李春暉

一、汽輪機(jī)早期發(fā)展

汽輪機(jī)是一種以蒸汽為動(dòng)力，并將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，是現(xiàn)代火力發(fā)電廠中應(yīng)用最廣泛的原動(dòng)機(jī)。1883年瑞典工程師拉瓦爾設(shè)計(jì)制造出了第一臺單級沖動(dòng)式汽輪機(jī)，隨后在1884年英國工程師帕森斯設(shè)計(jì)制造了第一臺單級反動(dòng)式汽輪機(jī)，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(jī)。由于大型電廠開始了發(fā)展而汽輪機(jī)的特點(diǎn)又適應(yīng)這種發(fā)展的要求，于是汽輪機(jī)存在著大量的市場需求；同時(shí)不可避免地要求汽輪機(jī)能有更大的機(jī)組功率。1900～1905年，汽輪機(jī)功率在200～3000千瓦之間，以1000～1500轉(zhuǎn)/ 分的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

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

二、一次世界大戰(zhàn)后汽輪機(jī)的發(fā)展情況

汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)的不斷提高，促進(jìn)了汽輪機(jī)的繼續(xù)發(fā)展。除了汽機(jī)、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(jī)向更高參數(shù)的迅猛發(fā)展進(jìn)入了暫時(shí)的停滯狀態(tài)。參數(shù)為100～110巴、480～500℃的前置式機(jī)組多數(shù)由Leuna、Schkopau公司建造。蒸汽壓力參數(shù)停滯在經(jīng)實(shí)踐證明是可靠的100巴的水平上。當(dāng)時(shí)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(jì)以來，汽輪機(jī)的發(fā)展就是在不斷提高安全可靠性、耐用性和保證運(yùn)行方便的基礎(chǔ)上，增大單機(jī)功率和提高裝置的熱經(jīng)濟(jì)性。

到1937年汽輪機(jī)的總功率足達(dá)4000000千瓦，這些機(jī)組共生產(chǎn)了140億千瓦？小時(shí)的電能。60 %的汽輪機(jī)功率在10～20000千瓦之間；其中絕大部分的新汽輪的壓力達(dá)到25atu（計(jì)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(dòng)式汽輪機(jī)軸流式，占絕大多數(shù)，汽輪機(jī)的利用率和運(yùn)行時(shí)間不斷提高[2]。

三、二次世界大戰(zhàn)后汽輪機(jī)的發(fā)展

經(jīng)濟(jì)衰退和第二次世界大戰(zhàn)期間，使汽輪機(jī)單機(jī)功率的增大處于停頓狀態(tài)。50年代，隨著戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力需求突飛猛進(jìn)，單機(jī)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(jī)；60年代制成了1000兆瓦汽輪機(jī)；70年代，制成了1300兆瓦汽輪機(jī)?，F(xiàn)在許多國家常用的單機(jī)功率為300～600兆瓦。1982年蘇聯(lián)首臺120萬千瓦單軸汽輪機(jī)正式于科斯羅馬國營區(qū)域發(fā)電站投運(yùn)，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(jī)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(diǎn)的大功率機(jī)組的發(fā)展出現(xiàn)了爭議，發(fā)展的重點(diǎn)回歸到現(xiàn)存各類典型機(jī)組的完善化工作上去了，即致為于提高汽輪機(jī)的可用率和運(yùn)行靈活性。到目前為止，76年以后世界上投運(yùn)的汽輪機(jī)組 （不包括蘇聯(lián)的120萬千瓦單軸機(jī)組），從機(jī)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(jī)組的基本代表。

四、各國汽輪機(jī)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(jī)功率提高所達(dá)到的數(shù)值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了“汽輪機(jī)單機(jī)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(diǎn)的1950年的汽輪機(jī)單機(jī)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的前提下，德國在單機(jī)功率提高方面每次總是領(lǐng)先的。在這個(gè)發(fā)展過程所獲得的經(jīng)驗(yàn)在現(xiàn)今的大型機(jī)組的建造中仍然可供利用，這些經(jīng)驗(yàn)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(jī)功率靠近的。英國是在1962年達(dá)到單機(jī)功率50萬千瓦的功率等級的。雙軸機(jī)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(shí)間方面，德國與法國是近似的。在實(shí)現(xiàn)具有深遠(yuǎn)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(jī)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(jī)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(jī)組。

在美國，符合預(yù)期要求的單機(jī)功率的迅速提高，在1957年就已經(jīng)導(dǎo)致了60赫茲頻率、高轉(zhuǎn)速雙軸結(jié)構(gòu)汽輪機(jī)。美國于1963年實(shí)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(jī)的功率也在繼續(xù)提高，于七十年代末期達(dá)到了88萬千瓦的功率水平。

五、我國汽輪機(jī)發(fā)展?fàn)顩r

我國汽輪機(jī)發(fā)展起步比較晚。1955年上海汽輪機(jī)廠制造出第一臺6MW汽輪機(jī)。1964年哈爾濱汽輪機(jī)廠第一臺100MW機(jī)組在高井電廠投入運(yùn)行；1972年第一臺200MW汽輪機(jī)在朝陽電廠投入運(yùn)行；1974年第一臺300MW機(jī)組在望亭電廠投入運(yùn)行。70年代進(jìn)口了10臺200～320MW機(jī)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(jī)組占到總?cè)萘?0%[4]。

哈爾濱汽輪機(jī)廠1956年建廠，先后設(shè)計(jì)制造了我國第一臺25MW、50MW、100MW和200MW汽輪機(jī)，80年代從美國西屋公司引進(jìn)了300MW和600MW亞臨界汽輪機(jī)的全套設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，于1986年制造成功了我國第一臺600MW汽輪機(jī)，目前自主研制的三缸超臨界600MW汽輪機(jī)已經(jīng)投入生產(chǎn)。東方汽輪機(jī)廠1965年開始興建，1971年制造出第一臺汽輪機(jī)，目前的主力機(jī)型為600MW汽輪機(jī)。目前中國四大動(dòng)力廠以300MW和600MW機(jī)組為主導(dǎo)產(chǎn)品。

六、汽輪機(jī)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(jī)定貨不多。但對于核電站大型全速飽和蒸汽汽輪機(jī)的開發(fā)已付諸實(shí)踐。相信在不久的將來，我國在汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)及工藝實(shí)驗(yàn)方面也會(huì)出現(xiàn)具有世界先進(jìn)水平的開發(fā)中心。哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的我國首臺60萬千瓦汽輪機(jī)的出廠具有重要的意義，它預(yù)示了我國將在很短的時(shí)間內(nèi)制造出更大功率等級的汽輪機(jī)，即加入世界先進(jìn)汽輪機(jī)生產(chǎn)國的行列。

參考文獻(xiàn)

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

[2]陸延昌.大力發(fā)展超臨界機(jī)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(jī)[J].Modern Power Systems，1997（6）.

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