核電站汽輪機的案例
【CAE案例】核電站中起重機的地震行為分析
01 研究背景
核電站中不同建筑內都有高架起重機，用于起吊和搬運重物。它們在地震后必須保持機動性，并且需要避免倒塌損壞附近的設備。因此主要的起重系統保護被認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容。
核島事故發生后，法國啟動了核電廠地震相關的重新評估，新的地震譜 SND被用于核電站系統、結構和組件的驗證以及尺寸的確定。SND可由兩種方式定義：
1.5倍核電站增強安全地震譜的包絡。
以概率方式定義的被研究站點的地震譜包絡，基準為20000年一遇的地震級別。
此研究旨在確認橋式起重機在SND級別地震下的行為是合理的。
圖1. 核電站中的輔助起重機
02 主要問題
當前，相關計算通過頻譜模態分析定時進行，在分析過程中使用的假設忽略了與摩擦和剛體運動有關的耗散，這導致了很大的保守性：施加在各種結構上的載荷被高估，并且基于此提出了復雜而且成本極高的加固解決方案。對于某些起重機，也基于物理基礎進行了非線性計算，但是一方面大量使用這一類計算會導致浪費計算時間；另一方面，剛體模態的出現導致使用了正比于剛度的瑞利阻尼，進而導致對低頻模態的衰減非常弱。
為了改進這些對特定起重機的研究，開發了一種使用通用結構仿真軟件進行動力學非線性瞬態計算的方法。這種方法考慮了滾輪在軌道上的摩擦、滾動和抬起，也考慮了內力限制系統的局部可塑性。該方法的非線性計算在由起重機特征模態組成的模態基礎上進行，并增加了與結構間接觸相關的靜力學模態。這增強了滾輪滾動的作用，同時極大地減小了傳遞到橋和托架的應力以及橋的變形。
03 振動臺實驗
2016年，法國原子能和替代能源委員會（CEA）、法國核安全與輻射防護研究院（IRSN）和法國電力公司（EDF）在振動臺上進行了相關測試，以研究橋式起重機的抗震性能。
展開 【EDF開源CAE】Code_Aster在BP100汽輪機葉片緊固件裂縫的危害性研究中的應用
Code_Aster通過核工業認證，滿足法國核安全局和英國核監管部門要求，在各工業領域尤其是能源電力領域有大量的工程和研發應用案例。
工業應用背景
核電站汽輪機通常利用原子核裂變產生熱能所發生的蒸汽作為工質，先將工質的熱能轉變成動能,再帶動發電機切割磁感線轉變為電能發電。汽輪機由靜止部分和轉動部分所組成：靜止部分包括臺板（機座）、汽缸、噴嘴、隔板、汽封、軸承等部件；轉動部件的組合體稱為轉子，包括主軸、葉輪（轉鼓）、動葉柵、連軸器及裝在軸上的其他部件。
下圖是型號為BP100的轉子，目前應用在法國電力集團參與建設的CP2，P4，P4’系列*核電機組中。
*CP2 ：包含10個900MW核反應堆，建在Chinon，Cruas和Saint-Laurent-des-Eaux。
P4 ：包含8個1300MW核反應堆，建在Paluel，Flamanville和Saint-Alban。
P4’ ：包含12個1300MW核反應堆，建在Belleville，Cattenom，Golfech，Nogent-sur-Seine和Penly。
BP100型轉子的單個葉輪上安裝77個扭葉片，由77個樅樹型葉根緊固件連接到輪緣，每個緊固件的連接處對應10個凹槽。
在設備維護過程中，運維人員在緊固件的凹槽底部發現了裂痕。這引起了研究設計人員們的重視，因為連接處結構的任何缺陷都有可能造成葉片脫落的嚴重事故。為了能夠及時觀測到新裂縫產生并采取相應的維護和應對措施，工程師們需要一款能夠快速診斷這些缺陷的強大工具。
展開 簡述核電汽輪機的安裝
大型核電站的建設將解決我國部分經濟發達且能源資 源缺乏地區的電力供應不足問題 ,大大減輕了火電建設帶來的煤 炭鐵路運輸壓力及對環境保護的不利影響 ,對我國的經濟建設和 社會發展有十分顯著的效益。
2)核電站工程具有建設規模大、交叉作業多、工期緊等特點 , 施工前組織工作的好壞 ,直接影響整個安裝工程的安全、質量和 進度。為此 ,必須根據設計圖紙、規范標準、規定的施工期限、各 項經濟技術指標、施工單位的技術水平、施工機械的配備情況以 及現場條件等各方面的因素 ,做好施工組織設計。汽輪機安裝的 施工組織是核電站施工組織設計的一個重要組成部分 ,應根據汽 輪機工地的具體情況 ,仔細做出施工進度、場地布置、勞動力組 織、機具配備、施工技術組織和施工用具等各項安排。
3)汽輪機組的安裝主要控制進度為 :預檢修預組合結束 →汽 輪機廠房行車安裝試驗完畢 ,交付使用 →凝汽器組合結束 →臺板 就位 →汽輪機扣大蓋 →發電機靜子就位 →主蒸汽、主給水、抽汽 等主要汽水管路安裝完畢 →調速系統安裝完畢 →油循環 →輔機 分部試轉及管路沖洗 →整套試轉 →并網發電。
作者：郭榮偉
展開 核電站的工作結構及其工作與原理
蒸汽發生器：它的作用是把通過反應堆的冷卻劑的熱量傳給二次回路水，并使之變成蒸汽，再通入汽輪發電機的汽缸作功。
安全殼：用來控制和限制放射性物質從反應堆擴散出去，以保護公眾免遭放射性物質的傷害。萬一發生罕見的反應堆一回路水外逸的失水事故時，安全殼是防止裂變產物釋放到周圍的最后一道屏障。安全殼一般是內襯鋼板的預應力混凝土厚壁容器。
汽輪機：核電站用的汽輪發電機在構造上與常規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，所以同等功率機組的汽輪機體積比常規火電站的大。
危急冷卻系統：為了應付核電站一回路主管道破裂的極端失水事故的發生，近代核電站都設有危急冷卻系統。它是由注射系統和安全殼噴淋系統組成。一旦接到極端失水事故的信號后，安全注射系統向反應堆內注射高壓含硼水，噴淋系統向安全殼噴水和化學藥劑。便可緩解事故后果，限制事故蔓延。
四、核反應堆
核電站的內部它通常由一回路系統和二回路系統組成。反應堆是核電站的核心。反應堆工作時放出的熱能，由一回路系統的冷卻劑帶出，用以產生蒸汽。因此，整個一回路系統被稱為“核供汽系統”，它相當于火電廠的鍋爐系統。為了確保安全，整個一回路系統裝在一個被稱為安全殼的密閉廠房內，這樣，無論在正常運行或發生事故時都不會影響安全。由蒸汽驅動汽輪發電機組進行發電的二回路系統，與火電廠的汽輪發電機系統基本相同。
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