AP1000核電汽輪機軸封系統介紹

肖輝敏

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

1 引 言

軸封系統是汽輪機輔助系統中不可缺少的一個關鍵系統，軸封系統通過輸送一定壓力的連續流量的蒸汽來實現密封主汽輪機系統，軸封系統在機組啟動、運行和停機期間投入，可實現如下功能：回收高壓缸汽封漏氣，減少二次循環補水量，防止蒸汽進入軸承箱破壞潤滑油質，確保機組周圍人身和設備的安全。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，提高了機組運行的經濟性。另外軸封系統還可以收集從汽輪機軸封和閥桿（主汽閥、主汽調節閥、再熱主汽閥、再熱調節閥）漏汽處排出的蒸汽，并通過凝結水收集器排到主凝汽器熱井以減少二次循環補水量。

2 系統和介紹

AP1000 核電汽輪機軸封系統簡圖見圖1，其主要由以下設備構成：汽封、四種蒸汽壓力調節閥（一級減壓閥、二級高壓軸封壓力調節閥、二級低壓軸封壓力調節閥、溢流閥），一個軸封冷卻器，兩個軸封排風機，兩個安全閥。這些設備和相關的控制和儀表由管道連接起來構成軸封系統。

圖1 AP1000 軸封系統簡圖

（1）轉子軸封。在高、低壓轉子的兩端都裝有迷宮式汽封。汽輪機轉子和端汽封上都有組成迷宮式汽封的結構。汽封和轉子間有一定的間隙，既保證了汽輪機運行時動靜不會相碰摩擦，又保證了蒸汽在汽封間的正常流動，通過有效控制蒸汽流向的手段即可達到防止蒸汽流入大氣或空氣進入汽輪機的目的。

在汽機啟機和低負荷運行期間（＜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子之間的間隙流動，一部分進入高壓缸和低壓缸內部，一部分進入Y 腔室，同時Y 腔室還會漏入一部分空氣。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 啟動和低負荷

在汽輪機高負荷時，低壓缸排汽壓力仍然小于大氣壓，低壓軸封與啟機和低負荷期間運行方式相同。與低壓不同的是，汽輪機高負荷時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，高壓排汽會漏入X 腔，然后進入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 高負荷

（2）壓力調節閥。功率運行期間，低壓缸軸封處的排汽壓力保持在一定真空度。因汽機啟動時，蒸汽發生器產生的蒸汽參數已經穩定，故啟動期間和運行期間均可采用主蒸汽系統供汽。

高、低壓軸封的供汽壓力由一級減壓閥，高、低壓軸封二級減壓閥來調節。一級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。這三種閥門并聯布置，在其中一個閥門出現故障時，其它閥門還可以連續供密封蒸汽，提高了機組運行的安全性。每個控制閥下游的一個壓力傳感器監測軸封供汽參數，壓力調節由主汽輪機控制和監測系統通過實現。

在功率＞15%電負荷時，高壓軸封處于自密封狀態，溢流調節閥控制高壓軸封蒸汽流量。

（3）軸封冷凝器和排風機。軸封冷凝器為汽機的軸封漏汽系統維持一個稍低于大氣壓的壓力來保證。接收軸封處漏出的蒸汽和空氣混合物，然后進行冷凝，回收冷凝后的蒸汽和閥桿漏出的蒸汽。軸封蒸汽冷凝器設有液位開關和液位計。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。排風機安裝在軸封蒸汽冷凝器的殼側，維持一個防止汽機軸封漏氣腔的微真空。水蒸汽和非凝結性氣體從排風機排向大氣。

（4）安全閥。軸封系統有兩個安全閥，一個位于供汽母管上，另一個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節閥故障時超壓。這兩個閥門是直接壓力動作安全閥。供汽母管上的安全閥用來調節供汽母管內蒸汽壓力，另一個安全閥用來調節高壓供汽的壓力。

3 結 語

AP1000 核電汽輪機為半轉速汽輪機，機組比普通火電機組大很多，運行參數比常規火電機組低很多，而作為核電汽輪機，其安全性要求遠遠比火電機組高，因此其軸封系統也與常規火電機組有差異。常規火電機組運行時可以實現軸封自密封，AP1000 核電機組在運行狀態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，故機組運行時，采用主蒸汽為低壓軸封供汽。常規火電機組較小，低壓軸封兩側供汽可以共用一個調節閥；但AP1000 核電機組較大，供汽管道較長，加之供汽來自于主蒸汽，為了保證低壓軸封供汽參數，在低壓缸的兩側各設置一個調節閥。