[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及装置

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的预测与监控方法及装置，属于汽轮机技术领域。

背景技术

在汽轮机的稳态额定负荷运行中，由于离心力载荷与热载荷的作用，在汽轮机焊接转子中产生稳定的静应力称为平均应力。静止的大跨距、上百吨的汽轮机焊接转子，在自身重力载荷的作用下，在焊接转子重心以上部位的外表面产生压应力，在焊接转子重心以下部位外表面产生拉应力。在汽轮机的运行中，焊接转子外表面某一点，除了承受离心力载荷与热载荷产生的稳定的平均应力以外，当该点旋转到焊接转子顶部(90°位置)时，由于转子与叶片自重单独作用将产生压应力；当该点旋转到转子底部(270°位置)时，由于转子与叶片自重单独作用将产生的拉应力。在汽轮机带稳态额定负荷工况下，旋转到不同位置的交变应力是由焊接转子与叶片的自身重力载荷引起的；每转一周，汽轮机焊接转子承受自重单独作用产生疲劳循环一次。对于半转速火电或核电汽轮机，每秒疲劳循环25次，每年运行7000小时，30年循环1.89×10¹⁰次；60年循环3.78×10¹⁰次。对于全转速火电或核电汽轮机，每秒循环50次，年运行7000小时，30年循环3.78×10¹⁰次，60年循环7.56×10¹⁰次。现有的汽轮机转子寿命的预测与监控方法，给出了汽轮机焊接转子低周疲劳寿命的预测与监控方法，对于汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的预测与监控，还没有合适的方法和装置可供使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的预测与监控方法及装置，实现汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的定量预测与定量监控。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的监控装置，其特征在于，由超声波探伤仪和计算服务器组成，超声波探伤仪与汽轮机转子和计算服务器连接。

本发明还提供了一种汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的预测与监控方法，其特征在于，使用上述的汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的监控装置，采用C语言编写的汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机焊接转子高周疲劳寿命的预测与监控，具体步骤为：

第一步：探伤确定汽轮机焊接转子的裂纹尺寸：

在汽轮机焊接转子制造过程，采用超声波探伤仪确定焊缝和热影响区裂纹的所在部位和裂纹尺寸，裂纹所在部位指的是焊接转子焊缝和热影响区的椭圆形裂纹中心位置的三个坐标数值，裂纹尺寸指的是焊接转子焊缝和热影响区内部椭圆形裂纹和焊接转子焊缝和热影响区表面半椭圆形裂纹的短轴半径a和长轴半径c；

第二步：计算汽轮机焊接转子裂纹所在部位的最大主应力：

对于汽轮机焊接转子的裂纹，采用现有的有限元计算分析方法，计算在稳态额定负荷工况下焊缝和热影响区的最大主应力，在汽轮机焊接转子三维模型的某一点旋转到转子底部(270°位置)时确定最大主应力σ₁，在该焊接转子顶部相同半径与相同轴向位置(90°位置)的点的三个正应力和六个剪应力构成三个应力向量，这三个应力向量投影到底部σ₁方向得出该方向上的正应力σ₁；

第三步：计算汽轮机焊接转子的应力幅σ_a：

汽轮机焊接转子在稳态额定负荷工况下，由于叶片和转子重力引起的交变应力幅σ_a的计算公式为：

σa=σ1-σ1′2]]>

第四步：计算汽轮机焊接转子的平均应力σ_m：

汽轮机焊接转子在稳态额定负荷下的平均应力σ_m的计算公式为：