中國汽輪機技術發展簡析

王福艷

摘 要：闡述了汽輪機的技術原理，分析了汽輪機技術發展的歷程和展望，為我國汽輪機事業發展做出更大貢獻。

關鍵詞：汽輪機；技術現狀；技術發展

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.05.231

0 引言

電力行業是國民經濟的支撐，作為生產發電設備主機之一的汽輪機制造業的發展水平是國家綜合實力的重要體現之一， 也是科學技術的衡量標準之一。作為生產力的重要設備，汽輪機在作業經常出現各種故障，給行業帶來不少危害和不便，通過研究汽輪機技術的發展情況，積極提升我國的汽輪機發展技術，創新改革。

1 技術原理

汽輪機是把蒸汽熱能轉化為機械能，也就是說，鍋爐產生的蒸汽進入汽輪機后，通過相關機械配置，動葉，將熱能轉化為汽輪機轉子旋轉的機械能。轉換方式不同，汽輪機的種類也各種，如按用途分電站汽輪機、船用汽輪機，按熱力性質可分凝汽式、供熱式。

2 我國汽輪機制造業的發展史

（1）體系的建立。國際上第一臺汽輪機產生于19世紀，是單級沖動式，第二臺便是單級反動式。雖然無法與現在的汽輪機相比，可是汽輪機的鼻祖，也推動了汽輪機技術的大力發展和應用。1955年我國的第一臺汽輪機，由上海汽輪機廠生產。這也是中國第一家汽輪機制造廠，成立于1953。而后國家又分別建立了哈爾濱汽輪機廠，北京重型電機廠及東方汽輪機廠，先后又建立了8個汽輪機制造廠。汽輪機制造體系也較為完整。從1955年起先后制造出6MV，12MN。而后25MV 等頻率等級以及中高壓等四個參數等級的汽輪機，這是我們國家汽輪機技術的巨大進步，先后開發了各種功率等級的火電、核電、工業汽輪機產品系列。在60年代后期還開發了三大種功率的中間熱機型。這些組機填補汽輪機型號的空白，抽汽壓力在0.118Mpa～ 4.4MPa范圍內的單抽汽或雙抽汽供熱、背壓、抽背式6MW～ 50MW汽輪機產品系列。

企業大規模建立產品研究機構，像自控實驗室、疲勞實驗室、空動實驗臺等，并成立了研究所和研發中心，形成中國汽輪機技術發展框架。

（2）技術引進發展階段 。從八十年代起，中國汽輪機制造業開始引進國外大功率、高性能的先進結束， 在設計、研究、工藝等水平上了一個臺階，也為我國自主研發具有世界先進水平的產品體系邁出成功的第一步。1981年引進美國300MW和600MWde汽輪機設計制造技術，我們通過培訓技術，實踐，于1985制造出我國首臺310MW機組，并于1991年在秦山核電站運行。到2002年哈爾濱汽輪機廠與西屋公司合作制造出我國首臺650MW核電機組。

（3）技術全面優化。“七五”期間我國的設計研究所和高校聯合研究汽輪機氣動設計方法，轉子動力學，葉片自動設計系統等一系列高尖端技術。“八五”期間又完成了“優化汽輪機研制”項目，經濟性提高3%，可靠性和自動化水平都有長足進展，有限元方法CAE技術引進技術，全三元葉片設計方法，抗腐蝕抗蠕變性能強的材料，等設計、材料、制造工藝，性能達到國外先進技術水平。

3 我國汽輪機技術水品現狀和展望

我國在超高壓、亞臨界的技術水平已經達到國際同類機組的水平， 新機型300MW～ 600MW的產化率達到95%以上。這些機型的保證熱耗也達到國際先進水平，等效可用系數到2001年達到99.73%。300MW機組以及600MW機組都發展成功，也就把發展1000MW級機組設定為發展目標。大機組技術是發展的必然趨勢，可以減低熱耗， 減少電廠燃料，也降低占地面積和人員聘用。對于1000MW汽輪機技術的實現，雙軸比單軸更容易。當代技術發展趨勢是發展更長葉片，增大單軸4缸結構的機組的單機容量，一個 1200mm，1400mm 長葉片的低壓缸可替代原有的790，930mm長葉片構成的2個低壓缸。超臨界蒸汽采用的普遍參數是24.2Mpa/538℃ /566℃。國外一直在研究技術改善熱力循環，如采用二次中間再熱，把初壓提升，把蒸汽溫度提高到580℃ ～650℃ ，廣泛應用熱不銹鋼，調節葉片強度振動驗證，軸系穩定性分析。蒸汽壓力和溫度的提高和采用二次再熱，會使機組的熱經濟明顯提高，機組容量明顯增大，同時系統及布置復雜，結構設計試驗分析，分階段的堅持不懈實驗，為超臨界大功率汽輪機的發展推進努力。

這是科學實驗和開發新產品的更新換代的趨勢和責任。熱電聯供汽輪機能顯著降低凝汽損失，使汽輪機的排氣熱能用于生產和生活。 提高熱效率，比超臨界大功率組還低很多。，還能避免或代替小型、低參數的供熱鍋爐， 減少大氣污染，有利于環境保護，可謂優勢很明顯。

近幾年熱電聯供200MW、300MW汽輪機得到大力發展， 大型供熱機組采用中間再熱，供熱功能主要用于寒冷地區的冬季取暖。熱電聯供其路基今后的發展重點是300MW、600MW級，并同步發展電站汽輪機，中小型熱電聯供汽輪機也改進和提高技術，完善和發展125MW、200MW級的熱電聯供汽輪機更好的滿足用戶需求。

核電是安全綠色能源，在我國所占比重也逐漸增大，如秦山、大亞灣3套核電機組。核電的發展離不開汽輪機的發展，在火電站汽輪機基礎上發展起來。我國核電站采用核電堆以壓水堆為主，這就形成了核電站汽輪機的基本特點，核電站汽輪機的整個高壓缸處于高壓濕蒸汽中工作，提高末幾級動葉的壽命和提高機組效率。核電站建設投資約為火電站的2倍以上，但是運行費用是火電的1/4甚至更小，這就決定了核電站汽輪機應用大功率機組并承擔基本負荷，我國重點發展和開發600MW以及1000MW的核電汽輪機，技術的國產化，成本不斷降低，不同國家的電網周波不同，采用的全速或者半速的汽輪機不同，全速比半速輕30%～40% ，但是機組功率受到汽缸數目和加工條件的限制。我國發展核電1000MW級汽輪機，引進技術較為成熟的半速機組，采用全速機組有利于降低價錢，也有利于機組大件運輸，促進核電事業的發展。

我國汽輪機走過了六十多年的光輝歷程，為電力事業做出巨大貢獻，要繼續發揚科學技術的創新，加大投入，建立自主的研發系統。發展市場要求的高參數，高效率，高可靠性低維護性的各種產品，為我國汽輪機事業發展做出更大貢獻。