[其他]估計機械構件預期壽命的方法與裝置

在審

• 申請號: 101986000002387
• 申請日: 1986-04-11
• 公開（公告）號: CN1003189B
• 公開（公告）日: 1989-02-01
• 發明（設計）人: 櫻井茂雄;梅澤貞夫;宇佐美三郎;宮田寬;鳥谷初;坪內邦良;金子了一
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李勇

估計承受反復載荷的機械構件的預期壽命的方法與裝置。利用試驗材料樣品預先獲得被試材料中形成的最大裂紋長度與該材料壽命比之間的關系，根據各個材料采樣表面上形成的每一條最大裂紋長度，利用極值統計法，估計出材料表面上形成的最大裂紋長度。根據估計的最大裂紋長度與壽命比估計出機械構件的預期壽命。

本發明涉及估計承受反復載荷的機械構件的預期壽命的方法與裝置，更具體地說，它涉及估計在高溫環境中承受反復載荷或波動載荷的機械構件的預期壽命的方法與裝置。

在高溫環境中承受反復載荷的機械構件包括發電廠的渦輪機。在發電廠的渦輪機中，當它反復啟停或者承受波動載荷時，渦輪機的主要機械構件同時受到熱疲勞與蠕變的損害。其結果是由于疲勞與蠕變引起的累積損害，可能會使構件產生裂紋，從而降低構件的強度。如果這樣，除非從它的強度出發估計構件的預期壽命，否則設備可能會斷裂，在發電廠引起很大的事故。考慮到這一點，從強度出發估計渦輪機機殼、轉子以及各種閥門的預期壽命是十分重要的。

在設計這類設備時，以往的做法都是根據使用材料的蠕變強度確定一個較高的安全系數，以提高可靠性。這樣，對于發電廠設備的預期壽命幾乎都沒有作過估計。然而，目前正在運行的油燃發電廠中大約有一半已經超過它們的設計使用期限，現在需要立即決定它們是否還能夠留用，或者用新的設備來替換。因此，當前很需建立一種能夠估計機械構件預期壽命的可靠方法。

此外，對電力需求量的變化也要求為滿足基本負載而設計的發電廠能夠按啟動與停機的方式工作，以應付負載的變化。可以預料，當工作條件變得惡劣時，發電廠的使用壽命自然會縮短。因此，估計這類發電廠的預期壽命是十分重要的。

如果可以用非破壞性試驗來決定渦輪機機殼、主閥門與調節閥所遭受的損害以估計預期壽命，發電廠的可靠性將大大提高。然而，迄今未曾提出一種成功地達到此目的的方法與裝置。

舉例來說，在日本專利（已審查的公告號21169/80與25842/83）中曾提出關于渦輪機轉子的一些想法，它利用一個系統將轉子附近的蒸汽與汽油溫度以及機殼內部表面的溫度檢出，根據檢出的溫度計算轉子可能承受的熱應力，并根據熱應力的變化率與絕對值控制渦輪機的運轉，以避免在轉子中產生過高的熱應變。

上述系統旨在避免渦輪機轉子中產生過高的熱應變，防止轉子的實際使用壽命短于設計使用壽命，但不能在運行的任何時刻估計預期壽命。尤其是那些工作條件很差的發電廠，這個系統不可能估計轉子的預期壽命。

以線性破壞動力學為基礎的“SAFER”是眾所周知的作為估計蒸汽渦輪機轉子預期壽命的一個代號（code）（電力中心研究所報告，研究報告號：283021，1983年12月）。

另外，還報導過一個用電化學法作為非破壞性蒸汽渦輪機老化診斷技術的例子（見電氣現場技術，on-the-Site Technolog of Electrncity，第23卷，261期）。

這些有關先有技術的各種建議所遇到的問題是：雖然它在某種條件下能獲得某些可靠的結果，但在其它條件下往往產生相悖的結果并引起錯誤。

本發明旨在提供一種以非破壞方式高精度估計機械構件預期壽命的方法與裝置，這些構件承受反復或波動的載荷。

本發明根據了這樣一個發現：在高溫環境內承受反復載荷的構件中，容易產生蠕變，在開始工作的最初階段，構件表面產生很小的裂紋，裂紋發展情況與構件的使用壽命緊密相關。

本發明最突出的特點是，根據構件表面產生的最長裂紋長度估計構件的預期壽命。構件表面上產生最長裂紋長度根據有限采樣面上的最長裂紋用統計法獲得。

圖1曲線表示樣品在斷裂前施加反復載荷的次數，以及樣品表面出現微小的裂紋之前施加反復載荷的次數;

圖2、3的曲線表示裂紋的發展;

圖4表示裂紋長度與壽命比之間的關系;

圖5曲線表示表面上的裂紋條數與該表面承受反復載荷次數之間的關系;

圖6與圖7的曲線表示累計頻度與裂紋長度之間的關系;