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摘要：目前我国缺乏燃汽轮机热部件寿命的检查技术。针对当前热部件运行情况，需要合理的对其寿命进行评估。但在现实生活中很难进行实际的运行寿命评估，所以在对燃汽轮机热部件进行分析时，要根据影响寿命的主要原因进行情况分析。本文通过对燃汽轮机热部件的损耗情况，针对相应的计算模型提出计算方法，从而建立专用的热部件监测系统，以此来评估部件的寿命。通过对影响部件寿命的主要因素进行分析，运用常用的分析方法，针对等效运行时间分析法实现对热部件寿命进行评估。旨在为燃气轮机运行提供基础，帮助相关人员评估工作的展开。
Abstract： Currently there is a lack of inspection technology for the life of gas turbine hot-end components in China. According to the current operating condition of hot parts， it is necessary to evaluate their service life reasonably. However， it is difficult to evaluate the service life in real life， so when analyzing the thermal components of gas turbine， we should analyze the main reasons which affect the service life. In this paper， according to the loss of thermal components of gas turbine， a calculation method is proposed according to the corresponding calculation model， and a special monitoring system for thermal components is established to evaluate the life of components. Based on the analysis of the main factors affecting the life of hot parts， the life of hot parts is evaluated by using the analysis method of equivalent running time. The purpose is to provide a basis for gas turbine operation and help relevant personnel to carry out the evaluation work.
关键词：燃气轮机;热端部件;寿命评估;等效运行时间分析
Key words： gas turbine;hot end components;life assessment;equivalent operation time analysis
中圖分类号：TK477 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）21-0140-02
0 引言
当前，随着科学技术的不断发展，对于现代燃汽轮机技术来说也需要进行优化升级。目前我国越来越重视对其运行的控制，对燃汽轮机在高温高压下进行高效的运行是当代的追求方向。对于目前燃气轮机来说，涡轮的进口温度不断提高，同时相应部件的热负荷也在迅速加大。同时空气、灰尘等环境因素的影响导致燃汽轮机经常出现变更状况，甚至会出现超负荷快速的变动，造成热部件的损坏。因此需要针对当代燃汽轮机的可靠性进行技术维修，有效对其使用寿命进行评估，保证热端部件的可靠性。
1 热部件研究概况
对于热部件来说，需要在高温下进行快速运转，因此对其损伤与破坏需要额外的进行注意，相关人员需要对其结构材料性能使用寿命等大量研究，通过当前对燃汽轮机热部件使用寿命方面分析，主要包括疲劳寿命、蠕变寿命以及材料寿命等方面[1]。而在具体的分析过程中，通过对叶片系统的响应分析法和概率引进，帮助评估疲劳寿命，同时通过建立三维坐标可以有效地进行预估，在对高温蠕变等进行影响分布时，通过采用有限元方法进行预测进行展开，然而目前针对热寿命的评估方法仍不完善。本文通过对燃汽轮机热部件的损伤机理进行分析，同时对其的寿命损耗进行相应的计算，建立模型，为热部件的寿命累计损耗和提高参考。
2 具体损伤
热端部件是燃汽轮机的核心部件，对于其内部结构来说需要更多的设计，并且选择的材料必须耐用，因此价格昂贵。对于其加工工艺来说也流程较多，因此燃汽轮机的可靠性很大程度上取决于热端部件，在对其进行维修与技术检测需要对其寿命进行评估，以延长热端寿命，实现燃汽轮机长久的运行。对于燃汽轮机部件寿命来说，需要在高温高压腐蚀介质的残酷条件下进行运作，因此对其承受的负载工作温度以及介质等因素的影响需要对部件的损伤进行分析，而目前针对高温部件的损伤来说，主要分为以下三种： 2.1 疲劳损伤 疲劳损伤是指在运行过程中出现的循环载荷积累下来的。一般情况下，对于高温影响引发的热疲劳，是热部件长期地在高温条件工作在启停，变负载运行中磨损较多，一般都属于低周期损伤。对于的周期损伤来说，在覆盖周期〈105次，高周期则〉105次[2]。
2.2 蠕变损伤 蠕变损伤是在1400摄氏度的条件下，燃气热机的热部件的弹性性能会受温度的影响，导致整体的塑变性增强。在整体的机器运作过程中，由于负载的快速转动，导致产生的拉力使热部件发生不可回弹的变形，在塑变的过程中超出了材料本身可以承受的形变范围。因此对于热部件来说变形是非常严重的，属于巨大的损伤，对于蠕变损伤来说也是判定部件寿命的主要参数之一。
除此之外如果热端部件的材料接触温度过高出现塑性变形，热温度达到一定的情况下，就会导致材料脆弱部位出现裂纹。出现裂纹在部件的运行中是不可避免的，因此对其寿命评估时需要针对裂纹出现的位置以及强度对部件进行分析，根据裂纹的发展速度，判断裂纹是否可以修复，以此来保证热端部件的使用寿命。这也是在进行燃机热部件检查与寿命评估时必备检查内容之一。
2.3 腐蚀损伤 对于腐蚀损伤来说，主要因为在空气中由于一定的湿度，以及在燃气流等影响下，使得在部件进行工作中容易出现腐蚀情况[3]。腐蚀情况分为高温腐蚀和低温腐蚀。对于高温来说，往往是在高温区由于热部件相应的保护层受到损害而影响热端部件的工作运行，加大了整体的负荷，减少了其使用寿命。这也是在运行过程中常见的损伤方式。
3 调整方向
如果热部件出现异常损伤，会导致启停，负荷快速变动，甩负荷，紧急停机等情况的发生[4]。在对其进行分析时，需要针对燃汽轮机每次正常启动和停机时产生的温度变化，从而判断整体的加热膨胀大冷却缩减的周期。作为燃汽轮机来说，要经常地进行启动停机，因此需要对其部件的承受能力进行分析[5]。对热端部件的材料疲劳以及应力集中部位产生的裂纹进行调查，从而也需要根据高温环境下发生的材料蠕变进行数据分析。在对其发电模块负载增大或缩减时，需要观察负载的变化以及转速的变化。在负载交大过程中需要对涡轮转速进行分析，从而对超速现象进行把控，掌握热部件的损伤程度[6]。对于温度不均衡也会出现局部热应力。在进行输电的过程中，也需要根据内部的原因对发电机负载进行调整，以及加强紧急停机的处理。
4 计算
4.1 计算 在预热部件的等效时间选择需要根据压气机、热通道、燃烧器以及透平等，针对检修时间以及工艺进行要求，同时分析在运行状况下机组的等效时间EOH和启停次数。燃汽轮机在预估寿命时需要对运行的小时数，起停次数，负荷特点，燃料特性，水和蒸汽的喷射率等进行情况分析[7]。而这些都属于影响热部件使用的主要损伤因素，在对其调整的模式下，需要针对列出的情况对燃汽轮机寿命的极限进行探讨。在对其寿命评估时，也需要将其换算成等效的运行时间，通过在正常的运行下对燃汽轮机的各项参数进行评估，从而给出计算公式[8]。
EOH= 实际运行时间 + 等效起停次数 × 一次起跳等效运行时间
4.2 EOH的影响 当前对燃料性能相同的情况下，对于燃汽轮机热部件的评估来说，运作过程中的启停次数和复合变化情况是影响EOH的重要因素，因此需要针对相应的启停状态，针对现有电网的任务进行燃汽轮机使用寿命的预估。通过对其负载方式运行进行分析，部件的维修的费用与年起停次数的关系成正比[9]。因此在进行热部件的预估寿命时，需要根据负载的承受力以及运行方式，按照设计進行燃汽轮机的联合循环。在加强对热部件的检测状态的同时，也需要构建相应的服务检修体系，以此不断的完善启停间隔优化，加强间隔的时间延长，有效的降低运行成本。这也是当前在对热部件的使用寿命来说非常重要的发展方向[10]。
4.3 案例分析 本文通过对我国LNG现场F级燃气机进行案例分析，已分析当前的等效运行小时数，根据EOH计算，保证误差小于5%。利用基础参数等进行监测系统的数据分析，从而为预估寿命提高可靠准确的方法。
通过对相应的机组参数集热部件宿命进行调查，通过对信号传感器以及采集模块，分析模块等进行评估[11]。通过信号传感器对机组在整体的运行中的用电负荷等进行参数监测，以此来确保信号的传递、转换等。随后保障数据采集单元传送数据到分析系统进行分析。根据计算公式对其燃气透平热端部件的等效运行小时数进行计算，从而预估出剩余的寿命。具体案例参数见表1和表2。
5 结语
通过对热部件寿命损伤机理的建造，根据相应的影响因素以及寿命损耗模型，总结出了评估方法[12]。在计算系数的控制下，针对当前构件损耗的模型对其监测系统进行构建，从而分析出监测系统以及机组参数，可以有效的确保各部件的寿命评估。这对寿命监测与分析来说是非常方便的，也可以为日后提供更多的参考。
参考文献：
[1]龚文强，王庆韧.燃气轮机热端部件寿命的等效运行时间分析[J].电力技术，2010，19（08）：28-30.
[2]穆丽娟.基于临界面法的涡轮单晶叶片低周疲劳寿命预测方法研究[D].中国科学院大学（中国科学院工程热物理研究所），2017.
[3]王登银.燃气轮机热端部件寿命的等效运行时间分析[J].技术与市场，2017，24（07）：109-110.
[4]梁永纯，黄章俊，唐学智，肖依倩.异常工况下燃气轮机热端部件寿命损耗计算方法[J].电力科学与技术学报，2016，31（03）：170-174.
[5]周登极.燃气轮机智能故障管理理论及方法研究[D].上海交通大学，2016.
[6]白云山，田鑫，刘志敏.燃气轮机进气过滤系统滤网更换周期优化模型研究[J].华电技术，2019（08）：123-124.
[7]周诗齐，王清，韦红旗，李文霞，王丽丽.基于BP神经网络的燃机进气滤网压差建模应用[J].建筑热能通风空调，2019（07）：78-79.
[8]吴寅琛，冯湘斌，卢桂贤，刘威，李波.M701F4燃气轮机进气过滤器的失效分析及对策[J].东方电气评论，2019（01）：80-81.
[9]方继辉，王荣.重型F级燃气轮机IGV开度对压气机效率的影响[J].发电技术，2020（03）：123-124.
[10]李劲彬，夏天，黄烁，方华亮，胡傲，韩柳.基于XGBoost的集成式隔离断路器状态评估[J].高电压技术，2020（05）：123-124.
[11]刘义平.航空燃气涡轮风扇发动机故障识别诊断方法研究[J].航空维修与工程，2020（03）：89-90.
[12]崔建国，刘瑶，于明月，江秀红.基于深度学习与信息融合的燃气轮机故障诊断[J].机械设计与制造，2019（12）：123-124.
Abstract： Currently there is a lack of inspection technology for the life of gas turbine hot-end components in China. According to the current operating condition of hot parts， it is necessary to evaluate their service life reasonably. However， it is difficult to evaluate the service life in real life， so when analyzing the thermal components of gas turbine， we should analyze the main reasons which affect the service life. In this paper， according to the loss of thermal components of gas turbine， a calculation method is proposed according to the corresponding calculation model， and a special monitoring system for thermal components is established to evaluate the life of components. Based on the analysis of the main factors affecting the life of hot parts， the life of hot parts is evaluated by using the analysis method of equivalent running time. The purpose is to provide a basis for gas turbine operation and help relevant personnel to carry out the evaluation work.
关键词：燃气轮机;热端部件;寿命评估;等效运行时间分析
Key words： gas turbine;hot end components;life assessment;equivalent operation time analysis
中圖分类号：TK477 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）21-0140-02
0 引言
当前，随着科学技术的不断发展，对于现代燃汽轮机技术来说也需要进行优化升级。目前我国越来越重视对其运行的控制，对燃汽轮机在高温高压下进行高效的运行是当代的追求方向。对于目前燃气轮机来说，涡轮的进口温度不断提高，同时相应部件的热负荷也在迅速加大。同时空气、灰尘等环境因素的影响导致燃汽轮机经常出现变更状况，甚至会出现超负荷快速的变动，造成热部件的损坏。因此需要针对当代燃汽轮机的可靠性进行技术维修，有效对其使用寿命进行评估，保证热端部件的可靠性。
1 热部件研究概况
对于热部件来说，需要在高温下进行快速运转，因此对其损伤与破坏需要额外的进行注意，相关人员需要对其结构材料性能使用寿命等大量研究，通过当前对燃汽轮机热部件使用寿命方面分析，主要包括疲劳寿命、蠕变寿命以及材料寿命等方面[1]。而在具体的分析过程中，通过对叶片系统的响应分析法和概率引进，帮助评估疲劳寿命，同时通过建立三维坐标可以有效地进行预估，在对高温蠕变等进行影响分布时，通过采用有限元方法进行预测进行展开，然而目前针对热寿命的评估方法仍不完善。本文通过对燃汽轮机热部件的损伤机理进行分析，同时对其的寿命损耗进行相应的计算，建立模型，为热部件的寿命累计损耗和提高参考。
2 具体损伤
热端部件是燃汽轮机的核心部件，对于其内部结构来说需要更多的设计，并且选择的材料必须耐用，因此价格昂贵。对于其加工工艺来说也流程较多，因此燃汽轮机的可靠性很大程度上取决于热端部件，在对其进行维修与技术检测需要对其寿命进行评估，以延长热端寿命，实现燃汽轮机长久的运行。对于燃汽轮机部件寿命来说，需要在高温高压腐蚀介质的残酷条件下进行运作，因此对其承受的负载工作温度以及介质等因素的影响需要对部件的损伤进行分析，而目前针对高温部件的损伤来说，主要分为以下三种： 2.1 疲劳损伤 疲劳损伤是指在运行过程中出现的循环载荷积累下来的。一般情况下，对于高温影响引发的热疲劳，是热部件长期地在高温条件工作在启停，变负载运行中磨损较多，一般都属于低周期损伤。对于的周期损伤来说，在覆盖周期〈105次，高周期则〉105次[2]。
2.2 蠕变损伤 蠕变损伤是在1400摄氏度的条件下，燃气热机的热部件的弹性性能会受温度的影响，导致整体的塑变性增强。在整体的机器运作过程中，由于负载的快速转动，导致产生的拉力使热部件发生不可回弹的变形，在塑变的过程中超出了材料本身可以承受的形变范围。因此对于热部件来说变形是非常严重的，属于巨大的损伤，对于蠕变损伤来说也是判定部件寿命的主要参数之一。
除此之外如果热端部件的材料接触温度过高出现塑性变形，热温度达到一定的情况下，就会导致材料脆弱部位出现裂纹。出现裂纹在部件的运行中是不可避免的，因此对其寿命评估时需要针对裂纹出现的位置以及强度对部件进行分析，根据裂纹的发展速度，判断裂纹是否可以修复，以此来保证热端部件的使用寿命。这也是在进行燃机热部件检查与寿命评估时必备检查内容之一。
2.3 腐蚀损伤 对于腐蚀损伤来说，主要因为在空气中由于一定的湿度，以及在燃气流等影响下，使得在部件进行工作中容易出现腐蚀情况[3]。腐蚀情况分为高温腐蚀和低温腐蚀。对于高温来说，往往是在高温区由于热部件相应的保护层受到损害而影响热端部件的工作运行，加大了整体的负荷，减少了其使用寿命。这也是在运行过程中常见的损伤方式。
3 调整方向
如果热部件出现异常损伤，会导致启停，负荷快速变动，甩负荷，紧急停机等情况的发生[4]。在对其进行分析时，需要针对燃汽轮机每次正常启动和停机时产生的温度变化，从而判断整体的加热膨胀大冷却缩减的周期。作为燃汽轮机来说，要经常地进行启动停机，因此需要对其部件的承受能力进行分析[5]。对热端部件的材料疲劳以及应力集中部位产生的裂纹进行调查，从而也需要根据高温环境下发生的材料蠕变进行数据分析。在对其发电模块负载增大或缩减时，需要观察负载的变化以及转速的变化。在负载交大过程中需要对涡轮转速进行分析，从而对超速现象进行把控，掌握热部件的损伤程度[6]。对于温度不均衡也会出现局部热应力。在进行输电的过程中，也需要根据内部的原因对发电机负载进行调整，以及加强紧急停机的处理。
4 计算
4.1 计算 在预热部件的等效时间选择需要根据压气机、热通道、燃烧器以及透平等，针对检修时间以及工艺进行要求，同时分析在运行状况下机组的等效时间EOH和启停次数。燃汽轮机在预估寿命时需要对运行的小时数，起停次数，负荷特点，燃料特性，水和蒸汽的喷射率等进行情况分析[7]。而这些都属于影响热部件使用的主要损伤因素，在对其调整的模式下，需要针对列出的情况对燃汽轮机寿命的极限进行探讨。在对其寿命评估时，也需要将其换算成等效的运行时间，通过在正常的运行下对燃汽轮机的各项参数进行评估，从而给出计算公式[8]。
EOH= 实际运行时间 + 等效起停次数 × 一次起跳等效运行时间
4.2 EOH的影响 当前对燃料性能相同的情况下，对于燃汽轮机热部件的评估来说，运作过程中的启停次数和复合变化情况是影响EOH的重要因素，因此需要针对相应的启停状态，针对现有电网的任务进行燃汽轮机使用寿命的预估。通过对其负载方式运行进行分析，部件的维修的费用与年起停次数的关系成正比[9]。因此在进行热部件的预估寿命时，需要根据负载的承受力以及运行方式，按照设计進行燃汽轮机的联合循环。在加强对热部件的检测状态的同时，也需要构建相应的服务检修体系，以此不断的完善启停间隔优化，加强间隔的时间延长，有效的降低运行成本。这也是当前在对热部件的使用寿命来说非常重要的发展方向[10]。
4.3 案例分析 本文通过对我国LNG现场F级燃气机进行案例分析，已分析当前的等效运行小时数，根据EOH计算，保证误差小于5%。利用基础参数等进行监测系统的数据分析，从而为预估寿命提高可靠准确的方法。
通过对相应的机组参数集热部件宿命进行调查，通过对信号传感器以及采集模块，分析模块等进行评估[11]。通过信号传感器对机组在整体的运行中的用电负荷等进行参数监测，以此来确保信号的传递、转换等。随后保障数据采集单元传送数据到分析系统进行分析。根据计算公式对其燃气透平热端部件的等效运行小时数进行计算，从而预估出剩余的寿命。具体案例参数见表1和表2。
5 结语
通过对热部件寿命损伤机理的建造，根据相应的影响因素以及寿命损耗模型，总结出了评估方法[12]。在计算系数的控制下，针对当前构件损耗的模型对其监测系统进行构建，从而分析出监测系统以及机组参数，可以有效的确保各部件的寿命评估。这对寿命监测与分析来说是非常方便的，也可以为日后提供更多的参考。
参考文献：
[1]龚文强，王庆韧.燃气轮机热端部件寿命的等效运行时间分析[J].电力技术，2010，19（08）：28-30.
[2]穆丽娟.基于临界面法的涡轮单晶叶片低周疲劳寿命预测方法研究[D].中国科学院大学（中国科学院工程热物理研究所），2017.
[3]王登银.燃气轮机热端部件寿命的等效运行时间分析[J].技术与市场，2017，24（07）：109-110.
[4]梁永纯，黄章俊，唐学智，肖依倩.异常工况下燃气轮机热端部件寿命损耗计算方法[J].电力科学与技术学报，2016，31（03）：170-174.
[5]周登极.燃气轮机智能故障管理理论及方法研究[D].上海交通大学，2016.
[6]白云山，田鑫，刘志敏.燃气轮机进气过滤系统滤网更换周期优化模型研究[J].华电技术，2019（08）：123-124.
[7]周诗齐，王清，韦红旗，李文霞，王丽丽.基于BP神经网络的燃机进气滤网压差建模应用[J].建筑热能通风空调，2019（07）：78-79.
[8]吴寅琛，冯湘斌，卢桂贤，刘威，李波.M701F4燃气轮机进气过滤器的失效分析及对策[J].东方电气评论，2019（01）：80-81.
[9]方继辉，王荣.重型F级燃气轮机IGV开度对压气机效率的影响[J].发电技术，2020（03）：123-124.
[10]李劲彬，夏天，黄烁，方华亮，胡傲，韩柳.基于XGBoost的集成式隔离断路器状态评估[J].高电压技术，2020（05）：123-124.
[11]刘义平.航空燃气涡轮风扇发动机故障识别诊断方法研究[J].航空维修与工程，2020（03）：89-90.
[12]崔建国，刘瑶，于明月，江秀红.基于深度学习与信息融合的燃气轮机故障诊断[J].机械设计与制造，2019（12）：123-124.