中國汽輪機技術發(fā)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(fā)展的歷程和展望，為我國汽輪機事業(yè)發(fā)展做出更大貢獻。

關鍵詞：汽輪機；技術現(xiàn)狀；技術發(fā)展

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

0 引言

電力行業(yè)是國民經濟的支撐，作為生產發(fā)電設備主機之一的汽輪機制造業(yè)的發(fā)展水平是國家綜合實力的重要體現(xiàn)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(yè)經常出現(xiàn)各種故障，給行業(yè)帶來不少危害和不便，通過研究汽輪機技術的發(fā)展情況，積極提升我國的汽輪機發(fā)展技術，創(chuàng)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(yè)的發(fā)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(xiàn)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(fā)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(shù)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(fā)了各種功率等級的火電、核電、工業(yè)汽輪機產品系列。在60年代后期還開發(fā)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(yè)大規(guī)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(fā)中心，形成中國汽輪機技術發(fā)展框架。

（2）技術引進發(fā)展階段 。從八十年代起，中國汽輪機制造業(yè)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(fā)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(yōu)化。“七五”期間我國的設計研究所和高校聯(lián)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(tǒng)等一系列高尖端技術。“八五”期間又完成了“優(yōu)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(xiàn)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(shù)到2001年達到99.73%。300MW機組以及600MW機組都發(fā)展成功，也就把發(fā)展1000MW級機組設定為發(fā)展目標。大機組技術是發(fā)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(xiàn)，雙軸比單軸更容易。當代技術發(fā)展趨勢是發(fā)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(shù)是24.2Mpa/538℃ /566℃。國外一直在研究技術改善熱力循環(huán)，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(jié)葉片強度振動驗證，軸系穩(wěn)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(tǒng)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(fā)展推進努力。

這是科學實驗和開發(fā)新產品的更新?lián)Q代的趨勢和責任。熱電聯(lián)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(shù)的供熱鍋爐， 減少大氣污染，有利于環(huán)境保護，可謂優(yōu)勢很明顯。

近幾年熱電聯(lián)供200MW、300MW汽輪機得到大力發(fā)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(qū)的冬季取暖。熱電聯(lián)供其路基今后的發(fā)展重點是300MW、600MW級，并同步發(fā)展電站汽輪機，中小型熱電聯(lián)供汽輪機也改進和提高技術，完善和發(fā)展125MW、200MW級的熱電聯(lián)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(fā)展離不開汽輪機的發(fā)展，在火電站汽輪機基礎上發(fā)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(fā)展和開發(fā)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(shù)目和加工條件的限制。我國發(fā)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(yè)的發(fā)展。

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