[发明专利]汽轮发电机护环裂纹扩展寿命的监控装置及方法

权利要求书

1.一种汽轮发电机护环裂纹扩展寿命的监控装置，其特征在于，由超声波探伤仪、计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器组成，超声波探伤仪与数据库服务器连接，计算服务器与数据库服务器和网页服务器连接，网页服务器分别与数据库服务器、计算服务器和用户端浏览器连接。

2.一种汽轮发电机护环裂纹扩展寿命的监控方法，其特征在于，使用权利要求1所述的汽轮发电机护环裂纹扩展寿命的监控装置，采用C语言编写汽轮发电机护环裂纹扩展寿命的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮发电机护环裂纹扩展寿命的监控，具体步骤为：

第一步：探伤确定汽轮发电机护环的裂纹尺寸：

在汽轮发电机抽出转子检修期间，采用超声波探伤仪确定护环裂纹的所在部位和裂纹尺寸，裂纹所在部位指的是护环表面半椭圆形裂纹中心位置的三个坐标数值，裂纹尺寸指的是护环表面半椭圆形裂纹的短轴半径a₁和长轴半径c₁；

第二步：计算汽轮发电机护环裂纹所在部位的最大主应力：

对于汽轮发电机护环的表面裂纹，采用现有的有限元计算分析方法，计算冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动和110％额定工作转速超速试验共5种瞬态工况的最大主应力，分别用符号σ_1c、σ_1w、σ_1h、σ_1r和σ_10s表示；

第三步：计算汽轮发电机护环的临界裂纹尺寸：

汽轮发电机护环第i种瞬态工况的临界裂纹尺寸a_ci的计算公式为：

aci=K1C2Mσ1i2]]>

式中：

i——取值为1-5的整数；

K_1C——护环材料断裂韧性；

σ_1i——第i种瞬态工况的最大主应力；

M——与裂纹形状参数Q有关的常数，

对于表面裂纹，M=πQ]]>

Q=∫0π2(1-c12-a12c12sin2θ)dθ]]>

a₁——椭圆形裂纹短轴半径；

c₁——椭圆形裂纹长轴半径；

θ——过裂纹周线上任意一点的径向线与椭圆长轴的夹角；

第四步：计算汽轮发电机护环裂纹扩展寿命：

第i种瞬态工况的汽轮发电机护环裂纹扩展寿命N_fi的计算公式为：

Nfi=2(m0-2)C0σ1im0Mm02[1a1(m0-2)2-1aci(m0-2)2]]]>

式中：

C₀、m₀——护环材料裂纹扩展试验常数；

第五步：计算汽轮发电机护环裂纹扩展寿命累积损耗：

在汽轮发电机的启动和超速试验过程中，最大主应力出现在护环表面，汽轮发电机护环表面裂纹扩展寿命累积损耗E_f的计算公式为：

Ef=ncNfc+nwNfw+nhNfh+NrNfr+nosNfos]]>

式中：

n_c——实际运行的冷态启动次数

n_w——实际运行的温态启动次数

n_h——实际运行的热态启动次数

n_r——实际运行的极热态启动次数

n_os——汽轮机超速试验次数

N_fc——冷态启动过程中裂纹扩展寿命

N_fw——温态启动过程中裂纹扩展寿命

N_fh——热态启动过程中裂纹扩展寿命

N_fr——极热态启动过程中裂纹扩展寿命

N_fos——超速试验过程中的裂纹扩展寿命；

第六步：计算汽轮发电机护环裂纹扩展剩余寿命：

汽轮发电机护环的表面裂纹扩展剩余寿命R_L的计算公式为：

RL=0.75-Efey]]>

式中：e_y为护环年均裂纹扩展寿命损耗，汽轮发电机的设计寿命为40年，年均裂纹扩展寿命损耗定义为

第七步：控制汽轮发电机护环裂纹扩展剩余寿命

若汽轮发电机护环的表面裂纹扩展剩余日历寿命R_L＜4年，在年内安排计划大修，根据探伤结果予以检修或更换；若4年≤R_L＜8年，在1年后但在4年内安排计划大修，根据探伤结果予以检修或更换；若8年≤R_L＜16年，在下一次计划大修中，予以详细的探伤检查；若R_L≥16年，按照《发电企业设备检修导则》DL/T838安排汽轮发电机的计划大修周期和计划大修项目；

第八步：打印输出结果

输出汽轮发电机护环裂纹扩展剩余寿命的计算结果与控制措施，应用于汽轮发电机的优化检修。

3.如权利要求2所述的汽轮发电机护环裂纹扩展寿命的监控方法，其特征在于，所述第二步的具体步骤为：建立汽轮发电机护环的轴对称有限元计算的力学模型；采用现有有限元分析技术，计算冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动和110％额定工作转速超速试验共五种瞬态过程的最大主应力。