[发明专利]汽轮机转子低周疲劳与高周疲劳的裂纹扩展寿命监控方法

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳裂纹扩展寿命的监控方法，属于汽轮机技术领域。

背景技术

在汽轮机的停机或超速试验的瞬态变工况过程中，由于离心力载荷引起的应力和热载荷引起的应力的共同作用，导致汽轮机转子外表面裂纹(或缺陷)的低周疲劳扩展。在汽轮机带负荷稳定运行过程中，由于叶片与转子的重力载荷引起的应力以及离心力载荷和热载荷引起的应力的共同作用，有可能导致汽轮机转子外表面裂纹(或缺陷)的高周疲劳扩展。申请人已经申请发明专利《汽轮机转子内部裂纹的监控装置及方法》，申请号201110413914.7，监控汽轮机转子的低周疲劳裂纹扩展寿命。申请人已经申请发明专利《汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的预测与监控方法》申请号为201210047192.2和《一种汽轮机整锻转子高周疲劳寿命的监控方法与监控装置》申请号为201210048785.0，监控汽轮机转子高周疲劳裂纹扩展寿命。公开文献报道的汽轮机转子裂纹扩展寿命的预测和监控方法，还没有汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的监控方法。在汽轮机的运行过程中，汽轮机启动过程的超速试验、带负荷运行和停机等工况交替出现，转子交替发生低周疲劳与高周疲劳裂纹扩展。在汽轮机的设计阶段和使用阶段，在低周疲劳与高周疲劳交互作用下汽轮机转子的裂纹扩展寿命的监控，还没有合适的方法可供使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的裂纹扩展寿命的监控方法，实现汽轮机转子在低周疲劳与高周疲劳交互作用下裂纹扩展寿命的定量预测和优化改进。

为了实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种汽轮机转子低周疲劳与高周疲劳的裂纹扩展寿命监控方法，其特征在于，使用一种汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的裂纹扩展寿命的监控系统，所述的汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的裂纹扩展寿命的监控系统包括数据库服务器、计算服务器、超声波探伤仪、网页服务器和用户端浏览器，数据库服务器连接计算服务器，计算服务器连接超声波探伤仪和网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器，采用C语言编写汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的裂纹扩展寿命的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机转子的低周疲劳与高周疲劳的裂纹扩展寿命的监控，具体步骤包括：

第一步、输入汽轮机转子的材料牌号：

输入汽轮机转子的材料牌号，由材料牌号确定汽轮机转子材料的断裂力学性能数据，所述的断裂力学性能数据包括材料裂纹扩展试验常数C₀与m₀、材料断裂韧性K_IC和材料疲劳裂纹扩展门槛值

第二步：计算轮机转子高周疲劳裂纹扩展的最大应力σ_maxH：

采用现有的有限元计算分析方法，计算在稳态额定负荷下汽轮机转子表面的最大主应力σ_270°和最大主应力σ_270°方向上的正应力σ_90°，汽轮机转子的高周疲劳裂纹扩展的最大应力σ_maxH的计算公式为：

σ_maxH＝σ_270°+σ_re             (1)

式中：

σ_re——转子的残余应力；

第三步：计算汽轮机转子高周疲劳裂纹扩展的应力范围Δσ_H：

在汽轮机带额定负荷稳定运行工况下，转子高周疲劳裂纹扩展的最小应力σ_minH＝σ_90°+σ_re，汽轮机转子高周疲劳裂纹扩展的应力范围Δσ_H的计算公式为：

Δσ_H＝σ_maxH-σ_minH＝σ_270°-σ_90°              (2)

第四步：计算汽轮机转子高周疲劳裂纹扩展的临界裂纹尺寸a_cH：

汽轮机转子高周疲劳裂纹扩展的临界裂纹尺寸a_cH的计算公式为：