今朝，联合轮回机组已在国内外的发电市场中据有了一席之地，其壮大的竞争力来自于极高的机组效率（新设计效率可达58％）。与此同时，旨在提高火电厂效率的汽轮机新型设计也层见叠出，随着科学技术的成长，新的燃煤蒸汽电厂可以采用更高的蒸汽参数，进步前辈的给水加热轮回及在汽锅、汽机主要零部件上新材料的运用，要取得45％或更高的效率已成为可能。以下介绍几项国外汽轮机设计方面的新技术、新特点。

1与联合轮回兼容

在不竭追求低成本高效率的形势下，让汽轮机合适联合轮回设计已成为近年的一个重要的方针。现在比力流行的是100～250MW的汽轮机，这不仅是为了知足联合轮回要求，也由于现在在美国小型机组似乎更受接待。

1．1ATS系列汽轮机

美国西屋公司在其新燃气轮机技术根蒂根基上，为它的进步前辈汽轮机系统（ATS）开发了一组80～250MW汽轮机。该型汽轮机为一次再热冷凝机组，采用双缸、多级、单流，轴向排汽，后一级叶片采用1066．8mm（42＂）钛（Ti）叶片。汽轮机和燃气轮机一样与发机电同轴安插，汽轮机的转矩经由过程自动同步联轴器传给发机电。轴向排汽使汽轮机可以安装在平板式根蒂根基上，单轴设计使整个汽轮机组比力经济。

其它特点有：

（1）高压转子设计为无中心孔铬钼钒整锻产物，保证临界转速远离额定值；12％高效铬钢的复式压力级叶片用T型叶根跨装在转子上，知足高温条件下的高强度要求；

（2）中／低压转子均无中心孔，其中低压转子由一段铬钼钒钢低压截面与一段3．5％Ni合金钢低压截面焊接而成，以使转子在中压进口区具有较好的蠕变强度，而低压缸尾部又有较好的屈就强度。

（3）设计有答理高压蒸汽直接排进凝汽器的排汽系统，以削减起动、停机进程中高压缸的鼓风加热。

（4）低压缸轴承采用斜垫设计以改良转子稳定性并削减机械损失。
1．2SCSF汽轮机

东芝公司（美国处事处）开发了一种单缸、单流（SCSF）汽轮机，其转子材料具有较高的蠕变断裂强度和应力刚度（性），且对高压和低压段进行分歧的热处置。SCSF汽轮发机电末级叶片在50Hz时可达1066．8mm（42＂），60Hz设计则为1016mm（40＂）。

东芝推荐的点包括：
　　（1）汽机成本低。与传统的双缸设计相比，生产SCSF转子、汽缸、叶片、轴承、喷嘴（没有交叉管线）的成本较着要低。1台额定功率150MW的汽轮机重可减轻一半。

　　（2）下降电厂建设成本。汽轮机总长比传统的双流设计短457mm（18＂），这样就削减了占地面积和汽机房尺寸。轴流设计则对汽轮机根蒂根基要求不高，适用于3级地震区。

　　（3）凭据东芝公司的陈述，事实证实安装人工也比力低，转子直接从工场运来就位，如1台150MW机组的建设时间可缩短两个月。

　　（4）更高效。低压叶片长度更长，二次流动损失减小。由于削减了汽封，密封部位的蒸汽泄漏下降。同时由于没有交叉管就消除压降。

　　（5）维修费用低。其计划维修停机次数削减了15％～20％。
2新型的通流部门
改良通流部门的气动特征是提高机组效率的有用手段。事实上所有的汽轮机制造厂家都一直忙于改良现有汽机的通流部门，代表就是德国西门子动力发电股份有限公司，该公司采用新设计对叶片和其它通流组件进行了更换，从而提高了5％的效率。又运用进步前辈的围带（壳体）和密封设计提高了机组的靠得住性。

西门子公司在介入的改造工程有：Allengheny动力网签定了一份改造Pleasants电站2台650MW汽轮机的合同，工程包括机组的中、低压缸，划分在1999年和2000年完成。

西门子公司采用的计较机辅助设计（CAD）凡是可在以下方面化设计进程：切确计较各工况下的转子扰度，减小迷宫式密封的间隙距离；转子、轴承设计上的前进使运用更高速度、更轻型转子成为可能，这样可减小机械尺寸、提高效率，而且能缩短叶片长度，下降二次或叶顶（尖）损失。

科罗拉多州的公共服务公司签定了一份协议书，对下属的Valmont电厂的1台180MW机组进行更新。低压转子末级叶片长度将由原来的660mm（26＂）改成736mm（29＂），以提高效率和靠得住性。该工程将于1999年4月停机时代实施。

3叶片设计

西门子公司的HeinrichOeynhausen博士认为，进步前辈的汽轮机制造商应采用数字化新手段分析汽机流道，这样，各部件效率会较着提高，或是削减汽机房占用空间，从而改善项成本支出。其收益则用于对各叶片叶型作具体的三维分析及化，以到达高的汽轮机效率。

西门子公司开发了新一代反动度沿叶高变化的反动叶片，可提高效率1％，跨越仅用三维设计的效果。这类被称为3DV的方式采用新技术对经由过程汽机各个级的三维粘性流进行计较，并运用数字化算法划分设计各级的反动度和叶型。Oeynhausen博士称：“即使象在叶片设计中常见的那样，有40～80个自由参数和100～300多个约束条件，化算法都可以给出一个明确的方案，以获取高的、可能的效率。”

　　大都汽机制造商运用基于CAD的三维叶片技术，但仍有制造商对所有级的叶栅采用一样的反动度。西门子公司凭据各个级的计较值，对内外壁面积、叶片高度、级反动度、各级负荷分配等参数进行调整，在10％～60％范围内划分肯定各级的反动度。
　　Oeynhausen博士猜想，假设汽轮机各部门都按此设计，并斟酌汽锅再热部门的影响，沿叶高变化的反动叶栅可提高1台660MW机组出力2．8MW，热耗下降0．4％。
4　计较流体力学（CFD）对设计的扶助

现在进步前辈的CFD方式能对二维、三维的静止和旋转参照系中的复杂流道进行分析，包括压缩系数、粘性和扰动等的影响。CFD新技术可运用于低压缸排汽罩、高压缸喷嘴腔和三维（弓形）叶栅。主要点有：
　　（1）经由过程显示流道内各点的流动特征加倍深进地领会流体类型。形象化对发生更高效、靠得住的设计所须进行的几何变化有扶助。
　　（2）可作为下降透平机械高流速、高温所需的昂贵的实验室实验费用的一种方式。CFD设计缩短了实验室实验的硬件建设周期又不影响设计。
5末级叶片的定位
低压缸叶片的问题可以回结为：长叶片运行情况恶劣—庞大的离心力和相对其它级较低的叶片刚性。

尤其是倒数第二级叶片的外形凡是比末级叶片颀长，从而影响其刚性。叶片往往在接近Wilson线的湿蒸汽区运行，而很多时辰造成应力侵蚀裂纹（SCC）的缘由就是干湿蒸汽工况的交替泛起。

日本东京日立公司和纽约应力技术股份有限公司（STI）以进步前辈的空气动力学设计思想和叶片特征、强度及振动等分析技术为根蒂根基，联合开发了长530mm（20．9＂）的L－1型叶片。经过度析和旋转实验确认了其强度和振动特征及靠得住性系数，并证实该技术一样适用于新汽机和老汽机的更新。
该设计趋向于采用自带围带的叶片依次相互毗连成整圈的围带结构。研究成效级效率提高约1．3％，如静叶采用弯扭（compoundlean）设计，则可再提高效率1％。