汽轮机高温部件的剩余寿命预测方法

摘要

本发明公开了一种汽轮机高温部件发现缺陷后的剩余寿命预测方法，包括获取汽轮机高温部件材料在不同温度下的材料性能、对汽轮机高温部件进行无损探伤、将无损探伤获得的裂纹规则化为椭圆型裂纹、多裂纹间干涉与连通的分析和评定、汽轮机高温部件应力分析、汽轮机高温部件剩余寿命预测。本发明的优点是合理计入了疲劳、蠕变对寿命影响的耦合作用，并实现了寿命分析过程中的多裂纹干涉及合并判别，提高了汽轮机高温部件剩余寿命计算的精度，可用于支持高温部件制造过程中缺陷的安全性分析和服役使用寿命的延长，并指导检修计划的合理制定。

主权项

1.一种汽轮机高温部件发现缺陷后的剩余寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：一、获得汽轮机高温部件材料的各种材料特性；二、对汽轮机高温部件进行无损探伤，确定裂纹的准确位置和尺寸大小；三、对探测到的裂纹尺寸乘上一个安全系数2，然后根据等面积的方法将裂纹规则化为椭圆型裂纹，根据椭圆长短轴比a/c的值得到部件的初始裂纹尺寸a；四、对于多个裂纹，根据裂纹长度a与裂纹间距W的比值a/W，按照以下标准判断是否干涉、合并：1)当a/W＜0.2，不考虑裂纹间的干涉，计算断裂参量时按单个裂纹处理；2)当0.2≤a/W≤0.9，考虑裂纹间的干涉，计算断裂参量时乘以相应的干涉系数；3)当a/W＞0.9，两个裂纹合并为一个大的裂纹，计算断裂参量时按合并后的裂纹处理。五、建立所测部件的三维有限元模型，并根据实际工况和温度场添加边界条件和相应的载荷，进行数值模拟分析，得到汽轮机高温部件的应力分布，根据得到的最大应力σmax，以及步骤一得到的材料的断裂韧性KIC，通过以下公式得到其临界裂纹尺寸ac：$a_c={\left(\frac{K_{\mathrm{IC}}}{{\mathrm{Y\sigma }}_{\max }}\right)}^2\frac{Q}{\pi }$ 式中：Y表示裂纹的几何修正参数，Q表示考虑屈服区域内应力松弛后的裂纹形状参数。六、建立汽轮机高温部件剩余寿命预测的数学模型，裂纹扩展增量表示为：$\mathrm{da}/\mathrm{dN}=C_0{\left(\mathrm{\Delta K}\right)}^{n_0}+B{\left[{\left(C_t\right)}_{\mathrm{avg}}\right]}^q{t}_h$ 经过多次叠代分析，当计算裂纹长度a等于或超过临界裂纹尺寸ac时，所对应的循环次数N即为剩余寿命(按照启停次数计)，然后用循环次数与保载时间的关系得到该转子的剩余寿命：剩余寿命＝循环次数×保载时间在所有裂纹缺陷分析得到的剩余寿命结果中，对应于循环次数与保载时间的乘积最小值就是该转子的实际寿命。