AP1000核电汽轮机轴封系统介绍

肖辉敏

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

1 引 言

轴封系统是汽轮机辅助系统中不可缺少的一个关键系统，轴封系统通过输送一定压力的连续流量的蒸汽来实现密封主汽轮机系统，轴封系统在机组启动、运行和停机期间投入，可实现如下功能：回收高压缸汽封漏气，减少二次循环补水量，防止蒸汽进入轴承箱破坏润滑油质，确保机组周围人身和设备的安全。阻止低压缸轴封处空气漏入排汽缸而破坏凝汽器的真空，避免了排汽压力的提高，提高了机组运行的经济性。另外轴封系统还可以收集从汽轮机轴封和阀杆（主汽阀、主汽调节阀、再热主汽阀、再热调节阀）漏汽处排出的蒸汽，并通过凝结水收集器排到主凝汽器热井以减少二次循环补水量。

2 系统和介绍

AP1000 核电汽轮机轴封系统简图见图1，其主要由以下设备构成：汽封、四种蒸汽压力调节阀（一级减压阀、二级高压轴封压力调节阀、二级低压轴封压力调节阀、溢流阀），一个轴封冷却器，两个轴封排风机，两个安全阀。这些设备和相关的控制和仪表由管道连接起来构成轴封系统。

图1 AP1000 轴封系统简图

（1）转子轴封。在高、低压转子的两端都装有迷宫式汽封。汽轮机转子和端汽封上都有组成迷宫式汽封的结构。汽封和转子间有一定的间隙，既保证了汽轮机运行时动静不会相碰摩擦，又保证了蒸汽在汽封间的正常流动，通过有效控制蒸汽流向的手段即可达到防止蒸汽流入大气或空气进入汽轮机的目的。

在汽机启机和低负荷运行期间（＜10%～15%），高压和低压汽缸排汽压力小于大气压，Y 腔因与轴封冷凝器相连其压力也低于大气压。当给X 腔室提供压力高于大气压的密封蒸汽后，由于存在压差，X 腔室的蒸汽顺着轴封与转子之间的间隙流动，一部分进入高压缸和低压缸内部，一部分进入Y 腔室，同时Y 腔室还会漏入一部分空气。为了小于大气压的压力，Y 腔室的汽、气混合物被抽入轴封蒸汽冷凝器，如图2。

图2 启动和低负荷

在汽轮机高负荷时，低压缸排汽压力仍然小于大气压，低压轴封与启机和低负荷期间运行方式相同。与低压不同的是，汽轮机高负荷时高压缸的排汽压力高于大气压，而Y 腔室压力仍然维持小于大气压，高压轴封不需要再供汽，高压排汽会漏入X 腔，然后进入Y 腔室，Y 腔室仍然是汽、气混合物被轴封冷凝器抽走，这样高压缸轴封自己形成自密封，如图3。

图3 高负荷

（2）压力调节阀。功率运行期间，低压缸轴封处的排汽压力保持在一定真空度。因汽机启动时，蒸汽发生器产生的蒸汽参数已经稳定，故启动期间和运行期间均可采用主蒸汽系统供汽。

高、低压轴封的供汽压力由一级减压阀，高、低压轴封二级减压阀来调节。一级减压阀将供汽母管的压力保持在大约1.55MPa，高、低压轴封二级减压阀将高、低压轴封入口压力维持在恒定量0.13MPa。这三种阀门并联布置，在其中一个阀门出现故障时，其它阀门还可以连续供密封蒸汽，提高了机组运行的安全性。每个控制阀下游的一个压力传感器监测轴封供汽参数，压力调节由主汽轮机控制和监测系统通过实现。

在功率＞15%电负荷时，高压轴封处于自密封状态，溢流调节阀控制高压轴封蒸汽流量。

（3）轴封冷凝器和排风机。轴封冷凝器为汽机的轴封漏汽系统维持一个稍低于大气压的压力来保证。接收轴封处漏出的蒸汽和空气混合物，然后进行冷凝，回收冷凝后的蒸汽和阀杆漏出的蒸汽。轴封蒸汽冷凝器设有液位开关和液位计。管道中冷凝的水流入凝汽器回水箱，管道需安装密封阀以保持轴封蒸汽冷凝器的压力。排风机安装在轴封蒸汽冷凝器的壳侧，维持一个防止汽机轴封漏气腔的微真空。水蒸汽和非凝结性气体从排风机排向大气。

（4）安全阀。轴封系统有两个安全阀，一个位于供汽母管上，另一个在高压供汽管道和轴封溢流阀入口之间，用以防止在供汽压力调节阀故障时超压。这两个阀门是直接压力动作安全阀。供汽母管上的安全阀用来调节供汽母管内蒸汽压力，另一个安全阀用来调节高压供汽的压力。

3 结 语

AP1000 核电汽轮机为半转速汽轮机，机组比普通火电机组大很多，运行参数比常规火电机组低很多，而作为核电汽轮机，其安全性要求远远比火电机组高，因此其轴封系统也与常规火电机组有差异。常规火电机组运行时可以实现轴封自密封，AP1000 核电机组在运行状态下高压轴封可以自密封，但其高压汽封溢流蒸汽不能满足低压轴封的需要，故机组运行时，采用主蒸汽为低压轴封供汽。常规火电机组较小，低压轴封两侧供汽可以共用一个调节阀；但AP1000 核电机组较大，供汽管道较长，加之供汽来自于主蒸汽，为了保证低压轴封供汽参数，在低压缸的两侧各设置一个调节阀。