓含硼水，噴淋系統(tǒng)向安全殼噴水和化學(xué)藥劑。便可緩解事故后果，限制事故蔓延。
四、核反應(yīng)堆
核電站的內(nèi)部它通常由一回路系統(tǒng)和二回路系統(tǒng)組成。反應(yīng)堆是核電站的核心。反應(yīng)堆工作時(shí)放出的熱能，由一回路系統(tǒng)的冷卻劑帶出，用以產(chǎn)生蒸汽。因此，整個(gè)一回路系統(tǒng)被稱為“核供汽系統(tǒng)”，它相當(dāng)于火電廠的鍋爐系統(tǒng)。為了確保安全，整個(gè)一回路系統(tǒng)裝在一個(gè)被稱為安全殼的密閉廠房?jī)?nèi)，這樣，無(wú)論在正常運(yùn)行或發(fā)生事故時(shí)都不會(huì)影響安全。由蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電的二回路系統(tǒng)，與火電廠的汽輪發(fā)電機(jī)系統(tǒng)基本相同。
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核電站汽輪機(jī)的最新內(nèi)容
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核電站中不同建筑內(nèi)都有高架起重機(jī)，用于起吊和搬運(yùn)重物。它們?cè)诘卣鸷蟊仨毐３謾C(jī)動(dòng)性，并且需要避免倒塌損壞附近的設(shè)備。因此主要的起重系統(tǒng)保護(hù)被認(rèn)為是安全和利益保障的重要因素，也是核電廠建筑物地震分析中的重要內(nèi)容。
核島事故發(fā)生后，法國(guó)啟動(dòng)了核電廠地震相關(guān)的重新評(píng)估，新的地震譜 SND被用于核電站系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)和組件的驗(yàn)證以及尺寸的確定。SND可由兩種方式定義：
1.5倍核電站增強(qiáng)安全地震譜的包絡(luò)
工業(yè)應(yīng)用背景
核電站汽輪機(jī)通常利用原子核裂變產(chǎn)生熱能所發(fā)生的蒸汽作為工質(zhì)，先將工質(zhì)的熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能,再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)切割磁感線轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔馨l(fā)電。
汽輪機(jī)：核電站用的汽輪發(fā)電機(jī)在構(gòu)造上與常規(guī)火電站用的大同小異，所不同的是由于蒸汽壓力和溫度都較低，所以同等功率機(jī)組的汽輪機(jī)體積比常規(guī)火電站的大。
危急冷卻系統(tǒng)：為了應(yīng)付核電站一回路主管道破裂的極端失水事故的發(fā)生，近代核電站都設(shè)有危急冷卻系統(tǒng)。它是由注射系統(tǒng)和安全殼噴淋系統(tǒng)組成。
3 認(rèn)識(shí)和體會(huì)
1)核電汽輪機(jī)的研制成功表明我國(guó)自主開發(fā)大型壓水堆核 電站汽輪機(jī)的能力有大幅提高。經(jīng)過(guò)多次啟停機(jī)、甩負(fù)荷試驗(yàn)、 熱效率試驗(yàn)、連續(xù)運(yùn)行考核及多年來(lái)的試運(yùn)行等實(shí)踐證明 ,該機(jī) 組運(yùn)行可靠 ,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理 ,啟停平穩(wěn) ,各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè) 計(jì)要求。
