[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

摘要

本发明提供了一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控装置，包括：用于对转子内部进行探伤，以确定转子内部制造缺陷的所在部位和尺寸的超声波探伤仪；用于存贮超声波探伤仪所采集的数据的数据库服务器；基于数据库服务器内存储的数据，对转子裂纹扩展寿命进行计算，进而对转子内部制造缺陷进行评价与监控的计算服务器；用于输出转子内部制造缺陷的评价与监控结果的用户端浏览器；本发明还提供了一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控方法。本发明实现了汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命的在线计算和监控；达到了在转子的制造与加工阶段，定量评价和监控汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的技术效果。

主权项

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σmaxi；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σ1i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σmaxi的计算公式为：σmaxi＝σ1i+σre式中：σre——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aci；第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷的临界裂纹尺寸aci的计算公式为：式中：K1C——转子材料的断裂韧性；σmaxi——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Nfi；第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命Nfi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nhe；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nhe的计算公式可表示为：式中：nc0——电站用户要求的冷态起动次数；nw0——电站用户要求的温态起动次数；nh0——电站用户要求的热态起动次数；nr0——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；Nfc——冷态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nfw——温态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nfh——热态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nfr——极热态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nf110——110％超速试验过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nf120——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nhe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nhe式中：ach——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σmaxh对应的临界裂纹尺寸；σmaxh——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ai，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：ai——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。