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摘要：我国目前的核电厂大多是压水堆核电厂，而压水堆核电厂主要运用的是AP1000核电机组，AP1000核电机组的运行特点也将成为核电研究的重点对象。本文通过对AP1000核电机组汽轮机主蒸汽热力系统的介绍以及影响主蒸汽压力的因素的研究，得出相关结论，希望能对AP1000核电机组热力系统的运行有所帮助。
关键词：AP1000核电机组；汽轮机；热力系统
AP1000核电机组是美国西屋公司AP600核电机组的升级版本，是当前比较先进的核电机组。AP1000核电机组具有运行稳定、维护方便等优点，所以成为了我国核电机组的主要机型。而核电机组的热力系统是整个机组的核心部分，其对于核电机组的稳定运行有着重要作用，热力系统的异常会直接影响核电机组的运行。就目前的情况看，对于AP1000核电机组热力系统的研究并未完善，所以本文将对AP1000核电机组的热力系统进行研究，为AP1000核电机组的热力系统设计提供一定的参考价值。
1汽轮机的主要构成
汽轮机主要是由主轴、叶片、叶轮、联轴器、进汽系统、汽缸、隔板等组成，AP1000核电机组汽轮机的汽缸包括了一个高压汽缸和三个低压汽缸。高压、低压部位的转子叶片都是使用自带冠动叶型式，最后一级的叶片高为1.2m。
高压汽缸具有双层构造，排汽时会占用内缸和外缸的空间。高压汽缸在设计结构时，考虑到了热蒸汽对于高压汽缸的影响，保证在遇到热蒸汽时，高压汽缸的形变对称和自由的膨胀，防止汽缸不规则变形，结构扭曲。高压汽缸的内缸和外缸均是由合金做成的，在加工过程中，要做到汽缸四周密封的严密性，防止蒸汽外泄。高压汽缸的内缸还起到了支持外缸的作用，可以让内部元件随着蒸汽的增多，温度慢慢上升产生相应的自由膨胀，给予其自由膨胀的空间。内缸的底部一般会用到垫块，通过调整垫块的厚度来使得内缸保持垂直和对称。垫块需要用专门的调节用垫片，由于内缸蒸汽会发生自由膨胀或者收缩现象，所以调节垫片与内缸直接肯定会发生摩擦。为了减少这种摩擦带来的垫片或者内缸外壁的磨损，所以需要对调节垫片的表面进行硬化处理，并尽量降低其表面的粗糙度。高压汽缸有两个蒸汽入口，分别位于汽缸的上部和下部，利用切向进汽的办法运送蒸汽，降低蒸汽在运送过程中的热量损失。核反应产生的蒸汽通过控制阀进入到高压汽缸内，经过做功后从高压汽缸的排汽口进入到低压汽缸，在低压气缸内再经过做功后，进入总排汽装置。
高压部分的转子叶根都是使用的百万千瓦级别的菌型叶根，低压部分1-4级用的菌型叶根，最后两级用的枞树型叶根。
由于核反应所产生的蒸汽都带有一定的放射性物质，所以为了防止蒸汽在传输过程中从汽轮机转轴间隙、阀门间隙等位置泄露，同时为了防止外界空气进入汽缸内部，需要对汽轮机进行蒸汽密封，重点是汽轮机轴的密封。蒸汽密封所用到的蒸汽来源有两种：一种是汽轮机低压汽缸做功完成以后从排汽装置回收的蒸汽；第二种是通过加热外界清洁的水所得到的干净清洁的蒸汽。为了减少核电厂的放射性物质的释放，一般都会使用外来的清洁蒸汽。
2热力系统的研究设计
2.1AP1000主蒸汽热力系统的结构组成
（1）核反应堆：核反应堆的堆芯是核反应的热量的来源，它是由多盒形状结构完全一致的燃料组成。在核反应正常进行时，堆芯内部的燃料会发生核裂变反应，产生大量的热量。
（2）核反应冷却系统：核反应冷却系统又称为一回路冷却系统，它使用的是轻水作为核反应的冷却剂。冷却剂在经过与堆芯燃料换热以后，温度可以达到326摄氏度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆冷却剂吸收掉核反应产生的大量热能以后，通过冷却系统及时将这部分热能带出，使得核反应能维持在稳定的温度，持续安全运行；同时，冷却剂带出去的这部分热量可以用来加热供水，使得水变成蒸汽，供汽缸使用，调节主蒸汽压力。
（3）蒸汽制造器：蒸汽制造器是将冷却剂带出来的热量传递给给水设备从而使得给水变成蒸汽的热量交换设备。AP1000采用的是直立式且自带汽水分离器的U型蒸汽制造器。冷却剂从核反应堆带出热量以后，进入蒸汽制造器，通过热量交换加热给水，产生蒸汽供主蒸汽热力系统使用。
2.2影响主蒸汽压力的因素
2.2.1给水焓
主蒸汽压力与给水焓是成正比例关系的，给水焓值越高，主蒸汽压力也越高。当给水焓变大，核反应的反应功率不发生变化，那么核反应所产生的热量也不会变，所以主蒸汽压力会随之升高。反之，如果给水焓值变小，主蒸汽压力也会随之降低。
2.2.2冷却剂与燃料的热交换系数
冷却剂与反应堆的换热系数将直接决定换热量的大小。当换热系数很大时，冷却剂所带走的热量也就越大，所以为给水提供的热量也就越多，给水转化为蒸汽的量也就越多，主蒸汽压力也会随之升高；反之，换热系数小，主蒸汽压力也会变小。
2.2.3冷却剂与燃料的热交换面积
理论上来说，热交换面积越大，换热效率就越高，主蒸汽的压力也会越高。但是由于燃料组件的外壳与冷却剂对流管的接触面积是一个定值，所以热交换面积并不会发生变化，在这个前提下，主蒸汽压力也不会受到热交换面积因素的影响。
2.2.4冷却剂与燃料的换热温度差
燃料产生的热量是堆芯的核裂变反应产生的，可以通过调整核反应控制棒的位置来调整核反应的产热量。一般来说，冷却剂与燃料的换热温差越大，换热的速度就越快，换热效率就越高，换热量多，主蒸汽压力也会随之增大。
2.2.5核反应的热量利用率
核反应的热量利用率即就是蒸汽制造器中给水所吸收的热量与核反应堆生成的热量的比值，这个比值大小可以直接反应核反应所生成热量被给水吸收的转化比例。核反应的热量利用率越高，给水吸收的热量就越多，主蒸汽压力就升高；核反应热量利用率越低，给水吸收的热量就越少，主蒸汽压力就降低。
2.2.6给水量
主给水系统将给水送入蒸汽制造器以后，与冷却剂所带来的热量进行交换，并在给水室经过冷段与沸腾段以后进入汽水分离器进行分离，最后蒸汽部分进入蒸汽室，给汽轮机提供蒸汽。主给水的给水流量增多时，经换热以后生成的蒸汽也增多，主蒸汽压力增大；如果其他条件保持不变，那么在给水流量增加之后，单位流量的给水所吸收的热量会降低，所以主蒸汽的温度会整体下降，主蒸汽压力也会有所下降，但是给水流量的增加使得蒸汽量也增加，两者相比之下，蒸汽量的影响比主蒸汽温度的影响更为明显，所以总的来说，给水流量的增加会使得主蒸汽压力上升。
结束语
在一定条件下，对AP1000核电机组主蒸汽压力影响较大的因素有给水焓、冷却剂与燃料的热交换系数、冷却剂与燃料的热交换温度差、主给水系统的给水流量以及核反应热量利用率。其中冷却剂与燃料的热交换系数、冷却剂与燃料的热交换温度差以及核反应热能利用率是最为主要的三个影响因素，所以在进行冷却剂与核反应堆堆芯进行热交换时，要时刻注意这三个因素对于主蒸汽压力的影响，适当控制核反应堆堆芯的反应温度，并调节主给水系统的给水量，维持主蒸汽压力的温度。
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[2]王世勇，卜玉兵，徐宗富.核电厂汽轮机热力性能试验计算与分析[J].核动力工程，2011，32（S2）：18-22.
论文作者:刘子豪
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/1
标签：蒸汽论文; 冷却剂论文; 核反应论文; 汽缸论文; 热量论文; 核电论文; 机组论文; 《电力设备》2016年第18期论文;