[发明专利]一种汽轮机转子的蠕变-疲劳寿命预测方法及预测系统

说明书

本发明涉及一种汽轮机转子的蠕变‑疲劳寿命预测方法及预测系统，其中预测方法通过现场布置测点监测主蒸汽参数和机组负荷情况计算转子的最大应力，结合转子钢的蠕变‑疲劳裂纹扩展速率模型，预测转子表面裂纹扩展情况，由此预测汽轮机转子的蠕变‑疲劳寿命包括：建立汽轮机转子的应力计算SVM模型；建立转子钢的蠕变‑疲劳裂纹扩展速率模型；通过布置在汽轮机上的测点，检测汽轮机主蒸汽参数和机组负荷情况；利用步骤3获取的数据计算服役中转子的当量应力，通过转子钢蠕变‑疲劳裂纹扩展速率模型监测裂纹扩展情况，以此预测转子的蠕变‑疲劳寿命。与现有技术相比，本发明具有准确率高、实时性好等优点。

技术领域

本发明涉及汽轮机转子的蠕变-疲劳裂纹扩展在线监测技术领域，尤其是涉及一种汽轮机转子的蠕变-疲劳寿命预测方法及预测系统。

背景技术

在电力行业，发电机组的蒸汽参数越高，机组的容量越大，能源的利用效率越高，污染排放也越少，超超临界发电技术在这样的条件下应运而生，且在世界范围内得到了普及，并向着更高的参数方向发展。参数与容量的提高对机组运行的安全性和可靠性都提出了更高的要求，转子在机组中起着工质能量转换及扭矩传递的作用，是汽轮机组重要部件之一。转子因机组的起停产生低周疲劳损伤，是一种由表及里的断裂过程；同时蒸汽温度约620℃左右，易产生蠕变损伤，材料内部将形成晶界孔洞。当穿晶疲劳裂纹与晶界孔洞相遇时，疲劳裂纹与蠕变孔洞就会相互促进、相互发展，形成疲劳-蠕变交互作用。

转子的正常工作决定着整个机组运行的安全性与可靠性，在一定程度上汽轮机转子的寿命代表了整台汽轮机机组的寿命。因此分析大容量汽轮机转子的蠕变-疲劳损伤并预测其寿命关系到整个汽轮机组的安全性与可靠性。现有的汽轮机转子蠕变-疲劳寿命预测方法的预测准确率低，无法满足现阶段对蠕变-疲劳寿命预测的高精度要求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种准确率高、实时性好的汽轮机转子的蠕变-疲劳寿命预测方法及预测系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种汽轮机转子的蠕变-疲劳寿命预测方法，所述的预测方法通过现场布置测点监测主蒸汽参数和机组负荷情况计算转子的最大应力，结合转子钢的蠕变-疲劳裂纹扩展速率模型，预测转子表面裂纹扩展情况，由此预测汽轮机转子的蠕变-疲劳寿命；

所述的预测方法包括：

步骤1：建立汽轮机转子的应力计算SVM模型；

步骤2：建立转子钢的蠕变-疲劳裂纹扩展速率模型；

步骤3：通过布置在汽轮机上的测点，检测汽轮机主蒸汽参数和机组负荷情况；

步骤4：利用步骤3获取的数据计算服役中转子的当量应力，通过转子钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率模型监测裂纹扩展情况，以此预测转子的蠕变-疲劳寿命。

优选地，所述的步骤1建立汽轮机转子的应力在线计算SVM模型，具体为：

步骤1-1：获取转子应力简化解；

将转子简化为圆筒或圆柱，通过传热学分析，计算转子正常服役时最大当量应力；

步骤1-2：获取转子应力有限元解；

建立转子的有限元模型，模拟不同启动工况下的服役过程，分析不同启动过程中转子的实时最大当量应力；

步骤1-3：定义转子应力有限元解与转子应力简化解的比值为修正系数；

ξ＝σ/σ_eq

其中，σ表示转子应力简化解，σ_eq表示转子应力有限元解；