汽輪機發(fā)展介紹 

 

    將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換成為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械。又稱蒸汽透平。主要用作發(fā)電用的原動機，也可直接驅(qū)動各種泵、風(fēng)機、壓縮機和船舶螺旋槳等。還可以利用汽輪機的排汽或中間抽汽滿足生產(chǎn)和生活上的供熱需要。      

    汽輪機是將蒸汽的能量轉(zhuǎn)換為機械功的旋轉(zhuǎn)式動力機械，是蒸汽動力裝置的主要設(shè)備之一。汽輪機是一種透平機械，又稱蒸汽透平。   

    公元一世紀(jì)時，亞歷山大的希羅記述了利用蒸汽反作用力而旋轉(zhuǎn)的汽轉(zhuǎn)球，又稱為風(fēng)神輪，這是最早的反動式汽輪機的雛形； 

    1629年意大利的布蘭卡提出由一股蒸汽沖擊葉片而旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪。  

    19世紀(jì)末，瑞典拉瓦爾和英國帕森斯分別創(chuàng)制了實用的汽輪機。拉瓦爾于1882年制成了第一臺5馬力(3.67千瓦)的單級沖動式汽輪機，并解決了有關(guān)的噴嘴設(shè)計和強度設(shè)計問題。單級沖動式汽輪機功率很小，現(xiàn)在已很少采用。我國的第一臺汽輪機是1949年在上海汽輪機制造，容量為6000千瓦，于1956年在淮南發(fā)電廠投產(chǎn)。  

     20世紀(jì)初，法國拉托和瑞士佐萊分別制造了多級沖動式汽輪機。多級結(jié)構(gòu)為增大汽輪機功率開拓了道路，已被廣泛采用，機組功率不斷增大。帕森斯在1884年取得英國專利，制成了第一臺10馬力的多級反動式汽輪機，這臺汽輪機的功率和效率在當(dāng)時都占領(lǐng)先地位。       20世紀(jì)初，美國的柯蒂斯制成多個速度級的汽輪機，每個速度級一般有兩列動葉，在第一列動葉后在汽缸上裝有導(dǎo)向葉片，將汽流導(dǎo)向第二列動葉。現(xiàn)在速度級的汽輪機只用于小型的汽輪機上，主要驅(qū)動泵、鼓風(fēng)機等，也常用作中小型多級汽輪機的第一級。         與往復(fù)式蒸汽機相比，汽輪機中的蒸汽流動是連續(xù)的、高速的，單位面積中能通過的流量大，因而能發(fā)出較大的功率。大功率汽輪機可以采用較高的蒸汽壓力和溫度，故熱效率較高。19世紀(jì)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(jì)性。   

      汽輪機的出現(xiàn)推動了電力工業(yè)的發(fā)展，到20世紀(jì)初，電站汽輪機單機功率已達(dá)10兆瓦。隨著電力應(yīng)用的日益廣泛，美國紐約等大城市的電站尖峰負(fù)荷在20年代已接近1000兆瓦，如果單機功率只有10兆瓦，則需要裝機近百臺，因此20年代時單機功率就已增大到60兆瓦，30年代初又出現(xiàn)了165兆瓦和208兆瓦的汽輪機。  此后的經(jīng)濟(jì)衰退和第二次世界大戰(zhàn)期間爆發(fā)，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(jì)發(fā)展，電力需求突飛猛進(jìn)，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。現(xiàn)在許多國家常用的單機功率為300～600兆瓦。 汽輪機的蒸汽從進(jìn)口膨脹到出口，單位質(zhì)量蒸汽的容積增大幾百倍，甚至上千倍，因此各級葉片高度必須逐級加長。大功率凝汽式汽輪機所需的排汽面積很大，末級葉片須做得很長。      汽輪機裝置的熱經(jīng)濟(jì)性用汽輪機熱耗率或熱效率表示。汽輪機熱耗率是每輸出單位機械功所消耗的蒸汽熱量，熱效率是輸出機械功與所耗蒸汽熱量之比。對于整個電站，還需考慮鍋爐效率和廠內(nèi)用電。因此，電站熱耗率比單獨汽輪機的熱耗率高，電站熱效率比單獨汽輪機的熱效率低。  一座汽輪發(fā)電機總功率為1000兆瓦的電站，每年約需耗用標(biāo)準(zhǔn)煤230萬噸。如果熱效率絕對值能提高1%，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤 6萬噸。因此，汽輪機裝置的熱效率一直受到重視。為了提高汽輪機熱效率，除了不斷改進(jìn)汽輪機本身的效率，包括改進(jìn)各級葉片的葉型設(shè)計(以減少流動損失)和降低閥門及進(jìn)排汽管損失以外，還可從熱力學(xué)觀點出發(fā)采取措施。      根據(jù)熱力學(xué)原理，新蒸汽參數(shù)越高，熱力循環(huán)的熱效率也越高。早期汽輪機所用新蒸汽壓力和溫度都較低，熱效率低于20％。隨著單機功率的提高，30年代初新蒸汽壓力已提高到3～4兆帕，溫度為400～450℃。隨著高溫材料的不斷改進(jìn)，蒸汽溫度逐步提高到535℃，壓力也提高到6～12.5兆帕，個別的已達(dá)16兆帕，熱效率達(dá)30％以上。50年代初，已有采用新蒸汽溫度為600℃的汽輪機。以后又有新蒸汽溫度為650℃的汽輪機。   

    現(xiàn)代大型汽輪機按照其輸出功率的不同，采用的新蒸汽壓力又可以分為各個壓力等級，通常采用新蒸汽壓力24.5～26兆帕，新蒸汽溫度和再熱溫度為535～578℃的超臨界參數(shù),或新汽壓力為16.5兆帕、新汽溫度和再熱溫度為535℃的亞臨界參數(shù)。使用這些汽輪機的電站熱效率約為40％。   

    另外，汽輪機的排汽壓力越低，蒸汽循環(huán)的熱效率就越高。不過排汽壓力主要取決凝汽器的真空度，真空度又取決于冷卻水的溫度和抽真空的設(shè)備（通常稱為真空泵），如果采用過低的排汽壓力，就需要增大冷卻水流量、增大凝汽器冷卻水和冷卻介質(zhì)的換熱面、降低被使用的冷卻水的溫度和抽真空的設(shè)備，較長的末級葉片，但同時真空太低又會導(dǎo)致汽輪機汽缸（低壓缸）的蒸汽流速加快，使汽輪機汽缸（低壓缸）差脹加劇，危及汽輪機安全運轉(zhuǎn)。凝

 

 

 

  

 

 

汽式汽輪機常用的排汽壓力為5~10千帕（一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓是101325帕斯卡）。船用汽輪機組為了減輕重量，減小尺寸,常用0.006～0.01兆帕的排汽壓力。   

    此外，提高汽輪機熱效率的措施還有，采用回?zé)嵫�環(huán)、采用再熱循環(huán)、采用供熱式汽輪機等。提高汽輪機的熱效率，對節(jié)約能源有著重大的意義。  大型汽輪機組的研制是汽輪機未來發(fā)展的一個重要方向，這其中研制更長的末級葉片，是進(jìn)一步發(fā)展大型汽輪機的一個關(guān)鍵；研究提高熱效率是汽輪機發(fā)展的另一方向，采用更高蒸汽參數(shù)和二次再熱，研制調(diào)峰機組，推廣供熱汽輪機的應(yīng)用則是這方面發(fā)展的重要趨勢。   

    現(xiàn)代核電站汽輪機的數(shù)量正在快速增加，因此研究適用于不同反應(yīng)堆型的、性能良好的汽輪機具有特別重要的意義。   

    全世界利用地?zé)岬钠�輪機的裝機容量，1983年已有3190兆瓦，不過對熔巖等深層更高溫度地?zé)豳Y源的利用尚待探索；利用太陽能的汽輪機電站已在建造，海洋溫差發(fā)電也在研究之中。所有這些新能源方面的汽輪機尚待繼續(xù)進(jìn)行試驗研究。   

    另外，在汽輪機設(shè)計、制造和運行過程中，采用新的理論和技術(shù)，以改善汽輪機的性能，也是未來汽輪機研究的一個重要內(nèi)容。例如：氣體動力學(xué)方面的三維流動理論，濕蒸汽雙相流動理論；強度方面的有限元法和斷裂力學(xué)分析；振動方面的快速傅里葉轉(zhuǎn)換、模態(tài)分析和激光技術(shù)；設(shè)計、制造工藝、試驗測量和運行監(jiān)測等方面的電子計算機技術(shù)；壽命監(jiān)控方面的超聲檢查和耗損計算。此外，還將研制氟利昂等新工質(zhì)的應(yīng)用，以及新結(jié)構(gòu)、新工藝和新材料等。