首次應用核能發電是在1951年12月20日。反應堆是來自美國的試驗增值反應堆I(EBR-I)。發電功率達到20kW，蒸汽參數是2.8MPa與220℃。1953年，鸚鵡螺號核動力潛艇的陸上原型汽輪機組開始進行試驗。1954年，蘇聯開始了第一臺5MW試驗核動力裝置的安裝。1957年，第一臺商用核能發電機組投入運行。由西屋設計的這臺汽輪機轉速1800轉，最大功率達到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)。如圖1-1所示，汽輪機為單缸單排氣，末級葉片為40英寸。

圖1-1 第一臺商用核電汽輪機(1800轉，100MW)

這是第一臺為核電站研發的相對較大的濕蒸汽汽輪機。蒸汽膨脹過程主要發生在濕蒸汽區域。主要問題是在蒸汽膨脹過程中，濕蒸汽區域在逐漸擴大。過多的濕蒸汽將導致汽輪機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，汽輪機排汽口的濕區域將達到20-25%(進口壓力及真空度變化)。

第一臺核電濕蒸汽汽輪機在1920-1930年間化石燃料無回熱蒸汽輪機的運行經驗上發展出來。但是，由于初始蒸汽壓力低，最終這些汽輪機的濕空間并不大，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在能力上并不能滿足核電機組數百MW的功率。相對低的蒸汽壓力以及較小的溫差導致汽輪機的進出口的體積流量都非常大。

大部分第一代核電蒸汽輪機采用低轉速汽輪機(1800/1500轉)。這種大尺寸的汽輪機在蒸汽路徑上提供了必須的進出口環形空間，并不用過多增加葉片的圓周速度。為了減小汽輪機出口的濕空間并提高循環效率，汽輪機在高壓區域與低壓區域之間設置了汽水分離器。Shippingport汽輪機的汽水分離器采用固定離心式，進入低壓缸的蒸汽品質可以達到99%。Shippingport機組汽輪機需要在部分負荷時處于高效率區間，因為最初堆芯的預期功率只有60MW(后續提高到100MW)。

為了滿足此需求，此汽輪機設計了一個旁路蒸汽控制系統。第一組5個控制閥可以在最高80MW下依次開啟。對于更大的負荷，在第一組旁路的基礎上設置了第二組4個線性控制閥。所有的9臺閥門安裝在汽輪機汽腔頂端。汽輪機在高壓及低壓區域設計了反向蒸汽流道。這使得汽輪機的高壓及低壓蒸汽入口部分可以布置在中心區域，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，為了防止旋轉葉片強烈的腐蝕，所有葉片的蒸汽入口邊緣均由司太立金屬條保護。

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

1974年前的核電汽輪機大部分采用非再熱的汽水分離器。甚至有一臺汽輪機采用不同壓力下的兩級分離技術。但是隨后的濕蒸汽汽輪機均在高壓區域后設計了一級或兩級再熱。在反應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效率。但是這種方式可以有效的減小低壓區域的蒸汽濕度，提高部分汽輪機效率，并緩解腐蝕問題。

由于電網的頻率是60Hz，汽輪機的轉速設計為1800轉。在20世紀80年代早期，最大的汽輪機是美國的兩家電站(1306/1359MW)。對于50Hz的電網由于離心力更小，可以在半速機和全速機之間做一個更經濟的選擇。在1984年，最大的3000轉核電汽輪機在瑞士運行(970/1000MW)，最大的1500轉核電汽輪機在法國運行(1347/1316MW)。

最初的幾十年，核電濕蒸汽汽輪機積累了大量的設計及運行經驗，并在1960年至20世紀80年代早期發表了大量的著作與文章。