1.前言
汽轮机转子的寿命就是汽轮机的寿命，对核电机组尤其如此。这是因为：
1.核电汽轮机的运行工质为湿蒸汽，湿度的存在使得汽轮机内部经常发生凝结放热和闪蒸现象，加剧了蒸 汽与转子金属表面的热交换，其换热效果往往相当于过热蒸汽的数倍以上；
2.相对于汽缸、法兰、管道而言，汽轮机转子体直接包围在蒸汽之中，并且由于高速转动而具有更强烈的热交换，此外，核电汽轮机转子的直径更大，金属内部热传导的缓慢加剧了外表面和内孔处的体积温差，使得热应力增加；
3.计算表明，核电汽轮机的高低压汽缸，由于压力不高，缸壁较薄，运行中的汽缸热应力不大，并且其数值取决于运行工况，而与温升率关系不大，即使是工况最为恶劣的甩负荷时，其热应力数值也远低于允许值。
因此，在线计算并且存贮汽轮机转子的热应力信息，对全面了解变动工况过程的机组寿命损耗以及机组长期运行过程中的损伤积累和健康状况评价有着重要的意义。
秦山核电DEH系统的ATC子系统配备了对汽轮机金属部件（包括汽轮机转子）热应力的实时计算功能，通过翔实的画面向热工人员显示出这些信息资料，并且根据历史积累作出阶段性寿命管理分析。本文以DEH系统安装后首次启动的实时数据为基础，给出首次启动过程6小时内的热应力分析数据，并且简要介绍ATC热应力分析计算的基本原理和实施方法。
2.温度场与热应力计算原理
将汽轮机转子视为无限空心圆柱体，其二维轴对称不稳定导热模型为：
对于外表面和内孔的离散点，依据上述原理分别写出差分表达式。在获得所有离散点的差分方程后，将其联立的方程组是一个线性变系数的方程组，其系数的实时数值由当前工况下的热边界条件所决定。解此方程组就可以得到各离散点的温度数值，进而得整个剖面的温度场和应力场。
3.热应力在线计算方案
内部节点之间的导热取决于材料的热物性参数，而边界节点与蒸汽的传热则决定于蒸汽对金属的换热系数的大小，换热系数值的准确程度直接影响到温度场的计算精度，从而关系到热应力的计算。
通常，用Nu表征换热系数，一般可以写成如下形式：
上式中未考虑凝结放热，否则公式中应该包含潜热、饱和温度等参数。
汽轮机是大型金属部件，通流部分沿程的结构多变而复杂，并且伴随着蒸汽参数的不断变动，因此金属与蒸汽之间的换热系数是时间和空间的函数，复杂而多变。对核电汽轮机而言，在蒸汽凝结放热时，必须把握好换热系数计算公式的切换时机和分寸，否则在凝结时仍旧采用过热蒸汽换热系数容易导致较大的计算误差；此外，对于闪蒸而引起的蒸汽中液滴的存在，其对换热系数的影响往往难以估计，必须对换热系数公式作出合理的修正。
汽轮机启动过程中常常用一些金属温度的测点指示当前缸内金属的热状态或者应力状态，这些测点一般埋设在金属表面较浅的位置，例如调节级后的金属温度测点，可以作为缸壁表面的金属温度。蒸汽在这些位置同时冲刷缸体与转子，缸壁与转子在相同的工况下以不同的强度同时与蒸汽进行换热，具有相似的工况条件，因此，借用缸壁温度测点反推转子表面温度具有一定的合理性，但是必须注意反推的实时性和准确性。
秦山核电ATC系统装备了三套应力计算方案，分别为：
1. 基于第三类边界条件的计算方案，这是绝大多数火电机组一直使用的计算方案，计算过程稳定，除了对蒸汽热边界的特殊处理外，完全适用于核电机组；
2. 基于第一类边界条件的计算方案，这是为核电机组专项开发的计算方法，并且是火电机组中最新的计算技术，将逐步在火电机组中推广；
3. 基于第三类和第一类边界条件切换的计算方案，是上述两个方案的综合，以保证计算的稳定性和相互监督比较；
现场使用时，这三套方案同时使用，在线监测在线计算，其中，方案1和方案2显示于监视画面上，计算热应力状态时，以方案2为准，并且可以随时切换到方案1。