AP1000核電汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)介紹

肖輝敏

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

1 引 言

軸封系統(tǒng)是汽輪機(jī)輔助系統(tǒng)中不可缺少的一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)通過(guò)輸送一定壓力的連續(xù)流量的蒸汽來(lái)實(shí)現(xiàn)密封主汽輪機(jī)系統(tǒng)，軸封系統(tǒng)在機(jī)組啟動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)期間投入，可實(shí)現(xiàn)如下功能：回收高壓缸汽封漏氣，減少二次循環(huán)補(bǔ)水量，防止蒸汽進(jìn)入軸承箱破壞潤(rùn)滑油質(zhì)，確保機(jī)組周圍人身和設(shè)備的安全。阻止低壓缸軸封處空氣漏入排汽缸而破壞凝汽器的真空，避免了排汽壓力的提高，提高了機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。另外軸封系統(tǒng)還可以收集從汽輪機(jī)軸封和閥桿（主汽閥、主汽調(diào)節(jié)閥、再熱主汽閥、再熱調(diào)節(jié)閥）漏汽處排出的蒸汽，并通過(guò)凝結(jié)水收集器排到主凝汽器熱井以減少二次循環(huán)補(bǔ)水量。

2 系統(tǒng)和介紹

AP1000 核電汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見圖1，其主要由以下設(shè)備構(gòu)成：汽封、四種蒸汽壓力調(diào)節(jié)閥（一級(jí)減壓閥、二級(jí)高壓軸封壓力調(diào)節(jié)閥、二級(jí)低壓軸封壓力調(diào)節(jié)閥、溢流閥），一個(gè)軸封冷卻器，兩個(gè)軸封排風(fēng)機(jī)，兩個(gè)安全閥。這些設(shè)備和相關(guān)的控制和儀表由管道連接起來(lái)構(gòu)成軸封系統(tǒng)。

圖1 AP1000 軸封系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

（1）轉(zhuǎn)子軸封。在高、低壓轉(zhuǎn)子的兩端都裝有迷宮式汽封。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子和端汽封上都有組成迷宮式汽封的結(jié)構(gòu)。汽封和轉(zhuǎn)子間有一定的間隙，既保證了汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)動(dòng)靜不會(huì)相碰摩擦，又保證了蒸汽在汽封間的正常流動(dòng)，通過(guò)有效控制蒸汽流向的手段即可達(dá)到防止蒸汽流入大氣或空氣進(jìn)入汽輪機(jī)的目的。

在汽機(jī)啟機(jī)和低負(fù)荷運(yùn)行期間（＜10%～15%），高壓和低壓汽缸排汽壓力小于大氣壓，Y 腔因與軸封冷凝器相連其壓力也低于大氣壓。當(dāng)給X 腔室提供壓力高于大氣壓的密封蒸汽后，由于存在壓差，X 腔室的蒸汽順著軸封與轉(zhuǎn)子之間的間隙流動(dòng)，一部分進(jìn)入高壓缸和低壓缸內(nèi)部，一部分進(jìn)入Y 腔室，同時(shí)Y 腔室還會(huì)漏入一部分空氣。為了小于大氣壓的壓力，Y 腔室的汽、氣混合物被抽入軸封蒸汽冷凝器，如圖2。

圖2 啟動(dòng)和低負(fù)荷

在汽輪機(jī)高負(fù)荷時(shí)，低壓缸排汽壓力仍然小于大氣壓，低壓軸封與啟機(jī)和低負(fù)荷期間運(yùn)行方式相同。與低壓不同的是，汽輪機(jī)高負(fù)荷時(shí)高壓缸的排汽壓力高于大氣壓，而Y 腔室壓力仍然維持小于大氣壓，高壓軸封不需要再供汽，高壓排汽會(huì)漏入X 腔，然后進(jìn)入Y 腔室，Y 腔室仍然是汽、氣混合物被軸封冷凝器抽走，這樣高壓缸軸封自己形成自密封，如圖3。

圖3 高負(fù)荷

（2）壓力調(diào)節(jié)閥。功率運(yùn)行期間，低壓缸軸封處的排汽壓力保持在一定真空度。因汽機(jī)啟動(dòng)時(shí)，蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽參數(shù)已經(jīng)穩(wěn)定，故啟動(dòng)期間和運(yùn)行期間均可采用主蒸汽系統(tǒng)供汽。

高、低壓軸封的供汽壓力由一級(jí)減壓閥，高、低壓軸封二級(jí)減壓閥來(lái)調(diào)節(jié)。一級(jí)減壓閥將供汽母管的壓力保持在大約1.55MPa，高、低壓軸封二級(jí)減壓閥將高、低壓軸封入口壓力維持在恒定量0.13MPa。這三種閥門并聯(lián)布置，在其中一個(gè)閥門出現(xiàn)故障時(shí)，其它閥門還可以連續(xù)供密封蒸汽，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性。每個(gè)控制閥下游的一個(gè)壓力傳感器監(jiān)測(cè)軸封供汽參數(shù)，壓力調(diào)節(jié)由主汽輪機(jī)控制和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)。

在功率＞15%電負(fù)荷時(shí)，高壓軸封處于自密封狀態(tài)，溢流調(diào)節(jié)閥控制高壓軸封蒸汽流量。

（3）軸封冷凝器和排風(fēng)機(jī)。軸封冷凝器為汽機(jī)的軸封漏汽系統(tǒng)維持一個(gè)稍低于大氣壓的壓力來(lái)保證。接收軸封處漏出的蒸汽和空氣混合物，然后進(jìn)行冷凝，回收冷凝后的蒸汽和閥桿漏出的蒸汽。軸封蒸汽冷凝器設(shè)有液位開關(guān)和液位計(jì)。管道中冷凝的水流入凝汽器回水箱，管道需安裝密封閥以保持軸封蒸汽冷凝器的壓力。排風(fēng)機(jī)安裝在軸封蒸汽冷凝器的殼側(cè)，維持一個(gè)防止汽機(jī)軸封漏氣腔的微真空。水蒸汽和非凝結(jié)性氣體從排風(fēng)機(jī)排向大氣。

（4）安全閥。軸封系統(tǒng)有兩個(gè)安全閥，一個(gè)位于供汽母管上，另一個(gè)在高壓供汽管道和軸封溢流閥入口之間，用以防止在供汽壓力調(diào)節(jié)閥故障時(shí)超壓。這兩個(gè)閥門是直接壓力動(dòng)作安全閥。供汽母管上的安全閥用來(lái)調(diào)節(jié)供汽母管內(nèi)蒸汽壓力，另一個(gè)安全閥用來(lái)調(diào)節(jié)高壓供汽的壓力。

3 結(jié) 語(yǔ)

AP1000 核電汽輪機(jī)為半轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)，機(jī)組比普通火電機(jī)組大很多，運(yùn)行參數(shù)比常規(guī)火電機(jī)組低很多，而作為核電汽輪機(jī)，其安全性要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)比火電機(jī)組高，因此其軸封系統(tǒng)也與常規(guī)火電機(jī)組有差異。常規(guī)火電機(jī)組運(yùn)行時(shí)可以實(shí)現(xiàn)軸封自密封，AP1000 核電機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)下高壓軸封可以自密封，但其高壓汽封溢流蒸汽不能滿足低壓軸封的需要，故機(jī)組運(yùn)行時(shí)，采用主蒸汽為低壓軸封供汽。常規(guī)火電機(jī)組較小，低壓軸封兩側(cè)供汽可以共用一個(gè)調(diào)節(jié)閥；但AP1000 核電機(jī)組較大，供汽管道較長(zhǎng)，加之供汽來(lái)自于主蒸汽，為了保證低壓軸封供汽參數(shù)，在低壓缸的兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)閥。