[发明专利]汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控方法

权利要求书

1.一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控方法，其特征在于：步骤为：

第一步：探伤确定转子内部制造缺陷的当量直径d；

第二步：计算转子内部制造缺陷的面积A₀；

转子内部制造缺陷的面积A₀的计算公式为：

式中：

d——转子内部制造缺陷的当量直径；

第三步：确定转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径a₀；

把汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷处理为椭圆形裂纹，椭圆形裂纹的初始短轴半径为a₀，椭圆形裂纹的初始长轴半径c₀，给定a₀/2c₀＝x，转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径a₀的计算公式为：

式中：

d——转子内部制造缺陷的当量直径；

x——初始椭圆形裂纹的短轴半径，为a₀与2倍长轴半径c₀的比值，x＝a₀/2c₀；

第四步：计算转子内部制造缺陷所在部位的最大应力σ_maxi；

对汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷部位，计算在无缺陷情况下，在冷态起动、温态起动、热态起动、极热态起动、110％额定工作转速超速试验和120％额定工作转速超速运行共六种瞬态过程的最大主应力，第i种瞬态工况的最大主应力用σ_1i表示，第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷所在部位的最大应力σ_maxi的计算公式为：

σ_maxi＝σ_1i+σ_re

式中：

σ_re——转子的残余应力；

第五步：计算转子内部制造缺陷的临界裂纹尺寸a_ci；

第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷的临界裂纹尺寸a_ci的计算公式为：

式中：

K_1C——转子材料的断裂韧性；

σ_maxi——第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷所在部位的最大应力；

M——与裂纹形状参数Q有关的常数；

对于转子内部缺陷，

a——椭圆形裂纹短轴半径；

c——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；

第六步：计算转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命N_fi；

第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命N_fi的计算公式为：

式中：

a₀——转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径；

C₀、m₀——转子材料裂纹扩展试验常数；

第七步：计算转子内部制造缺陷的等效热态起动次数n_he；

汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的等效热态起动次数n_he的计算公式可表示为：

式中：

n_c0——电站用户要求的冷态起动次数；

n_w0——电站用户要求的温态起动次数；

n_h0——电站用户要求的热态起动次数；

n_r0——电站用户要求的极热态起动次数；

n₁₁₀——电站用户要求的110％超速试验次数；

n₁₂₀——电站用户要求的120％超速运行次数；

N_fc——冷态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；

N_fw——温态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；

N_fh——热态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；

N_fr——极热态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；

N_f110——110％超速试验过程中的疲劳裂纹扩展寿命；

N_f120——120％超速运行过程中的疲劳裂纹扩展寿命；

第八步：确定转子内部制造缺陷的起停寿命判据值N₀；

将汽轮机与燃气轮机的转子的等效热态启动次数n_he与起停寿命次数N进行比较，按照以下方法确定转子内部制造缺陷的起停寿命判据值N₀：

(1)若n_he<N次，取N₀＝N次；

(2)若n_he≥N次，取N₀＝n_he次；

式中：

n_he——等效热态启动次数；

第九步：计算转子内部制造缺陷的允许裂纹尺寸a_i；

汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的允许裂纹尺寸a_i的计算公式为：

式中：

a_ch——在热态起动的瞬态过程，转子内部制造缺陷部位的最大应力σ_maxh对应的临界裂纹尺寸；

σ_maxh——在热态起动的瞬态过程，转子内部制造缺陷部位，在无裂纹情况下的最大应力；

N₀——转子的起停寿命的判据值；

第十步：计算转子内部制造缺陷的允许初始裂纹尺寸判据值[a]；

对于汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的允许裂纹尺寸a_i，取安全系数为n，得出转子内部制造缺陷的允许初始裂纹尺寸判据值[a]的计算公式为：

式中：

a_i——转子内部制造缺陷的允许裂纹尺寸；

第十一步：汽轮机与燃气轮机转子内部制造缺陷的评价与监控；

将转子内部制造缺陷的初始短轴半径a₀和允许初始裂纹尺寸判据值[a]进行比较：

若a₀<[a]，转子内部制造缺陷是合格的，表明服役到起停寿命N次时转子内部制造缺陷不会扩展至临界裂纹尺寸，该转子可以使用；

若a₀≥[a]，转子内部制造缺陷是不合格的，应予以报废。