火力发电机组中使用大量的阀门,但工程实际中阀门壳体的失效时有发生,对火电机组的安全、稳定和经济运行带来极大影响。本论文首先通过专项工业调查,获得了有关电站阀壳热疲劳开裂的翔实数据。调查发现,阀门壳体失效是具有普遍性的问题,热疲劳是阀门失效的主要原因;裂纹出现的时间、存在的部位具有统计上的规律性,与机组的运行工况、服役历程、阀壳的制造质量和缺陷有着密切的关系。其次采用有限元方法,分析了与电站运行工况相对应的阀壳温度场和应力场,联合各工况下阀壳有限元机械应力的计算结果,绘制了与机组一次完整启停相对应的组合应力时程图。本文所研究的阀门壳体是大型铸造件,表面不可避免地存在凹坑或凸起等缺陷,在国内电站行业还缺乏对材料缺陷与疲劳寿命之间关系的定量研究。本文根据材料的典型缺陷和尺寸,建立材料的缺陷模型,从而实现了材料缺陷与疲劳寿命之间的定量化研究路线,进而首次编制出了电站阀门的疲劳载荷谱。随后,按照上述建立的缺陷模型,采用Neuber方法,获得了代表阀壳真实应力-应变循环的疲劳载荷。随后,针对每年的电站运行记录,编制了电站阀门壳体的年疲劳载荷块谱。所编制的疲劳载荷谱为阀门疲劳寿命的标准化设计提供了一种定量的参考。根据疲劳载荷谱,采用损伤的线性累积原则,估算出机组一个运行周期内阀门的疲劳寿命,并与工业调查结果进行对照。研究结果表明:所预测的裂纹萌生部位与实际工业调查结果相符合;所预测的疲劳寿命(15年)与工业调查结果(12～14年阀壳出现大量可见裂纹)也基本一致。研究还发现:事故工况是导致阀壳裂纹萌生的重要因素,事故工况导致的热疲劳损伤减少阀壳寿命34%以上。最后,论文研究了阀壳表面缺陷与疲劳寿命的定量关系。研究结果表明,在正常运行周期内,严重的表面缺陷将导致阀门寿命下降约30%,而轻微的表面缺陷对正常的阀门寿命影响很小。由于表面缺陷的影响,每年含5次事故运行周期的阀门寿命将减少约50%。这一研究结论为大型火电站阀门的设计、制造、检测、运行和维护提供了一种定量化的参考。本文所取得的研究结果对大型火电站阀门的设计、制造、运行检验和检修具有一定的参考价值;本文所提出的研究路线和方法可供电站其它厚壁汽室件的疲劳研究时参考与借鉴。