世界范围内汽轮机技术的进步大体可分为三个阶段。1970年前为第一代，又称为传统设计时代，以实验气动力学为基础，动、静叶片叶型主要通过吹风实验来确定其型谱。汽轮机设计以平均截面上一维流动的手工计算为主，静动叶片广泛采用直叶片和简单扭转叶片。80年代为第二代，由于电子计算机的出现，使二维流场计算成为可能，计算气动力学逐步代替传统设计，出现了以可控涡概念为代表的二维设计理论，叶片按较为复杂的造型规律扭转，汽轮机效率提高~1.5%。90年代以来进入第三代，即以计算气动力学为主，完全三维设计概念开始应用，其突出代表是弯扭联合成型叶片，使汽轮机效率又提高~1.5%。目前，世界上几乎所有的大型汽轮机制造厂家，如三菱、ABB、GE、西屋、日立、西门子、GEC-ALSTHOM，以及我国汽轮机行业都在积极研制弯扭叶片的新一代汽轮机，有的已投入运行。世界各大公司发表的实验结果表明，仅采用全三维弯扭叶片一项措施即可提高汽轮机效率1.5~2%，甚至更多。加上其它成熟的先进技术，如高效新型叶型、优化的子午通流截面和级焓降分布（速比）、新型汽封与围带等，可使机组效率进一步提高。事实已经证明，以全三维弯扭叶片为代表的新一代汽轮机已成为当代汽轮机行业的制高点技术，它的实现将使汽轮机制造业登上一个新的高度。

    通流部分现代化设计，分为气动部分和结构部分两大类。

一、气动部分主要技术措施

1、新一代后加载静叶型

    我国汽轮机行业广泛使用的静叶叶型的共同特点是作用于叶型表面的气动负荷出现在叶型前半部分，为相对弦长的20~30%处；而新一代叶型则是把最大气动负荷移到了后半部分，为相对弦长的60~70%处，因此称为“后加载”，此类叶型的作用主要不是减少叶型损失而是减少了叶栅总损失1/3以上，因此后加载对提高叶栅效率有显著作用。同时，此类叶型在强度方面还明显优于前加载叶型。后加载叶型其突出特点是：

1）叶片表面最大气动负荷在叶栅流道后部。

2）吸力面、压力面均由高阶连续光滑曲线而不是圆弧构成。

3）叶片前缘小圆半径较小且具有更好的流线形状，在来流方向（攻角）大范围变化时仍保持叶栅低损失特性。

4）叶片尾缘小圆半径较小，减少尾缘损失。

5）叶型最大厚度较大，增强了叶片刚性。

2、弯扭联合全三维成型静叶栅

    自从60年代我国学者王仲奇教授作为提出者之一给出了弯扭叶片设计这一新概念以来，经过30多年的研究与开发，弯扭联合全三维成型静叶栅（俗称马刀型叶栅），对提高汽轮机效率的重要作用已得到世界各国公认，是第三代汽轮机先进技术的集中体现，是当代先进汽轮机全三维设计技术的核心和标志，世界各国的大量实践都证明采用这一技术可使汽轮机级的效率提高1.5~2%。

    弯扭叶片的开发与设计主要解决两个问题，一是叶片的弯扭规律，二是静叶片的匹配。弯扭叶片可大幅度降低叶栅二次流损失，同时还有利于改善动叶栅内部的三维流场。

3、调节级子午面收缩

    子午面收缩降低静叶栅二次流损失的概念最早提出于五、六十年代。七十年代以来西方学者又进行了详细的流场性能测试与理论研究，并在汽轮机上应用，一般可使汽轮机级效率提高1.5~2%。子午面收缩是一种全三维设计概念，其主要优点是降低静叶栅通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失，对于调节静叶栅，由于其相对叶高很短，二次流损失占叶栅总损失比例很大，因此使用子午面收缩的收益相当可观，这对提高高压缸效率十分重要。

4、大小叶片分流叶栅

    传统的高压段静叶设计为窄叶片加强筋结构，由于加强筋的型线与叶型不匹配，且由于加工原因，加强筋与叶型通常不能对齐，造成静叶栅损失大大增加，采用后加载型的分流叶栅，可使叶栅损失大幅度降低。分流叶栅大叶片主要用来满足强度要求需要，小叶片则主要用来满足气动性能的需要。在设计叶栅时，大叶片前部不希望有明显的气动载荷，其后部气动载荷则应尽量接近小叶片的特征，这样就可保证分流叶栅在满足隔板强度要求的同时，具有良好的气动性能。

5、多级汽轮机一维/准三维/全三维气动热力设计

    近年来，世界上几乎所有大型汽轮机厂家都就通流部分气动热技术的发展趋势进行了总结回顾，在过去的30-40年中，它们都经历了由直叶片、扭叶片到弯扭叶片的发展历程。这种设计概念的进步集中体现于设计方法的更新。设计方法的进步从功能上是由一维计算到三维计算的完善过程，其内涵则是由主要依靠实验和经验的设计方法向主要依靠设计软件体系，即计算流体学设计方法的转变。这一转变的科学基础是进三十年来计算流体力学的巨大发展和进步，特别是描述真实气体三维流动数值解法的成熟。

二、结构部分主要技术措施

    为提高机组的安全可靠性，进一步减少流动损失，提高机组效率并改善机组的调峰性能，在机组通流部分设计中广泛采用了许多汽轮机结构方面的新技术。这些技术已屡在国内、外各大汽轮机厂广泛采用，并已在各种型号的汽轮机中被证明是行之有效的。            

1、动叶全部采用自带围带整圈联结结构

    传统动叶顶部的围带是采用铆接方式，而新设计的动叶顶部围带则与叶片成为一个整体，并通过不同方式，如预扭装置、焊接或在围带部分采用特殊结构使动叶片形成整圈联结。这种结构的动叶片振动应力小，不存在铆接造成的应力集中，运行十分安全可靠。自带围带动叶片加工成本有所增加，但其综合技术经济效益十分显著，对电厂安全运行与检修尤为有利。

2、加汽封齿

    新设计自带围带动叶片的顶部外圆可以布置多个汽封齿，还可以加工成凹凸形状构成高、低汽封，从而大大减少了漏汽损失。新设计的动叶围带汽封齿数由原来的0-2个增加到3-4个。同时，轴封和隔板汽封结构也由原来的光齿改为高低齿，从而也大大减少了漏汽损失

3、铸铁隔板全部改为焊接隔板

    所有压力级隔板原设计为铸造隔板，现均改为焊接钢隔板。焊接钢隔板材质好，叶栅部分加工精度高，能保证静叶栅达到设计气动热力性能，并可延长隔板使用寿命。

    近几年来，我公司支柱企业南京汽轮电机（集团）有限责任公司电站设备的生产能力已远远超过一百万千瓦。汽轮机已发展到五个压力参数（次中压、中压、次高压、高压、超高压），按用途分为：热电联供汽轮机、燃气-蒸汽联合循环汽轮机、垃圾焚烧电站汽轮机、1.5到135MW十几个功率等级二百多个品种，发电机与汽轮机配套生产，市场覆盖面已达全国二十七个省市自治区，并打入国际市场。从九九年起，南京汽轮电机（集团）有限责任公司与北京全三维动力工程有限公司通力合作，积极开展采用全三维技术的新型汽轮机。通过对通流部分进行全三维设计，使动、静叶片匹配更加合理，调节级子午面收缩、高压段采用分流叶栅、静叶片采用后加载叶型、部分级采用弯扭叶片、所有隔板均为焊接结构、采用自带冠围带及通流进行子午面光顺等先进的设计方法，使汽轮机效率得到很大的提高。按全三维设计的新型汽轮机已投入运行，并取得良好的效果。目前，南京汽轮电机（集团）有限责任公司25MW以下机组部分采用全三维技术，50MW以上机组皆为全三维技术设计制造。随着与北京全三维动力工程有限公司合作的不断深入，采用新技术设计制造的产品不断扩大，南京汽轮电机（集团）有限责任公司设计制造的汽轮机将进入一个新的时代。

    附：近几年南京汽轮电机（集团）有限责任公司使用全三维技术机组情况见下表：

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                                                                                                二零零零年十月