文章利用能量轉(zhuǎn)換定律，建立簡化模型，定性分析了核電汽輪機中壓蝶閥一旦出現(xiàn)卡澀時，各種因素疊加所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子超速問題，并通過實例計算出百萬等級核電機組中壓蝶閥一旦出現(xiàn)不能關(guān)閉的情況下所能預(yù)見的最大超速值。也從側(cè)面計算出半轉(zhuǎn)速百萬級核電汽輪機在無中壓蝶閥下的超速情況。

　　核電汽輪機組的最大特點是正常運行于濕蒸汽區(qū)，由于進(jìn)汽參數(shù)比較低，相應(yīng)有效熱焓降較小，導(dǎo)致進(jìn)汽質(zhì)量流量比較大。比較成熟的百萬千萬級核電汽輪機組和百萬千萬級火電機組后，可以看出其進(jìn)汽流量幾乎相當(dāng)于相同火電機組的一倍。這也是核電汽輪機組的尺寸(包括進(jìn)出主管道)比相同功率火電機組大得多的原因。濕蒸汽汽輪機一旦甩去全負(fù)荷(或甩負(fù)荷到廠用電及調(diào)試中的甩50%負(fù)荷)后，由于高壓主汽閥的迅速關(guān)閉，使貯存在汽輪機腔室內(nèi)的凝結(jié)水隨附加的蒸汽在汽輪機內(nèi)共同做功，所以濕蒸汽汽輪機在甩負(fù)荷后一般比相同容量的火電機組所產(chǎn)生的對轉(zhuǎn)子扭矩要大得多。蒸汽在核電汽輪機組高壓缸做功后，在蒸汽排入中、低壓缸前，對高壓缸排汽需要進(jìn)行除濕及再熱，即高、中壓缸之間或高、低壓缸之間設(shè)置汽水分離再熱器(MSR)來實現(xiàn)這個功能，同時在MSR進(jìn)入中壓缸之前的管道上設(shè)置中壓蝶閥以進(jìn)行快關(guān)和調(diào)節(jié)操作，以避免汽輪機超速過高以及避免引起MSR超壓。國外核電汽輪機項目中不裝中壓蝶閥的超速情況(計算值)見表1。

表1國外核電站不裝中壓蝶閥的超速情況(計算值)

　　國外核電站加裝中壓蝶閥后的超速情況(計算值)見表2。

表2國外核電站加裝中壓蝶閥的超速比較(計算值)

　　如上所述，中壓蝶閥在核電機組中的作用舉足輕重，一旦運行中的中壓蝶閥出現(xiàn)卡澀不能關(guān)閉故障，在機組甩負(fù)荷中勢必引起汽輪機組的超速。因而對中壓蝶閥卡澀時機組的分析就很有必要。超速的程度本文將通過對某百萬千萬級核電汽輪機機型的定量計算來進(jìn)行說明。

1、超速分析模型建立

　　本文中要討論的百萬千萬級核電汽輪機組是由一個高中壓合缸、兩個雙分流低壓缸依次串聯(lián)組成的單軸系機組，汽輪機左右兩側(cè)分別設(shè)置一個MSR，高排蒸汽進(jìn)入每個MSR前均設(shè)置兩組中壓蝶閥，即單臺機組配置4組中壓蝶閥。在分析中壓蝶閥卡澀故障導(dǎo)致超速風(fēng)險分析前，需要先了解幾個前提。

　　1.1、核電汽輪機的工作原理

　　核電汽輪機為常規(guī)島部分最核心的轉(zhuǎn)動機械，微觀一點來看汽輪機是由若干個“級”組成的，結(jié)構(gòu)上它是由靜葉柵(噴嘴柵)和對應(yīng)的動葉柵組成，通過多個級將工質(zhì)(蒸汽)的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠�輪機機械能的一個能量轉(zhuǎn)換過程。宏觀上來看機組的做功過程如圖1所示。

圖1機組做功過程圖

3、超速的風(fēng)險評估及結(jié)論

　　通過第2節(jié)的計算分析，獲得了機組在中壓蝶閥全部卡澀不能關(guān)閉，且所有抽汽止回閥不能關(guān)閉時甩全負(fù)荷的超速程度A為16.915%，即轉(zhuǎn)速最大將達(dá)到1754r/min；同時考慮到中壓蝶閥卡澀而抽汽止回閥不卡澀時甩全負(fù)荷超速程度B為13.936%，即轉(zhuǎn)速最大將達(dá)到1709r/min。為了評估超速對于機組的風(fēng)險隱患，先來了解一下機組在轉(zhuǎn)子的壽命期內(nèi)一些承受極限情況：

　　(1)汽輪發(fā)電機組單根轉(zhuǎn)子出廠時均進(jìn)行超速試驗驗證動平衡，轉(zhuǎn)速達(dá)額定轉(zhuǎn)速的120%，即1800r/min；

　　(2)汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)子二階臨界轉(zhuǎn)速均大于1800r/min；

　　(3)汽輪機組設(shè)計時軸承失穩(wěn)轉(zhuǎn)速均大于2000r/min；

　　(4)該機組轉(zhuǎn)速超10%時汽輪機組邏輯自動跳閘，但邏輯命令可手動更改。

　　針對極端情況，超速A達(dá)到1754r/min，在轉(zhuǎn)子的承受范圍之內(nèi)，差不多達(dá)到了極限情況(2)的下限，因而這樣的超速不能超過2次，總體來說汽輪機轉(zhuǎn)子及軸承和其它結(jié)構(gòu)設(shè)計在短時間內(nèi)是可以承受這樣的風(fēng)險的，一旦轉(zhuǎn)速超10%可提前更改邏輯指令，防止機組提前跳機。但是因為是核電機組，在運行時超速達(dá)到10%對核反應(yīng)堆負(fù)荷可能有一定影響，故應(yīng)盡量避免。因而在中壓蝶閥卡澀故障沒有消除之前，在暫時不考慮停機的情況下，一定要降低負(fù)荷運行，參考計算值，在實際中安全運行負(fù)荷應(yīng)該在70%額定負(fù)荷以下運行(用第2節(jié)同樣的原理可算得70%負(fù)荷下抽汽止回閥正常運行時的超速程度C約9.5%)，這樣即便在這樣的運行工況下需要甩全負(fù)荷，超速也不至于過大，對汽輪機安全不會產(chǎn)生影響。

　　通過以上的分析計算，也可得出此半轉(zhuǎn)速百萬級核電機型在未加裝中壓蝶閥時的最大超速約為16.915%，比相同等級(表1，表2中)的機型要小。