大型汽轮机组转子寿命问题的研究对确保热力发电设备的安全、经济运行具有重要意义。本文针对工程实际中转子寿命问题中存在的几个难点进行了研究:1. 采用自定义的材料弹塑性本构方程和增量有限元方法,结合高温低循环疲劳损伤研究中的能量理论,对国产通用转子钢 30Cr2MoV 材料的标准疲劳试验过程进行模拟仿真,依据仿真结果,建立了符合实际转子材料疲劳表现的损伤模型,该模型能够考虑损伤过程中材料力学性能随损伤发展而发生变化的情况,能精细评价疲劳和蠕变的耦合效应所造成的寿命损伤,以及解决随机幅度疲劳的损伤累积问题。在此基础上建立了以虚拟疲劳试验为基本特征的疲劳研究和评价方法,该方法能够最大限度的利用疲劳试验数据,从而降低试验费用和复杂度,减少试验的数量,同时也简化了汽轮机转子的寿命评价实施过程。2. 应用弹塑性理论和差分方法,基于简化转子模型假设,提出了一维高精度汽轮机转子应力监测在线计算模型。该模型能够考虑材料的热学、力学性能参数会随温度发生变化的实际情况,将转子在线应力场的计算领域扩展到塑性范围,并可根据现场监测系统的计算硬件条件灵活设定差分网格的密度,具有较大的适应性。以此模型为基础,探讨了塑性状态下转子表面应力集中现象的修正方法,在满足在线系统应力计算实时性要求的同时,提高了计算结果的准确度。3. 对某 125MW 汽轮机组进行了系统的调峰运行试验,并监测了相关运行数据。依据该机组转子的几何结构特点对转子进行了全尺寸有限元建模,针对试验中转子换热过程、受载过程特点,利用试验中采集的各种参数建立了符合实际的有限元边界模型和初始条件。在完成转子有限元温度场、弹塑性应力场分析的基础上,采用传统基于局部载荷史分析的方法对 5 种典型工况下 125MW 机组转子的寿命损耗情况进行了评价。参照机组实际运行特点,针对不同的调峰运行操作方式,对转子的受载过程及其寿命损耗进行了仿真研究。研究表明机组在调峰运行时存在一些可能导致转子寿命损耗无谓增加的因素,并提出了以转子寿命损耗最小为目标的优化运行若干原则和操作建议,该结论对其它大中型汽轮机组的运行具有参考意义。4. 以汽轮机转子寿命评价方法,裂纹扩展理论和可靠性原理为基础,对汽轮机转子在非线性损伤累积理论情况下的可靠度定寿理论进行了探讨,研究了基于该理论的可靠性损伤累积极限的意义及其特性,从而根据损伤等可靠度曲线确定转子的最佳探<WP=4>伤、检修周期。研究表明,采用基于非线性损伤累积理论时,对汽轮机转子进行寿命分配,或者确定探伤检修周期所得到的结果相对采用线性理论时趋于保守。5. 针对汽轮机转子寿命评估实施过程中存在的各种问题,结合通用有限元理论,可视化软件设计思想和自适应网格剖分技术开发了大型汽轮机转子专用寿命评估软件系统。系统针对转子的实际换热特点,对复杂的换热类型进行了归一化处理,并能依据转子的运行数据和几何结构参数自动生成热学、力学边界条件,可以对转子几何模型进行自适应网格剖分,根据高温低周疲劳寿命评估的特点嵌入了材料疲劳特性参数设置和载荷谱处理功能,在此基础上构建了对大中型汽轮机转子温度场、应力场进行各种稳态、瞬态分析,以及对转子的寿命损耗状况进行评估的统一平台,从而大大简化了寿命评价过程的复杂性,降低了其实施难度。