[發(fā)明專利]汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)控

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610108010.6
• 申請(qǐng)日: 2016-02-26
• 公開（公告）號(hào): CN105781632B
• 公開（公告）日: 2017-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史進(jìn)淵;危奇;楊宇;鄧志成;汪勇;王思遠(yuǎn);林潤(rùn)達(dá);蔣俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計(jì)研究院
• 主分類號(hào): G05B19/418
• 分類號(hào): 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)控方法及系統(tǒng)，屬于汽輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

在汽輪機(jī)的起動(dòng)與負(fù)荷變動(dòng)的瞬態(tài)工況，由于力載荷和熱載荷引起的低周疲勞作用，導(dǎo)致汽輪機(jī)部件內(nèi)部以及汽缸與閥殼外表面的裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展。在汽輪機(jī)帶負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中，由于工作溫度與力載荷引起的蠕變作用，導(dǎo)致汽輪機(jī)部件的裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展。高溫區(qū)工作的汽輪機(jī)部件，在汽輪機(jī)的使用過(guò)程中，在低周疲勞與蠕變作用下，發(fā)生裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展。

申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“一種單臺(tái)汽輪機(jī)關(guān)鍵部件低周疲勞壽命管理系統(tǒng)及管理方法”，申請(qǐng)?zhí)?00710172074.3，管理汽輪機(jī)關(guān)鍵部件的低周疲勞裂紋萌生壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“一種汽輪機(jī)高溫部件低蠕變壽命預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)”，申請(qǐng)?zhí)?00710039899.8，預(yù)測(cè)汽輪機(jī)高溫部件的蠕變裂紋萌生壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“汽輪機(jī)的閥殼與汽缸裂紋擴(kuò)展壽命的監(jiān)控裝置與方法”，申請(qǐng)?zhí)?01110413911.3，監(jiān)控汽輪機(jī)的閥殼與汽缸的低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部裂紋的監(jiān)控裝置及方法”，申請(qǐng)?zhí)?01110413914.7，監(jiān)控汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“汽輪機(jī)耐用部件剩余壽命在線監(jiān)視與控制裝置及方法”，監(jiān)控汽輪機(jī)耐用部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“一種汽輪機(jī)高溫耐用件日歷壽命在線評(píng)定及方法”，申請(qǐng)?zhí)枮?00610030243.5，評(píng)定和預(yù)測(cè)輪機(jī)耐用部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生的日歷壽命。公開文獻(xiàn)報(bào)道的汽輪機(jī)部件裂紋萌生壽命與裂紋擴(kuò)展壽命的壽命管理、壽命預(yù)測(cè)和壽命監(jiān)控方法，還沒有汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展的日歷總壽命的監(jiān)控方法。在高溫區(qū)工作的汽輪機(jī)部件，在汽輪機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中，起動(dòng)與負(fù)荷變動(dòng)的瞬態(tài)工況和帶負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行工況交替出現(xiàn)，汽輪機(jī)部件交替發(fā)生低周疲勞與蠕變損傷。在汽輪機(jī)的使用階段，汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展的日歷總壽命的監(jiān)控，還沒有合適的方法可供使用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是如何實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展的日歷總壽命的監(jiān)控。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)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(jī)部件材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)；

第二步、獲得汽輪機(jī)部件的裂紋萌生壽命和應(yīng)力，包括：

汽輪機(jī)部件的冷態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命N_c、溫態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命N_w、熱態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命N_h、極熱態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命N_r、75％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)低周疲勞裂紋萌生壽命N₁、50％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)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(shù)F的計(jì)算結(jié)果，以及冷態(tài)起動(dòng)、溫態(tài)起動(dòng)、熱態(tài)起動(dòng)、極熱態(tài)起動(dòng)、75％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)、50％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)的瞬態(tài)工況的最大主應(yīng)力σ_1i、額定負(fù)荷工況的穩(wěn)定蠕變應(yīng)力σ_c；

第三步、計(jì)算汽輪機(jī)部件低周疲勞裂紋擴(kuò)展的臨界裂紋尺寸a_cL：

汽輪機(jī)部件低周疲勞裂紋擴(kuò)展的臨界裂紋尺寸a_cL的計(jì)算公式為：

式中：

F——部件幾何形狀修正系數(shù)；

σ_1i——第i個(gè)瞬態(tài)工況的低周疲勞裂紋擴(kuò)展的最大主應(yīng)力；

第四步、計(jì)算汽輪機(jī)部件的低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命N_fi：

汽輪機(jī)部件裂紋從初始裂紋0.0001m擴(kuò)展到臨界裂紋尺寸a_cL的低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命N_fi的計(jì)算公式為：

式中：

a_cL——部件低周疲勞裂紋擴(kuò)展的臨界裂紋尺寸；

C₀、m₀——部件材料低周疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)；

F——部件幾何形狀修正系數(shù)；

σ_1i——第i個(gè)瞬態(tài)工況的低周疲勞裂紋擴(kuò)展的最大主應(yīng)力；