汽輪機發展史漫談

李春暉

一、汽輪機早期發展

汽輪機是一種以蒸汽為動力，并將蒸汽的熱能轉化為機械功的旋轉機械，是現代火力發電廠中應用最廣泛的原動機。1883年瑞典工程師拉瓦爾設計制造出了第一臺單級沖動式汽輪機，隨后在1884年英國工程師帕森斯設計制造了第一臺單級反動式汽輪機，被廣泛應用在電站、航海和大型工業中[1]。

隨著資本主義工商業的迅速發展，在歐洲和美國許多公司著手制造汽輪機。由于大型電廠開始了發展而汽輪機的特點又適應這種發展的要求，于是汽輪機存在著大量的市場需求；同時不可避免地要求汽輪機能有更大的機組功率。1900～1905年，汽輪機功率在200～3000千瓦之間，以1000～1500轉/ 分的轉速運行。

且無一例外地為軸流式汽輪機。發展到1916年，汽輪機功率達到50000千瓦（A E G公司造）其轉速為1000轉/分。當時，轉速為1500轉/ 分的汽輪機功率大約為20000千瓦，轉速為3000轉/ 分的汽輪機其功率大約為10000千瓦。

二、一次世界大戰后汽輪機的發展情況

汽輪機的蒸汽參數的不斷提高，促進了汽輪機的繼續發展。除了汽機、鍋爐效率及熱循環效率的改善之外，還有熱降的增大，都使熱耗減小了。所有這些，都依賴于新汽輪參數的提高。到1925 /26年間，汽壓力值提高到了大約25巴的平均水平，而溫度提325～375℃。1930年后，汽輪機向更高參數的迅猛發展進入了暫時的停滯狀態。參數為100～110巴、480～500℃的前置式機組多數由Leuna、Schkopau公司建造。蒸汽壓力參數停滯在經實踐證明是可靠的100巴的水平上。當時所用的材料承受不了較高的蒸汽參數，特別是溫度。

19世紀以來，汽輪機的發展就是在不斷提高安全可靠性、耐用性和保證運行方便的基礎上，增大單機功率和提高裝置的熱經濟性。

到1937年汽輪機的總功率足達4000000千瓦，這些機組共生產了140億千瓦？小時的電能。60 %的汽輪機功率在10～20000千瓦之間；其中絕大部分的新汽輪的壓力達到25atu（計示大氣壓） （65%）；蒸汽的高溫、高壓等級情況發生了變化；特別是沖動式汽輪機軸流式，占絕大多數，汽輪機的利用率和運行時間不斷提高[2]。

三、二次世界大戰后汽輪機的發展

經濟衰退和第二次世界大戰期間，使汽輪機單機功率的增大處于停頓狀態。50年代，隨著戰后經濟發展，電力需求突飛猛進，單機功率又開始不斷增大，陸續出現了325～600兆瓦的大型汽輪機；60年代制成了1000兆瓦汽輪機；70年代，制成了1300兆瓦汽輪機。現在許多國家常用的單機功率為300～600兆瓦。1982年蘇聯首臺120萬千瓦單軸汽輪機正式于科斯羅馬國營區域發電站投運，它不但是蘇聯、而且也是世界上到目前為止的最大功率單軸機組[3]。

自七十年代中期以后對以二次再熱超臨界參數為特點的大功率機組的發展出現了爭議，發展的重點回歸到現存各類典型機組的完善化工作上去了，即致為于提高汽輪機的可用率和運行靈活性。到目前為止，76年以后世界上投運的汽輪機組 （不包括蘇聯的120萬千瓦單軸機組），從機組的功率等級和典型性上看，都已成為76年前歷史資料所記載的各類機組的基本代表。

四、各國汽輪機發展的一般情況及各公司的典型產品

二次大戰后汽輪機功率提高所達到的數值，遠遠超過了“汽輪機單機功率每十年翻一番”的規律。在歐洲，作為近30年來發展起點的1950年的汽輪機單機功率是6萬～10萬千瓦。在這段發展過程中，在蒸汽參數一定且有足夠運行經驗的前提下，德國在單機功率提高方面每次總是領先的。在這個發展過程所獲得的經驗在現今的大型機組的建造中仍然可供利用，這些經驗應用起來不成問題且沒有困難。五十年代英國的功率向50萬千瓦的單機功率靠近的。英國是在1962年達到單機功率50萬千瓦的功率等級的。雙軸機組方面的這種提高單位功率的變更，二十幾年來在美國也受到重視。在一種功率等級的持續時間方面，德國與法國是近似的。在實現具有深遠意義的60萬千瓦功率等級飛躍之前，從1951年到1958年德國的汽輪機一直穩定在12.5萬千瓦的水平上，而25萬千瓦的功率等級一直持續到1963年。法國國家電力公司 （EDF），向兩家汽輪機制造公司Alsthom與 Rateau公司與CEM公司合作一一定購了60萬千瓦汽輪機組。

在美國，符合預期要求的單機功率的迅速提高，在1957年就已經導致了60赫茲頻率、高轉速雙軸結構汽輪機。美國于1963年實現了向60萬千瓦功率等級的飛躍，與歐洲的發展情況相似，單軸汽輪機的功率也在繼續提高，于七十年代末期達到了88萬千瓦的功率水平。

五、我國汽輪機發展狀況

我國汽輪機發展起步比較晚。1955年上海汽輪機廠制造出第一臺6MW汽輪機。1964年哈爾濱汽輪機廠第一臺100MW機組在高井電廠投入運行；1972年第一臺200MW汽輪機在朝陽電廠投入運行；1974年第一臺300MW機組在望亭電廠投入運行。70年代進口了10臺200～320MW機組，分別安裝在了陡河、元寶山、大港、清河電廠。70年代末國產機組占到總容量70%[4]。

哈爾濱汽輪機廠1956年建廠，先后設計制造了我國第一臺25MW、50MW、100MW和200MW汽輪機，80年代從美國西屋公司引進了300MW和600MW亞臨界汽輪機的全套設計和制造技術，于1986年制造成功了我國第一臺600MW汽輪機，目前自主研制的三缸超臨界600MW汽輪機已經投入生產。東方汽輪機廠1965年開始興建，1971年制造出第一臺汽輪機，目前的主力機型為600MW汽輪機。目前中國四大動力廠以300MW和600MW機組為主導產品。

六、汽輪機未來發展展望

目前，由于電能需求量增長速度的下降，世界范圍內對于超出100萬千瓦等級的汽輪機定貨不多。但對于核電站大型全速飽和蒸汽汽輪機的開發已付諸實踐。相信在不久的將來，我國在汽輪機的設計及工藝實驗方面也會出現具有世界先進水平的開發中心。哈爾濱汽輪機廠制造的我國首臺60萬千瓦汽輪機的出廠具有重要的意義，它預示了我國將在很短的時間內制造出更大功率等級的汽輪機，即加入世界先進汽輪機生產國的行列。

參考文獻

[1]張素心.汽輪機技術的發展與展望[J].上海汽輪機有限公司，2010.

[2]陸延昌.大力發展超臨界機組[J].能源政策的研究，2000（2）.

[3]鄒昆譯.高效率的超臨界汽輪機[J].Modern Power Systems，1997（6）.

[4]朱云彪，鄭云之.我國大型汽輪機的發展與展望[J].上海汽輪機，1998（1）.