核电汽轮机的前期前史

初次使用核能发电是在1951年12月20日。反应堆是来自美国的实验增值反应堆I（EBR-I）。发电功率到达20kW，蒸汽参数是2.8MPa与220℃。1953年，鹦鹉螺号核动力潜艇的陆上原型汽轮机组开端进行实验。1954年，苏联开端了第一台5MW实验核动力设备的装置。1957年，第一台商用核能发电机组投入运转。由西屋规划的这台汽轮机转速1800转，最大功率到达100MW。选用饱满干蒸汽，蒸汽压力为3.8MPa（最大功率）-5.9MPa（备用状况）。如图1-1所示，汽轮机为单缸单排气，末级叶片为40英寸。

图1-1 第一台商用核电汽轮机（1800转，100MW）

这是第一台为核电站研制的相对较大的湿蒸汽汽轮机。蒸汽胀大进程首要发生在湿蒸汽区域。首要问题是在蒸汽胀大进程中，湿蒸汽区域在逐步扩展。过多的湿蒸汽将导致汽轮机叶片腐蚀以及叶片功率下降。假如干饱满蒸汽直接胀大到凝汽器压力状况，汽轮机排汽口的湿区域将到达20-25%（进口压力及真空度改变）。

第一台核电湿蒸汽汽轮机在1920-1930年间化石燃料无回热蒸汽轮机的运转经历上开展出来。可是，因为初始蒸汽压力低，终究这些汽轮机的湿空间并不大，而且相对的低温缓解了腐蚀和腐蚀进程。别的，一切这些原始类型汽轮机在才能上并不能满意核电机组数百MW的功率。相对低的蒸汽压力以及较小的温差导致汽轮机的进出口的体积流量都十分大。

大部分第一代核电蒸汽轮机选用低转速汽轮机（1800/1500转）。这种大尺度的汽轮机在蒸汽途径上供给了有必要的进出口环形空间，并不用过多添加叶片的圆周速度。为了减小汽轮机出口的湿空间并进步循环功率，汽轮机在高压区域与低压区域之间设置了汽水别离器。Shippingport汽轮机的汽水别离器选用固定离心式，进入低压缸的蒸汽质量能够到达99%。Shippingport机组汽轮机需求在部分负荷时处于高功率区间，因为开端堆芯的预期功率只要60MW（后续进步到100MW）。

为了满意此需求，此汽轮机规划了一个旁路蒸汽操控系统。第一组5个操控阀能够在最高80MW下顺次敞开。关于更大的负荷，在第一组旁路的基础上设置了第二组4个线性操控阀。一切的9台阀门装置在汽轮机汽腔顶端。汽轮机在高压及低压区域规划了反向蒸汽流道。这使得汽轮机的高压及低压蒸汽进口部分能够安置在中心区域，一起能够减小用于平衡轴向推力用的平衡塞直径。一起也减少了平衡塞的走漏。在叶片端速超越270m/s的情况下，为了避免旋转叶片激烈的腐蚀，一切叶片的蒸汽进口边际均由司太立金属条维护。

许多第一批核电汽轮机都选用一堆多机方法，汽轮机平行安置。这样设置能够使得汽轮机尺度不至于很大，而且能够在汽轮机毛病的情况下避免停堆。可是跟着湿蒸汽轮机的运转经历添加以及汽轮机的可信度进步，单汽轮机装备变得越来越广泛。跟着反应堆的功率以及汽轮机的才能添加，核电汽轮机开端向多缸开展。比方，西屋公司在Shippingport之后规划的核电汽轮机（功率到达145MW）均选用双缸装备并选用节流阀操控蒸汽。因为核电汽轮机根本在满负荷作业，因而其蒸汽流量的操控方法变得简略。开端，核电汽轮机通常在高压及低压区域选用缩小轮盘规划（如图1-1所示）。随后，次概念被铸造和焊接的转子所替代，而假如选用之前的计划的话，只在低压区选用。

1974年前的核电汽轮机大部分选用非再热的汽水别离器。甚至有一台汽轮机选用不同压力下的两级别离技能。可是随后的湿蒸汽汽轮机均在高压区域后规划了一级或两级再热。在反应堆中将蒸汽再热是十分困难的。尤其是需求两次穿过安全壳。因而核电湿蒸汽汽轮机均选用蒸汽-蒸汽再热器。初次选用主蒸汽再热方法是在意大利的某电站，初次选用乏汽再热方法是在英国的某电站。随后，许多汽轮机选用两级再热（主蒸汽及乏汽）。这种方法初次在美国的某电站使用。与火电种的锅炉再热方法比较，这种蒸汽-蒸汽再热方法并未进步热循环功率。可是这种方法能够有用的减小低压区域的蒸汽湿度，进步部分汽轮机功率，并缓解腐蚀问题。

因为电网的频率是60Hz，汽轮机的转速规划为1800转。在20世纪80年代前期，最大的汽轮机是美国的两家电站（1306/1359MW）。关于50Hz的电网因为离心力更小，能够在半速机和全速机之间做一个更经济的挑选。在1984年，最大的3000转核电汽轮机在瑞士运转（970/1000MW），最大的1500转核电汽轮机在法国运转（1347/1316MW）。

开端的几十年，核电湿蒸汽汽轮机积累了很多的规划及运转经历，并在1960年至20世纪80年代前期宣布了很多的作品与文章。