首次應(yīng)用核能發(fā)電是在1951年12月20日。反應(yīng)堆是來自美國的試驗(yàn)增值反應(yīng)堆I（EBR-I）。發(fā)電功率達(dá)到20kW，蒸汽參數(shù)是2.8MPa與220℃。1953年，鸚鵡螺號核動力潛艇的陸上原型汽輪機(jī)組開始進(jìn)行試驗(yàn)。1954年，蘇聯(lián)開始了第一臺5MW試驗(yàn)核動力裝置的安裝。1957年，第一臺商用核能發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)行。由西屋設(shè)計的這臺汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速1800轉(zhuǎn)，最大功率達(dá)到100MW。采用飽和干蒸汽，蒸汽壓力為3.8MPa（最大功率）-5.9MPa（備用狀態(tài)）。如圖1-1所示，汽輪機(jī)為單缸單排氣，末級葉片為40英寸。

這是第一臺為核電站研發(fā)的相對較大的濕蒸汽汽輪機(jī)。蒸汽膨脹過程主要發(fā)生在濕蒸汽區(qū)域。主要問題是在蒸汽膨脹過程中，濕蒸汽區(qū)域在逐漸擴(kuò)大。過多的濕蒸汽將導(dǎo)致汽輪機(jī)葉片腐蝕以及葉片效率降低。如果干飽和蒸汽直接膨脹到凝汽器壓力狀態(tài)，汽輪機(jī)排汽口的濕區(qū)域?qū)⑦_(dá)到20-25%（進(jìn)口壓力及真空度變化）。

第一臺核電濕蒸汽汽輪機(jī)在1920-1930年間化石燃料無回?zé)嵴羝啓C(jī)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)上發(fā)展出來。但是，由于初始蒸汽壓力低，最終這些汽輪機(jī)的濕空間并不大，而且相對的低溫緩解了腐蝕和侵蝕過程。另外，所有這些原始型號汽輪機(jī)在能力上并不能滿足核電機(jī)組數(shù)百M(fèi)W的功率。相對低的蒸汽壓力以及較小的溫差導(dǎo)致汽輪機(jī)的進(jìn)出口的體積流量都非常大。

大部分第一代核電蒸汽輪機(jī)采用低轉(zhuǎn)速汽輪機(jī)（1800/1500轉(zhuǎn)）。這種大尺寸的汽輪機(jī)在蒸汽路徑上提供了必須的進(jìn)出口環(huán)形空間，并不用過多增加葉片的圓周速度。為了減小汽輪機(jī)出口的濕空間并提高循環(huán)效率，汽輪機(jī)在高壓區(qū)域與低壓區(qū)域之間設(shè)置了汽水分離器。Shippingport汽輪機(jī)的汽水分離器采用固定離心式，進(jìn)入低壓缸的蒸汽品質(zhì)可以達(dá)到99%。Shippingport機(jī)組汽輪機(jī)需要在部分負(fù)荷時處于高效率區(qū)間，因?yàn)樽畛醵研镜念A(yù)期功率只有60MW（后續(xù)提高到100MW）。

為了滿足此需求，此汽輪機(jī)設(shè)計了一個旁路蒸汽控制系統(tǒng)。第一組5個控制閥可以在最高80MW下依次開啟。對于更大的負(fù)荷，在第一組旁路的基礎(chǔ)上設(shè)置了第二組4個線性控制閥。所有的9臺閥門安裝在汽輪機(jī)汽腔頂端。汽輪機(jī)在高壓及低壓區(qū)域設(shè)計了反向蒸汽流道。這使得汽輪機(jī)的高壓及低壓蒸汽入口部分可以布置在中心區(qū)域，同時可以減小用于平衡軸向推力用的平衡塞直徑。同時也減少了平衡塞的泄露。在葉片端速超過270m/s的情況下，為了防止旋轉(zhuǎn)葉片強(qiáng)烈的腐蝕，所有葉片的蒸汽入口邊緣均由司太立金屬條保護(hù)。

很多第一批核電汽輪機(jī)都采用一堆多機(jī)方式，汽輪機(jī)平行布置。這樣設(shè)置可以使得汽輪機(jī)尺寸不至于很大，并且可以在汽輪機(jī)故障的情況下防止停堆。但是隨著濕蒸汽輪機(jī)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)增加以及汽輪機(jī)的可信度提升，單汽輪機(jī)配置變得越來越廣泛。隨著反應(yīng)堆的功率以及汽輪機(jī)的能力增加，核電汽輪機(jī)開始向多缸發(fā)展。比如，西屋公司在Shippingport之后設(shè)計的核電汽輪機(jī)（功率達(dá)到145MW）均采用雙缸配置并采用節(jié)流閥控制蒸汽。由于核電汽輪機(jī)基本在滿負(fù)荷工作，因此其蒸汽流量的控制方式變得簡單。最初，核電汽輪機(jī)通常在高壓及低壓區(qū)域采用縮小輪盤設(shè)計（如圖1-1所示）。隨后，次概念被鍛造和焊接的轉(zhuǎn)子所取代，而如果采用之前的方案的話，只在低壓區(qū)采用。

1974年前的核電汽輪機(jī)大部分采用非再熱的汽水分離器。甚至有一臺汽輪機(jī)采用不同壓力下的兩級分離技術(shù)。但是隨后的濕蒸汽汽輪機(jī)均在高壓區(qū)域后設(shè)計了一級或兩級再熱。在反應(yīng)堆中將蒸汽再熱是非常困難的。尤其是需要兩次穿過安全殼。因此核電濕蒸汽汽輪機(jī)均采用蒸汽-蒸汽再熱器。首次采用主蒸汽再熱方式是在意大利的某電站，首次采用乏汽再熱方式是在英國的某電站。隨后，很多汽輪機(jī)采用兩級再熱（主蒸汽及乏汽）。這種方式首次在美國的某電站應(yīng)用。與火電種的鍋爐再熱方式相比，這種蒸汽-蒸汽再熱方式并未提高熱循環(huán)效率。但是這種方式可以有效的減小低壓區(qū)域的蒸汽濕度，提高部分汽輪機(jī)效率，并緩解腐蝕問題。

由于電網(wǎng)的頻率是60Hz，汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)計為1800轉(zhuǎn)。在20世紀(jì)80年代早期，最大的汽輪機(jī)是美國的兩家電站（1306/1359MW）。對于50Hz的電網(wǎng)由于離心力更小，可以在半速機(jī)和全速機(jī)之間做一個更經(jīng)濟(jì)的選擇。在1984年，最大的3000轉(zhuǎn)核電汽輪機(jī)在瑞士運(yùn)行（970/1000MW），最大的1500轉(zhuǎn)核電汽輪機(jī)在法國運(yùn)行（1347/1316MW）。

最初的幾十年，核電濕蒸汽汽輪機(jī)積累了大量的設(shè)計及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并在1960年至20世紀(jì)80年代早期發(fā)表了大量的著作與文章。