主汽阀门是汽轮机组的重要元件,用于调节和控制来自锅炉的高温高压蒸汽。相比于主汽阀门在滑参数冷态启动中的疲劳问题来说,本文研究的定参数冷态启动过程会更加显著地影响阀门结构的疲劳寿命,这主要因为在定参数启动过程中,蒸汽参数已经达到额定值,致使阀门产生更大的交变热应力。为此,电厂为了减小启动过程中热应力对阀门寿命的影响,往往在启动前采用暖机的方式提升阀体温度,以减小阀体受到的热冲击。预暖过程会耗费一定的蒸汽,且预暖温度的提升不但会增加运行成本,也会给主汽阀门结构带来额外的疲劳损伤。综上所述,定参数冷态启动过程中主汽阀门疲劳寿命的预测以及预暖温度的选择,对主汽阀门结构强度设计具有重要意义。本文以某50MW母管制背压式汽轮机组的主汽阀门(进汽参数为10MPa/565℃)为研究对象,针对现役主汽阀门在定参数冷态启动工况下的高温强度进行数值研究和疲劳寿命评估,提出了延长阀门疲劳寿命的优化方案并分析了预暖温度对主汽阀门疲劳寿命的影响。本文主要研究内容如下:首先,针对服役工况下定参数冷态启动过程,数值计算了主汽阀门的温度场、应力场和应变场。其中,通过对比主汽阀门测点位置的温度计算值和温度实测值,验证了计算方法的可信性;详细分析了启动过程中主汽阀门的应力场和应变场随阀门开度变化的规律。结果显示,启动过程中主阀开度的变化导致阀座的应力发生较大的波动。其次,根据数值分析结果,采用ASME规范,计算分析了主汽阀门内关键位置的疲劳寿命,进而提出通过改变阀门开度对启动过程进行优化,从而降低启动过程中阀门受到的损伤。研究结果表明:在启动过程中,阀座相比阀壳受到的疲劳寿命损耗更为严重;优化后,阀座的疲劳寿命可延长167%。最后,针对不同预暖温度下主汽阀门的启动过程,数值分析了主汽阀门疲劳寿命随预暖温度变化的规律。研究结果表明:当预暖温度在100℃到250℃的温度区间内变化时,预暖温度越高,主汽阀门的疲劳寿命越长。综合考虑机组运行的安全性与经济性,将预暖蒸汽温度从目前服役工况下的100℃左右提高至200℃左右,可以较大幅度地提升主汽阀门的疲劳寿命。