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.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利(10)授权公告号(10)授权公告号CNCN102541053102541053B(45)授权公告日2014.08.27(21)申请号201210050785.4CN101763090A,2010.06.30,CN101763092A,2010.06.30,(22)申请日2012.02.28审查员杨进军(73)专利权人上海发电设备成套设计研究院地址200240上海市闵行区剑川路1115号(72)发明人史进渊汪勇杨宇邓志成王卫国(74)专利代理机构上海申汇专利代理有限公司31001代理人翁若莹(51)Int.Cl.G05B23/02(2006.01)G01N29/04(2006.01)(56)对比文件CN102252808A,2011.11.23,CN101561677A,2009.10.21,CN101763091A,2010.06.30,权权利要求书3页利要求书3页说明书7页说明书7页附图4页附图4页(54)发明名称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(57)摘要本发明提供了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，所述的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。本发明的优点是实现了汽轮发电机护环高周疲劳寿命的定量预测和定量监控；如果汽轮发电机护环的高周疲劳寿命的安全性没有达到要求，通过设计阶段的重新设计或制造阶段的去除表面裂纹来满足汽轮发电机护环高周疲劳寿命的安全性需求，达到了定量预测并监控汽轮发电机护环高周疲劳寿命的技术效果。CN102541053BCN102543BCN102541053B权利要求书1/3页1.一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，使用一种汽轮发电机护环高周疲劳寿命的监控装置，所述的汽轮发电机护环高周疲劳寿命的监控装置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，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底部护环表面某一点M的最大主应力σM，在该护环的表面的顶部的相同半径与相同轴向位置的点N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点M的σM方向得出该方向上的正应力σN；第二步：计算汽轮发电机护环的应力幅σa：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σa的计算公式为：第三步：计算汽轮发电机护环的平均应力σm：汽轮发电机护环在稳态额定负荷下的平均应力σm的计算公式为：式中：σr——护环的残余应力；第四步：计算汽轮发电机护环的应力比R：汽轮发电机护环在稳态额定负荷工况下的应力比R的计算公式为：式中：σm——平均应力σa——应力幅；R第五步：确定疲劳裂纹扩展的应力强度因子门槛值ΔKth：R对于汽轮发电机护环，应力比为R的疲劳裂纹扩展的应力强度因子门槛值ΔKth的计算公式为：R0mΔKth=ΔKth(1-R)式中：0ΔKth——应力比为R=0的疲劳裂纹扩展的应力强度因子门槛值R——应力比m——材料试验常数；第六步：计算汽轮发电机护环的初始裂纹尺寸的界限值ath：汽轮发电机护环初始表面裂纹尺寸的界限值ath的计算公式为：2CN102541053B权利要求书2/3页式中：σa——应力幅M——与裂纹形状参数Q有关的常数，对于表面裂纹，a——椭圆裂纹短轴半径；c——椭圆裂纹长轴半径；θ——过裂纹周线上任意一点径向线与椭圆长轴的夹角；第七步：确定护环高周疲劳寿命设计的安全系数na：汽轮发电机护环的高周疲劳寿命预测需要留有安全余量，定义汽轮发电机护环的高周疲劳寿命的安全系数为：na=2；第八步：计算护环高周疲劳的的允许初始裂纹尺寸a0：汽轮发电机护环高周疲劳的允许初始裂纹尺寸a0的计算公式为：设计阶段高周疲劳寿命预测进入第九步，制造阶段高周疲劳寿命监控进入第十步；第九步：预测汽轮发电机护环高周疲劳寿命设计的安全性：若a0≥2mm，在稳态额定负荷工况的应力幅σa作用下，汽轮发电机护环高周疲劳寿命10设计是安全的，汽轮发电机护环的高周疲劳寿命为Nf≥4.0×10，进入第十二步；若a0<2mm，在稳态额定负荷工况的应力幅σa作用下，汽轮发电机护环高周疲劳寿命设10计是不安全的，汽轮发电机护环的高周疲劳寿命Nf达不到4.0×10，推荐的控制措施为增大护环表面应力集中部位的圆角半径，重新进行高周疲劳寿命预测；