[發明專利]汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監控

有效

• 申請號: 201610108010.6
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105781632B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發明（設計）人: 史進淵;危奇;楊宇;鄧志成;汪勇;王思遠;林潤達;蔣俊
• 申請（專利權）人: 上海發電設備成套設計研究院
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;F01D21/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩,吳小麗

1.一種汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監控方法，其特征在于，該方法由以下步驟組成：

第一步、獲得汽輪機部件材料力學性能數據；

第二步、獲得汽輪機部件的裂紋萌生壽命和應力，包括：

汽輪機部件的冷態起停低周疲勞裂紋萌生壽命N_c、溫態起停低周疲勞裂紋萌生壽命N_w、熱態起停低周疲勞裂紋萌生壽命N_h、極熱態起停低周疲勞裂紋萌生壽命N_r、75％額定負荷的負荷變動低周疲勞裂紋萌生壽命N₁、50％額定負荷的負荷變動低周疲勞裂紋萌生壽命N₂、蠕變裂紋萌生壽命τ_R、部件幾何形狀修正系數F的計算結果，以及冷態起動、溫態起動、熱態起動、極熱態起動、75％額定負荷的負荷變動、50％額定負荷的負荷變動的瞬態工況的最大主應力σ_1i、額定負荷工況的穩定蠕變應力σ_c；

第三步、計算汽輪機部件低周疲勞裂紋擴展的臨界裂紋尺寸a_cL：

汽輪機部件低周疲勞裂紋擴展的臨界裂紋尺寸a_cL的計算公式為：

acL=KIC2πF2σ1i2---(1)]]>

式中：

K_IC——材料斷裂韌性；

F——部件幾何形狀修正系數；

σ_1i——第i個瞬態工況的低周疲勞裂紋擴展的最大主應力；

第四步、計算汽輪機部件的低周疲勞裂紋擴展壽命N_fi：

汽輪機部件裂紋從初始裂紋0.0001m擴展到臨界裂紋尺寸a_cL的低周疲勞裂紋擴展壽命N_fi的計算公式為：

Nfi=2(m0-2)C0(Fπ)m0σ1im0[10.0001m0-22-1acLm0-22]---(2)]]>

式中：

a_cL——部件低周疲勞裂紋擴展的臨界裂紋尺寸；

C₀、m₀——部件材料低周疲勞裂紋擴展試驗常數；

F——部件幾何形狀修正系數；

σ_1i——第i個瞬態工況的低周疲勞裂紋擴展的最大主應力；

第五步、計算汽輪機部件蠕變裂紋擴展的臨界裂紋尺寸a_cp：

汽輪機部件蠕變裂紋擴展的臨界裂紋尺寸a_cp的計算公式為：

acp=KIC2πF2σc2---(3)]]>

式中：

σ_c——額定負荷工況的穩定蠕變應力；

第六步、計算汽輪機部件蠕變斷裂參量A：

汽輪機部件蠕變斷裂斷裂參量A的計算公式為：

A=1.21Bπn(32σc)n+1---(4)]]>

式中：

B和n——材料蠕變參數；

第七步、計算汽輪機部件的蠕變裂紋擴展壽命τ_cp：

汽輪機部件裂紋從初始裂紋0.1mm擴展到臨界裂紋尺寸a_cp的蠕變裂紋擴展壽命τ_cp的計算公式為：

τcp=1(1-m4)C4Am4[acp(1-m4)-0.0001(1-m4)]---(5)]]>

式中：

A——部件蠕變斷裂參量；

C₄、m₄——部件材料蠕變裂紋擴展試驗常數；

第八步、計算汽輪機部件的年均低周疲勞與蠕變裂紋萌生壽命損耗e_y1：

汽輪機部件的年均低周疲勞與蠕變裂紋萌生壽命累積損耗e_y1的計算公式為：

ey1=ycNc+ywNw+yhNh+yrNr+y1N1+y2N2+tyτR---(6)]]>

式中：

y_c——年均冷態起動次數；

y_w——年均溫態起動次數；

y_h——年均熱態起動次數；

y_r——年均極熱態起動次數；

y₁——年均75％額定負荷的負荷變動次數；

y₂——年均50％額定負荷的負荷變動次數；

N_c——冷態起停低周疲勞裂紋萌生壽命；

N_w——溫態起停低周疲勞裂紋萌生壽命；

N_h——熱態起停低周疲勞裂紋萌生壽命；

N_r——極熱態起停低周疲勞裂紋萌生壽命；

N₁——75％額定負荷的負荷變動低周疲勞裂紋萌生壽命；

N₂——50％額定負荷的負荷變動低周疲勞裂紋萌生壽命；

t_y——年均運行小時數；

τ_R——蠕變裂紋萌生壽命；

第九步、計算汽輪機部件的低周疲勞與蠕變裂紋萌生日歷壽命τ_CL1：

汽輪機部件的的低周疲勞與蠕變裂紋萌生日歷壽命τ_CL1的計算公式為：

τCL1=1ey1---(7)]]>

第十步、計算汽輪機部件的年均低周疲勞與蠕變裂紋擴展壽命損耗e_y2：

汽輪機部件的年均低周疲勞與蠕變裂紋擴展壽命累積損耗e_y2的計算公式為：

ey2=ycNfc+ywNfw+yhNfh+yrNfr+y1Nf1+y2Nf2+tyτcp---(8)]]>

式中：

N_fc——冷態起動低周疲勞裂紋擴展壽命；

N_fw——溫態起動低周疲勞裂紋擴展壽命；

N_fh——熱態起動低周疲勞裂紋擴展壽命；

N_fr——極熱態起動低周疲勞裂紋擴展壽命；

N_f1——75％額定負荷的負荷變動低周疲勞裂紋擴展壽命；

N_f2——50％額定負荷的負荷變動低周疲勞裂紋擴展壽命；

τ_cp——部件的蠕變裂紋擴展壽命；

第十一步、計算汽輪機部件的低周疲勞與蠕變裂紋擴展日歷壽命τ_CL2：

汽輪機部件的低周疲勞與蠕變裂紋擴展日歷壽命τ_CL2的計算公式為：

τCL2=1ey2---(9)]]>

第十二步、計算汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命τ_CLt：

汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命τ_CLt的計算公式為：

τ_CLt＝τ_CL1+τ_CL2(10)

第十三步、確定汽輪機部件日歷總壽命的判據值τ₀：

第十四步、在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監控：

在汽輪機的設計和使用階段，對于汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生與裂紋擴展的日歷總壽命進行優化控制：

(1)若τ_CLt≥τ₀，原方案汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監控合格，表明汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命處于受控狀態，汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監控結束；

(2)若τ_CLt＜τ₀，原方案汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監控不合格，表明需要對汽輪機部件的年均運行小時數、年均起動次數與年均負荷變動次數進行優化改進，并減少年均運行小時數、年均起動次數與年均負荷變動次數，重新執行第八步至第十三步，直到τ_CLt≥τ₀為止，汽輪機部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監控結束。