我國汽輪機產品的新進展與發(fā)展方向

史進淵，陽 虹，張宏濤，方 宇，李 軍，王寶來

(1． 上海發(fā)電設備成套設計研究院有限責任公司， 上海 200240； 2． 上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠， 上海 200240； 3． 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司， 哈爾濱 150046； 4． 東方電氣集團東方汽輪機有限公司， 四川德陽 618000； 5． 西安交通大學 能源與動力工程學院， 西安 710049； 6．杭州汽輪機股份有限公司， 杭州 310015)

汽輪機是一種將高溫高壓蒸汽的熱能轉換為機械功的旋轉式動力機械，應用廣泛。從1883年瑞典工程師拉瓦爾(Laval)創(chuàng)造出第1臺功率為3.7 kW(即5 馬力)的軸流單級沖動式汽輪機起，國外汽輪機發(fā)展歷史已有138 a[1]。而國內汽輪機發(fā)展歷史已有66 a，1955年我國制造出第1臺6 MW汽輪機[2]。進入21世紀，我國汽輪機產品快速發(fā)展[3]?；谖覈茉唇Y構特點，汽輪機是21世紀乃至更長時期內我國能源高效轉換和潔凈利用系統(tǒng)的核心動力裝備。過去10年，在國家政策引導和市場需求推動下，通過產學研用合作，我國汽輪機在高參數(shù)、大容量、高效率等方面取得了一系列新進展[4]。我國火電、核電和工業(yè)汽輪機均有新的發(fā)展，提升了高參數(shù)火電汽輪機、大功率核電汽輪機以及高效率工業(yè)汽輪機的自主化設計、國產化制造和批量化生產的能力。筆者回顧總結了過去10年我國汽輪機產品的重要進展，對于確定下一步我國汽輪機發(fā)展方向具有重要意義。

1 國外汽輪機技術的研究進展

1.1 國外700 ℃汽輪機

1998年，歐盟啟動了為期17 a的“Thermie AD700計劃(1998-2014)”[4]?！癟hermie AD700計劃”的目標是研制下一代超超臨界機組，使其進汽參數(shù)達到37.5 MPa/700 ℃/700 ℃，發(fā)電效率達到52%～55%。其中汽輪機采用二次再熱，由超高壓缸、高壓缸、中壓缸和低壓缸組成。由于面臨鎳基合金大型鑄鍛件制造和焊接等技術難題，歐盟700 ℃汽輪機研制工作尚未完成。美國能源部于2000年啟動了Vision21計劃[4]，該計劃的目標是15 a后(即2025年)汽輪機的進汽參數(shù)達到35 MPa/760 ℃/760 ℃。日本推出“涼爽地球-能源創(chuàng)新技術計劃”[4]，開展700 ℃等級先進超超臨界壓力發(fā)電(A-USC)技術研究。

1.2 國外1 720 MW和1 650 MW級核電汽輪機

芬蘭奧基陸托(Olkiluoto)3號機組是2005年開工建設的世界上第1臺EPR(Evolutionary Power Reactors)第三代核電機組，核電汽輪機由西門子公司制造[4]，其額定功率為1 720 MW，采用單軸四缸六排汽，轉速為1 500 r/min，為反動式汽輪機。作為最早開工的EPR第三代核電首堆，該機組原計劃在2009年初投運，至2019年底拖期已經超過11 a。

法國弗拉芒維爾(Flamanville)3號機組是法國唯一在建的EPR第三代核電機組，是世界上第2臺EPR第三代核電機組，于2007年12月開工建設。核電汽輪機由ALSTOM供貨[4]，其額定功率為1 650 MW，采用Arabelle技術的單軸四缸六排汽，轉速1 500 r/min，為沖動式汽輪機。該機組原計劃在2012年5月投運，到2019年底尚未投入運行，拖期已經超過7 a。

2 高參數(shù)火電汽輪機

2.1 在役臺數(shù)

采用600 ℃一次再熱超超臨界汽輪機、610～620 ℃一次再熱超超臨界汽輪機和610～620 ℃二次再熱超超臨界汽輪機已經成為火電機組降低供電煤耗率的重要技術途徑。截至2019年底，我國生產的600 ℃超超臨界一次再熱90臺1 000 MW級汽輪機和108臺660 MW汽輪機、610～620 ℃超超臨界一次再熱31臺1 000 MW級汽輪機和61臺660 MW汽輪機、610～620 ℃超超臨界二次再熱9臺1 000 MW級汽輪機和6臺660 MW汽輪機先后投入運行。通過投運高參數(shù)火電汽輪機、改造在役汽輪機通流部分及關停小型火電機組，我國火電機組供電煤耗率有所下降，2019年全國火電機組供電煤耗率為307 g/(kW·h)，較2010年(333 g/(kW·h))降低了26 g/(kW·h)。

2.2 技術特點

2010—2019年，我國火電汽輪機的典型技術特點如下：

(1) 從2012年我國起步1 000 MW級二次再熱超超臨界汽輪機的研發(fā)工作[5-6]，主蒸汽溫度由600 ℃提高到615 ℃，再熱蒸汽溫度由600 ℃提高到620 ℃和630 ℃，主蒸汽壓力由25 MPa提高到一次再熱機組的28 MPa和二次再熱機組的35 MPa。

(2) 列為國家“十二五”節(jié)能減排國家重大科技支撐計劃項目的國電泰州發(fā)電有限公司(以下簡稱泰州)二期工程3號機組是全球首臺超超臨界二次再熱1 000 MW汽輪機，已在2015年9月25日投產，其進汽參數(shù)為31 MPa/600 ℃/610 ℃/610 ℃，采用單軸五缸四排汽。2018年我國超超臨界1 000 MW機組年運行加權的供電煤耗率為282.81 g/(kW·h)，其中華能萊蕪發(fā)電有限公司(以下簡稱萊蕪)進汽參數(shù)為31 MPa/600 ℃/620 ℃/620 ℃的1 000 MW機組煤耗的全年供電煤耗率最低，達到270.1 g/(kW·h)。

(3) 全球單軸功率最大的28 MPa/600 ℃/620 ℃超超臨界一次再熱1 240 MW汽輪機采用五缸六排汽，已于2020年7月7日在廣東華廈陽西電廠(以下簡稱陽西)投運。

(4) 全球最大的熱電聯(lián)供機組是進汽參數(shù)為28 MPa/600 ℃/620 ℃的1 000 MW濕冷一次再熱超超臨界汽輪機，于2018年6月22日在天津國投津能發(fā)電有限公司(以下簡稱北疆)投入運行。這2臺國產機組日產30萬噸淡化的海水，純凝工況下煤耗率降至263.3 g/(kW·h)，兼顧供應1 000 t/h采暖用汽和1 400 t/h工業(yè)用汽，全年平均熱效率提高到65.6%。

(5) 自主設計制造出參數(shù)最高、容量系列完整的超超臨界一次再熱660～1 100 MW直接空冷和間接空冷汽輪機。

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(6) 全球首臺雙機回熱超超臨界一次再熱、單軸四缸四排汽1 000 MW汽輪機以及抽汽背壓小汽輪機于2018年11月9日在廣東陸豐甲湖灣電廠(以下簡稱甲湖灣)成功投運。

(7) 全球首臺高低位布置的超超臨界二次再熱1 350 MW雙軸汽輪機于2020年12月16日在安徽淮北平山電廠并網(wǎng)發(fā)電。安裝該汽輪機的安徽淮北平山電廠二期(以下簡稱平山)在2015年被國家能源局列為國家煤電示范工程，于2018年3月30日開工建設。該汽輪機采用七缸六排汽，進汽參數(shù)為32.5 MPa/610 ℃/630 ℃/623 ℃，為高低位雙軸布置。其中1個單流超高壓缸和1個單流高壓缸為高位布置，2個雙流中壓缸和3個雙流低壓缸低位布置在傳統(tǒng)的汽輪機平臺上，可以減少主蒸汽管道、一次再熱蒸汽管道和一次冷再熱蒸汽管道的長度。與常規(guī)超超臨界一次再熱1 000 MW機組相比，該汽輪機設計熱耗率下降約453 kJ/(kW·h)。

(8) 全球首臺全高位布置超超臨界一次再熱660 MW汽輪機于2020年12月23日在陜西國華錦界能源有限責任公司(以下簡稱錦界)投產。該汽輪機為直接空冷汽輪機，進汽參數(shù)為28 MPa/600 ℃/620 ℃，采用三缸兩排汽和整機高位布置，高壓缸、中壓缸和低壓缸均布置在65 m汽輪機運轉平臺上，減少了四大管道長度。汽輪機基礎采用彈簧隔振基礎，取消了排汽裝置，排汽缸與空冷島直接連接。該汽輪機全高位布置，為700 ℃汽輪機鎳基合金高溫蒸汽管道的設計提供了工程經驗。

(9) 全球最長軸系、超低背壓的超超臨界二次再熱1 000 MW汽輪機于2020年11月11日在大唐東營發(fā)電公司(以下簡稱東營)投運。該汽輪機為全球首臺單軸六缸六排汽的汽輪機，設計背壓為2.9 kPa，排汽體積流量大幅增加。若采用常規(guī)的五缸四排汽方案，則背壓為4.5 kPa時末級葉片已處于阻塞狀態(tài)，需增大排汽面積。為了匹配2.9 kPa的超低背壓，采用具有3個低壓缸的六排汽方案，旨在更好地利用超低背壓。與五缸四排汽方案相比，該方案的熱耗率可降低44 kJ/(kW·h)左右。該汽輪機采用1個超高壓缸、1個高壓缸、1個中壓缸和3個低壓缸的串聯(lián)布置方式，汽輪機組軸系全長59.50 m，總質量約為456.99 t。國際運行經驗表明，單軸汽輪機的汽缸數(shù)目不應超過5[7]，因此單軸六缸汽輪機的設計和使用面臨很大困難。我國單軸六缸六排汽汽輪機的研制和應用已突破了國際上單軸汽輪機汽缸數(shù)目的上限。

(10) 全球首臺常規(guī)布置630 ℃超超臨界二次再熱1 000 MW汽輪機預計于2021年在大唐鄆城發(fā)電有限公司(以下簡稱大唐鄆城)并網(wǎng)發(fā)電。該汽輪機進汽參數(shù)為35 MPa/615 ℃/630 ℃/630 ℃，采用單軸五缸四排汽和低背壓(4.0～4.1 kPa)技術，末級葉片葉高為1 450 mm。

3 1 000～1 755 MW核電汽輪機

到2019年6月底，我國有47臺核電汽輪機投入運行，居世界第三；有11臺核電汽輪機在安裝，居世界第一[8]。

3.1 東汽1 000 MW級核電汽輪機

由東方電氣集團東方汽輪機有限公司(以下簡稱東汽)生產的1 000 MW級核電汽輪機為半轉速、單軸、沖動式汽輪機，采用高中壓合缸、2個雙流低壓缸的三缸四排汽結構[9]。其中，高中壓模塊為合缸結構，高壓通流部分有9級，中壓通流部分有4級，高中壓13級動葉片都是自帶冠的叉形葉根。高中壓轉子為焊接轉子，采用4段3焊縫。低壓模塊有2個低壓缸，低壓通流部分有2×2×5=20級，采用雙流對稱布置，低壓排汽面積為74.2 m2。低壓轉子為焊接轉子，采用10段9焊縫，2根低壓轉子可以互換。東汽生產的大功率核電汽輪機還有“華龍一號”第三代核電技術壓水堆核電站1 160 MW(福建福清核電有限公司(以下簡稱福清)5號和6號)與1 200 MW(寧德5號和6號)半速核電汽輪機，以及CAP1400第三代核電技術壓水堆核電站1 500 MW半速核電汽輪機。其中,“華龍一號”配套汽輪機采用三缸四排汽；CAP1400第三代核電技術壓水堆核電站配套汽輪機采用四缸六排汽，高中壓模塊同樣采用高中壓合缸結構，低壓模塊采用東汽全新研發(fā)的1 828 mm末級長葉片，配套6段5焊縫結構的空心焊接轉子，單根低壓轉子長達13 m，質量為283 t。

由東汽生產的廣東嶺東核電有限公司(以下簡稱嶺澳)3號和4號、福建寧德核電有限公司(以下簡稱寧德)1號～4號、遼寧紅沿河核電有限公司(以下簡稱紅沿河)1號～4號、方家山核電站1號和2號以及福清1號～4號等CPR1000壓水堆核電站1 000 MW半速核電汽輪機已經投入運行?！叭A龍一號”全球首堆示范項目的福清5號機組已于2021年1月30日投運。

3.2 上汽1 000 MW級核電汽輪機

由上海電氣電站設備有限公司上海汽輪機廠(以下簡稱上汽)生產的1 000 MW級核電汽輪機為半轉速、單軸、反動式汽輪機，采用1個雙流高壓缸、2個雙流低壓缸的三缸四排汽結構[10]。其中，高壓通流部分有2×14=28級。高壓轉子為整鍛轉子，低壓轉子為套裝轉子。低壓模塊有2個低壓缸，低壓通流部分有2×2×10=40級，采用雙流非對稱布置。低壓排汽面積為80 m2。高壓汽缸與低壓汽缸均采用雙層缸結構。

由上汽生產的陽江核電有限公司(以下簡稱陽江)1號～4號以及廣西防城港核電有限公司(以下簡稱防城港)1號和2號等CPR1000壓水堆核電站1 000 MW級半速核電汽輪機已經投入運行。上汽生產的1 000 MW級核電汽輪機還有“華龍一號”第三代核電技術壓水堆核電站1 187 MW半速核電汽輪機(防城港3號和4號)與巴基斯坦K2和K3“華龍一號”1 000 MW級半速核電汽輪機。

3.3 哈汽1 000 MW級核電汽輪機

由哈爾濱汽輪機廠有限責任公司(以下簡稱哈汽)生產的1 000 MW級核電汽輪機為半轉速、單軸、反動式汽輪機，采用1個雙流高壓缸、3個雙流低壓缸的四缸六排汽結構[11]。其中，高壓通流部分有2×10=20級。高壓轉子為整鍛轉子，低壓轉子采用無中心孔整鍛轉子。低壓通流部分有3×2×10=60級，低壓葉片采用全三維設計、反動式葉片、整體圍帶和樅樹型葉根，低壓排汽面積為106.2 m2。高壓汽缸采用外缸與隔板套(內缸)雙層缸結構，低壓汽缸采用三層缸結構(低壓外缸、低壓內缸和低壓蒸汽室)。

由哈汽生產的中核集團三門核電有限公司(以下簡稱三門)1號和2號、山東核電有限公司1號和2號AP1000第三代核電技術壓水堆核電站的1 250 MW半速核電汽輪機以及江蘇田灣核電有限公司(以下簡稱田灣)VVER-1000(Vodo-Vodynaoi Energetichesky Reactor-1000)壓水堆核電站1 125 MW(3號和4號)半速核電汽輪機已經投入運行。哈汽生產的1 000 MW級核電汽輪機還有海南核電有限公司二期壓水堆核電站“華龍一號”1 197 MW半速核電汽輪機。

3.4 第三代和第四代核電汽輪機

由東汽生產的世界上在役單機容量最大的汽輪機于2018年在臺山核電合營有限公司(以下簡稱臺山)投入商業(yè)運行。臺山1號機組是世界上首臺實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電的EPR第三代核電機組，汽輪機單機容量為1 755 MW，采用四缸六排汽，轉速1 500 r/min，為沖動式汽輪機，末級葉高為1 430 mm。臺山1號機組于2009年開工建設，2號機組于2010年開工建設。臺山1號、2號機組分別是繼2005年開工的芬蘭奧基陸托3號機組、2007年開工的法國弗拉芒維爾3號機組后，全球第三和第四臺開工建設的EPR第三代核電機組。在2018年6月29日，臺山核電1號1 755 MW汽輪機首次并網(wǎng)發(fā)電成功，于2018年12月13日投入運行。

華能山東石島灣核電有限公司(以下簡稱石島灣)核電站是我國第四代核電技術首個高溫氣冷堆示范工程。該核電站汽輪機的進汽參數(shù)為13.24 MPa/566 ℃，額定功率為211.9 MW，轉速為3 000 r/min，額定背壓為4.5 kPa。汽輪機由1個單流高壓缸和1個雙流低壓缸組成，高壓缸有21級，低壓缸有2×7=14級，末級葉高為1 050 mm。由于高壓缸的排汽仍為過熱蒸汽，汽輪機沒有配置汽水分離再熱器(MSR)。該汽輪機于2017年4月完成安裝工作,預計2021年并網(wǎng)發(fā)電。

4 工業(yè)汽輪機

根據(jù)用途，工業(yè)汽輪機可以分為工業(yè)驅動用汽輪機和工業(yè)發(fā)電用汽輪機。

4.1 工業(yè)驅動用汽輪機

近幾年來，我國工業(yè)驅動用汽輪機技術發(fā)展迅速，已應用于化工、冶金、電站給水泵和核電等領域，形成了一系列新產品，典型產品見表1。杭州汽輪機股份有限公司(以下簡稱杭汽)研制的全球最大150萬t/a超大型乙烯裝置用90 MW工業(yè)汽輪機(乙烯三機)，于2020年1月2日在恒力石化(大連)有限公司(以下簡稱恒力石化)投運。

4.2 工業(yè)發(fā)電用汽輪機

工業(yè)發(fā)電用汽輪機發(fā)展的技術特點體現(xiàn)在一次再熱技術在小功率汽輪機上應用和參數(shù)提高2個方面。2011年之前，我國100 MW以下汽輪機均采用非再熱型式，2012年東汽在我國首次推出65 MW一次再熱機型，該型號汽輪機熱耗率可降低7%，為小功率汽輪機采用再熱型式提供了工程實踐經驗。在此基礎上，陸續(xù)研制出25～135 MW一系列再熱汽輪機。與沒有再熱的25 MW汽輪機相比，進汽參數(shù)為6.3 MPa/445 ℃/425 ℃的25 MW濕冷一次再熱垃圾發(fā)電用汽輪機的熱耗率下降370 kJ/(kW·h)。進汽參數(shù)為13.2 MPa/566 ℃/566 ℃的30～50 MW濕冷一次再熱發(fā)電用汽輪機的熱耗率比非再熱50 MW機組約低10%。這些工業(yè)發(fā)電用汽輪機廣泛應用于鋼廠余熱利用、垃圾發(fā)電和太陽能光熱發(fā)電等領域，有效提高了發(fā)電效率及能源利用率，典型產品見表2。

表1 典型工業(yè)驅動用汽輪機新產品

表2 典型工業(yè)發(fā)電用再熱汽輪機新產品

5 汽輪機參數(shù)與功率

新型大容量電站汽輪機主要包括火電濕冷一次再熱超超臨界汽輪機、火電濕冷二次再熱超超臨界汽輪機、火電空冷超超臨界汽輪機與核電汽輪機。2010年以來，我國大功率電站汽輪機的參數(shù)與功率有所提高，創(chuàng)造了多項全球第一，按照投入運行或并網(wǎng)發(fā)電的時間順序，圖1給出國內外汽輪機功率的

圖1 國內外汽輪機功率的增長示意圖

增長趨勢。表3給出了典型汽輪機的參數(shù)和功率。其中,田集指的是淮滬電力有限公司田集第二發(fā)電廠;萬州指的是重慶神華萬州電廠;安源指的是華能安源發(fā)電有限責任公司;農六師指的是新疆農六師煤電有限公司;哈密指的是國電哈密煤電開發(fā)有限公司;托克托指的是大唐國際托克托發(fā)電有限責任公司;寧東指的是國華寧東發(fā)電有限公司;趙石畔指的是陜能趙石畔煤電有限公司雷龍灣電廠;橫山指的是陜西橫山發(fā)電有限責任公司;鴛鴦湖指的是神華國能寧夏鴛鴦湖發(fā)電有限公司。我國火電汽輪機單軸最大功率達到1 240 MW，雙軸最大功率達到1 350 MW，而核電汽輪機最大功率達到1 755 MW。

表3 典型電站汽輪機的參數(shù)和功率

6 末級長葉片

采用更長末級葉片是降低末級排汽損失、增加末級排汽面積、提高末級出力和做功能力的重要技術手段，可以減少大功率汽輪機的低壓缸數(shù)量，從而降低汽輪機造價?？绽?60 MW超超臨界汽輪機采用葉高為863 mm、910 mm和1 100 mm的末級葉片，可采用1個低壓缸。

我國汽輪機長葉片設計體系建立在理論計算及大量試驗研究的基礎上，通過工程驗證，形成了氣動熱力設計方法、強度與振動設計準則及軟件、制造安裝工藝規(guī)范、質量控制規(guī)范和實物試驗驗證規(guī)范。在氣動、強度和材料學科的帶動下，我國自主研制出具有國際先進水平的超長末級葉片和低壓模塊，典型末級長葉片的葉高見表4。國內低壓長葉片按照避開50 Hz濕冷系列、50 Hz空冷系列及核電半速25 Hz系列開發(fā)，均采用成熟和先進的長葉片開發(fā)技術以及適用相應標準的材料。

表4 典型汽輪機末級長葉片的葉高

7 汽輪機發(fā)展方向

7.1 發(fā)電效率50%以上機組的汽輪機

7.1.1 650 ℃汽輪機

汽輪機的進汽參數(shù)初步確定為35 MPa/630 ℃/650 ℃/650 ℃，為二次再熱1 000 MW汽輪機。已有訂貨的二次再熱630 ℃汽輪機，其機組發(fā)電效率達到50%的前提是采用低背壓(4.0～4.1 kPa)技術。二次再熱650 ℃汽輪機機組發(fā)電效率達到50%時設計為常規(guī)背壓4.9 kPa。由于650 ℃汽輪機的進汽參數(shù)較高，在相同背壓下，其熱耗率較630 ℃汽輪機更低，機組發(fā)電效率超過50%。

工作溫度為650 ℃的超高壓內缸、高壓內缸、中壓內缸、超高壓閥殼、高壓閥殼和中壓閥殼等大型鑄件材料擬采用鎳基合金或馬氏體耐熱鋼。超高壓轉子、高壓轉子和中壓轉子擬采用焊接轉子結構，高溫段擬采用鎳基合金，非高溫段采用9%～12%Cr鋼。

7.1.2 700 ℃汽輪機

700 ℃汽輪機的進汽參數(shù)初步擬定為35～38 MPa/700 ℃/720 ℃，為一次再熱或二次再熱700～1 000 MW汽輪機。機組發(fā)電效率為52%～55%，采用深海海水冷卻的超低背壓機組發(fā)電效率可達55%，內陸地區(qū)采用冷卻塔方式冷卻的機組發(fā)電效率可達52%。700 ℃汽輪機的超高壓轉子、高壓轉子和中壓轉子均采用焊接轉子結構，高溫段采用鎳基合金，大型鑄件也采用鎳基合金。

降低鎳基合金高溫管道費用是決定700 ℃汽輪機能否產業(yè)化的關鍵因素之一。技術經濟性分析表明，700 ℃汽輪機示范工程中采用一次再熱、三缸兩排汽的700 MW汽輪機以及全高位布置可以大幅度降低鎳基材料的消耗，提高700 ℃汽輪機的性價比。整臺汽輪機組全高位布置可以大幅度減少主蒸汽管道和一次再熱蒸汽管道的長度，降低其成本，與在役超超臨界機組相比，考慮參數(shù)提高、高位布置管道使壓損減少以及雙機回熱系統(tǒng)等因素，汽輪機的熱耗率降幅超過5%。

7.2 1 900～2 200 MW核電汽輪機

7.2.1 CAP1700半速核電汽輪機(1 900 MW)

CAP1700半速核電汽輪機的主蒸汽參數(shù)為5.52～5.92 MPa/270～274.7 ℃，主蒸汽濕度為0.36%～0.45%，額定功率為1 900 MW，轉速為1 500 r/min，主蒸汽質量流量為10 037～10 260 t/h，背壓為3～7 kPa?？傮w方案為單軸四缸六排汽或單軸五缸八排汽。采用焊接轉子或整鍛轉子，根據(jù)背壓的不同，采用1 710～2 100 mm末級長葉片。

7.2.2 CAP1900半速核電汽輪機(2 100～2 200 MW)

CAP1900半速核電汽輪機的主蒸汽參數(shù)為5.52～5.92 MPa/270～274.7 ℃，主蒸汽濕度為0.36%～0.45%，額定功率為 2 100～2 200 MW，轉速為1 500 r/min，主蒸汽質量流量為11 094～11 880 t/h，背壓為3～7 kPa?？傮w方案為單軸四缸六排汽或單軸五缸八排汽。采用焊接轉子或整鍛轉子，根據(jù)背壓的不同，采用2 200～2 300 mm末級長葉片。

7.3 全速和半速長葉片

7.3.1 全速1 450～1 550 mm長葉片

全速濕冷鈦合金1 450～1 550 mm末級長葉片采用鈦合金材料TC4，設計排汽面積為16.17 m2，適用于超超臨界二次再熱兩排汽660 MW汽輪機、參數(shù)更高的聯(lián)合循環(huán)汽輪機、低背壓四排汽1 000 MW汽輪機以及4.9 kPa常規(guī)背壓四排汽1 200～1 300 MW汽輪機。國內汽輪機制造企業(yè)已經完成1 500～1 550 mm鈦合金葉片的氣動設計，根據(jù)加工制造工藝等要求編制了鈦合金長葉片加工制造規(guī)范，可實現(xiàn)此類葉片加工制造的規(guī)范化。國內已完成1 450 mm鈦合金葉片的設計工作、一系列加工工藝試驗研究以及實物葉片的加工制造，2019年7月23日完成實物葉片的調頻試驗工作。1 450 mm鈦合金葉片計劃應用于大唐鄆城或中興電力蓬萊發(fā)電有限公司超超臨界二次再熱1 000 MW發(fā)電機組。

7.3.2 半速2 000～2 300 mm長葉片

2 000～2 100 mm葉片是為CAP1700汽輪機開發(fā)的末級長葉片，排汽面積超過29 m2，適用于六排汽2 000～2 200 MW半速核電汽輪機，也適用于四排汽1 000 MW級半速核電汽輪機。目前2 000 mm末級葉片設計開發(fā)工作已經完成，計劃尋找合適的項目進行?；~片的實機運行驗證。

2 200～2 300 mm葉片是為CAP1900汽輪機開發(fā)的末級長葉片，排汽面積超過32 m2，適用于六排汽2 100～2 200 MW半速核電汽輪機。國內正在開展末級長葉片的氣動、強度、振動和結構設計工作以及加工制造工藝研究，初步具備實物葉片制造條件，下一步需要開展末級長葉片動頻試驗驗證等研究工作。

開發(fā)較大工況變化范圍內高性能、具有良好運行靈活性和高可靠性的末級長葉片的技術難度較大?？紤]全三維氣動性能、流固耦合特性、汽液兩相特性、強度振動特性和整圈連接結構阻尼特性等，末級長葉片多學科、多目標優(yōu)化設計有待深入研究。

8 結 論

(1) 國內汽輪機制造行業(yè)在火電汽輪機單軸最大功率1 240 MW、二次再熱31 MPa/615 ℃/620 ℃/620 ℃、高參數(shù)35 MPa/615 ℃/630 ℃/630 ℃、雙軸高低位布置最大功率1 350 MW、雙機回熱抽汽循環(huán)、熱電聯(lián)產28 MPa/600 ℃/620 ℃的1 000 MW、超低背壓2.9 kPa的六缸六排汽超長軸系等方面，已經取得了具有國際先進水平的新成就。

(2) 第三代核電技術壓水堆核電站采用的1 250 MW半速核電汽輪機和全球功率最大的1 755 MW半速核電汽輪機率先在我國投入運行，第四代核電技術高溫氣冷堆核電站211 MW汽輪機(進汽參數(shù)為13.24 MPa/566 ℃)已經完成電站現(xiàn)場安裝工作。

(3) 全球最大150萬t/a超大型乙烯裝置用90 MW工業(yè)驅動用汽輪機已經投運，新研制的一次再熱25～135 MW工業(yè)發(fā)電用汽輪機廣泛應用于垃圾發(fā)電、太陽能光熱發(fā)電和鋼廠余熱發(fā)電等領域，提高了發(fā)電效率及能源利用率。

(4) 全球現(xiàn)役空冷汽輪機最長末級葉片(長度為1 100 mm)已經投入運行，全速火電汽輪機的鈦合金1 450 mm末級長葉片以及半速核電汽輪機的1 710 mm、1 800 mm、1 828 mm和1 905 mm末級長葉片已經完成葉片動頻調頻試驗，其中1 905 mm末級長葉片成為全球已經制造出的最長末級葉片。

(5) 汽輪機產品未來的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在以下幾個方面：發(fā)電效率50%以上機組的火電汽輪機、1 900～2 200 MW核電汽輪機、全速1 450～1 550 mm和半速2 000～2300 mm長葉片。

致謝：本文研究工作得到了彭澤瑛、豐鎮(zhèn)平、潘家成、李宇峰、侯明軍、吳建中和葉興柱等的大力支持，在此深表謝意。