中国汽轮机技术发展简析

王福艳

摘 要：阐述了汽轮机的技术原理，分析了汽轮机技术发展的历程和展望，为我国汽轮机事业发展做出更大贡献。

关键词：汽轮机；技术现状；技术发展

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

0 引言

电力行业是国民经济的支撑，作为生产发电设备主机之一的汽轮机制造业的发展水平是国家综合实力的重要体现之一， 也是科学技术的衡量标准之一。作为生产力的重要设备，汽轮机在作业经常出现各种故障，给行业带来不少危害和不便，通过研究汽轮机技术的发展情况，积极提升我国的汽轮机发展技术，创新改革。

1 技术原理

汽轮机是把蒸汽热能转化为机械能，也就是说，锅炉产生的蒸汽进入汽轮机后，通过相关机械配置，动叶，将热能转化为汽轮机转子旋转的机械能。转换方式不同，汽轮机的种类也各种，如按用途分电站汽轮机、船用汽轮机，按热力性质可分凝汽式、供热式。

2 我国汽轮机制造业的发展史

（1）体系的建立。國际上第一台汽轮机产生于19世纪，是单级冲动式，第二台便是单级反动式。虽然无法与现在的汽轮机相比，可是汽轮机的鼻祖，也推动了汽轮机技术的大力发展和应用。1955年我国的第一台汽轮机，由上海汽轮机厂生产。这也是中国第一家汽轮机制造厂，成立于1953。而后国家又分别建立了哈尔滨汽轮机厂，北京重型电机厂及东方汽轮机厂，先后又建立了8个汽轮机制造厂。汽轮机制造体系也较为完整。从1955年起先后制造出6MV，12MN。而后25MV 等频率等级以及中高压等四个参数等级的汽轮机，这是我们国家汽轮机技术的巨大进步，先后开发了各种功率等级的火电、核电、工业汽轮机产品系列。在60年代后期还开发了三大种功率的中间热机型。这些组机填补汽轮机型号的空白，抽汽压力在0.118Mpa～ 4.4MPa范围内的单抽汽或双抽汽供热、背压、抽背式6MW～ 50MW汽轮机产品系列。

企业大规模建立产品研究机构，像自控实验室、疲劳实验室、空动实验台等，并成立了研究所和研发中心，形成中国汽轮机技术发展框架。

（2）技术引进发展阶段 。从八十年代起，中国汽轮机制造业开始引进国外大功率、高性能的先进结束， 在设计、研究、工艺等水平上了一个台阶，也为我国自主研发具有世界先进水平的产品体系迈出成功的第一步。1981年引进美国300MW和600MWde汽轮机设计制造技术，我们通过培训技术，实践，于1985制造出我国首台310MW机组，并于1991年在秦山核电站运行。到2002年哈尔滨汽轮机厂与西屋公司合作制造出我国首台650MW核电机组。

（3）技术全面优化。“七五”期间我国的设计研究所和高校联合研究汽轮机气动设计方法，转子动力学，叶片自动设计系统等一系列高尖端技术。“八五”期间又完成了“优化汽轮机研制”项目，经济性提高3%，可靠性和自动化水平都有长足进展，有限元方法CAE技术引进技术，全三元叶片设计方法，抗腐蚀抗蠕变性能强的材料，等设计、材料、制造工艺，性能达到国外先进技术水平。

3 我国汽轮机技术水品现状和展望

我国在超高压、亚临界的技术水平已经达到国际同类机组的水平， 新机型300MW～ 600MW的产化率达到95%以上。这些机型的保证热耗也达到国际先进水平，等效可用系数到2001年达到99.73%。300MW机组以及600MW机组都发展成功，也就把发展1000MW级机组设定为发展目标。大机组技术是发展的必然趋势，可以减低热耗， 减少电厂燃料，也降低占地面积和人员聘用。对于1000MW汽轮机技术的实现，双轴比单轴更容易。当代技术发展趋势是发展更长叶片，增大单轴4缸结构的机组的单机容量，一个 1200mm，1400mm 长叶片的低压缸可替代原有的790，930mm长叶片构成的2个低压缸。超临界蒸汽采用的普遍参数是24.2Mpa/538℃ /566℃。国外一直在研究技术改善热力循环，如采用二次中间再热，把初压提升，把蒸汽温度提高到580℃ ～650℃ ，广泛应用热不锈钢，调节叶片强度振动验证，轴系稳定性分析。蒸汽压力和温度的提高和采用二次再热，会使机组的热经济明显提高，机组容量明显增大，同时系统及布置复杂，结构设计试验分析，分阶段的坚持不懈实验，为超临界大功率汽轮机的发展推进努力。

这是科学实验和开发新产品的更新换代的趋势和责任。热电联供汽轮机能显著降低凝汽损失，使汽轮机的排气热能用于生产和生活。 提高热效率，比超临界大功率组还低很多。，还能避免或代替小型、低参数的供热锅炉， 减少大气污染，有利于环境保护，可谓优势很明显。

近几年热电联供200MW、300MW汽轮机得到大力发展， 大型供热机组采用中间再热，供热功能主要用于寒冷地区的冬季取暖。热电联供其路基今后的发展重点是300MW、600MW级，并同步发展电站汽轮机，中小型热电联供汽轮机也改进和提高技术，完善和发展125MW、200MW级的热电联供汽轮机更好的满足用户需求。

核电是安全绿色能源，在我国所占比重也逐渐增大，如秦山、大亚湾3套核电机组。核电的发展离不开汽轮机的发展，在火电站汽轮机基础上发展起来。我国核电站采用核电堆以压水堆为主，这就形成了核电站汽轮机的基本特点，核电站汽轮机的整个高压缸处于高压湿蒸汽中工作，提高末几级动叶的寿命和提高机组效率。核电站建设投资约为火电站的2倍以上，但是运行费用是火电的1/4甚至更小，这就决定了核电站汽轮机应用大功率机组并承担基本负荷，我国重点发展和开发600MW以及1000MW的核电汽轮机，技术的国产化，成本不断降低，不同国家的电网周波不同，采用的全速或者半速的汽轮机不同，全速比半速轻30%～40% ，但是机组功率受到汽缸数目和加工条件的限制。我国发展核电1000MW级汽轮机，引进技术较为成熟的半速机组，采用全速机组有利于降低价钱，也有利于机组大件运输，促进核电事业的发展。

我国汽轮机走过了六十多年的光辉历程，为电力事业做出巨大贡献，要继续发扬科学技术的创新，加大投入，建立自主的研发系统。发展市场要求的高参数，高效率，高可靠性低维护性的各种产品，为我国汽轮机事业发展做出更大贡献。