汽轮机的寿命

汽轮机的寿命管理引言•随着科学技术的发展，汽轮机部件寿命的设计和评估问题日益引起人们的重视。

汽轮机招标时，用户关心的不只是许用应力或安全系数，而是明确的使用寿命。

在现有的汽轮机强度专著和设计手册中，已有汽轮机部件低周疲劳寿命的分析方法，还没有给出汽轮机部件蠕变寿命的计算方法，在国内科技期刊上，已有一些研究论文分析了蠕变损伤对汽轮机转子低周疲劳寿命的影响。

一.气轮机寿命概念：：•概念机组寿命（（零部件总寿命零部件总寿命））•机组寿命＝无裂纹寿命L1＋裂纹扩展寿命L2•无裂纹寿命L1：•无裂纹的新零件投入运行至零件出现第一条宏观裂缝（一般指裂纹深度a0＝0.2-0.5mm)的工作时间。

•占很小的部分。

•裂纹扩展寿命L2：•由初始裂纹a0开始在交变热应力作用下逐渐扩展至临界裂纹ac的工作时间。

•占很大的部分。

（出现初始裂纹后，还可以在一定控制条件下运行很长一段时间。

）蠕变寿命的计算方法•稳态蠕变应力对应的材料断裂时间汽轮机材料试件的高温持久强度σ、工作温度T（K）和断裂时间t rs 之间关系可用拉森－米勒（Larson－Miller）公式表示为T(C+LogaTn)=a0+a1Logσ+a2Log2σ…………………B式中C，a 0，a 1，a 2，a 3，a 4为材料试验常数。

把汽轮机部件的稳态蠕变等效应力σesc 和工作温度T代入式（9），解方程可确定汽轮机部件稳态蠕变应力对应的材料断裂时间t rs 。

瞬态蠕变应力对应的材料断裂时间•设汽轮机部件运行时间t≥ts时，汽轮机部件进入稳态蠕变，ts为汽轮机部件非稳态蠕变和稳态蠕变的时间界限值。

汽轮机部件非稳态蠕变过程的长短与材料的蠕变特性、应力水平和结构形状有关。

采用热弹塑性蠕变有限元程序计算出t1，t2，…，ti，…，tn时刻的汽轮机部件瞬态蠕变的等效应力σec1，σec2，…，σeci，…，σecn 后，把σeci和工作温度Ti代入式（9），可以确定汽轮机部件瞬态蠕变的等效应力σeci对应的材料断裂时间tri部件蠕变寿命的设计•按照ISO标准，持久强度试验得出的拉森－米勒参数（LMP）时间3倍外推结果是准确的。

.汽机介绍————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：1.1 汽机设备规范该汽轮机是由上海汽轮机有限公司和德国SIEMENS公司联合设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机,型号为N1000-27/600/600（TC4F），末级叶片高度1146mm。

汽轮机高、中压缸采用分缸布置，高压缸为单流型，中压缸和低压缸均为双流型。

本机组采用数字电液式调节系统（DEH）。

调节系统的转速可调范围为0∼110%×3000rpm。

汽轮机设计寿命为30年。

汽轮发电机组设计额定输出功率为1000MW，汽轮机THA工况热耗率保证值7327 kJ/kW.H。

汽轮机采用全周进汽方式，高压缸进口设有两个高压主汽门、两个高压调节门和一个补汽阀，中压缸进口设有两个中压主汽门和两个中压调门。

补汽技术，是从主汽阀后、主调阀前引出一些新蒸汽（额定进汽量的5∼10%），经补汽阀节流降低参数（蒸汽温度约降低30℃）后进入高压第五级动叶后的空间，主流与这股蒸汽混合后在以后各级继续膨胀做功的一种措施。

补汽技术提高了汽轮机的过载和调频能力，它使全周进汽机型的安全可靠性、经济性全面超过喷嘴调节机型。

高压缸采用单流、双层缸设计，其双层缸由静叶持环组成的内缸和筒形外缸组成，外缸为桶形设计，内缸为垂直纵向平分面结构。

中压缸采用双流程、双层缸设计，其双层缸由水平中分式内、外缸组成。

双流低压缸是两层缸体设计，焊接的外缸和内缸均为水平对分。

汽轮机转子采用鼓式转子。

鼓式转子主要由转鼓、动叶片和联轴器组成。

该汽轮机组的轴系由1个单流程反向高压转子、1个双流程中压转子和2个双流程低压转子组成。

这四个汽轮机转子均为整锻式转子，所有转子均无中心孔，各转子之间全部采用刚性联轴器连接。

高压转子的进汽端设有平衡活塞，它的高压侧与高压缸进汽相通，压力高，低压侧与高压缸排汽相通，压力低。

一、选择题（共 40 题，每题 1.0 分）：【1】高温紧固件：螺杆、螺纹和螺母支承面的粗糙度应不低于（）。

A．Ra1.2B．Ra1_4C．Ra1.6D．Ra1.8【2】关于现场质量管理的任务，下列叙述错误的是（）。

A．质量保障B．质量维持C．质量改进D．质量验证【3】汽轮发电机组可以长期运行，轴承座振动速度的均方根值应小于（）mm/s。

A．5.3B．7.5C．8.5D．11.5【4】在工程热力学中，基本参数为压力、温度和（）。

A．内能B．焓C．熵D．比体积【5】凝汽器内的凝结过程可以看做是（）。

A．等容过程B．等焓过程C．等压过程D．绝热过程【6】汽轮机按照蒸汽的流程和热力特性可分为凝汽式、（）、调节抽汽式、中间再热式等种类。

A．冲动式B．反动式C．背压式D．冲动一反动式【7】利用杠杆撬重物，省力的方式是（）。

A．动力臂大于阻力臂B．动力臂小于阻力臂C．动力臂等于阻力臂D．B和C都正确【8】已知蒸汽压力p和温度匕该温度下当时，ts为饱和压力，介质所处的状态是（）。

A．未饱和水B．饱和水C．湿蒸汽D．过热蒸汽【9】发生油膜振荡以后，涡动角速度将（）。

A．随轴颈转速升高而升高B．随轴颈转速升高而降低C．始终保持等于第一临界转速D．随转速下降而下降【10】钻头在100mm长度上有（）_的倒锥。

A．0.04~0.1B．0.1~0.2C．0.2~0_3D．0.3~0.4【11】高温紧固件用3SCrMo型钢的最高使用温度为（）℃。

A．430B．480C．520D．540【12】检查汽缸结合面以（）mm的塞尺塞不进，或有个别部位塞进的深度不超过结合面密封宽度的1/3为合格。

A．0.03B．0.05C．0.07D．0.08【13】EH油系统在运行中的含水量应不大于（）%（体积百分比）。

A．0.01B．0.50C．0.80D．1.00【14】对于大批量连续检查的场合，适合用（）。

A．磁粉探伤法B．电磁探伤法C．放射线透射检查法D．渗浸探伤法【15】大型汽轮发电机组的EH油系统中的磷酸酯抗燃油的正常工作温度在（）℃范围内。

汽轮机的热应力、热变形、热膨胀主要内容：主要介绍汽轮机的热应力、热膨胀和热变形；汽轮机寿命及如何进行汽轮机的寿命管理。

Ⅰ汽轮机的受热特点一、汽缸壁的受热特点汽轮机启停过程是运行中最复杂的工况。

在启停过程中，由于温度剧烈变化，各零部件中及它们之间形成较大的温差。

导致零部件产生较大的热应力，同时还引起热膨胀和热变形。

当应力达到一定水平时，会使高温部件遭受损伤，最终导致部件损坏。

1．汽缸的受热特点（1）启动时，蒸汽的热量以对流方式传给汽缸内壁，再以导热方式传向外壁，最后经保温层散向大气，汽缸内外壁存在温差，内壁温度高于外壁温度，停机过程则产生相反温差。

（2）影响内外壁温差的主要因素：①汽缸壁厚度δ，汽缸壁越厚，内外温差越大。

②材料的导热性能；③蒸汽对内壁的加热强弱。

加热急剧：温度分布为双曲线型，温差大部分集中在内壁一侧，热冲击时；加热稳定：温度分布为直线型，温差分布均匀，汽轮机稳定运行工况；缓慢加热：温度分布为抛物线型，内壁温差较大，实际启动过程中；2．转子的受热特点蒸汽的热量以对流方式传给转子外表面，再以导热方式传到中心孔，通过中心孔散给周围环境，在转子外表面和中心孔产生温差，温差取决于转子的结构、材料的特性及蒸汽对转子的加热程度。

Ⅱ汽轮机的热应力一、热应力热应力概念：当物体温度变化时，热变形受到其它物体约束或物体内部各部分之间的相互约束所产生的应力。

①温度变化时，物体内部各点温度均匀，变形不受约束，则物体产生热变形而没有热应力。

当变形受到约束时，则在内部产生热应力。

②物体各处温度不均匀时，即使没有外界约束条件，也将产生热应力；在温度高的一侧产生热压应力，在温度低的一侧产生热拉应力。

二、汽缸壁的热应力1．启动时，汽缸内壁为热压应力，外壁为热拉应力，且内外壁表面的热压和热拉应力均大于沿壁厚其他各处的热应力。

内壁；t E i ∆⋅-⋅-=μασ132 外壁：t E ∆⋅-⋅-=μασ1310 在停机过程中，内壁表面热拉应力，外壁表面热压应力。

汽轮机设备选型原则一、汽轮机：1、汽轮机的一般要求1、1主要设计参数：汽轮机额定功率12MW汽轮机最大功率15MW进汽压力 3.43MPa进汽温度435°C额定进汽量/最大进汽量 90/120t/h抽汽压力0.687MPa抽汽温度200°C±20°C额定抽汽量/最大抽汽量 50/80t/h排汽压力 0.0049MPa(绝压)冷却水温 20℃～33℃1、2机组运行方式：定压方式运行，短时可滑压运行。

1、3负荷性质：带可调整的供热负荷：压力、温度为抽汽口参数，承包商根据现场用汽参数可进行计算调整。

1、4 冷却方式：机力通风冷却塔1、5汽轮机机组应满足规定的操作条件。

在规定的操作条件下，机组应能全负荷、连续、安全地运行。

1、6汽轮机的设计寿命(不包括易损件)不低于30年，在其寿命期内能承受以下工况，总的寿命消耗应不超过75％。

1、7汽轮机及所有附属设备应是成熟的、先进的，并具有制造类似容量机组、运行成功的经验。

不得使用试验性的设计和部件。

1、8机组的设计应充分考虑到可能意外发生的超速、进冷汽、冷水、着火和突然振动。

防止汽机进水的规定按ASME标准执行。

1、9机组配汽方式为喷嘴调节，其运行方式为定压运行,短时可滑压运行。

1、10汽轮机进排汽及抽汽管口上可以承受的外力和外力矩至少应为按NEMA SM23计算出的数值的1.85倍。

1、11所有与买方交接处的接管和螺栓应采用公制螺纹。

1、12轴封应采用可更换的迷宫密封以减少蒸汽泄漏量，优先选用静止式易更换的迷宫密封。

1、13转子的第一临界转速至少应为其最大连续转速120%。

1、14整个机组应进行完整的扭振分析，其共振频率至少应低于操作转速10%或高于脱扣转速10%。

1、15材料：所使用的材料应是新的，所有承压部件均为钢制。

所有承压部件不得进行补焊。

主要补焊焊缝焊后需热处理。

1、16 低压缸与凝结器联接方式为弹性连接。

2、汽轮机转子及叶片2、1汽轮机设计允许不揭缸进行转子的动平衡，即具有不揭缸在转子上配置平衡重块的条件，并设有调整危急保安器动作转速的手孔。

汽轮机寿命评估标准
汽轮机寿命评估标准是评估汽轮机使用寿命的一套标准和方法。

通过对汽轮机的状态、可靠性、失效分析等方面的评估，可以确定其合理的使用时间和保养周期，以确保汽轮机的正常运行和安全性。

汽轮机寿命评估标准可以广泛应用于电厂、化工、冶金、轮船等领域，不仅用于新产汽轮机状态的评估，也用于中老年汽轮机的可靠性分析和失效分析，为其后续的维护保养工作提供依据。

寿命评估标准通常包括以下几个方面：
1. 材料性能检测：研究汽轮机的材料性能，了解其耐高温、抗疲劳和耐腐蚀能力，以便判断其使用寿命。

首先进行非破坏性检测，观察材料内部存在的缺陷，然后进行力学性能试验，衡量材料的强度和抗裂性能等。

2. 检测与测量：运行中的汽轮机也需要定期检修，通过观察汽轮机的精度、工作状态、振动情况等来判断寿命。

例如，可以根据汽轮机的振动进行故障判断，对振动进行定性和定量分析，识别出隐蔽的故障。

在汽轮机实际运行环境中，特别关注轴承、齿轮、齿轮箱和叶轮等部件。

定期的液压和油品检验也必不可少，以保证汽轮机的正常运行。

3. 寿命累计损耗判据值：在中国《进口大容量汽轮机技术谈判指南》1561中规定，大功率汽轮机的寿命评估还要考虑服役期、冷态启动次数、温态启动次数、热态启动次数、极热态启动次数、大于10%负荷的负荷变动次数以及总启动次数等因素，寿命累计损耗判据值a不大于75%。

汽轮机寿命评估标准的应用有助于确保设备的安全运行，延长设备使用寿命，减少维修和更换设备的成本，提高经济效益。

附录三常见设备经济寿命参考年限
＊根据《火灾直接财产损失统计方法》（中华人民共和国公共安全行业
标准GA185—1998 ）整理。

附录四专用设备经济寿命参考年限
附录五机器设备运输、安装、调试费率参考指标
一、进口机器设备海运及外贸、银行手续费参考表注:保险金额通常以货价的110％计算.
FOB价--离岸价 CIF价--到岸价
FOB价=出厂货价+包装费+运到交货口岸的运杂费
CIF价=FOB价+海运费+海运保险费
二、机器设备国内运杂费率参考指标（占设备基价%）
注:1.根据设备单价的大小及其体积重量及所处地区交通条件选定具体费率.单价高、体积小、重量轻、交通方便地区的取低值,反之取高值。

2。

进口设备一般价格较贵,到岸后的国内运杂费率通常不取高值。

3.特殊情况或用空运等可按实估算.
三、安装调试费率参考指标（占设备基价％）
注：1.专用生产线或成套设备试生产过程费用未包括在内；
2.设备基础费用另加;
3.锅炉安装包括砌炉、炉体保温等工程。

附录六机器设备新旧程度判断标准参考表
一、一般机器设备成新率确定参考表。

关于汽轮机寿命使用讲义【关键词】汽轮机寿命、转子、运行、维护管理对策。

【作者单位】甘肃电力科学研究院【作者】周国强【日期】2010年12月5日1 汽轮机组的寿命年限1.1 国内机组通常使用寿命为20—25年（最长不超过30年）；1.2 国外机组通常使用寿命为30—40年；1.3 当机组接近设计寿命时，它的可靠性、可用率和效率会迅速降低。

根据北美可靠性协会的数据，50MW 和200MW 机组在投运40 年后，事故停机率将达到20%左右，继续运行则被认为是不安全和不经济。

2 何谓汽轮机组的寿命2.1 汽轮机寿命指的就是转子寿命，一般分为无裂纹寿命和剩余寿命两种。

2.2无裂纹寿命是指：转子从第一次投运开始直到产生第一条工程裂纹为止所经历的运行时间。

2.3 无裂纹寿命又称致裂寿命。

2.4 根据断裂力学分析当出现了第一条裂纹时并不意味着转子寿命的终结，还有一定的剩余寿命，而且这一部分寿命在总寿命中占有相当大的比例，只有当裂纹扩展超过临界裂纹时才会出现裂纹失稳扩展造成转子断裂。

所以剩余寿命是指从产生第一条工程裂纹开始直到裂纹扩展到临界裂纹为止所经历的安全工作时间。

2.5 无裂纹寿命和剩余寿命之和就是转子的总寿命。

3 汽轮机寿命管理汽轮机寿命管理的任务就是正确评价汽轮机部件的寿命(包括无裂纹寿命和剩余寿命)，合理分配机组服役期内各种．工况下的寿命损耗率，延长汽轮机的使用寿命。

做好机组寿命管理工作，有助于合理使用材料，充分利用设备潜力，避免灾难性事故的发生。

3.1 如何选型汽轮机组首先要看叶片的材料和热处理以及锻模的方式，一般国产比如苏州叶片厂生产的说是20年其实连续运行不到那么久，而上汽和东汽哈汽的分段热处理转子寿命理论值可达25年左右，当然修复后回用不算，而且叶片最多允许有两次修复，法国阿尔斯通的焊接转子理论寿命是40年，而且在很多电厂中也确实证明了这一点，最主要的是在汽轮机选型时要进行比质量比价格，质量是价格的关系。