CN109902426B - 空冷式高参数汽轮机高中压缸性能与结构设计及监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法、性能监控方法及结构安全性监控方法。通过在设计阶段对高压缸与中压缸的进汽和排汽参数设计、流量与结构尺寸模化设计、焓降优化分配与变反动度设计等新技术来保证空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的功率与热力性能优良。通过在设计阶段对高压缸与中压缸的结构设计、材料设计、动叶片强度振动设计、转子蠕变与强度及寿命设计、内缸蠕变与强度及寿命设计、汽缸严密性设计等新技术来保证空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的结构安全性。达到了通过性能优化与结构改进的设计监控方法，来优化与控制空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的热力性能与结构安全性能的技术效果。

Description

空冷式高参数汽轮机高中压缸性能与结构设计及监控方法

技术领域

本发明涉及一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计及监控方法，属于汽轮机技术领域。

背景技术

在缺水地区建设火力发电厂，需要采用空冷式高参数汽轮机，其技术特点是耗水量为湿冷发电机组的25％，节水效果十分显著。空冷式轮机在额定工况的排汽压力为10kPa至16kPa，是湿冷汽轮机低压缸的排汽压力为4.9kPa的2至3倍。由于空冷式汽轮机的低压缸排汽压力高，相同进汽参数的条件下，空冷式汽轮机的等熵焓降比湿冷汽轮机小，空冷式汽轮机的热耗率比湿冷汽轮机大。为了进一步降低空冷式汽轮机的热耗率，主要技术途径是提高空冷式汽轮机的进汽参数，发展空冷式高参数汽轮机。提高进汽参数后，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构有特殊的技术问题需要解决，以保证空冷式高参数汽轮机经济安全运行。

申请人已经申请专利《超临界空冷汽轮机》申请号200310107844.8，技术特征是涉及566℃等级的超临界空冷汽轮机结构特点；已经申请专利《超超临界空冷汽轮机》申请号200310107845.2，技术特征是涉及600℃等级的超超临界空冷汽轮机结构特点；已经申请专利《一种超高参数节水型空冷汽轮机》申请号200810040258.9，技术特征是涉及700℃等级的超超临界空冷汽轮机结构特点；已经申请专利《一种空冷式高参数汽轮机的高中压合体缸》申请号201110430585.7，技术特征是涉及高中压合体缸的隔板套与隔热罩；史进渊等人在《动力工程》2007年第6期发表的论文“超临界和超超临界空冷汽轮机的技术方案及设计准则”，介绍了超临界和超超临界空冷汽轮机的技术方案、关键技术和安全设计准则，以及公开文献报道的空冷式汽轮机高压缸与中压缸的研究论文，大多是对空冷式汽轮机的产品介绍与参数分析，缺少空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计及监控方法。

若空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的性能与结构的设计与监控不当，会导致空冷式高参数汽轮机功率不足、热耗率增大、寿命缩短，影响空冷式高参数汽轮机的经济安全运行。工程上，急需空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的性能与结构设计监控方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计及监控方法，在设计阶段用来设计空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构，以及定量评定与优化改进空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的热力性能与结构安全性，以保证空冷式高参数汽轮机的经济安全运行。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：设计高压缸的进汽参数；

空冷式高参数汽轮机高压缸的进汽压力为25MPa-45MPa，空冷式高参数汽轮机高压缸的进汽温度为600℃-760℃；

步骤二：设计汽轮机的再热次数；

空冷式高参数汽轮机采用一次再热；

步骤三：设计中压缸的一次再热进汽参数；

空冷式高参数汽轮机中压缸的进汽压力为高压缸的进汽压力的15％-25％，空冷式高参数汽轮机中压缸的进汽温度为600℃-780℃；

步骤四：设计高压缸的排汽压力；

空冷式高参数汽轮机高压缸的排汽压力为中压缸的进汽压力的108％-112％；

步骤五：设计中压缸的排汽压力；

空冷式高参数汽轮机中压缸的排汽压力为0.4MPa-1.0MPa；

步骤六：设计低压缸的排汽压力；

额定工况下，空冷式高参数汽轮机的低压缸排汽压力为10kPa-16kPa；

步骤七：设计高压缸与中压缸的结构与布置；

空冷式高参数汽轮机采用高压缸和中压缸的分缸结构，空冷式高参数汽轮机的高压缸和中压缸采用串联布置；

步骤八：设计高压缸的结构；

空冷式高参数汽轮机的高压缸的通流部分采用单流式的反向流动结构，高压缸的进汽侧位于中压缸侧，高压缸的排汽侧位于主油泵侧；

步骤九：设计中压缸的结构；

空冷式高参数汽轮机的中压缸的通流部分采用双流结构，中压缸的进汽侧位于双流中压缸的中部，中压缸的排汽侧位双流中压缸的两侧；

步骤十：设计高压缸的平衡活塞；

空冷式高参数汽轮机的高压转子的进汽侧的轴封部位设计平衡活塞，以平衡高压转子的轴向推力；

步骤十一：设计高压汽缸结构；

空冷式高参数汽轮机的高压汽缸采用高压内缸与高压外缸的双层缸结构；

步骤十二：设计高压内缸结构；

空冷式高参数汽轮机的高压内缸采用无中分面外伸法兰的筒形缸结构；

步骤十三：设计高压外缸结构；

空冷式高参数汽轮机的高压外缸采用筒形外缸，所述筒形外缸无水平中分面，所述筒形外缸具有垂直径向中分面；

步骤十四：设计中压汽缸结构；

空冷式高参数汽轮机的中压汽缸采用中压内缸与中压外缸的双层缸结构；

步骤十五：设计叶片型线；

空冷式高参数汽轮机的高压通流部分与中压通流部分采用反动式叶型和弯扭复合叶型；

步骤十六：设计叶顶围带；

空冷式高参数汽轮机的高压转子与中压转子的动叶片的叶顶围带，采用动叶片预扭的自带冠结构，在动叶片顶部形成预紧力；

步骤十七：设计叶根结构；

空冷式高参数汽轮机的高压转子与中压转子的动叶片，采用双倒T型和倒T型叶根结构，以减少叶根漏汽；高压转子与中压转子的前3级动叶片采用双倒T型叶根结构，高压转子与中压转子的其他动叶片采用倒T型叶根结构；

步骤十八：设计叶顶汽封；

空冷式高参数汽轮机的高压转子与中压转子的动叶片的叶顶采用曲径汽封，以减少叶顶漏汽；

步骤十九：设计静叶环汽封；

空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的静叶环的转子侧采用曲径汽封，以减少静叶环漏汽；

步骤二十：动叶片材料；

针对空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的动叶片，工作温度超过600℃的动叶片材料采用镍基合金，其他动叶片材料采用12％铬钢；

步骤二十一：转子材料设计；

针对空冷式高参数汽轮机的高压转子和中压转子，进汽温度为600℃-620℃的转子材料采用FB2，进汽温度为620℃-630℃的转子材料采用FW2，进汽温度为630℃-650℃的转子材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度超过650℃-780℃的转子材料采用镍基合金；

步骤二十二：阀壳材料设计；

针对空冷式高参数汽轮机的高压阀壳和中压阀壳，进汽温度为600℃-630℃的阀壳材料采用CB2，进汽温度为630℃-650℃的阀壳材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度超过650℃-780℃的阀壳材料采用镍基合金；

步骤二十三：转子与汽缸的材料匹配；

对于空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸，将内缸材料与转子材料设计为同类钢种，如同为铁素体钢，或同为奥氏体钢，或同为镍基合金，以保证瞬态工况高压缸与中压缸的动静间隙；

步骤二十四：级的焓降分配；

对于空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸，各级等熵焓降按照焓降多项式分布规律分配；

步骤二十五：级的反动度设计；

对于高参数空冷式汽轮机的高压缸与中压缸，各级反动度按照反动度多项式分布规律设计；

步骤二十六：计算夏季工况的流量比；

空冷式高参数汽轮机夏季工况的排汽压力为30kPa-36kPa，湿冷汽轮机夏季工况的排汽压力为8.8kPa-12.8kPa，在相同进汽参数的条件下，计算得出空冷式高参数汽轮机的等熵焓降H_s1与相同进汽参数的湿冷汽轮机的等熵焓降H_s01，汽轮机的电功率N_e与流量G、等熵焓降H_s、汽轮机相对内效率η_0i、机械效率η_m、发电机效率η_g之间的关系式为N_e＝G×H_s×η_0i×η_m×η_g，在进汽参数、电功率N_e、相对内效率η_0i、机械效率η_m和发电机效率η_g相同以及电功率N_e相差20％以内的条件下，夏季工况的空冷式高参数汽轮机流量G₁与湿冷汽轮机流量G₀₁的流量比F_R1的计算公式为：

式(1)中，G₁为空冷式高参数汽轮机夏季工况的流量，G₀₁为电功率相差20％以内的湿冷汽轮机夏季工况的流量，N_e1为空冷式高参数汽轮机夏季工况的电功率，N_e01为湿冷汽轮机夏季工况的电功率；

步骤二十七：确定空冷式高参数汽轮机的流量；

已有相同进汽参数的湿冷汽轮机的投运业绩和高压缸与中压缸各级流量G_0i，为了保证空冷式高参数汽轮机的电功率，空冷式高参数汽轮机的各级流量G_i的计算公式为：

G_i＝G_0i×F_R1 (2)

式(2)中，F_R1为空冷式高参数汽轮机夏季工况的流量比；

步骤二十八：确定空冷式高参数汽轮机的模化比；

已知空冷式高参数汽轮机夏季工况的流量比F_R1，空冷式高参数汽轮机的模化比S_F的计算公式为：

步骤二十九：空冷式高参数汽轮机高压缸的模化放大；

空冷式高参数汽轮机的高压缸的结构设计，在湿冷汽轮机的基础上采用模化设计法，已有相同或相近功率、进汽压力与温度相同的湿冷汽轮机高压缸的主要结构尺寸，乘以空冷式高参数汽轮机的模化比S_F，得出空冷式高参数汽轮机的高压缸的主要结构尺寸；

步骤三十：空冷式高参数汽轮机中压缸的模化放大；

空冷式高参数汽轮机的中压缸的结构设计，在湿冷汽轮机的基础上采用模化设计法，已有相同或相近功率、进汽压力与温度相同的湿冷汽轮机中压缸的主要结构尺寸，乘以空冷式高参数汽轮机的模化比S_F，得出空冷式高参数汽轮机的中压缸的主要结构尺寸。

优选地，所述步骤六中，空冷式高参数汽轮机低压缸的排汽采用间接空冷系统或直接空冷系统冷却。

优选地，所述步骤十中，平衡活塞的外表面与高压内缸对应部位装有汽封。

优选地，所述步骤十二中，筒形缸结构有两种：一种是无中分面外伸法兰且具有垂直纵向中分面筒形内缸，另一种是采用红套环的筒形内缸。

优选地，所述步骤十三中，高压外缸的前缸与后缸采用螺栓连接，高压外缸的垂直径向中分面位于高压缸的后半段，高压外缸的内表面承受高压缸的排汽压力。

优选地，所述步骤十四中，中压内缸与中压外缸均由上缸和下缸组成，中压内缸采用有水平中分面的外伸法兰的结构，中压外缸采用有水平中分面的外伸法兰的结构。

优选地，所述步骤十八中，在自带冠围带顶部外表面设计3～4个台阶，在对应叶顶部位的高压内缸与中压内缸的内表面设计6～7个镶片式汽封齿。

优选地，所述步骤十九中，在静叶环的转子侧表面设计2～3个台阶，在对应静叶环部位的高压转子与中压转子的外表面设计4～5个镶片式汽封齿。

本发明还提供了一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，用于对上述的空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法所设计的空冷式高参数汽轮机的性能进行监控，其特征在于，步骤为：

第1步：确定高压缸的级数；

确定空冷式高参数汽轮机的高压缸的级数Z_H；

第2步：计算高压缸的等熵焓降；

依据空冷式高参数汽轮机高压缸的进汽压力、进汽温度与排汽压力，计算得出空冷式高参数汽轮机高压缸的等熵焓降H_sH；

第3步：计算高压缸各级平均等熵焓降；

空冷式高参数汽轮机高压缸的各级平均等熵焓降h_sHm按照如下公式计算：

式(4)中，Z_H为高压缸的级数，H_sH为高压缸的等熵焓降，α为重热系数；

第4步：计算高压缸的相对级号；

空冷式高参数汽轮机高压缸的第i级叶片的相对级号x_i按照如下公式计算：

式(5)中，Z_H为高压缸的级数，i为高压缸叶片的级号，i为正整数；

第5步：计算高压缸的焓降比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸的各级焓降比值处理为多项式分布规律，高压缸第i级叶片的焓降比值R_xi按照如下公式计算：

式(6)中，x_i为高压缸第i级叶片的相对级号，A₀、A₁、A₂、A₃分别为等熵焓降优化设计分析得出的多项式常数；

第6步：计算高压缸的焓降比值之和；

空冷式高参数汽轮机的高压缸焓降比值之和R₀按照如下公式计算：

式(7)中，R_xi为高压缸第i级叶片的焓降比值，Z_H为高压缸的级数；

第7步：高压缸的焓降比值之和的优化控制；

(1)若R₀＝Z_H，空冷式高参数汽轮机高压缸的焓降比值之和设计监控合格，表明高压缸的焓降比值之和处于受控状态，高压缸的焓降比值之和的设计监控结束，进入第10步；

(2)若R₀≠Z_H，空冷式高参数汽轮机高压缸的焓降比值之和设计监控不合格，进入第8步；

第8步：计算高压缸焓降比值的修正系数；

空冷式高参数汽轮机高压缸焓降比值的修正系数K_H按照如下公式计算：

式(8)中，Z_H为高压缸的级数，R₀为高压缸焓降比值之和；

第9步：计算高压缸的焓降分配系数；

按照如下公式计算空冷式高参数汽轮机高压缸第i级叶片的焓降分配系数R_i：

R_i＝K_H×R_xi (9)

式(9)中，K_H为高压缸焓降比值的修正系数，R_xi为高压缸第i级叶片的焓降比值；

进入第11步；

第10步：给定高压缸的焓降分配系数；

给定空冷式高参数汽轮机高压缸第i级叶片的焓降分配系数R_i＝R_xi；

第11步：计算高压缸的各级焓降；

空冷式高参数汽轮机高压缸的第i级叶片等熵焓降h_sHi按照如下公式计算：

h_sHi＝R_i×h_sHm (10)

式(10)中，R_i为高压缸第i级叶片的焓降分配系数，h_sHm为高压缸的各级平均等熵焓降；

第12步：计算高压缸的反动度初始值；

空冷式高参数汽轮机高压缸的各级反动度初始值处理为多项式分布规律，高压缸第i级叶片的反动度初始值ρ_xi按照如下公式计算：

式(11)中，x_i为高压缸第i级叶片的相对级号，B₀、B₁、B₂、B₃分别为反动度优化设计分析得出的多项式常数；

第13步：确定高压缸各级反动度初始值的最大值；

空冷式高参数汽轮机的高压缸各级反动度初始值的最大值ρ_maxH按照如下公式确定：

ρ_maxH＝max{ρ_x1；ρ_x2；...；ρ_xi；...ρ_xzH} (12)

式(12)中，ρ_xi为高压缸第i级叶片的反动度，ρ_xzH为高压缸第Z_H级叶片的反动度；

第14步：高压缸的反动度初始值的优化控制；

(1)若ρ_maxH＝0.5，空冷式高参数汽轮机高压缸的反动度初始值设计监控合格，表明高压缸的反动度初始值处于受控状态，高压缸的反动度初始值的设计监控结束，进入第17步；

(2)若ρ_maxH≠0.5，空冷式高参数汽轮机高压缸的反动度初始值设计监控不合格，进入第15步；

第15步：计算高压缸反动度的修正系数；

空冷式高参数汽轮机的高压缸反动度的修正系数k_H按照如下公式计算：

式(13)中，ρ_maxH为高压缸各级反动度初始值的最大值；

第16步：计算高压缸的反动度；

按照如下公式计算空冷式高参数汽轮机高压缸第i级叶片的反动度ρ_i：

ρ_i＝k_H×ρ_xi (14)

式(14)中，k_H为高压缸反动度的修正系数，ρ_xi为高压缸第i级叶片的反动度初始值；

进入第18步；

第17步：给定高压缸的反动度；

给定空冷式高参数汽轮机高压缸第i级叶片的反动度ρ_i＝ρ_xi；

第18步：确定中压缸的级数；

确定空冷式高参数汽轮机的中压缸的级数Z_I；

第19步：计算中压缸的等熵焓降；

依据空冷式高参数汽轮机中压缸的进汽压力、进汽温度与排汽压力，计算得出空冷式高参数汽轮机中压缸的等熵焓降H_sI；

第20步：计算中压缸各级平均等熵焓降；

空冷式高参数汽轮机中压缸的各级平均等熵焓降h_sIm按照如下公式计算：

式(15)中，Z_I为中压缸的级数，H_sI为中压缸的等熵焓降，α为重热系数；

第21步：计算中压缸的相对级号；

空冷式高参数汽轮机中压缸的第j级叶片的相对级号x_j按照如下公式计算：

式(16)中，Z_I为中压缸的级数，j为中压缸叶片的级号，j为正整数；

第22步：计算中压缸的焓降比值；

空冷式高参数汽轮机中压缸的各级焓降比值处理为多项式分布规律，中压缸第j级叶片的焓降比值R_xj按照如下公式计算：

式(17)中，x_j为中压缸第j级叶片的相对级号，C₀、C₁、C₂、C₃分别为焓降分配的优化设计分析得出的多项式常数；

第23步：计算中压缸的焓降比值之和；

空冷式高参数汽轮机的中压缸焓降比值之和R_0I按照如下公式计算：

式(18)中，R_xj为中压缸第j级叶片的焓降比值，Z_I为中压缸的级数；

第24步：中压缸的焓降比值之和的优化控制：

(1)若R_0I＝Z_I，空冷式高参数汽轮机中压缸的焓降比值之和设计监控合格，表明中压缸的焓降比值之和处于受控状态，中压缸的焓降比值之和的设计监控结束，进入第27步；

(2)若R_0I≠Z_I，空冷式高参数汽轮机中压缸的焓降比值之和设计监控不合格，进入第25步；

第25步：计算中压缸焓降比值的修正系数；

空冷式高参数汽轮机中压缸焓降比值的修正系数K_I按照如下公式计算：

式(19)中，Z_I为中压缸的级数，R_0I为中压缸焓降比值之和；

第26步：计算中压缸的焓降分配系数；

按照如下公式计算空冷式高参数汽轮机中压缸第j级叶片的焓降分配系数R_j并进入第28步：

R_j＝K_I×R_xj (20)

式(20)中，K_I为中压缸焓降比值的修正系数，R_xj为中压缸第j级叶片的焓降比值；

第27步：给定中压缸的焓降分配系数；

给定空冷式高参数汽轮机中压缸第j级叶片的焓降分配系数R_j＝R_xj；

第28步：计算中压缸的各级焓降；

空冷式高参数汽轮机中压缸的第j级叶片等熵焓降h_sIj按照如下公式计算：

h_sIj＝R_j×h_sIm (21)

式(21)中，R_j为中压缸第j级叶片的焓降分配系数，h_sIm为中压缸的各级平均等熵焓降；

第29步：计算中压缸的反动度初始值；

空冷式高参数汽轮机中压缸的各级反动度初始值处理为多项式分布规律，中压缸第j级叶片的反动度初始值ρ_xj按照如下公式计算：

式(22)中，x_j为中压缸第j级叶片的相对级号，D₀、D₁、D₂、D₃分别为反动度优化设计分析得出的多项式常数；

第30步：确定中压缸各级反动度初始值的最大值；

空冷式高参数汽轮机中压缸各级反动度初始值的最大值ρ_maxI按照如下公式确定：

ρ_maxI＝max{ρ_x1；ρ_x2；...；ρ_xj；...ρ_xzI} (23)

式(23)中，ρ_xj为中压缸第j级叶片的反动度，ρ_xzI为中压缸第Z_I级叶片的反动度；

第31步：中压缸的反动度初始值的优化控制；

(1)若ρ_maxI＝0.5，空冷式高参数汽轮机中压缸的反动度初始值设计监控合格，表明中压缸的反动度初始值处于受控状态，中压缸的反动度初始值的设计监控结束，进入第34步；

(2)若ρ_maxI≠0.5，空冷式高参数汽轮机中压缸的反动度初始值设计监控不合格，进入第29步；

第32步：计算中压缸反动度的修正系数；

空冷式高参数汽轮机的中压缸反动度的修正系数k_I按照如下公式计算：

式(24)中，ρ_maxI为中压缸的反动度初始值的最大值；

第33步：计算中压缸的反动度；

按照如下公式计算空冷式高参数汽轮机中压缸第j级叶片的反动度ρ_j：

ρ_j＝k_I×ρ_xj (25)

式(25)中，k_I为中压缸反动度的修正系数，ρ_xj为中压缸第j级叶片的反动度初始值；

进入第35步；

第34步：确定中压缸的反动度；

确定空冷式高参数汽轮机中压缸第j级叶片的反动度ρ_j＝ρ_xj；

如此完成空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的各级等熵焓降与反动度的优化改进与设计监控。

优选地，所述第1步中，Z_H为12级至22级。

优选地，所述第3步和第20步中，α取值范围为0.01至0.09。

优选地，所述第5步中，A₀的取值范围为0.6701至0.9701，A₁的取值范围为0.5136至0.8136，A₂的取值范围为1.0580至1.3580，A₃的取值范围为-2.4199至-2.1199。

优选地，所述第12步中，B₀的取值范围为0.1378至0.4378，B₁的取值范围为0.4027至0.7027，B₂的取值范围为-0.3777至-0.0777，B₃的取值范围为-0.3476至-0.0476。

优选地，所述第18步中，Z_I为10级至20级。

优选地，所述第22步中，C₀的取值范围为0.0621至1.0201，C₁的取值范围为0.4636至0.8636，C₂的取值范围为1.0080至1.4080，C₃的取值范围为-2.4699至-2.0699。

优选地，所述第29步中，D₀的取值范围为0.0878至0.4878，D₁的取值范围为0.3527至0.7527，D₂的取值范围为-0.4277至-0.0277，D₃的取值范围为-0.3876至-0.0076。

本发明还提供了一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸结构安全性的监控方法，用于对上述的空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法所设计的空冷式高参数汽轮机的结构安全性进行监控，其特征在于，步骤为：第一步：计算高压缸与中压缸的动叶片结构安全性设计量；

基于空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片和最后一级动叶片的设计参数，计算得出高压缸与中压缸的第一级动叶片的振动强度安全倍率A_b1、最后一级动叶片的振动强度安全倍率A_bL、工作温度下第一级动叶片的1阶振动频率f₁、工作温度下最后一级动叶片在工作转速最高限时的振动频率f_d1、工作温度下最后一级动叶片在工作转速最低限时的振动频率f_d2；

第二步：计算高压缸与中压缸的第一级动叶片振动强度安全倍率比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸或中压缸的第一级动叶片的振动强度安全倍率比值R_Ab1按照如下公式计算：

式(26)中，A_b1为第一级动叶片的振动强度安全倍率，[A_b]为许用安全倍率；

第三步：计算高压缸与中压缸的最后一级动叶片振动强度安全倍率比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸或中压缸的最后一级动叶片的振动强度安全倍率比值R_AbL按照如下公式计算：

式(27)中，A_bL为最后一级动叶片的振动强度安全倍率，[A_b]为许用安全倍率；

第四步：计算高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸或中压缸的第一级动叶片1阶振动频率避开高频激振力频率50Zn共振的避开率Δf按照如下公式计算：

式(28)中，f₁为工作温度下第一级动叶片1阶振动频率，Z_n为第一级静叶片数目；

第五步：计算高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸或中压缸的最后一级动叶片1阶振动频率避开低频激振力频率下限比值R_d1和上限比值R_u1分别按照如下公式计算：

式(29)和式(30)中，f_d1为工作温度下最后一级动叶片在工作转速最高限n_u时的振动频率，f_d2为工作温度下最后一级动叶片在工作转速最低限n_d时的振动频率，K为激振力的转速倍率；

第六步：高压缸与中压缸的第一级动叶片振动强度安全倍率的优化控制：

(1)若R_Ab1≥1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片的振动强度安全倍率设计监控合格，表明第一级动叶片的振动强度安全倍率处于受控状态，第一级动叶片的振动强度安全倍率的设计监控结束，进入第七步；

(2)若R_Ab1＜1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片的振动强度安全倍率设计监控不合格，表明在设计阶段需要对第一级动叶片的叶型宽度与厚度、结构圆角、连接结构、围带厚度进行优化改进，重新执行第一步至第六步，直到R_Ab1≥1为止；

第七步：高压缸与中压缸的最后一级动叶片振动强度安全倍率的优化控制；

(1)若R_AbL≥1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的最后一级动叶片的振动强度安全倍率设计监控合格，表明最后一级动叶片的振动强度安全倍率处于受控状态，最后一级动叶片的振动强度安全倍率的设计监控结束，进入第八步；

(2)若R_AbL＜1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的最后一级动叶片的振动强度安全倍率设计监控不合格，表明在设计阶段需要对最后一级动叶片的叶型宽度与厚度、结构圆角、连接结构、围带厚度进行优化改进，重新执行第一步至第七步，直到R_AbL≥1为止；

第八步：高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振的优化控制；

(1)若Δf≥5％，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振设计监控合格，表明第一级动叶片避开高频激振力频率共振处于受控状态，第一级动叶片避开高频激振力频率共振的设计监控结束，进入第九步；

(2)若Δf＜5％，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振设计监控不合格，表明在设计阶段需要对第一级动叶片的叶型宽度与厚度、结构圆角、连接结构、围带厚度进行优化改进，重新执行第一步至第八步，直到Δf≥5％为止；

第九步：高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振的优化控制；

(1)若R_d1≥1且R_u1≥1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振设计监控合格，表明最后一级动叶片避开低频激振力频率共振处于受控状态，最后一级动叶片避开低频激振力频率共振的设计监控结束，进入第十步；

(2)若R_d1＜1或R_u1＜1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振设计监控不合格，表明在设计阶段需要对最后一级动叶片的叶型宽度与厚度、结构圆角、连接结构、围带厚度进行优化改进，重新执行第一步至第九步，直到R_d1≥1且R_u1≥1为止；

第十步：计算高压转子与中压转子的结构安全性设计量；

根据空冷式高参数汽轮机的高压转子与中压转子的设计参数，计算得出汽轮机运行30年至40年高压转子与中压转子的光滑表面最大主应变ε₁、高压转子与中压转子的多轴蠕变的修正系数A、汽轮机运行30年至40年高压转子与中压转子的应力集中部位表面最大主应变ε_max、高压转子与中压转子的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力σ_e2、高压转子与中压转子的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力σ_e3、冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ic、温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_iw、热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ih、极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ir、深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命N_i1、负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命N_i2、110％超速试验过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命N_i110、120％超速运行过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命N_i120、蠕变裂纹萌生寿命τ_ic；

第十一步：计算高压转子与中压转子的光滑表面蠕变设计量；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的光滑表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_ε1A按照如下公式计算：

R_ε1A＝ε₁×A (30)

式(30)中，ε₁为汽轮机运行30年至40年高压转子与中压转子的光滑表面最大主应变，A为高压转子与中压转子的多轴蠕变的修正系数；

第十二步：计算高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变设计量；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的应力集中部位表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_εmaxA按照如下公式计算：

R_εmaxA＝ε_max×A (31)

式(31)中，ε_max为汽轮机运行30年至40年高压转子与中压转子的应力集中部位表面最大主应变；

第十三步：计算高压转子与中压转子在稳态工况的应力比值；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的强度薄弱部位在稳态额定工况的应力比值R_σe2按照如下公式计算：

式(32)中，σ_e2为高压转子与中压转子的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力，即冯·米塞斯应力；

为工作温度下材料的屈服极限；

第十四步：计算高压转子与中压转子在瞬态工况的应力比值；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的强度薄弱部位在瞬态工况的应力比值R_σe3按照如下公式计算：

式(32)中，σ_e3为高压转子与中压转子的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力，即冯·米塞斯应力，

为工作温度下材料的屈服极限；

第十五步：计算高压转子与中压转子裂纹萌生寿命；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的强度薄弱部位裂纹萌生寿命τ_CL按照如下公式计算：

式(33)中，y_c为年均冷态起动次数，y_w为年均温态起动次数，y_h为年均热态起动次数，y_r为年均极热态起动次数，y₁为年均深度调峰次数，y₂为年均负荷变动次数，y₁₁₀为年均110％超速试验次数，y₁₂₀为年均120％超速运行次数，t_y为年均运行小时数，N_ic为冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_iw为温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ih为热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ir为极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i1为深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i2为负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i110为110％超速试验过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i120为120％超速运行过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命，τ_ic为蠕变裂纹萌生寿命；

第十六步：高压转子与中压转子的光滑表面蠕变的优化控制；

(1)若R_ε1A≤2％，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的光滑表面蠕变设计监控合格，表明高压转子与中压转子的光滑表面蠕变处于受控状态，高压转子与中压转子的光滑表面蠕变的设计监控结束，进入第十七步；

(2)若R_ε1A＞2％，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的光滑表面蠕变设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第十六步，直到R_ε1A≤2％为止；

第十七步：高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变的优化控制；

(1)若R_εmaxA≤3％，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变设计监控合格，表明高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变处于受控状态，高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变的设计监控结束，进入第十八步；

(2)若R_εmaxA＞3％，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第十七步，直到R_εmaxA≤3％为止；

第十八步：高压转子与中压转子在稳态工况结构强度的优化控制；

(1)若R_σe2＜1，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子在稳态工况结构强度设计监控合格，表明高压转子与中压转子在稳态工况结构强度处于受控状态，高压转子与中压转子在稳态工况结构强度的设计监控结束，进入第十九步；

(2)若R_σe2≥1，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子在稳态工况结构强度设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第十八步，直到R_σe2＜1为止；

第十九步：高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度的优化控制；

(1)若R_σe3＜1，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度设计监控合格，表明高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度处于受控状态，高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度的设计监控结束，进入第二十步；

(2)若R_σe3≥1，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第十九步，直到R_σe3＜1为止；

第二十步：高压转子与中压转子裂纹萌生寿命的优化控制；

(1)若τ_CL≥40年，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子裂纹萌生寿命设计监控合格，表明高压转子与中压转子裂纹萌生寿命处于受控状态，高压转子与中压转子裂纹萌生寿命的设计监控结束，进入第二十一步；

(2)若τ_CL＜40年，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子裂纹萌生寿命设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第二十步，直到τ_CL≥40年为止；

第二十一步：计算高压内缸与中压内缸的结构安全性设计量；

根据空冷式高参数汽轮机的高压内缸与中压内缸的设计参数，计算得出汽轮机运行30年至40年高压内缸与中压内缸的光滑表面最大主应变ε_1c、高压内缸与中压内缸的多轴蠕变的修正系数A_c、汽轮机运行30年至40年高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面最大主应变ε_maxc、高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力σ_e2c、高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力σ_e3c、冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_icc、温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_iwc、热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ihc、极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_irc、深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命N_i1c、负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命N_i2c、蠕变裂纹萌生寿命τ_icc；

第二十二步：计算高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变设计量；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的光滑表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_ε1Ac按照如下公式计算：

R_ε1Ac＝ε_1c×A_c (34)

式(34)中，ε_1c为汽轮机运行30年至40年高压内缸与中压内缸的光滑表面最大主应变，A_c为高压内缸与中压内缸的多轴蠕变的修正系数；

第二十三步：计算高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变设计量；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_εmaxAc按照如下公式计算：

R_εmaxAc＝ε_maxc×A_c (35)

式(35)中，ε_maxc为汽轮机运行30年至40年高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面最大主应变；

第二十四步：计算高压内缸与中压内缸在稳态工况的应力比值；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在稳态额定工况的应力比值R_σe2c按照如下公式计算：

式(36)中，σ_e2c为高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力，即冯·米塞斯应力；

为工作温度下材料的屈服极限；

第二十五步：计算高压内缸与中压内缸在瞬态工况的应力比值；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在瞬态工况的应力比值R_σe3c按照如下公式计算：

式(37)中，σ_e3c为高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力，即冯·米塞斯应力，

为工作温度下材料的屈服极限；

第二十六步：计算高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位裂纹萌生寿命τ_CLc按照如下公式计算：

式(38)中，y_c为年均冷态起动次数，y_w为年均温态起动次数，y_h为年均热态起动次数，y_r为年均极热态起动次数，y₁为年均深度调峰次数，y₂为年均负荷变动次数，t_y为年均运行小时数，N_icc为冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_iwc为温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ihc为热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_irc为极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i1c为深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i2c为负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命，τ_icc为蠕变裂纹萌生寿命；

第二十七步：高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变的优化控制；

(1)若R_ε1Ac≤2％，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变处于受控状态，高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变的设计监控结束，进入第二十八步；

(2)若R_ε1Ac＞2％，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行第二十一步至第二十七步，直到R_ε1Ac≤2％为止；

第二十八步：高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变的优化控制；

(1)若R_εmaxAc≤3％，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变处于受控状态，高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变的设计监控结束，进入第二十九步；

(2)若R_εmaxAc＞3％，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行二十一步至第二十八步，直到R_εmaxAc≤3％为止；

第二十九步：高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度的优化控制；

(1)若R_σe2c＜1，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度处于受控状态，高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度的设计监控结束，进入第三十步；

(2)若R_σe2c≥1，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行二十一步至第二十九步，直到R_σe2c＜1为止；

第三十步：高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度的优化控制；

(1)若R_σe3c＜1，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度处于受控状态，高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度的设计监控结束，进入第三十一步；

(2)若R_σe3c≥1，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行二十一步至第三十步，直到R_σe3＜1为止；

第三十一步：高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命的优化控制；

(1)若τ_CLc≥40年，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命处于受控状态，高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命的设计监控结束，进入第三十二步；

(2)若τ_CLc＜40年，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行二十一步至第三十一步，直到τ_CL≥40年为止；

第三十二步：计算高压内缸与中压内缸的严密性设计量；

根据空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的设计参数，计算得出高压内缸与中压内缸在稳态工况和瞬态工况高压段中分面的接触压力P_CPmax、高压内缸与中压内缸的内外表面压差ΔP、运行设定时间考虑蠕变与松弛作用后高压内缸与中压内缸的高温段中分面的接触压力P_CPt；n_A为计划大修的间隔年数；

第三十三步：计算高压内缸与中压内缸的全工况中分面最大接触压力比值；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在稳态工况和瞬态工况中分面高压段的接触压力比值R_P按照如下公式计算：

式(39)中，P_CP为高压内缸与中压内缸在稳态工况和瞬态工况高压段中分面的接触压力，ΔP为高压内缸与中压内缸的内外表面压差；

第三十四步：计算高压内缸与中压内缸的蠕变工况中分面接触压力；

在高参数空冷式汽轮机额定负荷稳态工况，n_A年一次大修，每年运行小时数为t，考虑蠕变与松弛作用后，计算运行t时间考虑蠕变与松弛作用后高压内缸与中压内缸的高温段中分面的接触压力P_CPt；

第三十五步：高压内缸与中压内缸的全工况中分面严密性的优化控制；

(1)若R_P≥2，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸全工况中分面严密性设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸全工况中分面严密性处于受控状态，高压内缸与中压内缸全工况中分面严密性的设计监控结束，进入第三十六步；

(2)若R_P＜2，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸全工况中分面严密性设计监控不合格，表明在设计阶段需要对红套环过盈量、螺栓直径与材料和预紧力进行优化改进，重新执行三十二步至第三十五步，直到R_P≥2为止；

第三十六步：高压内缸与中压内缸的蠕变工况中分面严密性的优化控制；

(1)若P_CPt＞0，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸蠕变工况中分面严密性设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸蠕变工况中分面严密性处于受控状态，高压内缸与中压内缸蠕变工况中分面严密性的设计监控结束，进入第三十七步；

(2)若P_CPt≤0，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸蠕变工况中分面严密性设计监控不合格，表明在设计阶段需要对红套环过盈量、螺栓直径与材料和预紧力进行优化改进，重新执行三十二步至第三十六步，直到P_CPt＞0为止；

如此完成空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的结构安全性的监控。

优选地，所述第五步中，K取2、3、4、5或6。

本发明提供的空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计及监控方法，实现了空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的热力性能与结构安全性的设计监控和优化改进。通过在设计阶段对高压缸与中压缸的进汽和排汽参数设计、流量与结构尺寸模化设计、焓降优化分配与变反动度设计等新技术来保证空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的功率与热力性能优良。通过在设计阶段对高压缸与中压缸的结构设计、材料设计、动叶片强度振动设计、转子蠕变与强度及寿命设计、内缸蠕变与强度及寿命设计、汽缸严密性设计等新技术来保证空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的结构安全性。达到了通过性能优化与结构改进的设计监控方法及系统，来优化与控制空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的热力性能与结构安全性能的技术效果。

附图说明

图1为本实施例中空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法的流程图；

图2为本实施例中空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能监控方法的流程图；

图3为本实施例中空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的结构安全性监控方法的流程图；

图4为本实施例中空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计系统的方框图；

图5为本实施例中高压缸与中压缸的性能与结构安全性设计监控的计算机软件总框图；

图6为本实施例中高压缸与中压缸的性能设计监控的子程序框图；

图7为本实施例中高压缸动叶片与中压缸动叶片的结构安全性设计监控的子程序框图；

图8为本实施例中高压转子与中压转子的结构安全性设计监控的子程序框图；

图9为本实施例中高压内缸与中压内缸的结构安全性设计监控的子程序框图；

图10为某型号1100MW汽轮机高压缸的结构示意图；

图11为某型号1100MW汽轮机中压缸的结构示意图；

图12为某型号1100MW汽轮机高压缸等熵焓降的分配结果示意图；

图13为某型号1100MW汽轮机高压缸变反动度优化结果的示意图；

图14为某型号1100MW汽轮机中压缸等熵焓降的分配结果示意图；

图15为某型号1100MW汽轮机中压缸变反动度优化结果的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

某型号空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的结构如图10所示，高压缸1包括高压转子2、平衡活塞3、高压缸第一级动叶片4、高压内缸5、高压外缸6、螺栓7、高压缸最后一级动叶片8等部件。该型号空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的结构如图11所示，中压缸9包括中压转子10、中压内缸11、中压外缸12、中压缸第一级动叶片13、中压缸最后一级动叶片14等部件。

对上述空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的性能与结构进行设计和监控。

如图1所示，为本实施例所采用的空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的性能与结构设计方法的流程图。如图4所示，为本实施例所采用的高压缸与中压缸的性能与结构设计监控系统的方框图，所述的空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的性能与结构设计监控系统由在线计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器组成，计算服务器与数据库服务器和网页服务器连接，网页服务器与用户端浏览器连接，数据库服务器中贮存材料的物理性能数据和力学性能数据、湿冷汽轮机的设计图纸和空冷式高参数汽轮的设计图纸。空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的性能与结构设计方法包括如下步骤：

步骤一、高压缸的进汽参数：

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的进汽压力为28MPa，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的进汽温度为600℃；

步骤二、汽轮机的再热次数：

空冷式高参数1100MW汽轮机采用一次再热，由于高参数空冷式1100MW汽轮机低压缸的排汽压力高、排汽压力变化频繁，采用二次再热后低压缸的膨胀线朝熵增方向移动，采用间接空冷系统，大气温度为34℃时低压缸排汽处于水蒸气的饱和线，大气温度为35℃时低压缸排汽为过热蒸汽，考虑到低压缸排汽为过热蒸汽时汽轮机的排汽无法凝结，空冷式高参数1100MW汽轮机不宜采用二次再热；

步骤三、中压缸的一次再热进汽参数：

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的进汽压力取为5.826MPa，是高压缸1的进汽压力的20.81％，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的进汽温度为620℃；

步骤四、高压缸的排汽压力：

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的排汽压力为6.409MPa，是中压缸9的进汽压力的110％；

步骤五、中压缸的排汽压力：

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的排汽压力为0.5MPa；

步骤六、低压缸的排汽压力：

空冷式高参数1100MW汽轮机低压缸的排汽采用间接空冷系统冷却，额定工况空冷式高参数1100MW汽轮机的低压缸排汽压力为10kPa；

步骤七、高压缸与中压缸的结构与布置：

空冷式高参数1100MW汽轮机采用高压缸1和中压缸9的分缸结构，空冷式高参数1100MW汽轮机采用高压缸1和中压缸9采用串联布置；

步骤八、高压缸的结构：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1的通流部分采用单流式的反向流动结构，高压缸1的进汽侧位于中压缸9一侧，高压缸1的排汽侧位于主油泵侧；

步骤九、中压缸的结构：

空冷式高参数1100MW汽轮机的中压缸9的通流部分采用双流结构，中压缸9的进汽侧位于双流中压缸9的中部，中压缸9的排汽侧位双流中压缸9的两侧；

步骤十、高压缸的平衡活塞：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压转子2的进汽侧的轴封部位设计平衡活塞3，以平衡高压转子2的轴向推力，平衡活塞3的外表面与高压内缸5对应部位装有汽封；

步骤十一、高压汽缸结构：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压汽缸采用高压内缸5与高压外缸6的双层缸结构；

步骤十二、高压内缸结构：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压内缸5采用无中分面外伸法兰的筒形缸结构，有两种结构可供采用，一种是无中分面外伸法兰且具有垂直纵向中分面筒形内缸，另一种是采用红套环的筒形内缸，本实施例采用无中分面外伸法兰且具有垂直纵向中分面筒形内缸；

步骤十三、高压外缸结构：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压外缸6采用筒形外缸无水平中分面，采用垂直径向中分面，高压外缸6的前缸与后缸采用螺栓7连接，高压外缸6的垂直径向中分面位于高压缸1的后半段，高压外缸6的内表面承受高压缸1的排汽压力，蒸汽压力比较低，降低了螺栓7的载荷；

步骤十四、中压汽缸结构：

空冷式高参数1100MW汽轮机的中压汽缸采用中压内缸11与中压外缸12的双层缸结构，中压内缸11与中压外缸12均由上缸和下缸组成，中压内缸11采用有水平中分面的外伸法兰的结构，中压外缸12也采用有水平中分面的外伸法兰的结构；

步骤十五、叶片型线：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压通流部分与中压通流部分采用反动式叶型和弯扭复合叶型；

步骤十六、叶顶围带：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压转子2与中压转子10的动叶片的叶顶围带，采用动叶片预扭的自带冠结构，在动叶片顶部形成预紧力；

步骤十七、叶根结构：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压转子2与中压转子10的动叶片，采用双倒T型叶根和倒T型叶根结构，以减少叶根漏汽，高压转子2与中压转子10的前3级动叶片采用双倒T型叶根结构，高压转子3与中压转子10的其他动叶片采用倒T型叶根结构；

步骤十八、叶顶汽封：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压转子2与中压转子10的动叶片的叶顶采用曲径汽封，以减少叶顶漏汽，在自带冠围带顶部外表面设计4个台阶，在对应叶顶部位的高压内缸5与中压内缸11的内表面设计7个镶片式汽封齿；

步骤十九、静叶环汽封：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1与中压缸9的静叶环的转子侧采用曲径汽封，以减少静叶环漏汽，在静叶环的转子侧表面设计3个台阶，在对应静叶环部位的高压转子2与中压转子10的外表面设计5个镶片式汽封齿；

步骤二十、动叶片材料设计：

针对空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的动叶片，工作温度超过600℃的动叶片材料采用镍基合金，其他动叶片材料采用12％铬钢；

步骤二十一、转子材料设计：

针对空冷式高参数1100MW汽轮机的高压转子2和中压转子10，进汽温度为600℃-620℃的转子材料采用FB2，进汽温度为620℃-630℃的转子材料采用FW2，进汽温度为630℃-650℃的转子材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度超过650℃-780℃的转子材料采用镍基合金，本实施例进汽温度为600℃-620℃，空冷式高参数1100MW汽轮机的高压转子2和中压转子10材料采用FB2；

步骤二十二、阀壳材料设计：

针对空冷式高参数1100MW汽轮机的高压阀壳和中压阀壳，进汽温度为600℃-630℃的阀壳材料采用CB2，进汽温度为630℃-650℃的阀壳材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度超过650℃-780℃的阀壳材料采用镍基合金，本实施例进汽温度为600℃-620℃，空冷式高参数1100MW汽轮机的的高压阀壳和中压阀壳的材料采用CB2；

步骤二十三、转子与汽缸的材料匹配

对于空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1与中压缸9，设计内缸材料CB2与转子材料FB2，均为铁素体钢，以保证瞬态工况高压缸1与中压缸9的动静间隙；

步骤二十四、级的焓降分配

对于空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1与中压缸9，各级等熵焓降按照焓降多项式规律优化分配，汽轮机高压缸1与中压缸9的相对内效率提高0.5个百分点以上；

步骤二十五、级的反动度设计

对于高参数空冷式1100MW汽轮机的高压缸1与中压缸9，各级反动度按照反动度多项式规律优化设计，汽轮机高压缸1与中压缸9的相对内效率提高0.5个百分点以上；

步骤二十六、计算夏季工况的流量比：

空冷式高参数1100MW汽轮机夏季工况的排汽压力为30kPa，湿冷1000MW汽轮机夏季工况的排汽压力为11.8kPa，在相同汽轮机进汽参数28MPa/600℃/620℃的条件下，可以计算得出空冷式高参数1100MW汽轮机的等熵焓降H_s1为1723.58kJ/kg，相同进汽参数的湿冷汽轮机的等熵焓降H_s01为1852.04kJ/kg，汽轮机的电功率N_e与流量G、等熵焓降H_s、汽轮机相对内效率η_0i、机械效率η_m、发电机效率η_g之间的关系式为N_e＝G×H_s×η_0i×η_m×η_g，在进汽参数、电功率N_e、相对内效率η_0i、机械效率η_m和发电机效率η_g相同以及电功率N_e相近的条件下，夏季工况的空冷式高参数1100MW汽轮机流量G₁与湿冷1000MW汽轮机流量G₀₁的流量比F_R1的计算公式为：

上式中，G₁为空冷式高参数1100MW汽轮机夏季工况的流量，G₀₁为电功率相近的湿冷1000MW汽轮机夏季工况的流量，N_e1为空冷式高参数1100MW汽轮机夏季工况的电功率，N_e01为湿冷1000MW汽轮机夏季工况的电功率；

步骤二十七、确定空冷式高参数汽轮机的流量：

已有相同进汽参数的湿冷1000MW汽轮机的投运业绩和高压缸与中压缸各级流量G_0i，为了保证空冷式高参数1100MW汽轮机的电功率，空冷式高参数1100MW汽轮机的各级流量G_i的计算公式为：

G_i＝G_0i×F_R1＝G_0i×1.1820

上式中，F_R1为空冷式高参数1100MW汽轮机夏季工况的流量比；

步骤二十八、确定空冷式高参数汽轮机的模化比：

已知空冷式高参数1100MW汽轮机夏季工况的流量比F_R1为1.1820，空冷式高参数1100MW汽轮机的模化比S_F的计算公式为：

步骤二十九、空冷式高参数汽轮机高压缸的模化放大：

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1的结构设计，在湿冷1000MW汽轮机的基础上采用模化设计法，已有相同或相近功率、进汽压力与温度相同的湿冷1000MW汽轮机高压缸的主要结构尺寸，乘以空冷式高参数1100MW汽轮机的模化比S_F＝1.0872，得出空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1的主要结构尺寸；

步骤三十、空冷式高参数汽轮机中压缸的模化放大：

空冷式高参数1100MW汽轮机的中压缸9的结构设计，在湿冷1000MW汽轮机的基础上采用模化设计法，已有相同或相近功率、进汽压力与温度相同的湿冷1000MW汽轮机中压缸的主要结构尺寸，乘以空冷式高参数1100MW汽轮机的模化比S_F＝1.0872，得出空冷式高参数1100MW汽轮机的中压缸9的主要结构尺寸。

如图2所示，为本实施例所采用高压缸与中压缸的性能监控方法的流程图。高压缸与中压缸的性能监控方法用于对上文方法涉及的高压缸与中压缸的性能进行监控。

如图6所示，为本实施例高压缸与中压缸的性能设计监控的子程序框图。采用C语言编写空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能设计监控的子程序，运行在汽轮机高压缸与中压缸性能与结构安全性的计算服务器上，应用于空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的性能设计监控，其具体步骤为：第1步、确定高压缸的级数

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1的级数Z_H通常设计为12级至22级，本实施例高压缸1的级数Z_H为17级；

第2步、计算高压缸的等熵焓降

依据空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的进汽压力28MP、进汽温度600℃与排汽压力6.409MP，计算得出空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的等熵焓降H_sH＝435.95kJ/kg；

第3步、计算高压缸各级平均等熵焓降

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的各级平均等熵焓降h_sHm按照如下公式计算：

上式中，Z_H为高压缸1的级数，H_sH为高压缸1的等熵焓降，α为重热系数，α取值0.07；

第4步、计算高压缸的相对级号

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第i级叶片的相对级号x_i按照如下公式计算：

上式中，Z_H为高压缸1的级数，i为高压缸1的第i级叶片的级号，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的相对级号x_i的计算结果列于表1；

第5步、计算高压缸的焓降比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的各级焓降比值处理为多项式分布规律，高压缸1的第i级叶片的焓降比值R_xi按照如下公式计算：

上式中，x_i为高压缸1的第i级叶片的相对级号，A₀、A₁、A₂、A₃分别为等熵焓降优化设计分析得出的多项式常数，A₀的取值范围为0.6701至0.9701，A₁的取值范围为0.5136至0.8136，A₂的取值范围为1.0580至1.3580，A₃的取值范围为-2.4199至-2.1199，本实施例A₀＝0.8301，A₁＝0.6736，A₂＝1.2180，A₃＝-2.2799，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的焓降比值R_xi的计算结果列于表1；

第6步、计算高压缸的焓降比值之和

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1的焓降比值之和R₀按照如下公式计算：

上式中，R_xi为高压缸1的第i级叶片的焓降比值，Z_H为高压缸1的级数；

第7步、高压缸的焓降比值之和的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的焓降比值之和进行优化设计控制：

由于R₀≠Z_H，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的焓降比值之和设计监控不合格，进入第8步；

第8步、计算高压缸焓降比值修正系数

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的焓降比值修正系数K_H按照如下公式计算：

上式中，Z_H为高压缸1的级数，R₀为高压缸1的焓降比值之和；

第9步、计算高压缸的焓降分配系数

按照如下公式计算空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第i级叶片的焓降分配系数R_i并进入第11部：

R_i＝K_H×R_xi＝1.0099×R_xi

上式中，K_H为高压缸1的焓降比值修正系数，R_xi为高压缸1的第i级叶片的焓降比值；

第10步、给定高压缸的焓降分配系数

由于R₀≠Z_H，进入第11部；

第11步、计算高压缸的各级焓降

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第i级叶片等熵焓降h_sHi按照如下公式计算：

h_sHi＝R_i×h_sHm

上式中，R_i为高压缸1的第i级叶片的焓降分配系数，h_sHm为高压缸1的各级平均等熵焓降，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的各级等熵焓降h_sHi的分配结果列于表1；

[表1]

该型号1100MW汽轮机高压缸1的等熵焓降的分配结果如图12所示。

第12步、计算高压缸的反动度初始值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的各级反动度初始值处理为多项式分布规律，高压缸1的第i级叶片的反动度初始值ρ_xi按照如下公式计算：

上式中，x_i为高压缸1的第i级叶片的相对级号，B₀、B₁、B₂、B₃分别为反动度优化设计分析得出的多项式常数，B₀的取值范围为0.1378至0.4378，B₁的取值范围为0.4027至0.7027，B₂的取值范围为-0.3777至-0.0777，B₃的取值范围为-0.3476至-0.0476，本实施例B₀＝0.2978，B₁＝0.5627，B₂＝-0.2377，B₃＝-0.2076，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的反动度初始值ρ_xi的计算结果列于表2；

第13步、确定高压缸各级反动度初始值的最大值

空冷式高参数1100MW汽轮机各级高压缸1的反动度初始值的最大值ρ_maxH按照如下公式确定：

ρ_maxH＝max{ρ_x1；ρ_x2；...；ρ_xi；...ρ_xzH}＝0.5061

上式中，ρ_xi为高压缸1的第i级叶片的反动度，ρ_xzH为高压缸1的第Z_H级叶片的反动度；

第14步、高压缸的反动度初始值的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的反动度初始值进行优化设计控制：

由于ρ_maxH≠0.5，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的反动度初始值设计监控不合格，进入第15步；

第15步、计算高压缸反动度的修正系数

空冷式高参数1100MW汽轮机的高压缸1的反动度修正系数k_H按照如下公式计算：

上式中，ρ_maxH为高压缸1各级反动度初始值的最大值；

第16步、计算高压缸的反动度

按照如下公式计算空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第i级叶片的反动度ρ_i并进入第18步：

ρ_i＝k_H×ρ_xi＝0.9879×ρ_xi

上式中，k_H为高压缸1的反动度的修正系数，ρ_xi为高压缸1的第i级叶片的反动度初始值，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的反动度ρ_i的优化

结果列于表2；

[表2]

该型号1100MW汽轮机高压缸1的变反动度优化结果如图13所示。

第17步、给定高压缸的反动度

由于ρ_maxH≠0.5，进入第18步；

第18步、确定中压缸的级数

空冷式高参数1100MW汽轮机的中压缸9的级数Z_I通常设计为10级至20级，本实施例中压缸9的级数Z_I为15级；

第19步、计算中压缸的等熵焓降

依据空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的进汽压力5.826MP、进汽温度620℃与排汽压力0.5MP，计算得出空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的等熵焓降H_sI＝764.37kJ/kg；

第20步、计算中压缸各级平均等熵焓降

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的各级平均等熵焓降h_sIm按照如下公式计算：

上式中，Z_I为中压缸9的级数，H_sI为中压缸9的等熵焓降，α为重热系数，α取值0.06；

第21步、计算中压缸的相对级号

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的第j级叶片的相对级号x_j按照如下公式计算：

上式中，Z_I为中压缸9的级数，j为中压缸9的第j级叶片的级号，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的相对级号x_j的计算结果列于表3；

第22步、计算中压缸的焓降比值

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的各级焓降比值处理为多项式分布规律，中压缸9的第j级叶片的焓降比值R_xj按照如下公式计算：

上式中，x_j为中压缸9的第j级叶片的相对级号，C₀、C₁、C₂、C₃分别为焓降分配的优化设计分析得出的多项式常数，C₀的取值范围为0.0621至1.0201，C₁的取值范围为0.4636至0.8636，C₂的取值范围为1.0080至1.4080，C₃的取值范围为-2.4699至-2.0699，本实施例C₀＝0.8201，C₁＝0.6636，C₂＝1.2080，C₃＝-2.2699，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的焓降比值R_xj的计算结果列于表3；

第23步、计算中压缸的焓降比值之和

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的焓降比值之和R_0I按照如下公式计算：

上式中，R_xj为中压缸9的第j级叶片的焓降比值，Z_I为中压缸9的级数；

第24步、中压缸的焓降比值之和的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机中压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的焓降比值之和进行优化设计控制：

由于R_0I≠Z_I，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的焓降比值之和设计监控不合格，进入第25步；

第25步、计算中压缸焓降比值修正系数

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的焓降比值修正系数K_I按照如下公式计算：

上式中，Z_I为中压缸9的级数，R_0I为中压缸9的焓降比值之和；

第26步、计算中压缸的焓降分配系数

按照如下公式计算空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的第j级叶片的焓降分配系数R_j并进入第28步：

R_j＝K_I×R_xj＝1.0286×R_xj

上式中，K_I为中压缸9的焓降比值修正系数，R_xj为中压缸9的第j级叶片的焓降比值，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的焓降分配系数R_j的计算结果列于表3；

第27步、给定中压缸的焓降分配系数

由于R_0I≠Z_I，进入第28步；

第28步、计算中压缸的各级焓降

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的第j级叶片等熵焓降h_sIj按照如下公式计算：

h_sIj＝R_j×h_sIm

上式中，R_j为中压缸9的第j级叶片的焓降分配系数，h_sIm为中压缸9的各级平均等熵焓降，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的各级等熵焓降h_sIj的分配结果列于表3；

[表3]

该型号1100MW汽轮机中压缸9的等熵焓降的分配结果如图14所示。

第29步、计算中压缸的反动度初始值

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的各级反动度初始值处理为多项式分布规律，中压缸9的第j级叶片的反动度初始值ρ_xj按照如下公式计算：

上式中，x_j为中压缸9的第j级叶片的相对级号，D₀、D₁、D₂、D₃分别为反动度优化设计分析得出的多项式常数，D₀的取值范围为0.0878至0.4878，D₁的取值范围为0.3527至0.7527，D₂的取值范围为-0.4277至-0.0277，D₃的取值范围为-0.3876至-0.0076，本实施例D₀＝0.2878，D₁＝0.5527，D₂＝-0.2277，D₃＝-0.1976，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的各级反动度初始值ρ_xj的计算结果列于表4；

第30步、确定中压缸各级反动度初始值的最大值

空冷式高参数1100MW汽轮机的中压缸9各级反动度初始值的最大值ρ_maxI按照如下公式确定：

ρ_maxI＝max{ρ_x1；ρ_x2；...；ρ_xj；...ρ_xzI}＝0.4965

上式中，ρ_xj为中压缸9的第j级叶片的反动度，ρ_xzI为中压缸9第Z_I级叶片的反动度；

第31步、中压缸的反动度初始值的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机中压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的反动度初始值进行优化设计控制：

由于ρ_maxI≠0.5，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的反动度初始值设计监控不合格，进入第29步；

第32步、计算中压缸反动度的修正系数

空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的反动度的修正系数k_I按照如下公式计算：

上式中，ρ_maxI为中压缸9各级反动度初始值的最大值；

第33步、计算中压缸的反动度

按照如下公式计算空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的第j级叶片的反动度ρ_j并进入第35步：

ρ_j＝k_I×ρ_xj＝1.0070×ρ_xj

上式中，k_I为中压缸9的反动度的修正系数，ρ_xj为中压缸9的第j级叶片的反动度初始值，空冷式高参数1100MW汽轮机中压缸9的各级反动度ρ_j的优化结果列于表4；

[表4]

该型号1100MW汽轮机中压缸9的变反动度优化结果如图15所示。

第34步、给定中压缸的反动度

由于ρ_maxI≠0.5，进入第35步；

第35步、打印输出结果

根据需要打印输出空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的各级等熵焓降与反动度的优化改进与设计监控结果。

如图3所示，为本实施例所采用高压缸与中压缸的结构安全性监控方法的流程图，高压缸与中压缸的结构安全性监控方法用于对上文设计的高压缸与中压缸的结构安全性进行监控。

如图5所示，为本实施例高压缸与中压缸的性能与结构安全性设计监控的计算机软件总框图。如图7所示，为本实施例高压缸动叶片与中压缸动叶片的结构安全性设计监控的子程序框图。如图8所示，为本实施例高压转子与中压转子的结构安全性设计监控的子程序框图。如图9所示，为本实施例高压内缸与中压内缸的结构安全性设计监控的子程序框图。高压缸与中压缸的性能与结构安全性设计监控的计算机软件安装在空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计监控系统的计算服务器上，应用于空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构的设计监控。

采用C语言编写空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性设计监控的计算机软件，运行在汽轮机高压缸与中压缸性能与结构安全性的计算服务器上，应用于空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的结构安全性设计监控，其具体步骤为：

第一步、计算高压缸与中压缸的动叶片结构安全性设计量

输入空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第一级动叶片4和最后一级动叶片8的设计参数，使用空冷式高参数汽轮机高压缸动叶片与中压缸动叶片的结构安全性设计监控的子程序，计算得出高压缸1的第一级动叶片4的振动强度安全倍率A_b1、最后一级动叶片8的振动强度安全倍率A_bL、工作温度下第一级动叶片4的1阶振动频率f₁、工作温度下最后一级动叶片8在工作转速高限50.5HZ时的振动频率f_d1、工作温度下最后一级动叶片8在工作转速低限49.0HZ时的振动频率f_d2；

第二步、计算高压缸与中压缸的第一级动叶片振动强度安全倍率比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第一级动叶片4的振动强度安全倍率比值R_Ab1按照如下公式计算：

上式中，A_b1为第一级动叶片4的振动强度安全倍率，[A_b]为许用安全倍率；

第三步、计算高压缸与中压缸的最后一级动叶片振动强度安全倍率比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的最后一级动叶片8的振动强度安全倍率比值R_AbL按照如下公式计算：

上式中，A_bL为最后一级动叶片8的振动强度安全倍率，[A_b]为许用安全倍率；

第四步、计算高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第一级动叶片4的1阶振动频率避开高频激振力频率50Zn共振的避开率Δf按照如下公式计算：

上式中，f₁为工作温度下第一级动叶片4的1阶振动频率，Z_n为第一级静叶片数目；

第五步、计算高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的最后一级动叶片8的1阶振动频率避开低频激振力频率下限比值R_d1和上限比值R_u1分别按照如下公式计算：

以上两个公式中，f_d1为工作温度下最后一级动叶片8在工作转速高限n_u时的振动频率，f_d2为工作温度下最后一级动叶片8在工作转速低限n_d时的振动频率，K为激振力的转速倍率，取2、3、4、5、6；

第六步、高压缸与中压缸的第一级动叶片振动强度安全倍率的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第一级动叶片4的振动强度安全倍率进行优化设计控制：

(1)若R_Ab1＝1.33＞1，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第一级动叶片4的振动强度安全倍率设计监控合格，表明第一级动叶片4的振动强度安全倍率处于受控状态，第一级动叶片4的振动强度安全倍率的设计监控结束，进入第七步；

第七步、高压缸与中压缸的最后一级动叶片振动强度安全倍率的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数汽轮机高压缸1的最后一级动叶片8的振动强度安全倍率进行优化设计控制：

(1)若R_AbL＝1.50＞1，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的最后一级动叶片8的振动强度安全倍率设计监控合格，表明最后一级动叶片8的振动强度安全倍率处于受控状态，最后一级动叶片8的振动强度安全倍率的设计监控结束，进入第八步；

第八步、高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第一级动叶片4避开高频激振力频率共振进行优化设计控制：

(1)若Δf＝57.89％＞5％，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的第一级动叶片4避开高频激振力频率共振设计监控合格，表明第一级动叶片4避开高频激振力频率共振处于受控状态，第一级动叶片4避开高频激振力频率共振的设计监控结束，进入第九步；

第九步、高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的最后一级动叶片8避开低频激振力频率共振进行优化设计控制：

(1)若R_d1＝319.67＞1且R_u1＝307.47＞1，空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1的最后一级动叶片8避开低频激振力频率共振设计监控合格，表明最后一级动叶片8避开低频激振力频率共振处于受控状态，最后一级动叶片8避开低频激振力频率共振的设计监控结束，进入第十步；

第十步、计算高压转子与中压转子的结构安全性设计量

输入空冷式高参数1100MW汽轮机的高压转子2的设计参数，使用空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的结构安全性设计监控的子程序，计算得出空冷式高参数1100MW汽轮机运行30年至40年高压转子2的光滑表面最大主应变ε₁、高压转子2的多轴蠕变的修正系数A、汽轮机运行30年至40年高压转子2的应力集中部位表面最大主应变ε_max、高压转子2的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力(冯·米塞斯应力)σ_e2、高压转子2的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力(冯·米塞斯应力)σ_e3、冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ic、温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_iw、热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ih、极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ir、深度调峰周疲劳裂纹萌生寿命N_i1、负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命N_i2、110％超速试验过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命N_i110、120％超速运行过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命N_i120、蠕变裂纹萌生寿命τ_ic；

第十一步、计算高压转子与中压转子的光滑表面蠕变设计量

空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的光滑表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_ε1A按照如下公式计算：

R_ε1A＝ε₁×A＝1.25×1.00＝1.25(％)

上式中，ε₁为汽轮机运行30年至40年高压转子2的光滑表面最大主应变，A为高压转子2的多轴蠕变的修正系数；

第十二步、计算高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变设计量

空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的应力集中部位表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_εmaxA按照如下公式计算：

R_εmaxA＝ε_max×A＝0.92×2.20＝2.02(％)

上式中，ε_max为汽轮机运行30年至40年高压转子2的应力集中部位表面最大主应变；

第十三步、计算高压转子与中压转子在稳态工况的应力比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的强度薄弱部位在稳态额定工况的应力比值R_σe2按照如下公式计算：

上式中，σ_e2为高压转子2的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力(冯·米塞斯应力)，

为工作温度下材料的屈服极限；

第十四步、计算高压转子与中压转子在瞬态工况的应力比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的强度薄弱部位在瞬态工况的应力比值R_σe3按照如下公式计算：

上式中，σ_e3为高压转子2的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力(冯·米塞斯应力)，

为工作温度下材料的屈服极限；

第十五步、计算高压转子与中压转子裂纹萌生寿命

空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的强度薄弱部位裂纹萌生寿命τ_CL按照如下公式计算：

上式中，y_c为年均冷态起动次数，y_w为年均温态起动次数，y_h为年均热态起动次数，y_r为年均极热态起动次数，y₁为年均深度调峰次数，y₂为年均负荷变动次数，y₁₁₀为年均110％超速试验次数，y₁₂₀为年均120％超速运行次数，t_y为年均运行小时数，N_ic为冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_iw为温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ih为热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ir为极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i1为深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i2为负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i110为110％超速试验过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i120为120％超速运行过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命，τ_ic为蠕变裂纹萌生寿命；

第十六步、高压转子与中压转子的光滑表面蠕变的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的光滑表面蠕变进行优化设计控制：

(1)若R_ε1A＝1.25％＜2％，空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的光滑表面蠕变设计监控合格，表明高压转子2的光滑表面蠕变处于受控状态，高压转子2的光滑表面蠕变的设计监控结束，进入第十七步；

第十七步、高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的应力集中部位表面蠕变进行优化设计控制：

(1)若R_εmaxA＝2.02％＜3％，空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2的应力集中部位表面蠕变设计监控合格，表明高压转子2的应力集中部位表面蠕变处于受控状态，高压转子2的应力集中部位表面蠕变的设计监控结束，进入第十八步；

第十八步、高压转子与中压转子在稳态工况结构强度的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2在稳态工况结构强度进行优化设计控制：

(1)若R_σe2＝0.46＜1，空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2在稳态工况结构强度设计监控合格，表明高压转子2在稳态工况结构强度处于受控状态，高压转子2在稳态工况结构强度的设计监控结束，进入第十九步；

第十九步、高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2在瞬态工况结构强度进行优化设计控制：

(1)若R_σe3＝0.52＜1，空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2在瞬态工况结构强度设计监控合格，表明高压转子2在瞬态工况结构强度处于受控状态，高压转子2在瞬态工况结构强度的设计监控结束，进入第二十步；

第二十步、高压转子与中压转子裂纹萌生寿命的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2裂纹萌生寿命进行优化设计控制：

(1)若τ_CL＝64年＞40年，空冷式高参数1100MW汽轮机高压转子2裂纹萌生寿命设计监控合格，表明高压转子2裂纹萌生寿命处于受控状态，高压转子2裂纹萌生寿命的设计监控结束，进入第二十一步；

第二十一步、计算高压内缸与中压内缸的结构安全性设计量

输入空冷式高参数1100MW汽轮机的高压内缸5的设计参数，使用空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的结构安全性设计监控的子程序，计算得出汽轮机运行30年至40年高压内缸5的光滑表面最大主应变ε_1c、高压内缸5的多轴蠕变的修正系数A_c、汽轮机运行30年至40年高压内缸5的应力集中部位表面最大主应变ε_maxc、高压内缸5的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力(冯·米塞斯应力)σ_e2c、高压内缸5的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力(冯·米塞斯应力)σ_e3c、冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_icc、温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_iwc、热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ihc、极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_irc、大负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命N_i1c、小负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命N_i2c、蠕变裂纹萌生寿命τ_icc；

第二十二步、计算高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变设计量

空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的光滑表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_ε1Ac按照如下公式计算：

R_ε1Ac＝ε_1c×A_c＝1.10×1.23＝1.35(％)

上式中，ε_1c为汽轮机运行30年至40年高压内缸5的光滑表面最大主应变，A_c为高压内缸5的多轴蠕变的修正系数；

第二十三步、计算高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变设计量

空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的应力集中部位表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_εmaxAc按照如下公式计算：

R_εmaxAc＝ε_maxc×A_c＝1.32×1.65＝2.18(％)

上式中，ε_maxc为汽轮机运行30年至40年高压内缸5的应力集中部位表面最大主应变；

第二十四步、计算高压内缸与中压内缸在稳态工况的应力比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的强度薄弱部位在稳态额定工况的应力比值R_σe2c按照如下公式计算：

上式中，σ_e2c为高压内缸5的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力(冯·米塞斯应力)，

为工作温度下材料的屈服极限；

第二十五步、计算高压内缸与中压内缸在瞬态工况的应力比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的强度薄弱部位在瞬态工况的应力比值R_σe3c按照如下公式计算：

上式中，σ_e3c为高压内缸5的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力(冯·米塞斯应力)，

为工作温度下材料的屈服极限；

第二十六步、计算高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命

空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的强度薄弱部位裂纹萌生寿命τ_CLc按照如下公式计算：

上式中，y_c为年均冷态起动次数，y_w为年均温态起动次数，y_h为年均热态起动次数，y_r为年均极热态起动次数，y₁为年均大负荷变动次数，y₂为年均小负荷变动次数，t_y为年均运行小时数，N_icc为冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_iwc为温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ihc为热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_irc为极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i1c为大负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i2c为小负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命，τ_icc为蠕变裂纹萌生寿命；

第二十七步、高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的光滑表面蠕变进行优化设计控制：

(1)若R_ε1Ac＝1.35％＜2％，空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的光滑表面蠕变设计监控合格，表明高压内缸5的光滑表面蠕变处于受控状态，高压内缸5的光滑表面蠕变的设计监控结束，进入第二十八步；

第二十八步、高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的应力集中部位表面蠕变进行优化设计控制：

(1)若R_εmaxAc＝2.18％＜3％，空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的应力集中部位表面蠕变设计监控合格，表明高压内缸5的应力集中部位表面蠕变处于受控状态，高压内缸5的应力集中部位表面蠕变的设计监控结束，进入第二十九步；

第二十九步、高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5在稳态工况结构强度进行优化设计控制：

(1)若R_σe2c＝0.55＜1，空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5在稳态工况结构强度设计监控合格，表明高压内缸5在稳态工况结构强度处于受控状态，高压内缸5在稳态工况结构强度的设计监控结束，进入第三十步；

第三十步、高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5在瞬态工况结构强度进行优化设计控制：

(1)若R_σe3c＝0.79＜1，空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5在瞬态工况结构强度设计监控合格，表明高压内缸5在瞬态工况结构强度处于受控状态，高压内缸5在瞬态工况结构强度的设计监控结束，进入第三十一步；

第三十一步、高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5裂纹萌生寿命进行优化设计控制：

(1)若τ_CLc＝47.7年≥40年，空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5裂纹萌生寿命设计监控合格，表明高压内缸5裂纹萌生寿命处于受控状态，高压内缸5裂纹萌生寿命的设计监控结束，进入第三十二步；

第三十二步、计算高压内缸与中压内缸的严密性设计量

输入空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5的设计参数，使用空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的结构安全性设计监控的子程序，计算得出高压内缸5在稳态工况和瞬态工况高压段中分面的接触压力P_CP、高压内缸5的内外表面压差ΔP、运行t＝7000n_Ah(n_A为计划大修的间隔年数)考虑蠕变与松弛作用后高压内缸5的高温段中分面的接触压力P_CPt；

第三十三步、计算高压内缸与中压内缸的全工况中分面最大接触压力比值

空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5在稳态工况和瞬态工况中分面高压段的接触压力比值R_P按照如下公式计算：

式(39)中，P_CP为高压内缸5在稳态工况和瞬态工况高压段中分面的接触压力，ΔP为高压内缸5的内外表面压差；

第三十四步、计算高压内缸与中压内缸的蠕变工况中分面接触压力

在高参数空冷式1100MW汽轮机额定负荷稳态工况，n_A＝8年一次大修，每年运行小时数按7000h计算，运行t＝7000n_A＝7000×8＝56000h，考虑蠕变与松弛作用后，计算运行t＝7000n_A＝7000×8＝56000h(n_A为计划大修的间隔年数为8)考虑蠕变与松弛作用后高压内缸5的高温段中分面的接触压力P_CPt＝20.31MPa；

第三十五步、高压内缸与中压内缸的全工况中分面严密性的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5全工况中分面严密性进行优化设计控制：

(1)若R_P＝4.40＞2，空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5全工况中分面严密性设计监控合格，表明高压内缸5全工况中分面严密性处于受控状态，高压内缸5全工况中分面严密性的设计监控结束，进入第三十六步；

第三十六步、高压内缸与中压内缸的蠕变工况中分面严密性的优化控制：

通过空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构安全性的设计监控方法及系统，对于空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5蠕变工况中分面严密性进行优化设计控制：

(1)若P_CPt＝20.31MPa＞0，空冷式高参数1100MW汽轮机高压内缸5蠕变工况中分面严密性设计监控合格，表明高压内缸5蠕变工况中分面严密性处于受控状态，高压内缸5蠕变工况中分面严密性的设计监控结束，进入第三十七步；

第三十七步、打印输出结果

根据需要打印输出空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸5的结构安全性的计算结果与优化控制措施。

本实施例提供了空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的性能与结构的设计监控方法及系统，实现了空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的热力性能与结构安全性的优化改进和设计监控。通过在设计阶段对空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的进汽和排汽参数设计、流量与结构尺寸模化设计、焓降优化分配与变反动度设计等新技术来保证空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的功率与热力性能优良。通过在设计阶段对空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的结构设计、材料设计、动叶片强度振动设计、转子蠕变与强度及寿命设计、内缸蠕变与强度及寿命设计、汽缸严密性设计等新技术来保证空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的结构安全性。达到了通过性能优化与结构改进的设计监控方法及系统来优化与控制空冷式高参数1100MW汽轮机高压缸1与中压缸9的热力性能与结构安全性能的技术效果。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：设计高压缸的进汽参数；

空冷式高参数汽轮机高压缸的进汽压力为25MPa-45MPa，空冷式高参数汽轮机高压缸的进汽温度为600℃-760℃；

步骤二：设计汽轮机的再热次数；

空冷式高参数汽轮机采用一次再热；

步骤三：设计中压缸的一次再热进汽参数；

空冷式高参数汽轮机中压缸的进汽压力为高压缸的进汽压力的15％-25％，空冷式高参数汽轮机中压缸的进汽温度为600℃-780℃；

步骤四：设计高压缸的排汽压力；

空冷式高参数汽轮机高压缸的排汽压力为中压缸的进汽压力的108％-112％；

步骤五：设计中压缸的排汽压力；

空冷式高参数汽轮机中压缸的排汽压力为0.4MPa-1.0MPa；

步骤六：设计低压缸的排汽压力；

额定工况下，空冷式高参数汽轮机的低压缸排汽压力为10kPa-16kPa；

步骤七：设计高压缸与中压缸的结构与布置；

空冷式高参数汽轮机采用高压缸和中压缸的分缸结构，空冷式高参数汽轮机的高压缸和中压缸采用串联布置；

步骤八：设计高压缸的结构；

空冷式高参数汽轮机的高压缸的通流部分采用单流式的反向流动结构，高压缸的进汽侧位于中压缸侧，高压缸的排汽侧位于主油泵侧；

步骤九：设计中压缸的结构；

空冷式高参数汽轮机的中压缸的通流部分采用双流结构，中压缸的进汽侧位于双流中压缸的中部，中压缸的排汽侧位双流中压缸的两侧；

步骤十：设计高压缸的平衡活塞；

空冷式高参数汽轮机的高压转子的进汽侧的轴封部位设计平衡活塞，以平衡高压转子的轴向推力；

步骤十一：设计高压汽缸结构；

空冷式高参数汽轮机的高压汽缸采用高压内缸与高压外缸的双层缸结构；

步骤十二：设计高压内缸结构；

空冷式高参数汽轮机的高压内缸采用无中分面外伸法兰的筒形缸结构；

步骤十三：设计高压外缸结构；

空冷式高参数汽轮机的高压外缸采用筒形外缸，所述筒形外缸无水平中分面，所述筒形外缸具有垂直径向中分面；

步骤十四：设计中压汽缸结构；

空冷式高参数汽轮机的中压汽缸采用中压内缸与中压外缸的双层缸结构；

步骤十五：设计叶片型线；

空冷式高参数汽轮机的高压通流部分与中压通流部分采用反动式叶型和弯扭复合叶型；

步骤十六：设计叶顶围带；

空冷式高参数汽轮机的高压转子与中压转子的动叶片的叶顶围带，采用动叶片预扭的自带冠结构，在动叶片顶部形成预紧力；

步骤十七：设计叶根结构；

空冷式高参数汽轮机的高压转子与中压转子的动叶片，采用双倒T型和倒T型叶根结构，以减少叶根漏汽；高压转子与中压转子的前3级动叶片采用双倒T型叶根结构，高压转子与中压转子的其他动叶片采用倒T型叶根结构；

步骤十八：设计叶顶汽封；

空冷式高参数汽轮机的高压转子与中压转子的动叶片的叶顶采用曲径汽封，以减少叶顶漏汽；

步骤十九：设计静叶环汽封；

空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸的静叶环的转子侧采用曲径汽封，以减少静叶环漏汽；

步骤二十：动叶片材料；

针对空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的动叶片，工作温度超过600℃的动叶片材料采用镍基合金，其他动叶片材料采用12％铬钢；

步骤二十一：转子材料设计；

针对空冷式高参数汽轮机的高压转子和中压转子，进汽温度为600℃-620℃的转子材料采用FB2，进汽温度为620℃-630℃的转子材料采用FW2，进汽温度为630℃-650℃的转子材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度超过650℃-780℃的转子材料采用镍基合金；

步骤二十二：阀壳材料设计；

针对空冷式高参数汽轮机的高压阀壳和中压阀壳，进汽温度为600℃-630℃的阀壳材料采用CB2，进汽温度为630℃-650℃的阀壳材料采用奥氏体钢或镍基合金，进汽温度超过650℃-780℃的阀壳材料采用镍基合金；

步骤二十三：转子与汽缸的材料匹配；

对于空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸，将内缸材料与转子材料设计为同类钢种，以保证瞬态工况高压缸与中压缸的动静间隙；

步骤二十四：级的焓降分配；

对于空冷式高参数汽轮机的高压缸与中压缸，各级等熵焓降按照焓降多项式分布规律分配；

步骤二十五：级的反动度设计；

对于高参数空冷式汽轮机的高压缸与中压缸，各级反动度按照反动度多项式分布规律设计；

步骤二十六：计算夏季工况的流量比；

空冷式高参数汽轮机夏季工况的排汽压力为30kPa-36kPa，湿冷汽轮机夏季工况的排汽压力为8.8kPa-12.8kPa，在相同进汽参数的条件下，计算得出空冷式高参数汽轮机的等熵焓降H_s1与相同进汽参数的湿冷汽轮机的等熵焓降H_s01，汽轮机的电功率N_e与流量G、等熵焓降H_s、汽轮机相对内效率η_0i、机械效率η_m、发电机效率η_g之间的关系式为N_e＝G×H_s×η_0i×η_m×η_g，在进汽参数、电功率N_e、相对内效率η_0i、机械效率η_m和发电机效率η_g相同以及电功率N_e相差20％以内的条件下，夏季工况的空冷式高参数汽轮机流量G₁与湿冷汽轮机流量G₀₁的流量比F_R1的计算公式为：

式(1)中，G₁为空冷式高参数汽轮机夏季工况的流量，G₀₁为电功率相差20％以内的湿冷汽轮机夏季工况的流量，N_e1为空冷式高参数汽轮机夏季工况的电功率，N_e01为湿冷汽轮机夏季工况的电功率；

步骤二十七：确定空冷式高参数汽轮机的流量；

已有相同进汽参数的湿冷汽轮机的投运业绩和高压缸与中压缸各级流量G_0i，为了保证空冷式高参数汽轮机的电功率，空冷式高参数汽轮机的各级流量G_i的计算公式为：

G_i＝G_0i×F_R1 (2)

式(2)中，F_R1为空冷式高参数汽轮机夏季工况的流量比；

步骤二十八：确定空冷式高参数汽轮机的模化比；

已知空冷式高参数汽轮机夏季工况的流量比F_R1，空冷式高参数汽轮机的模化比S_F的计算公式为：

步骤二十九：空冷式高参数汽轮机高压缸的模化放大；

空冷式高参数汽轮机的高压缸的结构设计，在湿冷汽轮机的基础上采用模化设计法，已有相同或相近功率、进汽压力与温度相同的湿冷汽轮机高压缸的主要结构尺寸，乘以空冷式高参数汽轮机的模化比S_F，得出空冷式高参数汽轮机的高压缸的主要结构尺寸；

步骤三十：空冷式高参数汽轮机中压缸的模化放大；

空冷式高参数汽轮机的中压缸的结构设计，在湿冷汽轮机的基础上采用模化设计法，已有相同或相近功率、进汽压力与温度相同的湿冷汽轮机中压缸的主要结构尺寸，乘以空冷式高参数汽轮机的模化比S_F，得出空冷式高参数汽轮机的中压缸的主要结构尺寸。

2.如权利要求1所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于：所述步骤六中，空冷式高参数汽轮机低压缸的排汽采用间接空冷系统或直接空冷系统冷却。

3.如权利要求1所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于：所述步骤十中，平衡活塞的外表面与高压内缸对应部位装有汽封。

4.如权利要求1所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于：所述步骤十二中，筒形缸结构有两种：一种是无中分面外伸法兰且具有垂直纵向中分面筒形内缸，另一种是采用红套环的筒形内缸。

5.如权利要求1所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于：所述步骤十三中，高压外缸的前缸与后缸采用螺栓连接，高压外缸的垂直径向中分面位于高压缸的后半段，高压外缸的内表面承受高压缸的排汽压力。

6.如权利要求1所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于：所述步骤十四中，中压内缸与中压外缸均由上缸和下缸组成，中压内缸采用有水平中分面的外伸法兰的结构，中压外缸采用有水平中分面的外伸法兰的结构。

7.如权利要求1所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于：所述步骤十八中，在自带冠围带顶部外表面设计3～4个台阶，在对应叶顶部位的高压内缸与中压内缸的内表面设计6～7个镶片式汽封齿。

8.如权利要求1所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法，其特征在于：所述步骤十九中，在静叶环的转子侧表面设计2～3个台阶，在对应静叶环部位的高压转子与中压转子的外表面设计4～5个镶片式汽封齿。

9.一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，用于对如权利要求1～8任一项所述的空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法所设计的空冷式高参数汽轮机的性能进行监控，其特征在于，步骤为：

第1步：确定高压缸的级数；

确定空冷式高参数汽轮机的高压缸的级数Z_H；

第2步：计算高压缸的等熵焓降；

依据空冷式高参数汽轮机高压缸的进汽压力、进汽温度与排汽压力，计算得出空冷式高参数汽轮机高压缸的等熵焓降H_sH；

第3步：计算高压缸各级平均等熵焓降；

空冷式高参数汽轮机高压缸的各级平均等熵焓降h_sHm按照如下公式计算：

式(4)中，Z_H为高压缸的级数，H_sH为高压缸的等熵焓降，α为重热系数；

第4步：计算高压缸的相对级号；

空冷式高参数汽轮机高压缸的第i级叶片的相对级号x_i按照如下公式计算：

式(5)中，Z_H为高压缸的级数，i为高压缸叶片的级号，i为正整数；

第5步：计算高压缸的焓降比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸的各级焓降比值处理为多项式分布规律，高压缸第i级叶片的焓降比值R_xi按照如下公式计算：

式(6)中，x_i为高压缸第i级叶片的相对级号，A₀、A₁、A₂、A₃分别为等熵焓降优化设计分析得出的多项式常数；

第6步：计算高压缸的焓降比值之和；

空冷式高参数汽轮机的高压缸焓降比值之和R₀按照如下公式计算：

式(7)中，R_xi为高压缸第i级叶片的焓降比值，Z_H为高压缸的级数；

第7步：高压缸的焓降比值之和的优化控制；

(1)若R₀＝Z_H，空冷式高参数汽轮机高压缸的焓降比值之和设计监控合格，表明高压缸的焓降比值之和处于受控状态，高压缸的焓降比值之和的设计监控结束，进入第10步；

(2)若R₀≠Z_H，空冷式高参数汽轮机高压缸的焓降比值之和设计监控不合格，进入第8步；

第8步：计算高压缸焓降比值的修正系数；

空冷式高参数汽轮机高压缸焓降比值的修正系数K_H按照如下公式计算：

式(8)中，Z_H为高压缸的级数，R₀为高压缸焓降比值之和；

第9步：计算高压缸的焓降分配系数；

按照如下公式计算空冷式高参数汽轮机高压缸第i级叶片的焓降分配系数R_i：

R_i＝K_H×R_xi (9)

式(9)中，K_H为高压缸焓降比值的修正系数，R_xi为高压缸第i级叶片的焓降比值；

进入第11步；

第10步：给定高压缸的焓降分配系数；

给定空冷式高参数汽轮机高压缸第i级叶片的焓降分配系数R_i＝R_xi；

第11步：计算高压缸的各级焓降；

空冷式高参数汽轮机高压缸的第i级叶片等熵焓降h_sHi按照如下公式计算：

h_sHi＝R_i×h_sHm (10)

式(10)中，R_i为高压缸第i级叶片的焓降分配系数，h_sHm为高压缸的各级平均等熵焓降；

第12步：计算高压缸的反动度初始值；

空冷式高参数汽轮机高压缸的各级反动度初始值处理为多项式分布规律，高压缸第i级叶片的反动度初始值ρ_xi按照如下公式计算：

式(11)中，x_i为高压缸第i级叶片的相对级号，B₀、B₁、B₂、B₃分别为反动度优化设计分析得出的多项式常数；

第13步：确定高压缸各级反动度初始值的最大值；

空冷式高参数汽轮机的高压缸各级反动度初始值的最大值ρ_maxH按照如下公式确定：

ρ_maxH＝max{ρ_x1；ρ_x2；...；ρ_xi；...ρ_xzH} (12)

式(12)中，ρ_xi为高压缸第i级叶片的反动度，ρ_xzH为高压缸第Z_H级叶片的反动度；

第14步：高压缸的反动度初始值的优化控制；

(1)若ρ_maxH＝0.5，空冷式高参数汽轮机高压缸的反动度初始值设计监控合格，表明高压缸的反动度初始值处于受控状态，高压缸的反动度初始值的设计监控结束，进入第17步；

(2)若ρ_maxH≠0.5，空冷式高参数汽轮机高压缸的反动度初始值设计监控不合格，进入第15步；

第15步：计算高压缸反动度的修正系数；

空冷式高参数汽轮机的高压缸反动度的修正系数k_H按照如下公式计算：

式(13)中，ρ_maxH为高压缸各级反动度初始值的最大值；

第16步：计算高压缸的反动度；

按照如下公式计算空冷式高参数汽轮机高压缸第i级叶片的反动度ρ_i：

ρ_i＝k_H×ρ_xi (14)

式(14)中，k_H为高压缸反动度的修正系数，ρ_xi为高压缸第i级叶片的反动度初始值；

进入第18步；

第17步：给定高压缸的反动度；

给定空冷式高参数汽轮机高压缸第i级叶片的反动度ρ_i＝ρ_xi；

第18步：确定中压缸的级数；

确定空冷式高参数汽轮机的中压缸的级数Z_I；

第19步：计算中压缸的等熵焓降；

依据空冷式高参数汽轮机中压缸的进汽压力、进汽温度与排汽压力，计算得出空冷式高参数汽轮机中压缸的等熵焓降H_sI；

第20步：计算中压缸各级平均等熵焓降；

空冷式高参数汽轮机中压缸的各级平均等熵焓降h_sIm按照如下公式计算：

式(15)中，Z_I为中压缸的级数，H_sI为中压缸的等熵焓降，α为重热系数；

第21步：计算中压缸的相对级号；

空冷式高参数汽轮机中压缸的第j级叶片的相对级号x_j按照如下公式计算：

式(16)中，Z_I为中压缸的级数，j为中压缸叶片的级号，j为正整数；

第22步：计算中压缸的焓降比值；

空冷式高参数汽轮机中压缸的各级焓降比值处理为多项式分布规律，中压缸第j级叶片的焓降比值R_xj按照如下公式计算：

式(17)中，x_j为中压缸第j级叶片的相对级号，C₀、C₁、C₂、C₃分别为焓降分配的优化设计分析得出的多项式常数；

第23步：计算中压缸的焓降比值之和；

空冷式高参数汽轮机的中压缸焓降比值之和R_0I按照如下公式计算：

式(18)中，R_xj为中压缸第j级叶片的焓降比值，Z_I为中压缸的级数；

第24步：中压缸的焓降比值之和的优化控制：

(1)若R_0I＝Z_I，空冷式高参数汽轮机中压缸的焓降比值之和设计监控合格，表明中压缸的焓降比值之和处于受控状态，中压缸的焓降比值之和的设计监控结束，进入第27步；

(2)若R_0I≠Z_I，空冷式高参数汽轮机中压缸的焓降比值之和设计监控不合格，进入第25步；

第25步：计算中压缸焓降比值的修正系数；

空冷式高参数汽轮机中压缸焓降比值的修正系数K_I按照如下公式计算：

式(19)中，Z_I为中压缸的级数，R_0I为中压缸焓降比值之和；

第26步：计算中压缸的焓降分配系数；

按照如下公式计算空冷式高参数汽轮机中压缸第j级叶片的焓降分配系数R_j并进入第28步：

R_j＝K_I×R_xj (20)

式(20)中，K_I为中压缸焓降比值的修正系数，R_xj为中压缸第j级叶片的焓降比值；

第27步：给定中压缸的焓降分配系数；

给定空冷式高参数汽轮机中压缸第j级叶片的焓降分配系数R_j＝R_xj；

第28步：计算中压缸的各级焓降；

空冷式高参数汽轮机中压缸的第j级叶片等熵焓降h_sIj按照如下公式计算：

h_sIj＝R_j×h_sIm (21)

式(21)中，R_j为中压缸第j级叶片的焓降分配系数，h_sIm为中压缸的各级平均等熵焓降；

第29步：计算中压缸的反动度初始值；

空冷式高参数汽轮机中压缸的各级反动度初始值处理为多项式分布规律，中压缸第j级叶片的反动度初始值ρ_xj按照如下公式计算：

式(22)中，x_j为中压缸第j级叶片的相对级号，D₀、D₁、D₂、D₃分别为反动度优化设计分析得出的多项式常数；

第30步：确定中压缸各级反动度初始值的最大值；

空冷式高参数汽轮机中压缸各级反动度初始值的最大值ρ_maxI按照如下公式确定：

ρ_maxI＝max{ρ_x1；ρ_x2；...；ρ_xj；...ρ_xzI} (23)

式(23)中，ρ_xj为中压缸第j级叶片的反动度，ρ_xzI为中压缸第Z_I级叶片的反动度；

第31步：中压缸的反动度初始值的优化控制；

(1)若ρ_maxI＝0.5，空冷式高参数汽轮机中压缸的反动度初始值设计监控合格，表明中压缸的反动度初始值处于受控状态，中压缸的反动度初始值的设计监控结束，进入第34步；

(2)若ρ_maxI≠0.5，空冷式高参数汽轮机中压缸的反动度初始值设计监控不合格，进入第29步；

第32步：计算中压缸反动度的修正系数；

空冷式高参数汽轮机的中压缸反动度的修正系数k_I按照如下公式计算：

式(24)中，ρ_maxI为中压缸的反动度初始值的最大值；

第33步：计算中压缸的反动度；

按照如下公式计算空冷式高参数汽轮机中压缸第j级叶片的反动度ρ_j：

ρ_j＝k_I×ρ_xj (25)

式(25)中，k_I为中压缸反动度的修正系数，ρ_xj为中压缸第j级叶片的反动度初始值；

进入第35步；

第34步：确定中压缸的反动度；

确定空冷式高参数汽轮机中压缸第j级叶片的反动度ρ_j＝ρ_xj；

如此完成空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的各级等熵焓降与反动度的优化改进与设计监控。

10.如权利要求9所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，其特征在于：所述第1步中，Z_H为12级至22级。

11.如权利要求9所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，其特征在于：所述第3步和第20步中，α取值范围为0.01至0.09。

12.如权利要求9所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，其特征在于：所述第5步中，A₀的取值范围为0.6701至0.9701，A₁的取值范围为0.5136至0.8136，A₂的取值范围为1.0580至1.3580，A₃的取值范围为-2.4199至-2.1199。

13.如权利要求9所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，其特征在于：所述第12步中，B₀的取值范围为0.1378至0.4378，B₁的取值范围为0.4027至0.7027，B₂的取值范围为-0.3777至-0.0777，B₃的取值范围为-0.3476至-0.0476。

14.如权利要求9所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，其特征在于：所述第18步中，Z_I为10级至20级。

15.如权利要求9所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，其特征在于：所述第22步中，C₀的取值范围为0.0621至1.0201，C₁的取值范围为0.4636至0.8636，C₂的取值范围为1.0080至1.4080，C₃的取值范围为-2.4699至-2.0699。

16.如权利要求9所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸性能的监控方法，其特征在于：所述第29步中，D₀的取值范围为0.0878至0.4878，D₁的取值范围为0.3527至0.7527，D₂的取值范围为-0.4277至-0.0277，D₃的取值范围为-0.3876至-0.0076。

17.一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸结构安全性的监控方法，用于对如权利要求1～8任一项所述的空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的性能与结构设计方法所设计的空冷式高参数汽轮机的结构安全性进行监控，其特征在于，步骤为：

第一步：计算高压缸与中压缸的动叶片结构安全性设计量；

基于空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片和最后一级动叶片的设计参数，计算得出高压缸与中压缸的第一级动叶片的振动强度安全倍率A_b1、最后一级动叶片的振动强度安全倍率A_bL、工作温度下第一级动叶片的1阶振动频率f₁、工作温度下最后一级动叶片在工作转速最高限时的振动频率f_d1、工作温度下最后一级动叶片在工作转速最低限时的振动频率f_d2；

第二步：计算高压缸与中压缸的第一级动叶片振动强度安全倍率比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸或中压缸的第一级动叶片的振动强度安全倍率比值R_Ab1按照如下公式计算：

式(26)中，A_b1为第一级动叶片的振动强度安全倍率，[A_b]为许用安全倍率；

第三步：计算高压缸与中压缸的最后一级动叶片振动强度安全倍率比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸或中压缸的最后一级动叶片的振动强度安全倍率比值R_AbL按照如下公式计算：

式(27)中，A_bL为最后一级动叶片的振动强度安全倍率，[A_b]为许用安全倍率；

第四步：计算高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸或中压缸的第一级动叶片1阶振动频率避开高频激振力频率50Zn共振的避开率Δf按照如下公式计算：

式(28)中，f₁为工作温度下第一级动叶片1阶振动频率，Z_n为第一级静叶片数目；

第五步：计算高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振比值；

空冷式高参数汽轮机高压缸或中压缸的最后一级动叶片1阶振动频率避开低频激振力频率下限比值R_d1和上限比值R_u1分别按照如下公式计算：

式(29)和式(30)中，f_d1为工作温度下最后一级动叶片在工作转速最高限n_u时的振动频率，f_d2为工作温度下最后一级动叶片在工作转速最低限n_d时的振动频率，K为激振力的转速倍率；

第六步：高压缸与中压缸的第一级动叶片振动强度安全倍率的优化控制：

(1)若R_Ab1≥1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片的振动强度安全倍率设计监控合格，表明第一级动叶片的振动强度安全倍率处于受控状态，第一级动叶片的振动强度安全倍率的设计监控结束，进入第七步；

(2)若R_Ab1＜1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片的振动强度安全倍率设计监控不合格，表明在设计阶段需要对第一级动叶片的叶型宽度与厚度、结构圆角、连接结构、围带厚度进行优化改进，重新执行第一步至第六步，直到R_Ab1≥1为止；

第七步：高压缸与中压缸的最后一级动叶片振动强度安全倍率的优化控制；

(1)若R_AbL≥1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的最后一级动叶片的振动强度安全倍率设计监控合格，表明最后一级动叶片的振动强度安全倍率处于受控状态，最后一级动叶片的振动强度安全倍率的设计监控结束，进入第八步；

(2)若R_AbL＜1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的最后一级动叶片的振动强度安全倍率设计监控不合格，表明在设计阶段需要对最后一级动叶片的叶型宽度与厚度、结构圆角、连接结构、围带厚度进行优化改进，重新执行第一步至第七步，直到R_AbL≥1为止；

第八步：高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振的优化控制；

(1)若Δf≥5％，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振设计监控合格，表明第一级动叶片避开高频激振力频率共振处于受控状态，第一级动叶片避开高频激振力频率共振的设计监控结束，进入第九步；

(2)若Δf＜5％，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的第一级动叶片避开高频激振力频率共振设计监控不合格，表明在设计阶段需要对第一级动叶片的叶型宽度与厚度、结构圆角、连接结构、围带厚度进行优化改进，重新执行第一步至第八步，直到Δf≥5％为止；

第九步：高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振的优化控制；

(1)若R_d1≥1且R_u1≥1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振设计监控合格，表明最后一级动叶片避开低频激振力频率共振处于受控状态，最后一级动叶片避开低频激振力频率共振的设计监控结束，进入第十步；

(2)若R_d1＜1或R_u1＜1，空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的最后一级动叶片避开低频激振力频率共振设计监控不合格，表明在设计阶段需要对最后一级动叶片的叶型宽度与厚度、结构圆角、连接结构、围带厚度进行优化改进，重新执行第一步至第九步，直到R_d1≥1且R_u1≥1为止；

第十步：计算高压转子与中压转子的结构安全性设计量；

根据空冷式高参数汽轮机的高压转子与中压转子的设计参数，计算得出汽轮机运行30年至40年高压转子与中压转子的光滑表面最大主应变ε₁、高压转子与中压转子的多轴蠕变的修正系数A、汽轮机运行30年至40年高压转子与中压转子的应力集中部位表面最大主应变ε_max、高压转子与中压转子的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力σ_e2、高压转子与中压转子的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力σ_e3、冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ic、温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_iw、热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ih、极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ir、深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命N_i1、负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命N_i2、110％超速试验过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命N_i110、120％超速运行过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命N_i120、蠕变裂纹萌生寿命τ_ic；

第十一步：计算高压转子与中压转子的光滑表面蠕变设计量；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的光滑表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_ε1A按照如下公式计算：

R_ε1A＝ε₁×A (30)

式(30)中，ε₁为汽轮机运行30年至40年高压转子与中压转子的光滑表面最大主应变，A为高压转子与中压转子的多轴蠕变的修正系数；

第十二步：计算高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变设计量；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的应力集中部位表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_εmaxA按照如下公式计算：

R_εmaxA＝ε_max×A (31)

式(31)中，ε_max为汽轮机运行30年至40年高压转子与中压转子的应力集中部位表面最大主应变；

第十三步：计算高压转子与中压转子在稳态工况的应力比值；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的强度薄弱部位在稳态额定工况的应力比值R_σe2按照如下公式计算：

式(32)中，σ_e2为高压转子与中压转子的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力，即冯·米塞斯应力；

为工作温度下材料的屈服极限；

第十四步：计算高压转子与中压转子在瞬态工况的应力比值；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的强度薄弱部位在瞬态工况的应力比值R_σe3按照如下公式计算：

式(32)中，σ_e3为高压转子与中压转子的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力，即冯·米塞斯应力，

为工作温度下材料的屈服极限；

第十五步：计算高压转子与中压转子裂纹萌生寿命；

空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的强度薄弱部位裂纹萌生寿命τ_CL按照如下公式计算：

式(33)中，y_c为年均冷态起动次数，y_w为年均温态起动次数，y_h为年均热态起动次数，y_r为年均极热态起动次数，y₁为年均深度调峰次数，y₂为年均负荷变动次数，y₁₁₀为年均110％超速试验次数，y₁₂₀为年均120％超速运行次数，t_y为年均运行小时数，N_ic为冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_iw为温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ih为热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ir为极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i1为深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i2为负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i110为110％超速试验过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i120为120％超速运行过程中的低周疲劳裂纹萌生寿命，τ_ic为蠕变裂纹萌生寿命；

第十六步：高压转子与中压转子的光滑表面蠕变的优化控制；

(1)若R_ε1A≤2％，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的光滑表面蠕变设计监控合格，表明高压转子与中压转子的光滑表面蠕变处于受控状态，高压转子与中压转子的光滑表面蠕变的设计监控结束，进入第十七步；

(2)若R_ε1A＞2％，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的光滑表面蠕变设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第十六步，直到R_ε1A≤2％为止；

第十七步：高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变的优化控制；

(1)若R_εmaxA≤3％，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变设计监控合格，表明高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变处于受控状态，高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变的设计监控结束，进入第十八步；

(2)若R_εmaxA＞3％，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子的应力集中部位表面蠕变设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第十七步，直到R_εmaxA≤3％为止；

第十八步：高压转子与中压转子在稳态工况结构强度的优化控制；

(1)若R_σe2＜1，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子在稳态工况结构强度设计监控合格，表明高压转子与中压转子在稳态工况结构强度处于受控状态，高压转子与中压转子在稳态工况结构强度的设计监控结束，进入第十九步；

(2)若R_σe2≥1，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子在稳态工况结构强度设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第十八步，直到R_σe2＜1为止；

第十九步：高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度的优化控制；

(1)若R_σe3＜1，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度设计监控合格，表明高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度处于受控状态，高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度的设计监控结束，进入第二十步；

(2)若R_σe3≥1，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子在瞬态工况结构强度设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第十九步，直到R_σe3＜1为止；

第二十步：高压转子与中压转子裂纹萌生寿命的优化控制；

(1)若τ_CL≥40年，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子裂纹萌生寿命设计监控合格，表明高压转子与中压转子裂纹萌生寿命处于受控状态，高压转子与中压转子裂纹萌生寿命的设计监控结束，进入第二十一步；

(2)若τ_CL＜40年，空冷式高参数汽轮机高压转子与中压转子裂纹萌生寿命设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、结构圆角进行优化改进，重新执行第十步至第二十步，直到τ_CL≥40年为止；

第二十一步：计算高压内缸与中压内缸的结构安全性设计量；

根据空冷式高参数汽轮机的高压内缸与中压内缸的设计参数，计算得出汽轮机运行30年至40年高压内缸与中压内缸的光滑表面最大主应变ε_1c、高压内缸与中压内缸的多轴蠕变的修正系数A_c、汽轮机运行30年至40年高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面最大主应变ε_maxc、高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力σ_e2c、高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力σ_e3c、冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_icc、温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_iwc、热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_ihc、极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命N_irc、深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命N_i1c、负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命N_i2c、蠕变裂纹萌生寿命τ_icc；

第二十二步：计算高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变设计量；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的光滑表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_ε1Ac按照如下公式计算：

式(34)中，ε_1c为汽轮机运行30年至40年高压内缸与中压内缸的光滑表面最大主应变，A_c为高压内缸与中压内缸的多轴蠕变的修正系数；

第二十三步：计算高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变设计量；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面在稳态额定工况的蠕变设计量R_εmaxAc按照如下公式计算：

R_εmaxAc＝ε_maxc×A_c (35)

式(35)中，ε_maxc为汽轮机运行30年至40年高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面最大主应变；

第二十四步：计算高压内缸与中压内缸在稳态工况的应力比值；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在稳态额定工况的应力比值R_σe2c按照如下公式计算：

式(36)中，σ_e2c为高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在稳态额定工况的表面等效应力，即冯·米塞斯应力；

为工作温度下材料的屈服极限；

第二十五步：计算高压内缸与中压内缸在瞬态工况的应力比值；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在瞬态工况的应力比值R_σe3c按照如下公式计算：

式(37)中，σ_e3c为高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位在瞬态工况的表面等效应力，即冯·米塞斯应力，

为工作温度下材料的屈服极限；

第二十六步：计算高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的强度薄弱部位裂纹萌生寿命τ_CLc按照如下公式计算：

式(38)中，y_c为年均冷态起动次数，y_w为年均温态起动次数，y_h为年均热态起动次数，y_r为年均极热态起动次数，y₁为年均深度调峰次数，y₂为年均负荷变动次数，t_y为年均运行小时数，N_icc为冷态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_iwc为温态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_ihc为热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_irc为极热态起停低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i1c为深度调峰低周疲劳裂纹萌生寿命，N_i2c为负荷变动低周疲劳裂纹萌生寿命，τ_icc为蠕变裂纹萌生寿命；

第二十七步：高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变的优化控制；

(1)若R_ε1Ac≤2％，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变处于受控状态，高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变的设计监控结束，进入第二十八步；

(2)若R_ε1Ac＞2％，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的光滑表面蠕变设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行第二十一步至第二十七步，直到R_ε1Ac≤2％为止；

第二十八步：高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变的优化控制；

(1)若R_εmaxAc≤3％，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变处于受控状态，高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变的设计监控结束，进入第二十九步；

(2)若R_εmaxAc＞3％，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的应力集中部位表面蠕变设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行二十一步至第二十八步，直到R_εmaxAc≤3％为止；

第二十九步：高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度的优化控制；

(1)若R_σe2c＜1，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度处于受控状态，高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度的设计监控结束，进入第三十步；

(2)若R_σe2c≥1，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在稳态工况结构强度设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行二十一步至第二十九步，直到R_σe2c＜1为止；

第三十步：高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度的优化控制；

(1)若R_σe3c＜1，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度处于受控状态，高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度的设计监控结束，进入第三十一步；

(2)若R_σe3c≥1，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在瞬态工况结构强度设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行二十一步至第三十步，直到R_σe3＜1为止；

第三十一步：高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命的优化控制；

(1)若τ_CLc≥40年，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命处于受控状态，高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命的设计监控结束，进入第三十二步；

(2)若τ_CLc＜40年，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸裂纹萌生寿命设计监控不合格，表明在设计阶段需要改用力学性能更好的材料、对材料设计、结构尺寸、壁厚、结构圆角进行优化改进，重新执行二十一步至第三十一步，直到τ_CL≥40年为止；

第三十二步：计算高压内缸与中压内缸的严密性设计量；

根据空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸的设计参数，计算得出高压内缸与中压内缸在稳态工况和瞬态工况高压段中分面的接触压力P_CPmax、高压内缸与中压内缸的内外表面压差ΔP、运行设定时间考虑蠕变与松弛作用后高压内缸与中压内缸的高温段中分面的接触压力P_CPt；n_A为计划大修的间隔年数；

第三十三步：计算高压内缸与中压内缸的全工况中分面最大接触压力比值；

空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸在稳态工况和瞬态工况中分面高压段的接触压力比值R_P按照如下公式计算：

式(39)中，P_CP为高压内缸与中压内缸在稳态工况和瞬态工况高压段中分面的接触压力，ΔP为高压内缸与中压内缸的内外表面压差；

第三十四步：计算高压内缸与中压内缸的蠕变工况中分面接触压力；

在高参数空冷式汽轮机额定负荷稳态工况，n_A年一次大修，每年运行小时数为t，考虑蠕变与松弛作用后，计算运行t时间考虑蠕变与松弛作用后高压内缸与中压内缸的高温段中分面的接触压力P_CPt；

第三十五步：高压内缸与中压内缸的全工况中分面严密性的优化控制；

(1)若R_P≥2，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸全工况中分面严密性设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸全工况中分面严密性处于受控状态，高压内缸与中压内缸全工况中分面严密性的设计监控结束，进入第三十六步；

(2)若R_P＜2，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸全工况中分面严密性设计监控不合格，表明在设计阶段需要对红套环过盈量、螺栓直径与材料和预紧力进行优化改进，重新执行三十二步至第三十五步，直到R_P≥2为止；

第三十六步：高压内缸与中压内缸的蠕变工况中分面严密性的优化控制；

(1)若P_CPt＞0，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸蠕变工况中分面严密性设计监控合格，表明高压内缸与中压内缸蠕变工况中分面严密性处于受控状态，高压内缸与中压内缸蠕变工况中分面严密性的设计监控结束，进入第三十七步；

(2)若P_CPt≤0，空冷式高参数汽轮机高压内缸与中压内缸蠕变工况中分面严密性设计监控不合格，表明在设计阶段需要对红套环过盈量、螺栓直径与材料和预紧力进行优化改进，重新执行三十二步至第三十六步，直到P_CPt＞0为止；

如此完成空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸的结构安全性的监控。

18.如权利要求17所述的一种空冷式高参数汽轮机高压缸与中压缸结构安全性的监控方法，其特征在于：所述第五步中，K取2、3、4、5或6。

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