汽轮机发展史漫谈

今日推荐李春晖 2018-11-22 09:12:30
    一、汽轮机早期发展
    汽轮机是一种以蒸汽为动力,并将蒸汽的热能转化为机械功的旋转机械,是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机。1883年瑞典工程师拉瓦尔设计制造出了第一台单级冲动式汽轮机,随后在1884年英国工程师帕森斯设计制造了第一台单级反动式汽轮机,被广泛应用在电站、航海和大型工业中[1]。
    随着资本主义工商业的迅速发展,在欧洲和美国许多公司着手制造汽轮机。由于大型电厂开始了发展而汽轮机的特点又适应这种发展的要求,于是汽轮机存在着大量的市场需求;同时不可避免地要求汽轮机能有更大的机组功率。1900~1905年,汽轮机功率在200~3000千瓦之间,以1000~1500转/ 分的转速运行。
    且无一例外地为轴流式汽轮机。发展到1916年,汽轮机功率达到50000千瓦(A E G公司造)其转速为1000转/分。当时,转速为1500转/ 分的汽轮机功率大约为20000千瓦,转速为3000转/ 分的汽轮机其功率大约为10000千瓦。
    二、一次世界大战后汽轮机的发展情况
    汽轮机的蒸汽参数的不断提高,促进了汽轮机的继续发展。除了汽机、锅炉效率及热循环效率的改善之外,还有热降的增大,都使热耗减小了。所有这些,都依赖于新汽轮参数的提高。到1925 /26年间,汽压力值提高到了大约25巴的平均水平,而温度提325~375℃。1930年后,汽轮机向更高参数的迅猛发展进入了暂时的停滞状态。参数为100~110巴、480~500℃的前置式机组多数由Leuna、Schkopau公司建造。蒸汽压力参数停滞在经实践证明是可靠的100巴的水平上。当时所用的材料承受不了较高的蒸汽参数,特别是温度。
    19世纪以来,汽轮机的发展就是在不断提高安全可靠性、耐用性和保证运行方便的基础上,增大单机功率和提高装置的热经济性。
    到1937年汽轮机的总功率足达4000000千瓦,这些机组共生产了140亿千瓦?小时的电能。60 %的汽轮机功率在10~20000千瓦之间;其中绝大部分的新汽轮的压力达到25atu(计示大气压) (65%);蒸汽的高温、高压等级情况发生了变化;特别是冲动式汽轮机轴流式,占绝大多数,汽轮机的利用率和运行时间不断提高[2]。
    三、二次世界大战后汽轮机的发展
    经济衰退和第二次世界大战期间,使汽轮机单机功率的增大处于停顿状态。50年代,随着战后经济发展,电力需求突飞猛进,单机功率又开始不断增大,陆续出现了325~600兆瓦的大型汽轮机;60年代制成了1000兆瓦汽轮机;70年代,制成了1300兆瓦汽轮机。现在许多国家常用的单机功率为300~600兆瓦。1982年苏联首台120万千瓦单轴汽轮机正式于科斯罗马国营区域发电站投运,它不但是苏联、而且也是世界上到目前为止的最大功率单轴机组[3]。
    自七十年代中期以后对以二次再热超临界参数为特点的大功率机组的发展出现了争议,发展的重点回归到现存各类典型机组的完善化工作上去了,即致为于提高汽轮机的可用率和运行灵活性。到目前为止,76年以后世界上投运的汽轮机组 (不包括苏联的120万千瓦单轴机组),从机组的功率等级和典型性上看,都已成为76年前历史资料所记载的各类机组的基本代表。
    四、各国汽轮机发展的一般情况及各公司的典型产品
    二次大战后汽轮机功率提高所达到的数值,远远超过了“汽轮机单机功率每十年翻一番”的规律。在欧洲,作为近30年来发展起点的1950年的汽轮机单机功率是6万~10万千瓦。在这段发展过程中,在蒸汽参数一定且有足够运行经验的前提下,德国在单机功率提高方面每次总是领先的。在这个发展过程所获得的经验在现今的大型机组的建造中仍然可供利用,这些经验应用起来不成问题且没有困难。五十年代英国的功率向50万千瓦的单机功率靠近的。英国是在1962年达到单机功率50万千瓦的功率等级的。双轴机组方面的这种提高单位功率的变更,二十几年来在美国也受到重视。在一种功率等级的持续时间方面,德国与法国是近似的。在实现具有深远意义的60万千瓦功率等级飞跃之前,从1951年到1958年德国的汽轮机一直稳定在12.5万千瓦的水平上,而25万千瓦的功率等级一直持续到1963年。法国国家电力公司 (EDF),向两家汽轮机制造公司Alsthom与 Rateau公司与CEM公司合作一一定购了60万千瓦汽轮机组。
    在美国,符合预期要求的单机功率的迅速提高,在1957年就已经导致了60赫兹频率、高转速双轴结构汽轮机。美国于1963年实现了向60万千瓦功率等级的飞跃,与欧洲的发展情况相似,单轴汽轮机的功率也在继续提高,于七十年代末期达到了88万千瓦的功率水平。
    五、我国汽轮机发展状况
    我国汽轮机发展起步比较晚。1955年上海汽轮机厂制造出第一台6MW汽轮机。1964年哈尔滨汽轮机厂第一台100MW机组在高井电厂投入运行;1972年第一台200MW汽轮机在朝阳电厂投入运行;1974年第一台300MW机组在望亭电厂投入运行。70年代进口了10台200~320MW机组,分别安装在了陡河、元宝山、大港、清河电厂。70年代末国产机组占到总容量70%[4]。
    哈尔滨汽轮机厂1956年建厂,先后设计制造了我国第一台25MW、50MW、100MW和200MW汽轮机,80年代从美国西屋公司引进了300MW和600MW亚临界汽轮机的全套设计和制造技术,于1986年制造成功了我国第一台600MW汽轮机,目前自主研制的三缸超临界600MW汽轮机已经投入生产。东方汽轮机厂1965年开始兴建,1971年制造出第一台汽轮机,目前的主力机型为600MW汽轮机。目前中国四大动力厂以300MW和600MW机组为主导产品。
    六、汽轮机未来发展展望
    目前,由于电能需求量增长速度的下降,世界范围内对于超出100万千瓦等级的汽轮机定货不多。但对于核电站大型全速饱和蒸汽汽轮机的开发已付诸实践。相信在不久的将来,我国在汽轮机的设计及工艺实验方面也会出现具有世界先进水平的开发中心。哈尔滨汽轮机厂制造的我国首台60万千瓦汽轮机的出厂具有重要的意义,它预示了我国将在很短的时间内制造出更大功率等级的汽轮机,即加入世界先进汽轮机生产国的行列。
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