核汽輪機(jī)特點(diǎn)

核汽輪機(jī)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(guò)熱度為25~30℃的微過(guò)熱蒸汽，其可用比焓降僅為常規(guī)高溫高壓火電機(jī)組(壓力16~17MPa、溫度500~550℃)的60%左右。故核汽輪機(jī)新蒸汽的質(zhì)量流量為同功率常規(guī)火電機(jī)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(jī)不同的特點(diǎn)：①由于排汽體積流量大，要求增加末級(jí)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(jī)以提高末級(jí)葉片高度(全速汽輪機(jī)末級(jí)葉片高度為900~1000mm，半速汽輪機(jī)末級(jí)葉片高度為1300~1500mm)來(lái)滿足要求。②由于排汽余速損失對(duì)汽輪機(jī)效率有較大影響，故有時(shí)采用較高的設(shè)計(jì)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(jī)高壓缸一般采用雙流結(jié)構(gòu)，且第一級(jí)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(guò)熱蒸汽，高壓缸大多數(shù)級(jí)在濕蒸汽區(qū)工作，而濕蒸汽中水滴對(duì)材料的沖刷腐蝕較為嚴(yán)重，故要求采取機(jī)內(nèi)去濕措施和選用適當(dāng)?shù)牟牧?或覆面材料)。⑤甩負(fù)荷時(shí)，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(jī)超速可達(dá)25%~30%，故需采取特殊超速保護(hù)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(gè)蝶閥串聯(lián))，其關(guān)閉時(shí)間不超過(guò)0.5s，這樣有可能將超速限制在6%左右。

核汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)方面需考慮一些特殊問(wèn)題。

轉(zhuǎn)速的選擇 隨著汽輪機(jī)功率的增大，末級(jí)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(jī)組熱效率降低，因此，70年代起600MW以上的核汽輪機(jī)大多采用半速，即對(duì)50Hz的電力系統(tǒng)為1500r/min，對(duì)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(jí)葉片高度均可增大，由此可獲得4倍的末級(jí)流通截面，解決了全速汽輪機(jī)的上述難題。但半速汽輪機(jī)的尺寸和質(zhì)量都大，造價(jià)要比同功率的全速汽輪機(jī)高。

分缸壓力 核汽輪機(jī)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(guò)12%~14%，并考慮汽水分離再熱器的運(yùn)行條件，使經(jīng)分離再熱后的低壓過(guò)熱蒸汽在低壓缸做功后，乏汽濕度亦不超過(guò)12%~14%。

低壓缸的運(yùn)行工況與常規(guī)汽輪機(jī)的低壓段相近似。但半速核汽輪機(jī)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(jí)核汽輪機(jī)設(shè)置2臺(tái)或4臺(tái)汽水分離再熱器，作為機(jī)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(guò)汽水分離再熱器對(duì)高壓缸排汽去濕并再加熱，使進(jìn)入低壓缸的蒸汽具有一定的過(guò)熱度。

機(jī)內(nèi)去濕措施 通常采取下列措施以防止?jié)裾羝兴螌?duì)汽輪機(jī)部件的沖刷和侵蝕：①在動(dòng)葉片蒸汽入口側(cè)的背弧上開(kāi)齒形溝槽，利用動(dòng)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(jìn)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(kāi)槽，水分經(jīng)槽進(jìn)入中空葉片內(nèi)腔，一般抽入凝汽器(圖3)。④在低壓缸末級(jí)和次末級(jí)動(dòng)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(jī)蒸汽質(zhì)量流量為常規(guī)高壓火電機(jī)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(jìn)水另一端出水。與常規(guī)火電機(jī)組的凝汽器一樣，循環(huán)水分為對(duì)稱的兩半流道，使汽輪機(jī)在降低功率運(yùn)行時(shí)可以關(guān)閉一半流道進(jìn)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(cè)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(jī)構(gòu)組成，有靈敏度高、動(dòng)作快、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用力大并便于雙向控制等優(yōu)點(diǎn)。近年來(lái)，將微處理機(jī)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。

用實(shí)驗(yàn)方法研究核結(jié)構(gòu)的目的，就是要通過(guò)對(duì)核結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累，以及對(duì)已有實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律，為檢驗(yàn)現(xiàn)有的各種理論，以及為提出新的物理思想以改進(jìn)現(xiàn)有的理論提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

高自旋態(tài)的研究是當(dāng)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(guó)內(nèi)設(shè)備做核結(jié)構(gòu)研究的主要有五家，即中國(guó)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(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)基金(80萬(wàn)元，1997-2000年)的支持，從2000年開(kāi)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(dān)了一個(gè)國(guó)家重大基礎(chǔ)性研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)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(duì)核子在原子核內(nèi)的運(yùn)動(dòng)提出的解釋和設(shè)想。由于核力及核多體問(wèn)題的復(fù)雜性，對(duì)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(dāng)數(shù)量的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，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(dāng)原子核被磁場(chǎng)磁化時(shí)對(duì)射頻的響應(yīng)。原子核一般都有凈磁矩和角動(dòng)量（或自旋），當(dāng)外部磁場(chǎng)出現(xiàn)時(shí)，原子核就會(huì)圍繞外磁場(chǎng)的方向運(yùn)動(dòng)，和陀螺圍繞地球的重力場(chǎng)運(yùn)動(dòng)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(chǎng)發(fā)生相互作用時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生出可測(cè)量的信號(hào)。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(hào)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(cè)靈敏度，磁矩比較大并且容易產(chǎn)生較強(qiáng)的信號(hào)。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(gè)質(zhì)子，是一個(gè)很小的具有角動(dòng)量或自旋的帶正電荷的粒子。自旋質(zhì)子相當(dāng)于一個(gè)電流環(huán)，產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)。兩極（南極和北極）對(duì)準(zhǔn)自旋軸的方向。因此氫核可以認(rèn)為是一個(gè)磁針，其磁軸與核的自旋軸一致。當(dāng)存在許多氫原子且無(wú)外部磁場(chǎng)時(shí)，氫核的自旋軸是隨機(jī)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(guò)一個(gè)與靜磁場(chǎng) B0垂直的交變磁場(chǎng) B1來(lái)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(huì)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(jìn)動(dòng)。由 B1引起的能級(jí)的變化和同向進(jìn)動(dòng)就稱為核磁共振（NMR）。