[发明专利]用于全尺寸取样以在蒸汽涡轮转子上执行材料测试的系统和方法

说明书

本发明题为“用于全尺寸取样以在蒸汽涡轮转子上执行材料测试的系统和方法”。本发明提供了一种用于生成用于执行传统蒸汽涡轮转子的材料测试的材料测试样品的方法，该传统蒸汽涡轮转子具有叶片间区域转子表面和邻接叶片间区域转子表面的入口区域转子表面。该方法包括在样品区域中形成转子材料的环形圈，以及由环形圈的一部分形成材料测试样品。还描述了传统蒸汽涡轮转子，该传统蒸汽涡轮转子包括叶片间区域转子表面和邻接叶片间区域转子表面的入口区域转子表面。该蒸汽涡轮转子具有形成于其中的沟槽，并且其中沟槽被机加工成能够从蒸汽涡轮转子移除材料以形成样品，该样品被构造成能够执行材料特性测试和以与传统蒸汽涡轮转子相比扩展的热应力操作改进的蒸汽涡轮转子中的至少一者。

技术领域

本公开整体涉及用于蒸汽涡轮的转子，并且更具体地涉及对传统转子构型的修改，该修改使得能够进行全尺寸取样以进行材料测试来评定此类转子的热老化和疲劳。

背景技术

蒸汽涡轮可包括具有推力平衡活塞的转子，推力平衡活塞具有用于释放新鲜蒸汽流动路径的区域之外的热应力的释放沟槽。该释放沟槽在与叶片流动路径的工作蒸汽流相反的方向上轴向移位。

随着可再生能源使用的增加，对于以增加的发电厂和蒸汽涡轮循环工作的电网的需求增加。操作灵活性要求可能受到蒸汽涡轮寿命的限制，因为更多地暴露于频繁热瞬态增大了在冷启动、暖启动和热启动期间以及在负载转变和停机期间引发热疲劳裂纹的风险。另外，在具有多个级或涡轮(例如高压涡轮和中压涡轮)的蒸汽涡轮中，蒸汽涡轮/区段中的每一者中的不同热条件导致蒸汽涡轮/区段中的每一者的转子部分具有不同的低循环疲劳寿命。因此，维护计划要求可能不同步，这可导致维护中断的增加。虽然可以通过选择转子材料以改善韧性和延展性来平衡转子部分的低循环疲劳寿命，但在实现仅选择转子材料的目的方面存在实际限制。这些措施不克服热瞬态对转子的低循环疲劳寿命造成的潜在负面影响。

因此，需要监督蒸汽涡轮的寿命状态。一般来讲，基于最小材料特性，用真实但广义的操作数据进行理论评定。为此，对热区段中转子的实际机械行为的研究将是有益的。在一些情况下，使用小尺寸测试取样方法来执行断口形貌转变温度(FATT)评定。遗憾的是，此类方法常常表现出由小样品尺寸所引起的较大不准确性。此外，对于反应型鼓式转子，通常无法获得老化的在役蒸汽涡轮转子的FATT数据的数据库。这也就是由于缺乏易于移除的可用于获得测试样品的材料的结果。相反地，对于脉冲转子蒸汽涡轮，由于蒸汽涡轮的转子包括在相应级上没有压降的圆盘，因此允许在圆盘中钻孔(只要它们平衡即可)并且根据需要取回样品材料以供进一步研究。

因此，需要改进转子的取样以评定热老化对蠕变破裂特性的影响。另外，需要改善蒸汽涡轮转子部分的低循环疲劳寿命并且定制蒸汽涡轮转子的不同部分的低循环疲劳寿命以同步转子部分的维护循环。

发明内容

本发明提供了一种用于生成用于执行传统蒸汽涡轮转子的一种或多种材料测试的材料测试样品的方法，该传统蒸汽涡轮转子具有叶片间区域转子表面和邻接叶片间区域转子表面的入口区域转子表面。该方法包括移除选自叶片间区域转子表面和入口区域转子表面的样品区域中的转子材料的环形圈，该环形圈的移除形成改进的传统蒸汽涡轮转子；以及由环形圈的一部分形成材料测试样品。

本发明提供了一种用于从传统蒸汽涡轮转子取回用于执行一种或多种材料测试的材料测试样品的系统，该传统蒸汽涡轮转子具有叶片间区域转子表面和邻接叶片间区域转子表面的入口区域转子表面。该系统包括来自传统蒸汽涡轮转子的转子材料的环形圈的分段区段，该环形圈由形成于传统蒸汽涡轮转子中的沟槽机加工而成，其中沟槽被机加工成能够移除环形圈并能够形成材料测试样品。

本发明提供了一种改进的蒸汽涡轮转子。该改进的蒸汽转子包括传统蒸汽涡轮转子，该传统蒸汽涡轮转子具有叶片间区域转子表面和邻接叶片间区域转子表面的入口区域转子表面，以及形成于该传统蒸汽涡轮转子的入口区域转子表面或叶片间区域转子表面中的沟槽。沟槽被机加工成能够从传统蒸汽涡轮转子移除材料，以能够执行材料特性测试和至少部分地基于材料特性测试以与传统蒸汽涡轮转子相比扩展的热应力操作改进的蒸汽涡轮转子中的至少一者。