学习二回路系统A-核动力装置

船舶核动力装置

MarineNuclearPowerPlants核科学与技术学院CollegeofNuclearScienceandTechnology（V2009.03.30）MNPP-L08-MSS3/25/20241《核动力装置》4二回路系统4.1概述4.2主汽轮机组4.3蒸汽系统4.4蒸汽排放系统4.5凝水-给水系统4.6循环水系统4.7润滑系统4.8造水系统4.9电力系统3/25/20242《核动力装置》4.1概述1.作用和地位2.主要任务3.系统组成3/25/20243《核动力装置》1.作用和地位是核动力装置的重要组成部分通过热力循环，将一回路系统的热能转换为电能和机械能提供核动力装置正常运行所需要的电能、热能和淡水使用的工质没有放射性，不需要屏蔽3/25/20244《核动力装置》2.主要任务利用一回路系统蒸汽发生器产生的蒸汽，将热能转变为推进船舶运动的动力、生产全船用电以及制造淡水。吸收一回路系统核裂变产生的热能，加热二回路给水产生一定温度与压力的蒸汽，提供船舶航行和船舶电站所需要的动能由于系统运行不可避免地会存在一定的介质泄漏，二回路系统需要设置造水装置，生产满足系统运行品质要求的淡水，补充一、二回路淡水消耗借助安全与控制系统，确保系统运行使用安全3/25/20245《核动力装置》3.系统组成蒸汽系统蒸汽排放系统密封抽气系统滑油系统凝水-给水系统高低压疏水及泄放水系统循环（冷却）水系统造水系统3/25/20246《核动力装置》“奥托·哈恩”二回路系统的组成3/25/20247《核动力装置》蒸汽动力循环3/25/20248《核动力装置》二回路系统主要设备为船舶航行提供主动力的主汽轮齿轮机组为保证全船正常供电的汽轮发电机组凝水泵-给水泵组滑油泵组制造与补充淡水的海水蒸发装置3/25/20249《核动力装置》4.2主汽轮机组汽轮机特点单机功率大连续回转工作平稳可靠性好目前汽轮机主要用于核动力舰船以及部分常规动力大型水面舰船。组成主汽轮机冷凝器齿轮减速器配置方式单机双缸单缸双机3/25/202410《核动力装置》主汽轮机组配置方案3/25/202411《核动力装置》4.2.1主汽轮机工作原理汽轮机由汽缸、转轴以及构成蒸汽流动通道的动、静叶栅组成。级是汽轮机最基本的工作单元，汽轮机的热功转换就是在各个级内进行的。3/25/202412《核动力装置》按照级内蒸汽能量转换的特点汽轮机级可分为冲动级和反动级划分的依据：反动度ρ的大小。级的反动度:指蒸汽在动叶栅中的理想焓降与该级的理想焓降之比，用来表示级内静叶栅与动叶栅之间的焓降分配情况。冲动级:反动度小于0.25，冲动级由一排喷嘴与一排动叶构成高压气轮机或小汽轮机反动级:反动度为0.4~0.6，反动级由一排静叶与一排动叶构成，静叶与动叶的叶型大致相同。3/25/202413《核动力装置》冲动原理蒸汽只在喷嘴中膨胀，压力降低，速度增加，热能转变为动能。高速汽流流经动叶片时，汽流方向改变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮旋转作功，将蒸汽的动能变成转子旋转的机械能。在动叶通道中，汽流只改变方向，压力和温度都不变。动叶叶型近似对称弯曲3/25/202414《核动力装置》反动度等于零（ρ=0）新蒸汽所具有的可以被利用的绝热焓降全部在喷嘴通道内转换为使汽流高速流动的动能，喷嘴出口的高速汽流进入工作叶轮推动叶栅转动做功工作叶栅内汽流不再膨胀前后压力相同工作叶片通道为近似等截面工作叶片的截面形状也近似对称3/25/202415《核动力装置》反动级一部分在喷嘴叶片通道内进行膨胀转换为汽流的动能，而另一部分焓降是汽流进入工作叶栅通道内转换工作叶片前后存在较大的压差采用鼓筒式转子采用较大的推力轴承喷嘴叶片直接安装在汽缸内壁启动时热惯性大，增加了暖机时间而影响到汽轮机的机动性。反动级因工作叶片前后存在压差，不能采用局部进汽3/25/202416《核动力装置》汽轮机的结构通流部分：蒸汽在其中流过并实现能量转换的部分，由喷嘴和动叶构成定子：包括汽缸及其上所固定的零件（如喷嘴箱、隔板）等所有静止部分的总称转子：所有转动部分的总称，包括叶轮和机轴两端部分：位于汽轮机轴的两端，包括汽封、推力轴承、轴承等为保证汽轮机正常工作所必需的各种零件。3/25/202417《核动力装置》低压缸3/25/202418《核动力装置》3/25/202419《核动力装置》3/25/202420《核动力装置》3/25/202421《核动力装置》核汽轮机的特点新蒸汽参数在一定范围内变化

——取决于核电厂的稳态运行特性新蒸汽参数低，通常为饱和蒸汽

——必须考虑湿度对汽轮机效率和安全性的影响理想焓降小，容积流量大

——同等功率下，比火电机组结构尺寸大汽轮机及其附属设备中积聚的水份多，甩负荷时容易引起主机超速

——凝结水的再沸腾和汽化3/25/202422《核动力装置》齿轮减速器冷凝器3/25/202423《核动力装置》4.3蒸汽系统1.功用2.设计要求3.布置形式4.管道变形补偿措施3/25/202424《核动力装置》1.功用3/25/202425《核动力装置》2.设计要求系统应具有尽可能高的生命力；系统工作可靠性高；蒸汽在管道内的流动阻力应尽量小；散热损失小。3/25/202426《核动力装置》（1）系统应具有尽可能高的生命力系统中的备用设备分别单独供汽，相互没有影响主蒸汽各管系彼此连通在管路布置上应使受战争破损的可能性最小，不至于使装置功率损失的可能性达到100%生命力指在不同时出现两种以上事故时，不使装置失效的能力。3/25/202427《核动力装置》（2）系统工作可靠性高选择符合强度要求的材料管路布置尽可能简单有支持管路并防止变形、摇摆、振动的支架设置必要的热膨胀补偿装置设置必须的吹除或疏水支管采用高质量的连接件和密封垫片以保证管路的紧密性3/25/202428《核动力装置》（3）管内流动阻力尽量小使蒸汽管道尽可能短而直，弯头和阀门的数目尽可能少合理选用蒸汽流速，以保证流阻小，且使管道尺寸和重量达到满意的要求蒸汽最大流速取决于许用的压力损失（从蒸汽发生器到汽轮机的管道），在许用的压力损失下，尽量取较大的流速对主蒸汽系统一般计算速度不应超过50～75m/s，饱和蒸汽取低值，过热蒸汽取高值辅蒸汽管路中，蒸汽计算速度为30～50m/s3/25/202429《核动力装置》（4）散热损失少隔热设计，敷设足够厚度的隔热层防止人员烫伤并最大限度的减小管道的散热损失选用坚固而导热系数低、容重小的隔热材料隔热层表面温度不应超过60℃3/25/202430《核动力装置》3布置形式1主蒸汽系统的布置形式

2辅蒸汽系统的布置方式

3乏汽系统的布置方式3/25/202431《核动力装置》1主蒸汽系统的布置形式

3/25/202432《核动力装置》图4-10主蒸汽系统的单线布置优点：布置简单，管道和阀件较少，流动阻力小且重量轻、尺寸小缺点：工作可靠性低，生命力差3/25/202433《核动力装置》图4-11主蒸汽系统的双线布置优点：供汽可靠性增大，生命力增强。缺点：两台蒸汽发生器工作压力不等时，会使蒸汽发生器负荷不均。3/25/202434《核动力装置》图4-12主蒸汽系统的环形布置主蒸汽系统的优点：系统生命力强。缺点：管道多，热应力复杂。3/25/202435《核动力装置》图“陆奥”号的蒸汽系统3/25/202436《核动力装置》2辅蒸汽系统的布置形式

3/25/202437《核动力装置》图4-13(a)单线式辅汽管路优点：布置简单，占用空间少；缺点：供汽可靠性及生命力较差。3/25/202438《核动力装置》图4-13(b)环形式辅汽管路优点：供汽可靠性好，生命力强；缺点：布置复杂、占用空间较多。3/25/202439《核动力装置》图4-13(c)独立式辅汽管路优点：安全可靠、管路集中；缺点：使用管道较多。3/25/202440《核动力装置》3乏汽系统的布置形式

通常为一根贯穿机舱的总管收集并分配背压式辅机的排汽3/25/202441《核动力装置》4.管道变形补偿采用管道补偿措施的必要性

管道受热膨胀，刚性固定的直管道会产生内应力，导致管道自身损伤或者破坏连接的紧密性。管道热膨胀的补偿原则

利用补偿装置的变形，吸收管道的部分或全部的热膨胀量管道变形补偿措施补偿器：采用专门的补偿装置自补偿：利用管道布置以自身的弯曲和扭转变形来达到自补偿的目的3/25/202442《核动力装置》图4-14自补偿作用3/25/202443《核动力装置》图4-15补偿器形