[發明專利]用于轉子材料的確定性疲勞壽命預測的方法以及系統

有效

• 申請號: 201380014565.9
• 申請日: 2013-01-23
• 公開（公告）號: CN104204769B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 關雪飛;H.甄;張競丹;周少華;A.L.劉易斯;S.H.拉德克;李欽圣
• 申請（專利權）人: 西門子公司;西門子能量股份有限公司
• 主分類號: G01N17/00
• 分類號: G01N17/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所11105
• 代理人: 謝強,熊雪梅

相關申請的交叉引用

根據35U.S.C.§119，本申請要求以在2012年1月23日提交的、美國臨時專利申請序號為61/589,426的申請為優先權，其全部內容在此以引用方式并入本文。

技術領域

本發明涉及轉子材料中的疲勞壽命預測。

背景技術

疲勞壽命預測在渦輪發電機中是一項重要的管理任務。在高溫高壓環境下經過長期運轉，使機殼、閥門、以及轉子材料冶金方式劣化。在惡劣條件下的多年運行，由于斷裂(fracture)和蠕變(creep)所致的裂紋(cracks)可能開始并且發展。本領域中已經期望可靠的壽命預測技術，用于維護以及檢修計劃，以便降低壽命周期成本。

雖然過去幾十年來做出了努力，但本領域中仍然存在一些困難和挑戰。高溫和高壓環境中的疲勞裂紋蔓延是一種復雜而且動態的過程，其涉及許多領域的專門知識和經驗判斷。惡劣環境下的疲勞壽命預測必須周密地包括兩個主要內容：(1)時間-和溫度-相關的疲勞與蠕變-疲勞裂紋生長，以及(2)多裂紋相互作用及其對最終疲勞壽命的影響。疲勞裂紋生長不僅受到應力強度因子(stress intensity factor)驅使，而且受到J積分驅使。多裂紋之間、或者裂紋與邊界之間的相互作用影響應力強度因子和J積分。用于蒸汽輪機或燃氣輪機的典型加載曲線(loading profile)中的保持時間也影響疲勞裂紋生長。對于沒有專門知識的普通工程技術人員而言，成功地進行壽命預測并不容易。

期望有一種系統，能管理在此過程中所要求的有用信息和經驗信息。

發明內容

在本發明的一種示例性實施例中，一種疲勞壽命預測方法包括：計算所關注對象的臨界裂紋尺寸；識別所關注對象的超聲數據中的第一裂隙；判斷第一裂隙是與第二裂隙相互作用、第一裂隙是要與第二裂隙合并、還是第一裂隙是孤立的；基于上述判斷，計算初始裂紋尺寸；以及，計算由于疲勞和蠕變所致的初始裂紋尺寸中的增大，以便判斷初始裂紋尺寸達到臨界裂紋尺寸之前負荷循環的數量。

所關注對象包括渦輪發電機的部件。該部件包括轉子。當滿足關于相互作用的預定準則時，第一裂隙是與第二裂隙相互作用。當滿足關于合并的預定準則時，第一裂隙是要與第二裂隙合并。

重復由于疲勞和蠕變所致的初始裂紋尺寸中的增大的計算步驟，直至初始裂紋尺寸滿足或超過臨界裂紋尺寸。

負荷循環包括施加至對象的最小應力、施加至對象的最大應力、對象暴露的溫度、以及保持時間。

在本發明的一種示例性實施例中，一種疲勞壽命預測系統，包括：存儲裝置，用于存儲程序；處理器，與存儲裝置通信，該處理器以程序操作，以便：計算所關注對象的臨界裂紋尺寸；識別所關注對象的超聲數據中的第一裂隙；判斷第一裂隙是與第二裂隙相互作用、第一裂隙是要與第二裂隙合并、還是第一裂隙是孤立的；基于該判斷，計算初始裂紋尺寸；以及，計算由于疲勞和蠕變所致的初始裂紋尺寸中的增大，以便判斷初始裂紋尺寸達到臨界裂紋尺寸之前負荷循環的數量。

所關注對象包括渦輪發電機的部件。該部件包括轉子。當滿足關于相互作用的預定準則時，第一裂隙是與第二裂隙相互作用。當滿足關于合并的預定準則時，第一裂隙是要與第二裂隙合并。

處理器進一步以程序代碼操作，以便重復計算由于疲勞和蠕變所致的初始裂紋尺寸中的增大，直至初始裂紋尺寸滿足或超過臨界裂紋尺寸。

在本發明的一種示例性實施例中，一種用于疲勞壽命預測的計算機程序產品，包括：非暫時性計算機可讀存儲介質，具有包含于其上的計算機可讀程序代碼，該計算機可讀程序代碼包括：構造成執行下列步驟的計算機可讀程序代碼：計算所關注對象的臨界裂紋尺寸；識別所關注對象的超聲數據中的第一裂隙；判斷第一裂隙是與第二裂隙相互作用、第一裂隙是要與第二裂隙合并、還是第一裂隙是孤立的；基于該判斷，計算初始裂紋尺寸；以及，計算由于疲勞和蠕變所致的初始裂紋尺寸中的增大，以便判斷初始裂紋尺寸達到臨界裂紋尺寸之前負荷循環的數量。

所關注對象包括渦輪發電機的部件。該部件包括轉子。當滿足關于相互作用的預定準則時，第一裂隙是與第二裂隙相互作用。當滿足關于合并的預定準則時，第一裂隙是要與第二裂隙合并。

重復由于疲勞和蠕變所致的初始裂紋尺寸中的增大的計算步驟，直至初始裂紋尺寸滿足或超過臨界裂紋尺寸之前。