中國(guó)汽輪機(jī)技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)析

王福艷

摘 要：闡述了汽輪機(jī)的技術(shù)原理，分析了汽輪機(jī)技術(shù)發(fā)展的歷程和展望，為我國(guó)汽輪機(jī)事業(yè)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；技術(shù)現(xiàn)狀；技術(shù)發(fā)展

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

0 引言

電力行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支撐，作為生產(chǎn)發(fā)電設(shè)備主機(jī)之一的汽輪機(jī)制造業(yè)的發(fā)展水平是國(guó)家綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)之一， 也是科學(xué)技術(shù)的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。作為生產(chǎn)力的重要設(shè)備，汽輪機(jī)在作業(yè)經(jīng)常出現(xiàn)各種故障，給行業(yè)帶來(lái)不少危害和不便，通過(guò)研究汽輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展情況，積極提升我國(guó)的汽輪機(jī)發(fā)展技術(shù)，創(chuàng)新改革。

1 技術(shù)原理

汽輪機(jī)是把蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，也就是說(shuō)，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)后，通過(guò)相關(guān)機(jī)械配置，動(dòng)葉，將熱能轉(zhuǎn)化為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能。轉(zhuǎn)換方式不同，汽輪機(jī)的種類也各種，如按用途分電站汽輪機(jī)、船用汽輪機(jī)，按熱力性質(zhì)可分凝汽式、供熱式。

2 我國(guó)汽輪機(jī)制造業(yè)的發(fā)展史

（1）體系的建立。國(guó)際上第一臺(tái)汽輪機(jī)產(chǎn)生于19世紀(jì)，是單級(jí)沖動(dòng)式，第二臺(tái)便是單級(jí)反動(dòng)式。雖然無(wú)法與現(xiàn)在的汽輪機(jī)相比，可是汽輪機(jī)的鼻祖，也推動(dòng)了汽輪機(jī)技術(shù)的大力發(fā)展和應(yīng)用。1955年我國(guó)的第一臺(tái)汽輪機(jī)，由上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)。這也是中國(guó)第一家汽輪機(jī)制造廠，成立于1953。而后國(guó)家又分別建立了哈爾濱汽輪機(jī)廠，北京重型電機(jī)廠及東方汽輪機(jī)廠，先后又建立了8個(gè)汽輪機(jī)制造廠。汽輪機(jī)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(jí)以及中高壓等四個(gè)參數(shù)等級(jí)的汽輪機(jī)，這是我們國(guó)家汽輪機(jī)技術(shù)的巨大進(jìn)步，先后開(kāi)發(fā)了各種功率等級(jí)的火電、核電、工業(yè)汽輪機(jī)產(chǎn)品系列。在60年代后期還開(kāi)發(fā)了三大種功率的中間熱機(jī)型。這些組機(jī)填補(bǔ)汽輪機(jī)型號(hào)的空白，抽汽壓力在0.118Mpa～ 4.4MPa范圍內(nèi)的單抽汽或雙抽汽供熱、背壓、抽背式6MW～ 50MW汽輪機(jī)產(chǎn)品系列。

企業(yè)大規(guī)模建立產(chǎn)品研究機(jī)構(gòu)，像自控實(shí)驗(yàn)室、疲勞實(shí)驗(yàn)室、空動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)等，并成立了研究所和研發(fā)中心，形成中國(guó)汽輪機(jī)技術(shù)發(fā)展框架。

（2）技術(shù)引進(jìn)發(fā)展階段 。從八十年代起，中國(guó)汽輪機(jī)制造業(yè)開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外大功率、高性能的先進(jìn)結(jié)束， 在設(shè)計(jì)、研究、工藝等水平上了一個(gè)臺(tái)階，也為我國(guó)自主研發(fā)具有世界先進(jìn)水平的產(chǎn)品體系邁出成功的第一步。1981年引進(jìn)美國(guó)300MW和600MWde汽輪機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)，我們通過(guò)培訓(xùn)技術(shù)，實(shí)踐，于1985制造出我國(guó)首臺(tái)310MW機(jī)組，并于1991年在秦山核電站運(yùn)行。到2002年哈爾濱汽輪機(jī)廠與西屋公司合作制造出我國(guó)首臺(tái)650MW核電機(jī)組。

（3）技術(shù)全面優(yōu)化?！捌呶濉逼陂g我國(guó)的設(shè)計(jì)研究所和高校聯(lián)合研究汽輪機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)方法，轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)，葉片自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)等一系列高尖端技術(shù)。“八五”期間又完成了“優(yōu)化汽輪機(jī)研制”項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)性提高3%，可靠性和自動(dòng)化水平都有長(zhǎng)足進(jìn)展，有限元方法CAE技術(shù)引進(jìn)技術(shù)，全三元葉片設(shè)計(jì)方法，抗腐蝕抗蠕變性能強(qiáng)的材料，等設(shè)計(jì)、材料、制造工藝，性能達(dá)到國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平。

3 我國(guó)汽輪機(jī)技術(shù)水品現(xiàn)狀和展望

我國(guó)在超高壓、亞臨界的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到國(guó)際同類機(jī)組的水平， 新機(jī)型300MW～ 600MW的產(chǎn)化率達(dá)到95%以上。這些機(jī)型的保證熱耗也達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，等效可用系數(shù)到2001年達(dá)到99.73%。300MW機(jī)組以及600MW機(jī)組都發(fā)展成功，也就把發(fā)展1000MW級(jí)機(jī)組設(shè)定為發(fā)展目標(biāo)。大機(jī)組技術(shù)是發(fā)展的必然趨勢(shì)，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(duì)于1000MW汽輪機(jī)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，雙軸比單軸更容易。當(dāng)代技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是發(fā)展更長(zhǎng)葉片，增大單軸4缸結(jié)構(gòu)的機(jī)組的單機(jī)容量，一個(gè) 1200mm，1400mm 長(zhǎng)葉片的低壓缸可替代原有的790，930mm長(zhǎng)葉片構(gòu)成的2個(gè)低壓缸。超臨界蒸汽采用的普遍參數(shù)是24.2Mpa/538℃ /566℃。國(guó)外一直在研究技術(shù)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(yīng)用熱不銹鋼，調(diào)節(jié)葉片強(qiáng)度振動(dòng)驗(yàn)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(huì)使機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)明顯提高，機(jī)組容量明顯增大，同時(shí)系統(tǒng)及布置復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)分析，分階段的堅(jiān)持不懈實(shí)驗(yàn)，為超臨界大功率汽輪機(jī)的發(fā)展推進(jìn)努力。

這是科學(xué)實(shí)驗(yàn)和開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品的更新?lián)Q代的趨勢(shì)和責(zé)任。熱電聯(lián)供汽輪機(jī)能顯著降低凝汽損失，使汽輪機(jī)的排氣熱能用于生產(chǎn)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(hù)，可謂優(yōu)勢(shì)很明顯。

近幾年熱電聯(lián)供200MW、300MW汽輪機(jī)得到大力發(fā)展， 大型供熱機(jī)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(diǎn)是300MW、600MW級(jí)，并同步發(fā)展電站汽輪機(jī)，中小型熱電聯(lián)供汽輪機(jī)也改進(jìn)和提高技術(shù)，完善和發(fā)展125MW、200MW級(jí)的熱電聯(lián)供汽輪機(jī)更好的滿足用戶需求。

核電是安全綠色能源，在我國(guó)所占比重也逐漸增大，如秦山、大亞灣3套核電機(jī)組。核電的發(fā)展離不開(kāi)汽輪機(jī)的發(fā)展，在火電站汽輪機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)。我國(guó)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(jī)的基本特點(diǎn)，核電站汽輪機(jī)的整個(gè)高壓缸處于高壓濕蒸汽中工作，提高末幾級(jí)動(dòng)葉的壽命和提高機(jī)組效率。核電站建設(shè)投資約為火電站的2倍以上，但是運(yùn)行費(fèi)用是火電的1/4甚至更小，這就決定了核電站汽輪機(jī)應(yīng)用大功率機(jī)組并承擔(dān)基本負(fù)荷，我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展和開(kāi)發(fā)600MW以及1000MW的核電汽輪機(jī)，技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化，成本不斷降低，不同國(guó)家的電網(wǎng)周波不同，采用的全速或者半速的汽輪機(jī)不同，全速比半速輕30%～40% ，但是機(jī)組功率受到汽缸數(shù)目和加工條件的限制。我國(guó)發(fā)展核電1000MW級(jí)汽輪機(jī)，引進(jìn)技術(shù)較為成熟的半速機(jī)組，采用全速機(jī)組有利于降低價(jià)錢，也有利于機(jī)組大件運(yùn)輸，促進(jìn)核電事業(yè)的發(fā)展。

我國(guó)汽輪機(jī)走過(guò)了六十多年的光輝歷程，為電力事業(yè)做出巨大貢獻(xiàn)，要繼續(xù)發(fā)揚(yáng)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新，加大投入，建立自主的研發(fā)系統(tǒng)。發(fā)展市場(chǎng)要求的高參數(shù)，高效率，高可靠性低維護(hù)性的各種產(chǎn)品，為我國(guó)汽輪機(jī)事業(yè)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。