温度测点的选取
汽轮机转子寿命的计算主要是基于转子温度场的变化情况，计算出转子的应力场，再根据应力场的大小计算出应变值，然后通过查取应变—疲劳特性曲线，算出寿命的疲劳损耗；同时，蠕变寿命损耗则通过转子的温度和在此温度下的应力、运行时间，查取蠕变寿命损耗曲线，算出蠕变寿命损耗。所以疲劳和蠕变寿命损耗计算的准确与否在很大程度上取决于温度测量的准确性。
汽轮机调节级是蒸汽温度变化最剧烈的部位，根据国内、外有关汽轮机转子寿命的研究资料，以及汽轮机转子结构的特点及应力计算，此处也是转子温度场、应力场变化最明显的部位，故一般都选择调节级后作为寿命计算点。如何准确测取该处的温度是转子寿命计算的关键。
由于125 MW机组在调节级后无温度测点，国内采用的温度测点一般有以下几种方法：
（1）在高压缸内缸上开孔，通过加装热电偶来测取调节级后温度。此方法对温度的测量是相当准确的，特别是能够测取温度的波动情况。由于制造厂家对机组的强度都有一定的要求，特别是承受高温、高压的高压内缸，因此要开孔必须对高压缸强度重新计算。同时高压缸开孔，难度大、工作任务重，要把高压缸运至制造厂家才能实施。另外，即使开孔后加装了热电偶，由于受级后高温、高压、高速汽流的冲刷，热电偶的使用寿命也不长，因此此方法不是长久之计。
（2）利用已有的高压上缸内壁温度。此测点制造厂已设计、安装好，无须加装任何设备，工作量少、成本低，而且直接使用十分方便。主要的缺点是当级后温度变化时，其反应较慢，且不能检测到温度波动的情况。
（3）利用主汽门后的蒸汽温度测点。此方法简单、方便，但与实际偏差较大。
为了较准确地掌握机组启停、变负荷运行时调节级后温度的变化情况，特别是主蒸汽温度、调节级后温度及高压上缸内壁温度等参数之间的关系，合理地选择温度测点，改装调节级后压力测点为温度测点，即在调节级后压力测点的引出管（靠近外缸处）回路上加装三通阀，三通阀一路接至集控室级后压力监视表，另一路装一温包（温包内装有热电偶），再将蒸汽引至疏水膨胀箱，同时在三通阀和疏水箱间装一控制阀门。在机组启停过程中，打开控制阀，使蒸汽产生流动，从而测取级后温度。在机组正常运行时（各参数已趋稳定），为避免蒸汽热能的损失以及保证调节级后压力的准确测取，关闭该控制阀。经改装的温度测点能反映实际调节级后温度的变化趋势。
通过现场机组变负荷启停试验以及试验数据分析，高压上缸内壁温度虽然变化有些滞后，但在整个变化过程中，其温度变化趋势、变化量与改装的级后温度（真实的实际温度）是一致的。而寿命损耗主要是由温升率和温升量来决定的。只要温升率与温升量一样，其寿命损耗也一样。因此用缸温作为温度测点能达到寿命计算的要求。
3 软件编制与在线计算
3．1特征参数的确定
软件编制采用VC＋＋语言，运用有限差分计算方法，将转子视为无限长圆柱体的一维模型，即计算模型中只考虑转子径向的温差，而不考虑轴向热流的影响。因此把转子危险截面离散化为七层，建立数学模型。为保证转子在不同工况下应力、应变及寿命损耗计算快速性与准确性，下列特征参数的取值关系很大。在软件编制、调制过程中，通过计算、试验修正确定。
（1）计算时间间隔Δτ当
利用温度差分方程计算汽轮机转子截面各点温度时，在确定尺寸Δr以后，还必须确定计算的时间间隔Δτ。首先根据传热学分析，为了满足稳定性条件，傅立叶数
F0＝a·Δτ／（Δr）2≤0．5
式中导温系数a约为10．0×10－6 m／s，分层间距Δr＝0．03967 m，为满足稳定性条件，则
Δτ≤78．7 s。
其次，对于在线监测系统，由于转子表面的温度是不断变化着的，Δτ取得小一些，有利于对转子内部瞬态温度场的表达。根据计算机的计算速度和转子温度导热，本系统取Δτ＝10 s。
（2）热应力集中系数Kth
应力集中部位的最大应力与无应力集中时光轴上的公称应力之比称为应力集中系数。热应力集中系数必须考虑因转轴几何尺寸造成的机械应力集中，和因热状态变化造成的应力集中。当转子内部温度场不均匀时，热应力现象严重；当转子内部温度分布趋向均匀时，应力集中部位的温度不匹配现象渐趋缓解，导致Kth
下降。
由于影响Kth的因素较多，且关系复杂，确定时先依据调节级后转子的结构尺寸进行计算，得出机械应力集中系数，然后再考虑机组热状态变化的影响，对其进行修正。
（3）疲劳特性曲线的拟合
机组每次启、停或大幅度负荷变动，均要造成转子的疲劳寿命损耗。转子的低周疲劳曲线与材料的化学物理性质、工作温度等有关。根据125 MW机组转子的材料特性，本系统采用原苏联P2M钢的材料疲劳实验特性曲线，并按工作 温度不同（500℃与400℃两种）进行了拟合。
（4）蠕变特性曲线的拟合汽
轮机长期工作在高温蒸汽环境中，在高温和应力联合作用下，易产生蠕变寿命损耗。对于Cr－Mo－V转子钢，蠕变断裂曲线可由Larson－Miller参数P与维氏硬氏HV进行拟合。然后根据实际转子的材料硬度及特性、应力等，计算出P，再根据温度，求出蠕变断裂时间，最后求出蠕变寿命损耗。
3．2 在线计算
本系统安装到现场的125 MW机组上，即投入了汽轮机转子寿命在线监测运行。利用电厂机组启停及变负荷机会，对各种典型工况进行了应力、应变及寿命损耗计算。1998年几种典型工况下计算的主要数据汇总于表1。
从表1中可见，机组几次典型工况的运行中，转子表面的最大热应力均未超过报警值，寿命损耗也较小，在合理范围内。可见，电厂运行人员在机组启停或升降负荷过程中，均较好地控制了温升率，使得转子应力比在＜0．7（报警值）下运行。
本系统为电厂机组启动、停机及变负荷过程的优化运行提供了科学依据，为电厂运行人员合理操作提供了直观参考。即在保证转子应力不超标的情况下，应尽可能快地使机组启动至全速、并网带负荷（或反之），这样既保证了机组的寿命损耗在正常范围，又节约了油耗、煤耗，提高了经济效益。
可见该系统的应用，为电厂机组延寿及提高效益是十分有效的。
4 系统特点
本系统是综合了转子寿命理论研究、材料特性研究以及VC＋＋编程研究的基础上完成的，有以下主要特点：
（1）能科学、合理地指导机组启停
系统为指导电厂运行人员合理启停机组提供了科学依据。即在保证机组启停时热应力不超标情况下，可增大温升率，缩短启停时间。因此，既能延长机组使用寿命，又能提高经济效益。
（2）转子疲劳寿命损耗和蠕变寿命损耗实现同时监测
转子低周热疲劳寿命损耗与高温蠕变寿命损耗机理不同，计算方法也不同。系统在利用实时参数进行疲劳寿命损耗的同时，也进行了蠕变寿命损耗的计算。特别是蠕变寿命损耗计算时，运用的是在不同硬度下的对应的蠕变曲线，这些处理方法符合蠕变寿命损耗机理，比一般采用蠕变寿命损耗占总寿命损耗20％的估计计算要正确。
（3）系统软件可以适用于两类热力学边界条件，通用性强
进行转子温度场计算时，为了确定外表面温度，相应有两类热力学边界条件，本系统软件既可以根据转子表面温度、压力，通过放热系数求取外表面温度，也可以根据汽封体或内上缸壁温度来确定外表面温度，然后进行计算。两种不同的方法，只需通过一开关量的设置即可。适用于汽轮机高压缸测点的不同布置情况，通用性强，且简单方便。
（4）计算时间间隔Δτ的缩短在
实时系统中，缩短计算的时间间隔将提高动态过程中应力、应变等计算的密度，实时反映过程的参数变化，有利于对工况的监控。本系统Δτ的缩短是靠数据采集速度、计算机运算速度和软件性能来实现的。
参考文献
[1] 丁有余，周宏利，徐涛，刘振田．汽轮机强度计算．水利电力出版社
[2] 张保衡．机组寿命管理与调峰运行．水利电力出版社，1998
[3] 裴世英，朱小令．调峰机组汽轮机转子寿命的研究．西安热工所，1985．5
[4] 王金瑞，李益明．30 CrM0V汽轮机转子钢的低循环疲劳特性．水电部西安热工研究所
[5] 胡先约．汽轮机转子热应力及寿命计算原理方法．上海发电设备成套设计研究所
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