[其他]估计机械构件预期寿命的方法与装置

说明书

估计承受反复载荷的机械构件的预期寿命的方法与装置。利用试验材料样品预先获得被试材料中形成的最大裂纹长度与该材料寿命比之间的关系，根据各个材料采样表面上形成的每一条最大裂纹长度，利用极值统计法，估计出材料表面上形成的最大裂纹长度。根据估计的最大裂纹长度与寿命比估计出机械构件的预期寿命。

本发明涉及估计承受反复载荷的机械构件的预期寿命的方法与装置，更具体地说，它涉及估计在高温环境中承受反复载荷或波动载荷的机械构件的预期寿命的方法与装置。

在高温环境中承受反复载荷的机械构件包括发电厂的涡轮机。在发电厂的涡轮机中，当它反复启停或者承受波动载荷时，涡轮机的主要机械构件同时受到热疲劳与蠕变的损害。其结果是由于疲劳与蠕变引起的累积损害，可能会使构件产生裂纹，从而降低构件的强度。如果这样，除非从它的强度出发估计构件的预期寿命，否则设备可能会断裂，在发电厂引起很大的事故。考虑到这一点，从强度出发估计涡轮机机壳、转子以及各种阀门的预期寿命是十分重要的。

在设计这类设备时，以往的做法都是根据使用材料的蠕变强度确定一个较高的安全系数，以提高可靠性。这样，对于发电厂设备的预期寿命几乎都没有作过估计。然而，目前正在运行的油燃发电厂中大约有一半已经超过它们的设计使用期限，现在需要立即决定它们是否还能够留用，或者用新的设备来替换。因此，当前很需建立一种能够估计机械构件预期寿命的可靠方法。

此外，对电力需求量的变化也要求为满足基本负载而设计的发电厂能够按启动与停机的方式工作，以应付负载的变化。可以预料，当工作条件变得恶劣时，发电厂的使用寿命自然会缩短。因此，估计这类发电厂的预期寿命是十分重要的。

如果可以用非破坏性试验来决定涡轮机机壳、主阀门与调节阀所遭受的损害以估计预期寿命，发电厂的可靠性将大大提高。然而，迄今未曾提出一种成功地达到此目的的方法与装置。

举例来说，在日本专利（已审查的公告号21169/80与25842/83）中曾提出关于涡轮机转子的一些想法，它利用一个系统将转子附近的蒸汽与汽油温度以及机壳内部表面的温度检出，根据检出的温度计算转子可能承受的热应力，并根据热应力的变化率与绝对值控制涡轮机的运转，以避免在转子中产生过高的热应变。

上述系统旨在避免涡轮机转子中产生过高的热应变，防止转子的实际使用寿命短于设计使用寿命，但不能在运行的任何时刻估计预期寿命。尤其是那些工作条件很差的发电厂，这个系统不可能估计转子的预期寿命。

以线性破坏动力学为基础的“SAFER”是众所周知的作为估计蒸汽涡轮机转子预期寿命的一个代号（code）（电力中心研究所报告，研究报告号：283021，1983年12月）。

另外，还报导过一个用电化学法作为非破坏性蒸汽涡轮机老化诊断技术的例子（见电气现场技术，on-the-Site Technolog of Electrncity，第23卷，261期）。

这些有关先有技术的各种建议所遇到的问题是：虽然它在某种条件下能获得某些可靠的结果，但在其它条件下往往产生相悖的结果并引起错误。

本发明旨在提供一种以非破坏方式高精度估计机械构件预期寿命的方法与装置，这些构件承受反复或波动的载荷。

本发明根据了这样一个发现：在高温环境内承受反复载荷的构件中，容易产生蠕变，在开始工作的最初阶段，构件表面产生很小的裂纹，裂纹发展情况与构件的使用寿命紧密相关。

本发明最突出的特点是，根据构件表面产生的最长裂纹长度估计构件的预期寿命。构件表面上产生最长裂纹长度根据有限采样面上的最长裂纹用统计法获得。

图1曲线表示样品在断裂前施加反复载荷的次数，以及样品表面出现微小的裂纹之前施加反复载荷的次数;

图2、3的曲线表示裂纹的发展;

图4表示裂纹长度与寿命比之间的关系;

图5曲线表示表面上的裂纹条数与该表面承受反复载荷次数之间的关系;

图6与图7的曲线表示累计频度与裂纹长度之间的关系;