2　试验数据的处理
2.1　计算工况
　　在低负荷调峰运行方式下，实测工况共4种，变负荷率分别为-2.5%／min，+2.5%/min，-3.5%／min，+3.5%/min，对这4种工况进行温度场、应力场的计算。
　　按实测蒸汽参数对主蒸汽参数进行修正后，按-2.5%／min，+2.5%/min，-3.5%／min，+3.5%/min，-5.0%／min，+5.0%/min 6种工况，进行温度场、应力场的计算。
　　计算采用精度较高的四边形九节点等参单元有限元程序。

2.2　初始条件和边界条件
　　由于试验负荷都是从稳定工况开始变动，在计算时取相应负荷下的稳态温度场作为初始温度场。
　　高压转子左右端面为轴承端，温度由润滑油冷却系统决定，为第一类边界条件，中心孔处于封闭状态，可取为绝热边界，转子表面取为第三类换热边界条件。
　　中压转子左端取为第一类边界条件，右端面取自第22级和第23级中分面，可近似地取为绝热边界条件，中心孔取为绝热边界，转子表面取为第三类换热边界条件。

2.3　蒸汽参数的处理
　　根据韶关电厂8号机组(200 MW)的变负荷试验数据，参考国内同类型机组的现场运行数据，将测得的主蒸汽温度、压力，调节级后温度、压力，再热蒸汽温度、压力，以及前六段抽汽的温度、压力，进行仔细整理。由于是在确定的变负荷率下进行计算，故以功率作为自变量，进行离散数据的拟合。利用处理好的已知蒸汽参数，再进行变工况计算，从而得出转子各个部位的蒸汽温度和压力。
　　流过汽轮机通流部分的蒸汽所加热的转子表面部分所占比例较小，而从端部汽封、隔板汽封泄漏的汽流对转子表面影响较大，但这部分汽流的蒸汽不同于通流部分的蒸汽参数，实际上是难以估算的。在本文中通过反复的迭代计算求出这些参数。

2.4　蒸汽和金属物性参数的确定
　　参照一些模型的验算表明，金属物性对温度场的影响较小，但对热应力场影响较大，而蒸汽物性对温度场和热应力场都会产生较大的影响。本文据物性拟合公式^［1］，使金属物性随金属温度变化，蒸汽物性随汽温、压力变化，计算表明，公式精度满足要求。
　　 转子材料为30Cr2MoV耐热高强度钢。

3　计算结果分析
3.1　变负荷过程中主蒸汽、再热蒸汽温度的变化对转子温度和应力的影响
　　蒸汽温度的变化对转子温度分布及变化有极大的影响。高压转子表面各处的蒸汽温度是主蒸汽温度和负荷的函数，而中压转子表面各处的蒸汽温度是主蒸汽温度、再热蒸汽温度和负荷的函数。因此转子热应力的大小和变化，除受负荷变化率的影响外，更主要是受主蒸汽温度和再热蒸汽温度变化的影响。虽然在变负荷调峰过程中，主蒸汽温度变化不大，但应尽可能地保持主蒸汽温度不变或按尽可能小的温变速度变化，特别是应尽可能地避免汽温的波动。汽温波动将造成转子热应力的交变，使转子疲劳损伤加剧。特别是要避免汽温瞬间大幅度的变化。

3.2　变负荷调峰过程温度场的特点
　　在变负荷调峰过程中，由于希望尽可能地保持主蒸汽温度和再热蒸汽温度不变，且采用两阀全开的滑压运行的调峰方式，故在整个调峰过程中，由满负荷到达50%额定负荷，主、再热蒸汽温度变化仅有20 ℃。由于进汽部分径向热流较小，而主要是汽温沿轴向变化而产生的轴向热流，所以转子内的温度分布与稳定工况的温度场相近(如图1，图2)。大多数等温线倾斜度不大，只有在轴向蒸汽温度差很大的部位，高温蒸汽通过转子向低温蒸汽放热。或通过中间段向两端散热(如各汽缸进汽室)，而形成较大的径向热流，使径向温差增大。在此热流的影响下，等温线沿热流方向倾斜度逐渐减小，并出现一径向等温截面(如图1)。在此截面的另一侧，等温线反向倾斜，且倾斜度沿热流方向逐渐增大。
　　影响转子温度分布和变化的主要因素是蒸汽温度沿轴向分布和变化的速度。

图1　升负荷率2.5%/min时高压转子温度场

图2　升负荷率2.5%/min时中压转子温度场

3.3　变负荷调峰过程应力场的特点
　　在变负荷调峰过程中，转子应力的变化主要是由于热应力变化而引起，这与机组启停过程中应力变化规律有很大的不同。由于受初始应力的影响，转子内应力变化最大、引起疲劳损伤最大的部位，不一定是应力最大的部位。
　　在升负荷过程中，随着转子表面蒸汽温度升高，其表面金属温度随着升高，响应速度很快，中心孔表面金属温度的变化有滞后，使转子内、外表面温度差逐渐增大，热应力随着增大。虽然在整个升负荷过程中，金属温度场在升高，但由于中心孔表面金属温度的变化滞后于转子表面金属温度的变化，转子表面的切向热应力为压应力，而中心孔表面的切向热应力为拉应力，在转子内、外表面温度差达最大时，热应力也达最大值(如图3)。

图3　升负荷率2.5%/min时中压转子切向应力场

在降负荷过程中，随着转子表面蒸汽温度降低，其表面金属温度随着降低，响应速度较快，而中心孔表面金属温度的变化滞后于转子表面金属温度的变化，因此转子表面出现拉应力，中心孔表面出现压应力。由于径向温度梯度是非线性的，在转子表面侧温度梯度较大，故轴向零应力线偏向转子表面一侧(如图4)。

图4　降负荷率2.5%/min时中压转子切向应力场

3.4　热应力集中现象
　　热弹性槽应力集中现象如表1所示。

表1　热弹性槽应力集中现象

应力集中现象出现在热弹性槽的底部圆弧过渡区，而槽的两侧随转子半径坐标增大应力迅速衰减，至弹性槽顶端轴向应力值已很小，由此看来，弹性槽虽对缓解轴向热应力有很大的作用，可避免局部摩擦产生转子弯曲，但应力集中现象使弹性槽底部的应力大幅度增加，产生较大的疲劳损伤(如图5)。若加大热弹性槽底部过渡圆角的半径，对应力集中系数有明显的作用，当圆角半径为槽宽的1/2时，应力集中系数将降低近20%。另外应力集中系数K不但与转子局部几何形状有关，而且受工况变化特点的影响，并非是一常数。

表2　各工况下的全应变值