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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112001046A(43)申请公布日2020.11.27(21)申请号202010830110.6(22)申请日2020.08.18(71)申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号(72)发明人周登极韦婷婷黄大文张会生(74)专利代理机构上海旭诚知识产权代理有限公司31220代理人郑立(51)Int.Cl.G06F30/17(2020.01)G06F30/28(2020.01)F01D5/18(2006.01)G06F113/08(2020.01)G06F119/08(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称疲劳蠕变交互损伤的燃气轮机透平叶片寿命评估模型(57)摘要本发明公开了疲劳蠕变交互损伤的燃气轮机透平叶片寿命评估模型的建模方法,涉及燃气轮机叶片寿命评估技术领域,所述评估模型包含叶片温度模型、叶片应力模型和蠕变‑疲劳交互损伤模型,所述叶片温度模型考虑了热障涂层、气膜冷却和金属壁厚的影响,所述叶片应力模型考虑气动力和离心力对叶片影响的同时还考虑了叶片的倾斜度对叶片应力做相应地等效叠加,所述蠕变‑疲劳交互损伤模型基于S‑N曲线和拉森‑米勒参数。通过本发明的实施,可以实时评估叶片金属的蠕变和疲劳损伤,为燃气轮机叶片寿命预测及优化运行提供依据。CN112001046ACN112001046A权利要求书1/3页1.一种疲劳蠕变交互损伤的燃气轮机透平叶片寿命评估模型的建模方法,其特征在于,所述评估模型包含叶片温度模型、叶片应力模型和蠕变-疲劳交互损伤模型。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述叶片温度模型中冷却膜和气体沿径向被划分为若干小室,所述小室的数量取决于温度分布的不均匀性,同一所述小室内每个位置的温度相同;第i层传热的气膜冷却效率为:式中:Tg为燃气入口温度;Taw为绝热壁面的温度;Tco,inj为形成气膜的冷却空气喷离叶片时的温度。3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述叶片温度模型建模时引入了热障涂层、气膜冷却和金属壁厚的影响;主流燃气从冷却膜到所述热障涂层的传热为:所述热障涂层向叶片金属外壁导热:叶片金属外壁向内壁导热:叶片金属内壁向冷却空气对流换热:冷却空气吸热量:式中:H是叶片的高度,y是径向距离叶根y(0≤y≤H),h是对流换热系数,λ是导热系数,t是厚度,Sg是气体和叶片接口的周长,Scl是冷却空气和叶片接口的周长,Gcl是冷却空气的流量,nch为蛇形通道的圆柱通道个数,np为返回通道数。4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,根据公式(3)-公式(7)计算冷却空气与外部金属的温度分布为:此时,2CN112001046A权利要求书2/3页ac=Scl/Sg(11)φcl=Scl/s(12)式中:φcl是叶片的弦长,Bi是毕渥数,根据所述公式(1)和公式(8)迭代可得冷却空气Tcl(y)的温度分布,根据所述公式(9)计算外表面金属的温度分布。5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述叶片应力模型包括离心应力、气动应力和热应力,所述离心应力的计算公式为式中:AA是Ⅰ部分底部截面的横截面面积。6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述气动应力建模时,静压差引起的压力为:FP=ΔP·Ash,rt(14)式中:ΔP为叶片进口与叶片出口的压差,Ash,rt为叶片形状在由径向轴和切向轴组成的平面上的投影面积;动量为:Fv=Ggas·Δvtan·Ash,ra(15)式中:Ggas为气体流量,Δvtan为切向速度变化,Ash,ra为叶片形状在由径向和轴向组成的平面上的投影面积;叶片的弯矩为:Maxi=Fv·db,axi+FC,1·da,axi+FC,2·dc,axi(16)Mtan=-FP·db,tan+FC,1·da,tan+FC,2·dc,tan(17)弯矩为:Mx=Maxi·cosθ+Mtan·sinθ(18)My=Maxi·sinθ+Mtan·cosθ(19)弯曲应力为:式中:IXX和IYY分别为对x轴和y轴的转动惯量。7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述热应力根据广义胡可定律计算:式中:E为材料的弹性模量;β为材料的热膨胀系数;ν为材料的泊松比;Δtm为计算点温度与体积平均温度之差。8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述蠕变-疲劳交互损伤模型利用高温合金的拉森-米勒参数-应力曲线计算蠕变寿命:式中:T为金属的温度,C为材料的常数。9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,叶片损伤计算公式为:3CN112001046A权利要求书3/3页式中:Ni为第i个循环比应力幅值下的允许循环次数,tj,life为温度与应力特定组合条件下的蠕变寿命,t