核汽輪機

核汽輪機在設(shè)計和結(jié)構(gòu)方面需考慮一些特殊問題。

轉(zhuǎn)速的選擇 隨著汽輪機功率的增大，末級葉片增高受到材料許用應(yīng)力的限制，而提高背壓降低排汽體積流量又將使機組熱效率降低，因此，70年代起600MW以上的核汽輪機大多采用半速，即對50Hz的電力系統(tǒng)為1500r/min，對于60Hz的為1800r/min。采用半速后，在相同的許用應(yīng)力條件下，低壓轉(zhuǎn)子直徑和末級葉片高度均可增大，由此可獲得4倍的末級流通截面，解決了全速汽輪機的上述難題。但半速汽輪機的尺寸和質(zhì)量都大，造價要比同功率的全速汽輪機高。

分缸壓力 核汽輪機通常分高壓和低壓兩段，高壓缸出口壓力一般為(0.10~0.15)p₀(新蒸汽壓力)，即0.7~1.1MPa。分缸壓力選擇的原則是使高壓缸排汽濕度不超過12%~14%，并考慮汽水分離再熱器的運行條件，使經(jīng)分離再熱后的低壓過熱蒸汽在低壓缸做功后，乏汽濕度亦不超過12%~14%。

低壓缸的運行工況與常規(guī)汽輪機的低壓段相近似。但半速核汽輪機的低壓缸因體積龐大，通常采用雙層內(nèi)外缸結(jié)構(gòu)，以降低汽缸的熱應(yīng)力和螺栓應(yīng)力。

汽水分離再熱器 1000MW級核汽輪機設(shè)置2臺或4臺汽水分離再熱器，作為機外去濕裝置。該裝置通常為很大的臥式容器，內(nèi)設(shè)汽水分離器和蒸汽再熱器。通過汽水分離再熱器對高壓缸排汽去濕并再加熱，使進入低壓缸的蒸汽具有一定的過熱度。

機內(nèi)去濕措施 通常采取下列措施以防止?jié)裾羝兴螌ζ啓C部件的沖刷和侵蝕：①在動葉片蒸汽入口側(cè)的背弧上開齒形溝槽，利用動葉片旋轉(zhuǎn)的慣性離心力，將凝結(jié)在葉片表面上的水膜順著齒形溝槽沿圓周方向甩出，進行汽水分離(圖2)。②在隔板和葉片圍帶之間設(shè)置環(huán)狀去濕腔和疏水孔，有效地排出濕蒸汽中的水分。③隔板采用中空靜葉片，在靜葉片背弧上開槽，水分經(jīng)槽進入中空葉片內(nèi)腔，一般抽入凝汽器(圖3)。④在低壓缸末級和次末級動葉片頂部蒸汽入口處鑲嵌硬質(zhì)合金或經(jīng)特殊熱處理，以抗沖刷腐蝕。⑤在中分面等密封面上堆焊高鉻鋼等抗腐蝕材料，以防止泄漏蒸汽中水分的侵蝕。

凝汽器 由于核汽輪機蒸汽質(zhì)量流量為常規(guī)高壓火電機組的170%~190%，故凝汽器的傳熱面積和結(jié)構(gòu)尺寸以及循環(huán)水系統(tǒng)均需相應(yīng)增大。有些凝汽器采用循環(huán)水單流程結(jié)構(gòu)，即一端進水另一端出水。與常規(guī)火電機組的凝汽器一樣，循環(huán)水分為對稱的兩半流道，使汽輪機在降低功率運行時可以關(guān)閉一半流道進行管板和傳熱管的清洗。為提高凝汽器的可靠性，防止凝汽器傳熱管腐蝕，一些海水冷卻的核電廠采用鈦管作為傳熱管；為便于監(jiān)測傳熱管或管子管板接頭泄漏，多采用雙層管板結(jié)構(gòu)。

調(diào)節(jié)系統(tǒng) 通常采用電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子式調(diào)速器、電液轉(zhuǎn)換器和液壓執(zhí)行機構(gòu)組成，有靈敏度高、動作快、液壓執(zhí)行機構(gòu)作用力大并便于雙向控制等優(yōu)點。近年來，將微處理機用于電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，使其靈敏度及穩(wěn)定性都有很大提高。

核汽輪機使用的新蒸汽通常為壓力5~7MPa、濕度為0.4%~0.5%的飽和蒸汽或過熱度為25~30℃的微過熱蒸汽，其可用比焓降僅為常規(guī)高溫高壓火電機組(壓力16~17MPa、溫度500~550℃)的60%左右。故核汽輪機新蒸汽的質(zhì)量流量為同功率常規(guī)火電機組的170%~190%，體積流量為其250%~350%，排汽體積流量為其165%~175%。因此，它具有與常規(guī)火電廠汽輪機不同的特點：①由于排汽體積流量大，要求增加末級流通截面。一般采用增加流道數(shù)目(即增加低壓缸數(shù)目)和采用半速汽輪機以提高末級葉片高度(全速汽輪機末級葉片高度為900~1000mm，半速汽輪機末級葉片高度為1300~1500mm)來滿足要求。②由于排汽余速損失對汽輪機效率有較大影響，故有時采用較高的設(shè)計背壓(6~10kPa)，以降低排汽體積流量，從而降低余速損失。③由于新蒸汽體積流量大，核汽輪機高壓缸一般采用雙流結(jié)構(gòu)，且第一級葉片較高使噴嘴調(diào)節(jié)困難，故一般采用節(jié)流調(diào)節(jié)。④由于新蒸汽為飽和蒸汽或微過熱蒸汽，高壓缸大多數(shù)級在濕蒸汽區(qū)工作，而濕蒸汽中水滴對材料的沖刷腐蝕較為嚴重，故要求采取機內(nèi)去濕措施和選用適當?shù)牟牧?或覆面材料)。⑤甩負荷時，由于龐大的汽水分離再熱器、給水加熱器和抽汽管道等中間容積內(nèi)的蒸汽膨脹，以及汽缸壁內(nèi)表面水膜的蒸發(fā)，汽輪機超速可達25%~30%，故需采取特殊超速保護措施。通常在汽水分離再熱器和低壓缸之間的再熱蒸汽管道上以及在低壓給水加熱器的抽汽管道上設(shè)置快關(guān)蝶閥(大多為兩個蝶閥串聯(lián))，其關(guān)閉時間不超過0.5s，這樣有可能將超速限制在6%左右。

用實驗方法研究核結(jié)構(gòu)的目的，就是要通過對核結(jié)構(gòu)實驗數(shù)據(jù)的積累，以及對已有實驗數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分析，揭示出某些核結(jié)構(gòu)現(xiàn)象的實驗規(guī)律，為檢驗現(xiàn)有的各種理論，以及為提出新的物理思想以改進現(xiàn)有的理論提供實驗依據(jù)。

高自旋態(tài)的研究是當前核結(jié)構(gòu)研究中的前沿和熱門領(lǐng)域，目前（2013年），立足于利用國內(nèi)設(shè)備做核結(jié)構(gòu)研究的主要有五家，即中國原子能科學(xué)研究院、中科院蘭州近物所、中科院上海原子核所、清華大學(xué)和吉林大學(xué)，五家核結(jié)構(gòu)研究得到國家自然科學(xué)重點基金(80萬元，1997-2000年)的支持，從2000年開始，蘭州近代物理研究所、原子能科學(xué)研究院、清華大學(xué)、北京大學(xué)、吉林大學(xué)五家聯(lián)合承擔了一個國家重大基礎(chǔ)性研究發(fā)展規(guī)劃項目，五家的研究，各有側(cè)重，互不重復(fù)，并各有特色。

核模型，即對核子在原子核內(nèi)的運動提出的解釋和設(shè)想。由于核力及核多體問題的復(fù)雜性，對原子核的結(jié)構(gòu)還不能做到完全的、精確的理論描述，因而只能根據(jù)相當數(shù)量的實驗事實，歸納出幾條解釋某些核現(xiàn)象的局部規(guī)律。

核磁共振是當原子核被磁場磁化時對射頻的響應(yīng)。原子核一般都有凈磁矩和角動量（或自旋），當外部磁場出現(xiàn)時，原子核就會圍繞外磁場的方向運動，和陀螺圍繞地球的重力場運動是一樣。如果這些發(fā)生自旋的原子核有磁性，且和與外部磁場發(fā)生相互作用時，就會產(chǎn)生出可測量的信號。若原子核中的中子數(shù)和質(zhì)子數(shù)有一者或兩者都為奇數(shù)，那么產(chǎn)生核磁共振信號的條件就具備了，如氫核1H，碳13C，氮14N 等。自然界中氫核1H 的含量豐富，具有較高的檢測靈敏度，磁矩比較大并且容易產(chǎn)生較強的信號。所以絕大多數(shù)的核磁共振技術(shù)都是以氫原子核的響應(yīng)為基礎(chǔ)，我們討論的質(zhì)子就是氫核。氫原子核有一個質(zhì)子，是一個很小的具有角動量或自旋的帶正電荷的粒子。自旋質(zhì)子相當于一個電流環(huán)，產(chǎn)生一個磁場。兩極（南極和北極）對準自旋軸的方向。因此氫核可以認為是一個磁針，其磁軸與核的自旋軸一致。當存在許多氫原子且無外部磁場時，氫核的自旋軸是隨機取向的脈沖翻轉(zhuǎn)和自由感應(yīng)衰減。磁化矢量從縱向翻轉(zhuǎn)到橫向平面，通過一個與靜磁場 B0垂直的交變磁場 B1來完成。B1的頻率必須的等于質(zhì)子的拉莫爾頻率。從量子力學(xué)的角度看，如果質(zhì)子處于低能態(tài)，它就會吸收由 B1提供的能量躍遷到高能態(tài)。B1還能使質(zhì)子之間同向進動。由 B1引起的能級的變化和同向進動就稱為核磁共振（NMR）。