今天学习汽轮机寿命损耗相关知识：
影响机组运行的关键因素——①热应力；②疲劳寿命损耗
影响寿命损耗的主要因素——①低周疲劳寿命损耗；②高温蠕变损耗。
一、 寿命损耗
1. 疲劳损伤
① 由材料力学可知，金属材料在交变应力反复作用下，会出现疲劳损伤。
② 即使应力不超过材料的屈服极限，经过一定次数的循环（交变应力反复作用），金属材料也将产生微观裂纹。
③ 如果应力足够大，则循环次数不多，材料也将断裂。
2. 寿命
寿命由两部分组成：
① 无裂纹的新零件投入运行至零件出现第一条宏观裂纹(一般指裂纹深度0.2～0.5mm)的工作时间，称为无裂纹寿命L1或有效寿命；
② 由初始裂纹开始在交变热应力作用下逐渐扩展至临界裂纹的工作时间，称为裂纹扩展寿命L2或残余寿命由断裂力学分析知，L2占总寿命相当大的部分，因此，零部件出现初始裂纹时，并不意味着已丧失工作能力或寿命终止。
当汽轮机零部件不再有继续使用的经济价值和安全裕量时，该零部件的寿命即告终结。
二、 高温蠕变
① 定义：金属在高温下，长期承受一定的工作应力，即使应力不超过金属在该温度下的许用应力，也将发生缓慢而连续的塑性变形。
② 实验证明，金属的蠕变与金属材料所承受的工作应力和工作温度有密切的关系。
在工作应力和工作温度一定时，蠕变发展过程呈现三个阶段：
1° 蠕变不稳定阶段；减速蠕变阶段。
2° 蠕变的稳定阶段，蠕变速度恒定；等速蠕变阶段。
3° 蠕变速度增加很快，直至断裂。
在汽轮机寿命管理时，第三阶段时间不能计入蠕变寿命。加速蠕变阶段。
在同一应力下，转子工作温度越高，蠕变断裂时间越短，同一温度下，转子承受的应力越大，蠕变断裂时间就越短。
蠕变损耗累积到一定程度时，会导致转子产生裂纹，引起蠕变变形，发生动静摩擦事故。通常规定汽轮机运行十万小时后，总的变形量不得超过 0.1%。
三、低温脆性&FATT
1. 低温脆性：
高强度合金钢在某一低温范围内，韧性特性显著下降的一种现象。
2. FATT
在工程应用上，把进行材料冲击试验时断口形貌中韧性和脆性破坏面积各占 50％时所对应的试验温度，称为材料的脆性转变温度，记作FATT。（越低越好）
① 材料温度＞FATT，呈现韧性破坏。
② 材料温度＜FATT，呈现脆性破坏，发生脆性损伤的可能性增加。
③ 材料在高温环境下长期工作，其FATT有缓慢升高的现象。
对汽轮机转子材料的FATT有明确的要求，而且对预防汽轮机转子脆性损伤也有具体的措施：对CrMoV转子钢来讲，FATT=80~130℃。
现代断裂力学认为：金属材料低温脆性破坏的根本原因在于材料在锻造、热处理过程中形成的潜在微小裂纹。
3. 低温脆性破坏的预防
自从50年代相继发生了多起高强度合金钢低温脆性破坏的严重事故后，低温脆性破坏引起了人们的高度重视。
经反复实践与研究，已形成了一系列行之有效的防止汽轮机转子低温脆性破坏措施。
例如：
① ABB规定冷态启动时低速暖机和带初负荷暖机；
② 东芝要求机组在冷启时盘车状态下高压缸暖机和带初负荷暖机；
③ G/A公司机组冷启的中速暖机和中压缸启动方式等都是为了在低应力状态下加热转子，使转子金属温度超过材料的FATT后再转向高应力状态下工作。
四、寿命的管理与控制
对汽轮机寿命的评估方法，一般采用线性累积损伤法，即转子的累积总寿命损耗率Ｍ为低周疲劳损伤与高温蠕变损伤之和。
1. 汽轮机寿命的合理分配
目前通常认为汽轮机的服役年限为30年。在这30年的时间里，如何合理分配汽轮机的寿命，充分利用汽轮机的寿命，以取得最大的经济效益是汽轮机寿命分配的出发点。
对于带基本负荷的机组，汽轮机寿命的损耗主要为高温蠕变和正常检修启停所需低周疲劳对汽轮机寿命的损耗。
对调峰机组，除检修、维护需要正常启停以外还应根据电网要求，安排一定次数的热态启动和一定范围内的负荷变化。负荷变化量和热态启停次数应视电网的要求而定。在分配寿命损耗时，既要考虑汽轮机寿命的合理损耗，又要考虑到电网的调峰需要。
2. 汽轮机寿命的监测
① 寿命监测
在实际运行过程中，由于不可预测的因素较多，可能导致实际寿命损耗与预先分配值有较大偏差，因此，有必要对汽轮机寿命损耗进行监测。
寿命监测就是定期或不定期（每次启、停中或启停后）地对汽轮机寿命的实际损耗情况进行核算，以确保机组的安全运行。
② 寿命监测的方式：在线和离线
离线计算是在启动或停机之后，根据调节级或中压第一级的汽温变化曲线，取出各个阶段的温度变化率和温度变化量（或时间），用解析法或数值解法进行计算其热应力值和寿命损耗率；还可以直接根据转子的寿命损耗曲线上直接查取。
在线计算即是在线监测，将调节级或中压第一级室内的蒸汽温度转为数字信号输入计算机，随后计算机按照预定的程序以时间作为第二变量进行追踪计算求出监督部位的最大应力值及相应的寿命损耗率，随后将计算结果输出，如果在程序中给定一应力极限值，则当应力超限时可发出警报信号。
来源：汽机学习笔记
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