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CN114483215B - 一种核电站用应急汽轮发电机组 - Google Patents

一种核电站用应急汽轮发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电站用应急汽轮发电机组，涉及汽轮机技术领域，包括汽轮机、润滑油系统和采用联轴器与所述汽轮机相连的发电机，汽轮机包括主轴、汽缸和齿轮减速机构，汽缸中设有首级叶轮和次级叶轮，汽缸的一端设有前汽封，汽缸的另一端设有后汽封，润滑油系统包括相互连接的齿轮油泵和油箱，齿轮减速机构与液压调速机构连接，齿轮减速机构通过联轴器与主轴连接，主轴的一端设有前轴承座，主轴的另一端设有后轴承座，前轴承座和后轴承座均与润滑油系统的管路连接，主轴穿过前汽封、首级叶轮、次级叶轮和后汽封。本发明能够解决现有技术中核电站应急电源系统可靠性不足、汽轮机发电机有超速风险、难以持久供电等问题。

Description

一种核电站用应急汽轮发电机组
技术领域
本发明涉及汽轮机技术领域，具体涉及一种核电站用应急汽轮发电机组。
背景技术
核电厂内的电源系统主要包括单元电源系统、常备电源系统和应急电源系统。其中单元电源系统主要来自主发电机或厂外主电源；备用电源系统主要来自厂外备用电源；应急电源系统主要来自厂内蓄电池、应急柴油发电机、移动柴油发电机或汽轮发电机组等。核安全一直都是核电技术和产业发展的重中之重，其中用来应对核电站全厂断电的应急电源系统作为核电厂安全运行的最后一道保障，其安全性、可靠性有着较高的要求。
核电站现有的应急电源系统存在以下缺陷：柴油发电机组应对洪水、海啸等重大自然灾害的能力较弱，其所配备的燃油及润滑油增加了火灾的风险，同时燃烧后会产生窒息性气体并伴有烟尘油渍等污染环境，其次设备的运行、检修、维护等较为复杂；蓄电池组无法满足大功率安全设备的动力电供应需求，并且其供电时间有限；移动供电设备在道路受到严重损坏时难以及时到达现场；现有汽轮发电机仍有超速风险，需要研发一种满足核电站应急供电需求的高可靠和大功率的汽轮发电机组。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够满足核电站应急供电需求的快启动、高可靠和大功率的核电站用应急汽轮发电机组，能够解决核电站应急电源系统可靠性不足、汽轮机发电机有超速风险、难以持久供电等问题。本发明提供的技术方案为：
一种核电站用应急汽轮发电机组，包括汽轮机、润滑油系统和采用联轴器与所述汽轮机相连的发电机，所述汽轮机包括主轴、汽缸和齿轮减速机构，所述汽缸中设有首级叶轮和次级叶轮，所述汽缸的一端设有前汽封，所述汽缸的另一端设有后汽封，所述润滑油系统包括相互连接的齿轮油泵和油箱，所述齿轮减速机构与液压调速机构连接，所述齿轮减速机构通过联轴器与所述主轴连接，所述主轴的一端设有前轴承座，所述主轴的另一端设有后轴承座，所述前轴承座和所述后轴承座均与所述润滑油系统的管路连接，所述主轴穿过所述前汽封、所述首级叶轮、所述次级叶轮和所述后汽封。
可选地，所述齿轮减速机构的上端与所述液压调速机构相连，所述齿轮减速机构的下端与齿轮油泵连接。
可选地，所述汽缸上连接有蒸汽室，所述汽缸与所述蒸汽室连接处设有喷嘴组，所述蒸汽室连接有调节汽阀，所述调节汽阀与所述液压调速机构连接，所述调节汽阀与所述汽轮机的进汽管路连接。
可选地，所述调节汽阀的阀杆连接有阻尼器，所述调节汽阀的阀杆还通过连杆机构连接所述液压调速机构，所述调节汽阀采用双座阀结构。
可选地，所述阻尼器包括阻尼力活塞杆和空气限流释放阀，所述阻尼器内部充有压缩空气，所述空气限流释放阀用于压缩空气的流通。
可选地，所述汽轮发电机组启动时，所述阻尼力活塞杆处于阻止所述调节汽阀全开的预设位置，所述阻尼力活塞杆的位置受弹簧力和压缩空气压力的控制，所述阻尼器用于控制所述调节汽阀的开启时间和开启速度。
可选地，所述齿轮油泵的出口管路上设有过压阀，所述过压阀通过管路与所述油箱连接，所述齿轮油泵的出口管路上还设有空冷器和滤油器，所述润滑油系统连接所述前轴承座和所述后轴承座的管路上均设有节流孔板。
可选地，所述汽轮机的进汽管路上设有速关阀，位于所述前轴承座内的主轴上设有危急遮断器，所述危急遮断器连接所述速关阀。
可选地，所述前轴承座中设有用于支撑所述主轴的第一轴承，所述第一轴承采用径向推力联合轴承，所述后轴承座中设有第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承均与所述齿轮油泵和所述油箱连接，所述前轴承座上设有转速探头，所述转速探头采集用于向所述齿轮减速机构输出角位移的实际转速值。
可选地，所述速关阀位于与所述调节汽阀连接的进汽管路上；所述首级叶轮和所述次级叶轮采用直叶型两端无围带结构。
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）发电机组自带润滑油系统，无需外界供油，适于应急供电时启动机组，有助于持久供电；过压阀的设置可防止在机组超速时，润滑油压过高，液压调速机构用于调控汽轮机转速，采用两个分体叶轮组合结构可兼顾转子的强度和刚性；
（2）齿轮油泵由齿轮减速机构带动，发电机组启动时齿轮油泵也开始工作，为发电机组的运行输送润滑油，通过对调节汽阀的开度控制调节进汽流量从而控制汽轮机转速；本发明的发电机组具备快速启动的能力，能在8秒内达到额定转速3000rpm；
（3）借助阻尼器可限制调节汽阀的开启时间和开启速度，阻尼器可防止调节汽阀全开进而导致超速，避免机械跳闸；调节汽阀采用双座阀结构，一方面减小阀杆汽流力，另一方面与蒸汽室配合使汽轮机的汽缸能获得双路进汽；
（4）阻尼器内的压缩空气为阻尼力活塞杆的移动提供动态驱动力，当阻尼力活塞杆缩回时调节汽阀的开度增大，汽轮机转速上升，当阻尼器包含充足的压缩空气时，阻尼力活塞杆伸出并顶住调节汽阀；
（5）设置危急遮断器和速关阀，对发电机组起到保护作用，根据转速探头采集的实际转速值和目标转速设定值比较输出角位移，实现汽轮机转速的闭环控制，可靠性更高；直叶型两端无围带结构可方便加工叶轮。
附图说明
图1为本发明实施例提出的一种核电站用应急汽轮发电机组的结构示意图；
图2为本发明实施例提出的一种核电站用应急汽轮发电机组的汽轮机剖面图；
图3为本发明实施例提出的一种核电站用应急汽轮发电机组的调节汽阀局部剖视图；
图4为本发明实施例提出的一种核电站用应急汽轮发电机组的阻尼器结构原理图。
附图标记：1、齿轮油泵；2、液压调速机构；3、前轴承座；4、联轴器；5、危急遮断器；6、第一轴承；71、前汽封；72、后汽封；8、汽缸，9、首级叶轮、10、次级叶轮；11、后轴承座，12、第二轴承；13、主轴；14、后支座；15、转向导叶环；16、喷嘴组；17、蒸汽室；18、调节汽阀；19、前支座；20、底盘；23、转速探头；24、油箱；27、速关阀；221、阻尼力活塞杆；222、空气限流释放阀；30、汽轮机。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如图1和2所示的一种核电站用应急汽轮发电机组，该发电机组整机为卧式结构，包括汽轮机、润滑油系统和采用联轴器与该汽轮机的主轴相连的发电机，汽轮机和发电机设于同一底盘上，汽轮机通过设于底部的前支座和后支座安装于底盘上，该汽轮机包括主轴、汽缸和齿轮减速机构，汽轮机采用双列复数级，汽缸中设有首级叶轮和次级叶轮，首级叶轮、次级叶轮与主轴采用套装结构，汽缸的一端设有前汽封，汽缸的另一端设有后汽封，润滑油系统包括相互连接的齿轮油泵和油箱，齿轮减速机构与液压调速机构连接，齿轮减速机构通过联轴器与主轴连接，主轴的一端设有前轴承座，主轴的另一端设有后轴承座，前轴承座和后轴承座均与润滑油系统的管路连接，主轴穿过前汽封、首级叶轮、次级叶轮和后汽封。齿轮减速机构的上端与液压调速机构相连，齿轮减速机构的下端与齿轮油泵连接。汽缸上连接有蒸汽室，汽缸与蒸汽室连接处设有喷嘴组，喷嘴组的喷嘴朝向首级叶轮的端部，汽缸内底部设有转向导叶环，转向导叶环与喷嘴组相邻，有助于减小气流冲击对叶片的影响，蒸汽室连接有调节汽阀，调节汽阀与液压调速机构连接，调节汽阀与汽轮机的进汽管路连接。调节汽阀的阀杆连接有阻尼器，调节汽阀的阀杆还通过连杆机构连接液压调速机构，调节汽阀采用双座阀结构，包含前阀芯和后阀芯，可为汽缸提供双路进汽，并能适应更大压力范围的蒸汽，进汽路径如图3所示，能够减少阀杆移动带来的波动和冲击力，调节汽阀具有阀盖，阀杆穿过该阀盖，阀杆的端部具有驱动部，该驱动部与连杆机构活动连接，阀盖上设有容纳驱动部的中空筒状支架，驱动部可在该支架中移动，连杆机构包含若干枢轴，其中一个枢轴设于该支架上，驱动部被连杆机构带动后同时驱动部也带动阀杆移动实现对调节汽阀开度的调节。
该发电机组还包括调速器，调速器接收转速探头采集的实际转速值，将实际转速值和目标转速设定值比较后输出角位移给齿轮减速机构，调节汽阀在发电机组热备和启动初期需保持一定的开度保证汽轮机能正常升速；同时调速器在汽轮机达到一定转速时才能参与调节，因此通过阻尼器与空气限流释放阀来限制调节汽阀的开启时间和开启速度，在汽轮机转速低于调速器介入的转速时，调节汽阀开度将持续增加直至与阻尼器活塞杆顶住，若无阻尼器调节汽阀将瞬间全开，造成机组超速。
如图4所示的阻尼器包括阻尼力活塞杆和空气限流释放阀，阻尼器内部充有压缩空气，空气限流释放阀用于压缩空气的流通。汽轮发电机组启动时，阻尼力活塞杆处于阻止调节汽阀全开的预设位置，阻尼力活塞杆的位置受弹簧力和压缩空气压力的控制，压缩空气的压力克服弹簧力并使得阻尼力活塞杆伸出，阻尼力活塞杆顶住调节汽阀的阀杆，阻尼器用于控制调节汽阀的开启时间和开启速度，汽轮机转速上升阶段，阻尼器内部压缩空气将经过空气限流释放阀，并按照一定的速率排放，阻尼器随着内部空气压力的降低，在弹簧力的作用下阻尼器活塞杆缩回，调节汽阀打开后发电机组逐渐升速，当达到一定转速后调速器开始介入调节转速。
齿轮油泵可输出表压为0.15~0.2MPa的润滑油，油温控制在50~60℃，润滑油流量为8L/min，齿轮油泵的出口管路上设有用于预防润滑油压力过高的过压阀，过压阀的整定压力为0.22MPa，过压阀通过管路与油箱连接，油箱的容积为30~50L，优选为35L，润滑油最大储量为30L，齿轮油泵的出口管路上还设有空冷器和滤油器，润滑油经管路上的空冷器冷却和滤油器过滤，然后经节流孔板供汽轮机轴承使用，润滑油系统连接前轴承座和后轴承座的管路上均设有节流孔板。汽轮机的进汽管路上设有速关阀，位于前轴承座内的主轴上设有危急遮断器，危急遮断器连接速关阀。前轴承座中设有用于支撑主轴的第一轴承，第一轴承采用径向推力联合轴承，后轴承座中设有第二轴承，第一轴承和第二轴承均通过管路与齿轮油泵和油箱连接，润滑油经第一轴承和第二轴承返回油箱的管路上设有窥视窗，前轴承座上设有转速探头，转速探头采集用于向齿轮减速机构输出角位移的实际转速值，转速探头将实际转速值发送给调速器，再由调速器根据实际转速值和目标转速设定值的比较输出角位移给齿轮减速机构，由齿轮减速机构联动液压减速机构来控制调节汽阀的开度，从而实现控制汽轮机转速的目的。机组转速低于目标转速时，调速器控制调节汽阀打开，增加进汽量，提高汽轮机转速。当超过目标转速时，调速器关闭调节汽阀减少进汽量，降低汽轮机的转速。
速关阀位于与调节汽阀连接的进汽管路上；首级叶轮和次级叶轮采用更便于加工的直叶型两端无围带结构，叶根采用叉形结构并与叶轮铆销固定。
优选地，喷嘴组采用钻孔喷嘴，合理的缩放结构使蒸汽通过喷嘴后达到超音速，采用部分进汽结构机组额定功率可达到120kW。
在其他实施方式中，该发电机组上还设有危急保安装置，对汽轮机提供进一步的超速保护。
以上示意性地对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种核电站用应急汽轮发电机组，其特征在于，包括汽轮机、润滑油系统和采用联轴器与所述汽轮机相连的发电机，所述汽轮机包括主轴、汽缸和齿轮减速机构，所述汽缸中设有首级叶轮和次级叶轮，所述汽缸的一端设有前汽封，所述汽缸的另一端设有后汽封，所述润滑油系统包括相互连接的齿轮油泵和油箱，所述齿轮减速机构与液压调速机构连接，所述齿轮减速机构通过联轴器与所述主轴连接，所述主轴的一端设有前轴承座，所述主轴的另一端设有后轴承座，所述前轴承座和所述后轴承座均与所述润滑油系统的管路连接，所述主轴穿过所述前汽封、所述首级叶轮、所述次级叶轮和所述后汽封；所述齿轮减速机构的上端与所述液压调速机构相连，所述齿轮减速机构的下端与齿轮油泵连接；
所述汽缸上连接有蒸汽室，所述汽缸与所述蒸汽室连接处设有喷嘴组，所述蒸汽室连接有调节汽阀，所述调节汽阀与所述液压调速机构连接，所述调节汽阀与所述汽轮机的进汽管路连接；
所述调节汽阀的阀杆连接有阻尼器，所述调节汽阀的阀杆还通过连杆机构连接所述液压调速机构，所述调节汽阀采用双座阀结构；所述阻尼器包括阻尼力活塞杆和空气限流释放阀，所述阻尼器内部充有压缩空气，所述空气限流释放阀用于压缩空气的流通；
所述汽轮发电机组启动时，所述阻尼力活塞杆处于阻止所述调节汽阀全开的预设位置，所述阻尼力活塞杆的位置受弹簧力和压缩空气压力的控制，所述阻尼器用于控制所述调节汽阀的开启时间和开启速度。
2.根据权利要求1所述的一种核电站用应急汽轮发电机组，所述齿轮油泵的出口管路上设有过压阀，所述过压阀通过管路与所述油箱连接，所述齿轮油泵的出口管路上还设有空冷器和滤油器，所述润滑油系统连接所述前轴承座和所述后轴承座的管路上均设有节流孔板。
3.根据权利要求1所述的一种核电站用应急汽轮发电机组，所述汽轮机的进汽管路上设有速关阀，位于所述前轴承座内的主轴上设有危急遮断器，所述危急遮断器连接所述速关阀。
4.根据权利要求1任一项所述的一种核电站用应急汽轮发电机组，所述前轴承座中设有用于支撑所述主轴的第一轴承，所述第一轴承采用径向推力联合轴承，所述后轴承座中设有第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承均与所述齿轮油泵和所述油箱连接，所述前轴承座上设有转速探头，所述转速探头采集用于向所述齿轮减速机构输出角位移的实际转速值。
5.根据权利要求3所述的一种核电站用应急汽轮发电机组，所述速关阀位于与所述调节汽阀连接的进汽管路上；所述首级叶轮和所述次级叶轮采用直叶型两端无围带结构。
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