汽輪機發(fā)展史漫談

李春暉

一、汽輪機早期發(fā)展

汽輪機是一種以蒸汽為動力，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機械功的旋轉(zhuǎn)機械，是現(xiàn)代火力發(fā)電廠中應(yīng)用最廣泛的原動機。1883年瑞典工程師拉瓦爾設(shè)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(shè)計制造了第一臺單級反動式汽輪機，被廣泛應(yīng)用在電站、航海和大型工業(yè)中[1]。

隨著資本主義工商業(yè)的迅速發(fā)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(fā)展而汽輪機的特點又適應(yīng)這種發(fā)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(zhuǎn)/ 分的轉(zhuǎn)速運行。

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

二、一次世界大戰(zhàn)后汽輪機的發(fā)展情況

汽輪機的蒸汽參數(shù)的不斷提高，促進了汽輪機的繼續(xù)發(fā)展。除了汽機、鍋爐效率及熱循環(huán)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(shù)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(shù)的迅猛發(fā)展進入了暫時的停滯狀態(tài)。參數(shù)為100～110巴、480～500℃的前置式機組多數(shù)由Leuna、Schkopau公司建造。蒸汽壓力參數(shù)停滯在經(jīng)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(shù)，特別是溫度。

19世紀以來，汽輪機的發(fā)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(chǔ)上，增大單機功率和提高裝置的熱經(jīng)濟性。

到1937年汽輪機的總功率足達4000000千瓦，這些機組共生產(chǎn)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(fā)生了變化；特別是沖動式汽輪機軸流式，占絕大多數(shù)，汽輪機的利用率和運行時間不斷提高[2]。

三、二次世界大戰(zhàn)后汽輪機的發(fā)展

經(jīng)濟衰退和第二次世界大戰(zhàn)期間，使汽輪機單機功率的增大處于停頓狀態(tài)。50年代，隨著戰(zhàn)后經(jīng)濟發(fā)展，電力需求突飛猛進，單機功率又開始不斷增大，陸續(xù)出現(xiàn)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?，F(xiàn)在許多國家常用的單機功率為300～600兆瓦。1982年蘇聯(lián)首臺120萬千瓦單軸汽輪機正式于科斯羅馬國營區(qū)域發(fā)電站投運，它不但是蘇聯(lián)、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(shù)為特點的大功率機組的發(fā)展出現(xiàn)了爭議，發(fā)展的重點回歸到現(xiàn)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(lián)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(fā)展的一般情況及各公司的典型產(chǎn)品

二次大戰(zhàn)后汽輪機功率提高所達到的數(shù)值，遠遠超過了“汽輪機單機功率每十年翻一番”的規(guī)律。在歐洲，作為近30年來發(fā)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(fā)展過程中，在蒸汽參數(shù)一定且有足夠運行經(jīng)驗的前提下，德國在單機功率提高方面每次總是領(lǐng)先的。在這個發(fā)展過程所獲得的經(jīng)驗在現(xiàn)今的大型機組的建造中仍然可供利用，這些經(jīng)驗應(yīng)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(xù)時間方面，德國與法國是近似的。在實現(xiàn)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(wěn)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(xù)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(jīng)導致了60赫茲頻率、高轉(zhuǎn)速雙軸結(jié)構(gòu)汽輪機。美國于1963年實現(xiàn)了向60萬千瓦功率等級的飛躍，與歐洲的發(fā)展情況相似，單軸汽輪機的功率也在繼續(xù)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(fā)展狀況

我國汽輪機發(fā)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(chǎn)機組占到總?cè)萘?0%[4]。

哈爾濱汽輪機廠1956年建廠，先后設(shè)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(shè)計和制造技術(shù)，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(jīng)投入生產(chǎn)。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(chǎn)品。

六、汽輪機未來發(fā)展展望

目前，由于電能需求量增長速度的下降，世界范圍內(nèi)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(fā)已付諸實踐。相信在不久的將來，我國在汽輪機的設(shè)計及工藝實驗方面也會出現(xiàn)具有世界先進水平的開發(fā)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(nèi)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(chǎn)國的行列。

參考文獻

[1]張素心.汽輪機技術(shù)的發(fā)展與展望[J].上海汽輪機有限公司，2010.

[2]陸延昌.大力發(fā)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(fā)展與展望[J].上海汽輪機，1998（1）.