1、Marine Nuclear Power Plants核科学与技术学院核科学与技术学院College of Nuclear Science and Technology（V2009.03.30）MNPP-L08-MSS27-Sep-22核动力装置核动力装置24 二回路系统二回路系统4.1 概述概述4.2 主汽轮机组主汽轮机组4.3 蒸汽系统蒸汽系统4.4 蒸汽排放系统蒸汽排放系统4.5 凝水凝水-给水系统给水系统4.6 循环水系统循环水系统4.7 润滑系统润滑系统4.8 造水系统造水系统4.9 电力系统电力系统27-Sep-22核动力装置核动力装置34.1 概述概述1.作用和地位作用和地位2.
2、主要任务主要任务3.系统组成系统组成27-Sep-22核动力装置核动力装置41.作用和地位作用和地位l是核动力装置的重要组成部分是核动力装置的重要组成部分l通过热力循环，将一回路系统的热能转换为电能和机械能通过热力循环，将一回路系统的热能转换为电能和机械能l提供核动力装置正常运行所需要的电能、热能和淡水提供核动力装置正常运行所需要的电能、热能和淡水l使用的工质没有放射性，不需要屏蔽使用的工质没有放射性，不需要屏蔽27-Sep-22核动力装置核动力装置52.主要任务主要任务l利用一回路系统蒸汽发生器产生的蒸汽，将热能转变为推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
3、全船用电以及制造淡水。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借助安全与控制系统，确保系统运
4、行使用安全27-Sep-22核动力装置核动力装置63.系统组成系统组成l蒸汽系统蒸汽系统l蒸汽排放系统蒸汽排放系统l密封抽气系统密封抽气系统l滑油系统滑油系统l凝水凝水-给水系统给水系统l高低压疏水及泄放水系统高低压疏水及泄放水系统l循环（冷却）水系统循环（冷却）水系统l造水系统造水系统27-Sep-22核动力装置核动力装置7“奥托奥托哈恩哈恩”二回路系统的组成二回路系统的组成27-Sep-22核动力装置核动力装置8蒸汽动力循环蒸汽动力循环27-Sep-22核动力装置核动力装置9二回路系统主要设备二回路系统主要设备l为船舶航行提供主动力的主汽轮齿轮机组为船舶航行提供主动力的主汽轮齿轮机组l为保
5、证全船正常供电的汽轮发电机组为保证全船正常供电的汽轮发电机组l凝水泵凝水泵-给水泵组给水泵组l滑油泵组滑油泵组l制造与补充淡水的海水蒸发装置制造与补充淡水的海水蒸发装置27-Sep-22核动力装置核动力装置104.2 主汽轮机组主汽轮机组l汽轮机特点汽轮机特点l单机功率大单机功率大l连续回转工作平稳连续回转工作平稳l可靠性好可靠性好l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。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。l组成组成l主汽轮机主汽轮机l冷凝器冷凝器l齿轮减速器齿轮减速器l配置方式配置方式l单机双缸单机双缸l单缸双机单缸双机27-Sep-22核动力装置核
6、动力装置11主汽轮机组配置方案主汽轮机组配置方案27-Sep-22核动力装置核动力装置124.2.1主汽轮机主汽轮机l工作原理工作原理l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。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。l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。的。27-Sep-22核动力装置核动力装置13l按照级内蒸汽能量转换的特点按照级内蒸汽能量转换的特点l汽轮机级可分为冲动级和反动级汽轮机级可分为冲动级和反动级l划分的依据：反动度划分的依据：反动度的大小。的大小。l级的反动
7、度级的反动度: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。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。l冲动级冲动级:反动度小于反动度小于0.25，冲动级由一排喷嘴与一排动叶构成，冲动级由一排喷嘴与一排动叶构成l 高压气轮机或小汽轮机高压气轮机或小汽轮机l反动级反动级:反动度为反动度为0.40.6，反动级由一排静叶与一排动叶构，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。成，静叶与动叶的叶型大致相同。27-Sep-22核动力装置核动力装置14冲动原理冲动原理蒸汽只在喷嘴中膨胀，压蒸
8、汽只在喷嘴中膨胀，压力降低，速度增加，热能力降低，速度增加，热能转变为动能。高速汽流流转变为动能。高速汽流流经动叶片时，汽流方向改经动叶片时，汽流方向改变，产生了对叶片的冲动变，产生了对叶片的冲动力，推动叶轮旋转作功，力，推动叶轮旋转作功，将蒸汽的动能变成转子旋将蒸汽的动能变成转子旋转的机械能。在动叶通道转的机械能。在动叶通道中，汽流只改变方向，压中，汽流只改变方向，压力和温度都不变。力和温度都不变。动叶叶型近似对称弯曲动叶叶型近似对称弯曲27-Sep-22核动力装置核动力装置15反动度等于零（反动度等于零（=0）l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新蒸汽所具有的可以被利用的绝
9、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轮推动叶栅转动做功l工作叶栅内汽流不再膨胀工作叶栅内汽流不再膨胀l前后压力相同前后压力相同l工作叶片通道为近似等截面工作叶片通道为近似等截面l工作叶片的截面形状也近似对称工作叶片的截面形状也近似对称27-Sep-22核动力装置核动力装置16反动级反动级l一部分一部分在喷嘴叶片通道内进行膨胀转换为汽流的动能，而在喷嘴叶片通道内进行膨胀转换为汽流的动能，而另一部分另一部分焓降是汽流进入工作叶栅通道内转换焓降是汽流进入工作叶栅通道内转换l工作叶片前后
10、存在较大的压差工作叶片前后存在较大的压差l采用鼓筒式转子采用鼓筒式转子l采用较大的推力轴承采用较大的推力轴承l喷嘴叶片直接安装在汽缸内壁喷嘴叶片直接安装在汽缸内壁l启动时热惯性大，增加了暖机时间而影响到汽轮机的机动启动时热惯性大，增加了暖机时间而影响到汽轮机的机动性。性。l反动级因工作叶片前后存在压差，不能采用局部进汽反动级因工作叶片前后存在压差，不能采用局部进汽 27-Sep-22核动力装置核动力装置17汽轮机的结构汽轮机的结构l通流部分：通流部分：蒸汽在其中流过并实现能量转换的部分，由喷蒸汽在其中流过并实现能量转换的部分，由喷嘴和动叶构成嘴和动叶构成l定子：定子：包括汽缸及其上所固定的零件
11、（如喷嘴箱、隔板）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等所有静止部分的总称l转子：转子：所有转动部分的总称，包括叶轮和机轴所有转动部分的总称，包括叶轮和机轴l两端部分：两端部分：位于汽轮机轴的两端，包括汽封、推力轴承、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。轴承等为保证汽轮机正常工作所必需的各种零件。27-Sep-22核动力装置核动力装置18低压缸27-Sep-22核动力装置核动力装置1927-Sep-22核动力装置核动力装置2027-Sep-22核动力装置核动力装置2127-Sep-22核动力装置核动力装置22核汽轮机的
12、特点核汽轮机的特点l新蒸汽参数在一定范围内变化新蒸汽参数在一定范围内变化 取决于核电厂的取决于核电厂的稳态运行特性稳态运行特性l新蒸汽参数低，通常为饱和蒸汽新蒸汽参数低，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必须考虑湿度对汽轮机效率和安全性的影响l理想焓降小，容积流量大理想焓降小，容积流量大 同等功率下，比火电机组结构尺寸大同等功率下，比火电机组结构尺寸大l汽轮机及其附属设备中积聚的水份多，甩负荷时容易引起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主机超速 凝结水的再沸腾和汽化凝结水的再沸腾和汽化27-Sep-22核动力装置核动力装置23l齿轮减速器齿轮减速器l
13、冷凝器冷凝器27-Sep-22核动力装置核动力装置244.3 蒸汽系统蒸汽系统1.功用功用2.设计要求设计要求3.布置形式布置形式4.管道变形补偿措施管道变形补偿措施27-Sep-22核动力装置核动力装置251.功用功用蒸汽系统蒸汽系统主蒸汽系统主蒸汽系统辅蒸汽系统辅蒸汽系统乏汽系统乏汽系统从蒸汽发生器向主从蒸汽发生器向主汽轮机输送蒸汽汽轮机输送蒸汽供给辅机用汽及辅供给辅机用汽及辅助换热设备用汽助换热设备用汽收集辅机乏收集辅机乏(废废)汽汽27-Sep-22核动力装置核动力装置262.设计要求设计要求l系统应具有尽可能高的生命力；系统应具有尽可能高的生命力；l系统工作可靠性高；系统工作可靠性高
14、；l蒸汽在管道内的流动阻力应尽量小；蒸汽在管道内的流动阻力应尽量小；l散热损失小。散热损失小。27-Sep-22核动力装置核动力装置27（1）系统应具有尽可能高的生命力）系统应具有尽可能高的生命力l系统中的备用设备分别单独供汽，相互没有影响系统中的备用设备分别单独供汽，相互没有影响l主蒸汽各管系彼此连通主蒸汽各管系彼此连通l在管路布置上应使受战争破损的可能性最小，不至于使装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置功率损失的可能性达到100%l生命力指在不同时出现两种以上事故时，不使装置失效的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能力。27-Se
15、p-22核动力装置核动力装置28（2）系统工作可靠性高）系统工作可靠性高l选择符合强度要求的材料选择符合强度要求的材料l管路布置尽可能简单管路布置尽可能简单l有支持管路并防止变形、摇摆、振动的支架有支持管路并防止变形、摇摆、振动的支架l设置必要的热膨胀补偿装置设置必要的热膨胀补偿装置l设置必须的吹除或疏水支管设置必须的吹除或疏水支管l采用高质量的连接件和密封垫片以保证管路的紧密性采用高质量的连接件和密封垫片以保证管路的紧密性27-Sep-22核动力装置核动力装置29（3）管内流动阻力尽量小）管内流动阻力尽量小l使蒸汽管道尽可能短而直，弯头和阀门的数目尽可能少使蒸汽管道尽可能短而直，弯头和阀门的
16、数目尽可能少l合理选用蒸汽流速，以保证流阻小，且使管道尺寸和重量合理选用蒸汽流速，以保证流阻小，且使管道尺寸和重量达到满意的要求达到满意的要求l蒸汽最大流速取决于许用的压力损失（从蒸汽发生器到汽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，尽量取较大的流速轮机的管道），在许用的压力损失下，尽量取较大的流速l对主蒸汽系统一般计算速度不应超过对主蒸汽系统一般计算速度不应超过5075m/s，饱和蒸，饱和蒸汽取低值，过热蒸汽取高值汽取低值，过热蒸汽取高值l辅蒸汽管路中，蒸汽计算速度为辅蒸汽管路中，蒸汽计算速度为3050m/s27-Sep-22核动力装置核动力装置3
17、0（4）散热损失少）散热损失少l隔热设计，敷设足够厚度的隔热层隔热设计，敷设足够厚度的隔热层l防止人员烫伤并最大限度的减小管道的散热损失防止人员烫伤并最大限度的减小管道的散热损失l选用坚固而导热系数低、容重小的隔热材料选用坚固而导热系数低、容重小的隔热材料l隔热层表面温度不应超过隔热层表面温度不应超过6027-Sep-22核动力装置核动力装置313布置形式布置形式1 主蒸汽系统的布置形式主蒸汽系统的布置形式 2 辅蒸汽系统的布置方式辅蒸汽系统的布置方式 3 乏汽系统的布置方式乏汽系统的布置方式27-Sep-22核动力装置核动力装置321 主蒸汽系统的布置形式主蒸汽系统的布置形式 主蒸汽系统主蒸
18、汽系统布置方式布置方式单线布置单线布置双线布置双线布置环形布置环形布置27-Sep-22核动力装置核动力装置33图图4-10 主蒸汽系统的单线布置主蒸汽系统的单线布置l优点优点：布置简单，管道和阀件较少，流动阻力小且重量轻、尺寸小：布置简单，管道和阀件较少，流动阻力小且重量轻、尺寸小l缺点缺点：工作可靠性低，生命力差：工作可靠性低，生命力差27-Sep-22核动力装置核动力装置34图图4-11 主蒸汽系统的双线布置主蒸汽系统的双线布置l优点优点：供汽可靠性增大，生命力增强。：供汽可靠性增大，生命力增强。l缺点缺点：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。：两台蒸汽发生器工作压力不
19、等时，会使蒸汽发生器负荷不均。27-Sep-22核动力装置核动力装置35图图4-12 主蒸汽系统的环形布置主蒸汽系统的环形布置主蒸汽系统的l优点优点：系统生命力强。：系统生命力强。l缺点缺点：管道多，热应力复杂。：管道多，热应力复杂。27-Sep-22核动力装置核动力装置36图图 “陆奥陆奥”号的蒸汽系统号的蒸汽系统27-Sep-22核动力装置核动力装置372 辅蒸汽系统的布置形式辅蒸汽系统的布置形式 辅蒸汽系统辅蒸汽系统布置方式布置方式单线布置单线布置环形布置环形布置独立式布置独立式布置27-Sep-22核动力装置核动力装置38图图4-13(a)单线式辅汽管路单线式辅汽管路l优点优点：布置简
20、单，占用空间少；：布置简单，占用空间少；l缺点缺点：供汽可靠性及生命力较差。：供汽可靠性及生命力较差。27-Sep-22核动力装置核动力装置39图图4-13(b)环形式辅汽管路环形式辅汽管路l优点优点：供汽可靠性好，生命力强；：供汽可靠性好，生命力强；l缺点缺点：布置复杂、占用空间较多。：布置复杂、占用空间较多。27-Sep-22核动力装置核动力装置40图图4-13(c)独立式辅汽管路独立式辅汽管路l优点：优点：安全可靠、管路集中；安全可靠、管路集中；l缺点：缺点：使用管道较多。使用管道较多。27-Sep-22核动力装置核动力装置413 乏汽系统的布置形式乏汽系统的布置形式 l通常为一根贯穿机
21、舱的总管通常为一根贯穿机舱的总管l收集并分配背压式辅机的排汽收集并分配背压式辅机的排汽27-Sep-22核动力装置核动力装置424.管道变形补偿管道变形补偿l采用管道补偿措施的必要性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。道自身损伤或者破坏连接的紧密性。l管道热膨胀的补偿原则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利用补偿装置的变形，吸收管道的部分或全部的热膨胀量l管道变形补偿措施管道变形补偿措施补偿器：采用专门的补偿装置补偿器：采用专门的补偿
22、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补偿的目的27-Sep-22核动力装置核动力装置43图图4-14 自补偿作用自补偿作用27-Sep-22核动力装置核动力装置44图图4-15 补偿器形式补偿器形式27-Sep-22核动力装置核动力装置45图图4-16 单绞链式波形补偿器单绞链式波形补偿器27-Sep-22核动力装置核动力装置46思考题思考题1.二回路系统的主要功能是什么二回路系统的主要功能是什么?2.蒸汽系统由哪几部分组成？基本功能是什么蒸汽系统由哪几部分组成？基本功能是什么?3.蒸汽系统的设计有哪些要求？蒸汽系统的设计有哪些要求？4.主蒸汽系统有哪些布置方式？各有什么特点？主蒸汽系统有哪些布置方式？各有什么特点？5.辅蒸汽系统有哪些布置方式？各有什么特点？辅蒸汽系统有哪些布置方式？各有什么特点？6.蒸汽管道为什么要采用变形补偿措施？通常采用的变形补蒸汽管道为什么要采用变形补偿措施？通常采用的变形补偿措施有哪些？偿措施有哪些？
