汽轮机技术研究现状及发展趋势展望
摘要：在电力生产的过程当中，汽轮机发挥了重要的作用，它可以将热能转化成为机械能，为生产活动提供便利的条件。除了在发电站使用之外，汽轮机还被广泛地应用于工业生产领域，是我国经济建设过程当中的重要产能，反映出了国家机械制造的整体水平。但在实际应用的过程当中，汽轮机经常会出现故障，减少故障发生的可能性、扩大应用范围是汽轮机技术未来的发展趋势。本文运用文献分析法，对汽轮机技术的研究现状进行了总结，并在这个基础上探究了汽轮机技术未来的发展趋势。
关键词：汽轮机技术；研究现状；发展趋势
一、汽轮机技术研究现状
（一）通流部分设计技术
为提高汽轮机的性能，除了要提高蒸汽参数和末级叶片的长叶片化外，还要减少汽轮机内部各种损失，包括型面损失、二次流和端部损失、排汽损失、漏气损失等，也是提高效率的重要因素。各科研院所都开展了相关工作，包括计算和试验减少整个汽轮机中的叶型损失，可有效地减少总体损失，而二次流损失在低展弦比（叶高与弦长之比）的级中具有明显性，即高压和中压缸的前几级更显突出，漏气损失在高压和中压缸的进汽区域也相对高一些。汽轮机中的流动完全呈三维的特点，特别是低展弦比的短叶片级。为了有效地减小二次流的损，失目前各制造公司普遍采用叶片弯曲或扭弯的技术，有效控制反动度、流量沿叶高的分布规律，以达到降低叶栅的二次流损失，减少隔板漏气和动叶顶的漏气，增加级的做功能力在通流部分计算中普遍采用计算流体动力学（CFD），其能有效地数值求解各种边界条件下的流体动力学方程。
（二）长叶片
增加单机功率和提高电厂效率，还与增高末级叶片密切相关。随着汽轮机的
大型化，汽轮机末级通过的蒸汽流量也随之增大，为了高效地将蒸汽流量的热能
转化为机械功，需要更长的末级叶片。末级叶片长度的限度，应考虑离心力的增加、蒸汽流速的增加、固有频率的降低、流动的三元特性，离心应力强度和振动
特性方面需要更先进的技术。长叶片化除可增大单机容量，提高效率外，还可使
汽轮机紧凑化。
末级长叶片的开发不仅涉及气动、强度振动，还涉及材料、结构阻尼设计、
制造工艺等多种因素。末级长叶片的开发往往标志着国家汽轮机制造业的发展水平。世界上已投运的钢制末级长叶片已达到1 148～1 220 mm，钛合金末级长叶
片已达到 1 400～1 500 mm。我国从 20 世纪 60 年代起先后开发了用于 50～300 MW 机组的相应末级长叶片。随着亚临界机组的技术引进和超临界、超超临
界 600 MW 及1 000 MW 机组的生产和纯冷凝机组、抽凝机组及间冷、直冷式空
冷机组等不同机型的应用，以及末级长叶片的数量和种类增多，各汽轮机制造厂
都逐渐形成了自己标准化的末级长叶片系列产品。为了确保开发长叶片的可靠性，需要优化其振动特性、动强度与颤振，采用有限元法进行数值计算，同时用实物
叶片进行振动试验。同时，按比例缩小的叶片进行实际负荷下的效率验证也是必
不可少的。
（三）汽封
为了减少漏气损失，提高机组的安全和经济性，最近十几年陆续出现了许多
新型汽封。传统的迷官汽封是一种非接触式汽封，一般采用齿形结构，包括高低齿、平齿、斜平齿、枞树齿、镶嵌齿等几种典型结构。由于其结构简单、技术成
熟安全可靠，目前仍然广泛应用于汽轮机当中，尤其在大型汽轮机中，迷宫汽封
仍然是主要的密封形式。
针对传统迷宫汽封可能存在的问题，为确保机组运行的安全性和提高机组效率，国内外开展了针对新型汽封的结构、材料及工艺、理论计算、试验及运行特
性的研究，其中研究较广泛的如蜂窝汽封、刷子汽封、接触汽封、可调汽封等。
同时针对旧机组传统汽封的改造热潮也在持续进行，并在降低热耗、提高真空、
改善润滑油质量等方面获得一定效果。鉴于新型汽封研究和在旧机改造中获得的
成功，某些新型汽封如蜂窝汽封刷子汽封等已在新机组上使用。
二、汽轮机技术发展趋势展望
（一）提高产品的可靠性
在汽轮机发展的过程当中，可靠性是一项重要的指标，同时也是产品质量的
重要衡量标准。无论是大型电站所使用的汽轮机技术还是工业生产过程中所使用
的汽轮机技术，都面临着可靠性不高的问题，在运行的过程中容易出现各种故障。为了扩大运行范围、提高转速，就要不断提高产品的可靠性。对于小型的汽轮机
来说，连续运行时间要在三年以上；而对于多级汽轮机来说，除了要确保能够连
续运行三年之外，还需要保证其整体的使用寿命在二十年以上。
（二）提高效率和转速
汽轮机的单级功率通常并不大，尤其是工业用的汽轮机功率比较小，只是被
用于特定的工艺流程当中。在传统的设计理念下，人们关注的只是汽轮机的可靠性，将便于制造和降低成本作为两个最为主要的目标。在这个过程中忽视了汽轮
机的运行效率和转速。近年来，人们对这一问题更为关注。因此，汽轮机技术在
未来的发展过程中将会实现效率和转速的有效提升，小型汽轮机的效率将达到75%，而多级工业汽轮机的效率则将达到85%以上。除此之外，汽轮机的转速也将
进一步提升，这是实现机组小型化发展的重要途径，有利于生产成本的降低。
（三）发展联合循环和利用中、低品位能量的工业汽轮机
联合循环、热电联产等是提高能源利用率的有效途径。大多数燃气-蒸汽联
合循环装置的热效率可达40%以上。如将该循环中汽轮机的排汽用于供热，则装
置的总热能利用率可达85%以上。这类装置已在许多国家应用，预计今后将会得
到较大的发展。中、低品位能量的利用，是实现节能的又一重要途径。因此，小
型工业汽轮机用于余热回收、剩余蒸汽利用、减压能量回收等方面越来越广泛，
各种混压进汽的工业汽轮机的应用也越来越多。各国对低沸点工质朗肯循环透平
