[发明专利]一种汽轮发电机护环高周疲劳寿命的预测方法与监控装置

说明书

技术领域

本发明涉及汽轮发电机护环高周疲劳寿命的预测方法与监控装置，属于汽轮发电机技术领域。

背景技术

在汽轮发电机的稳态额定负荷运行中，由于离心力载荷的作用，在汽轮发电机护环中产生稳定的静应力称为平均应力。静止的大跨距、几十吨的汽轮发电机转子，在转子和护环自身重力载荷的作用下，在转子重心以上部位的护环表面产生压应力，在转子重心以下部位的护环表面产生拉应力。在汽轮发电机的运行中，护环表面某一点，除了承受离心力载荷产生的稳定的平均应力以外，当该点旋转到转子顶部(90°位置)时，由于转子与护环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，由于转子与护环自重单独作用将产生的拉应力。在汽轮发电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转子与护环的自身重力载荷引起的；每转一周，汽轮发电机护环承受转子与护环自身重力载荷单独作用产生疲劳循环一次。对于半转速火电或核电汽轮发电机，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发电机，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。现有的汽轮发电机护环寿命的预测与监控方法，给出了汽轮发电机护环低周疲劳寿命的预测与监控方法，对于设计阶段汽轮发电机护环高周疲劳寿命的预测和制造阶段汽轮发电机护环高周疲劳寿命的监控，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发电机护环高周疲劳寿命的预测方法与监控装置，实现设计阶段汽轮发电机护环高周疲劳寿命的定量预测与制造阶段汽轮发电机护环高周疲劳寿命的定量监控。

为了实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种汽轮发电机护环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发电机护环和计算服务器连接。

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

第一步：计算汽轮发电机护环表面的最大主应力：

对于汽轮发电机护环，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护环表面的最大主应力，在汽轮发电机护环三维模型的表面某一点在护环底部(270°位置)时确定最大主应力σ₁，在该护环的表面在护环顶部的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′；

第二步：计算汽轮发电机护环的应力幅σ_a：

汽轮发电机护环在稳态额定负荷工况下，由于转子与护环的重力载荷引起的交变应力幅σ_a的计算公式为：

σa=σ1-σ1′2]]>

第三步：计算汽轮发电机护环的平均应力σ_m：

汽轮发电机护环在稳态额定负荷下的平均应力σ_m的计算公式为：