关键词:核电;超速;中压蝶阀
引言
核动力涡轮机的最重要特征是它们可在湿蒸汽区正常运行。因为蒸汽入口参数相对较低,所以相应的有效热焓下降很小,导致入口蒸汽质量流量相对较大,成千上万的核动力涡轮机和数百个相对成熟。经过数以千万计的火力发电机组,可以看到蒸汽流量几乎是同一火力发电机组的两倍,这就是为什么核电涡轮机(包括主管道)的尺寸要大得多的原因。一旦湿式蒸汽轮机由于高压主蒸汽阀的快速关闭而失去了满负荷(或工厂电源和调试中的50%负荷)后,储存在涡轮机腔室内的冷凝水便会与额外的蒸汽一起工作在涡轮机中,因此湿蒸汽涡轮机在甩负荷后对转子的扭矩通常比具有相同容量的火电机组的扭矩大得多。
1超速分析模型的建立
本文要讨论的数百万个核动力蒸汽轮机单元是由高,中压组合气缸和两个串联的双分体式低压气缸组成的单轴系单元。 MSR分别设置在蒸汽轮机的左侧和右侧。在高排气进入每个MSR之前,要设置两组中压蝶阀,即,为一个单元设置四组中压蝶阀。对中压蝶阀卡死故障引起的超速风险进行了分析。在此之前,我们需要了解几个前提。
1.1工作原理
核电汽轮机是常规岛上最核心的旋转机械。机组的工作过程如图1所示。
从图1可以看出,蒸汽发生器第二回路的主蒸汽经过四组高压主蒸汽调节阀后,蒸汽首先在高压缸中连续膨胀而起作用,然后然后在中压缸中,然后在两个缸中并联。低压缸膨胀,在高压缸排气口和中压缸入口之间,蒸汽通过汽水分离再热器(MSR)。在MSR中,蒸汽由7级高压蒸汽和主蒸汽抽出(主蒸汽阀在连续加热之前,大部分水被分离出来。在蒸汽膨胀过程中,部分蒸汽被连续抽出)。
1.2核电汽轮机甩负荷过程
这里的主要讨论是全负载抑制。完全甩负荷是指当涡轮机驱动发电机向外界供电时,所有用户(负荷)的突然甩负荷。对于核电涡轮机,在完全甩负荷后,它处于空转状态。此时,DCS控制逻辑关闭高压主蒸汽调节阀和中压蝶阀。由于全负荷甩动是所有负荷的瞬时甩动,因此涡轮机的阀门之间存在关闭时间差,这将不可避免地导致某些蒸汽继续推动转子工作,并叠加原来的惯性旋转。
1.3超速
蒸汽轮机的超速相对于额定速度。本文要讨论的核动力装置是额定转速为1500r / min,超速超过1500r / min,角速度超过157.08rad / s的半速蒸汽轮机。
1.4超速模型的建立
蒸汽轮机的最大超速发生在额定功率的全负荷抑制过程中:当发生全负荷抑制时,高压主蒸汽控制阀中的主蒸汽阀会通过全负荷部分快速打开和关闭。蒸汽与高压缸中一直存在的蒸汽一起在高压缸中工作。高压排气后,蒸汽进入MSR进行重新加热,然后进入中压蝶阀。此时,认为最坏的情况是四组中压蝶阀被卡住,无法关闭。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆关闭时,所有抽气止回阀都被卡住,此时无法关闭,因此蒸汽直接通过中压蝶形阀进入中压缸,继续工作,最后在低压缸中工作。
通过以上分析,可以利用能量转换原理建立超速模型:从理论上讲,从进入高压主汽调节阀的蒸汽到低压缸排汽的能量△q的总变化值等于汽轮机转子的动能值。我们可以用这个方程求出转子在减载时的转速。在建立总模型之后,我们还应该考虑到这个方程只是理论上的。蒸汽转化为转子动能前后的能量转换效率不能达到100%。因此,必须首先估计转换效率η。
2转换效率η估值确定
正常情况下,蒸汽经过主汽门,然后经过高压缸、汽水分离再热器、中压缸和低压缸。需要考虑每个汽缸的汽缸效率,以及从汽水分离再热器到中压汽缸的蒸汽流量在进入汽水分离再热器的总蒸汽流量中所占的比例。汽缸效率的计算可并入汽轮机的总效率η1。通过机组100%TMCR工况下的热平衡图,利用焓熵曲线求出各缸的等熵。利用各阶段有效焓降与同一熵焓降之比,计算出该过程的焓值,最终可以计算出单位η1的总效率。考虑到蒸汽湿度高:汽水分离再热器后,有近97%的液态水被分离,因此实际再热蒸汽与进入汽水分离再热器的蒸汽总量之比可以通过机组100%TMCR工况热平衡图。得到的数据表明,从高压主汽调节阀到汽轮机的蒸汽转化为转子动能的平均转化效率η为η1η2,并乘以一个裕度,最终确定了平均转化效率η。这个值大约是0.75。
3超速风险评估与结论
通过第2节的计算和分析,该单元在满负荷甩负荷时的超速程度A为16.915%,即当所有的中间压力蝶阀被卡住和不能关闭时,最大速度将是1754 r/min,并且该单元在满负荷甩负荷时的超速程度B将为13.936%。也就是说,当中压蝶阀被卡住和抽取止回阀没有卡住时,最大速度将是1709r/min。为了评估机组超速的潜在风险,首先让我们了解转子寿命期间机组的一些轴承极限条件:
(1)涡轮发电机组转子的二阶临界转速大于1800r / min;
(2)在蒸汽轮机单元的设计中,轴承不稳的速度大于2000 R / min。
(3)当单位速度超过10%时,涡轮逻辑将自动跳闸,但是可以手动更改逻辑命令。
结束语
由于是核动力装置,如果在运行过程中超速达到10%,可能会对核反应堆的负荷产生一定的影响,因此应尽可能避免在介质堵塞故障之前使用没有消除压力蝶阀,必须减少负载操作,而不必考虑暂时关闭。参照计算值,在实际中,安全运行负载应在额定负载的70%以下运行(与第2节相同)。在70%负载下正常运行时抽气止回阀的超速度C可以计算为9.5%,因此我们得出即使在这种运行条件下需要释放满负荷,超速也不会太大并且不会影响蒸汽轮机的安全。通过以上的分析计算,可以得出,在没有中压蝶阀的情况下,该半速万能核电机的最大超速约为16.915%,小于同一水平的最大超速。
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论文作者:张志勇 顾闯 兰苏凡
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年11期
论文发表时间:2019/12/2
标签:蒸汽论文; 负荷论文; 汽轮机论文; 中压论文; 涡轮机论文; 蝶阀论文; 高压论文; 《当代电力文化》2019年11期论文;