汽轮机转子内部裂纹扩展寿命的监控装置及方法

摘要

本发明的技术方案是提供了一种汽轮机转子内部裂纹扩展寿命的监控装置及方法，所述的方法，具体步骤为：探伤确定汽轮机转子的裂纹尺寸；计算裂纹所在部位的最大主应力；计算汽轮机转子的临界裂纹尺寸；计算汽轮机转子裂纹扩展寿命；计算超速试验过程转子裂纹扩展寿命累积损耗；计算汽轮机转子内部裂纹扩展寿命累积损耗；计算汽轮机转子内部裂纹扩展剩余寿命；控制汽轮机转子裂纹扩展剩余寿命；打印输出结果。本发明的优点是实现了汽轮机转子裂纹扩展剩余寿命的在线计算和定期监控；如果汽轮机转子的裂纹扩展剩余寿命偏短时，通过及时安排计划大修来合理使用汽轮机转子的裂纹扩展剩余寿命，达到了定期监控汽轮机转子裂纹扩展剩余寿命的技术效果。

主权项

1.一种汽轮机转子内部裂纹扩展寿命的监控方法，采用一种汽轮机转子内部裂纹扩展寿命的监控装置，所述的汽轮机转子内部裂纹扩展寿命的监控装置由超声波探伤仪、计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器组成，超声波探伤仪与数据库服务器连接，计算服务器与数据库服务器和网页服务器连接，网页服务器分别与数据库服务器、计算服务器和用户端浏览器连接，其特征在于，采用C语言编写的汽轮机转子裂纹扩展寿命的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于汽轮机转子裂纹扩展寿命的监控，具体步骤为：第一步：探伤确定汽轮机转子的裂纹尺寸：在汽轮机开缸的检修期间，采用超声波探伤仪确定裂纹的所在部位和裂纹尺寸，裂纹尺寸指的是转子的椭圆形裂纹的短轴半径a和长轴半径c；第二步：计算裂纹所在部位的最大主应力：对于内部裂纹，计算冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动和110%额定工作转速超速试验共五种瞬态过程的最大主应力，分别用符号σ_1c、σ_1w、σ_1h、σ_1r和σ_10s表示；第三步：计算汽轮机转子的临界裂纹尺寸：汽轮机转子第i种瞬态工况的临界裂纹尺寸a_ci的计算公式为：$a_{\mathrm{ci}}={\sigma }_{1i}\sqrt{\mathrm{Ma}}$式中：σ_1i——第i种瞬态工况的最大主应力a——椭圆形裂纹短轴半径M——与裂纹形状参数Q有关的常数，对于内部裂纹，对于表面裂纹，$Q={\int }_0^{\frac{\pi }{2}}(1-\frac{c^2-a^2}{c^2}{\sin }^2\theta )\mathrm{d\theta }$c——椭圆形裂纹长轴半径θ——过裂纹周线上任意一点的径向线与椭圆长轴的夹角第四步：计算汽轮机转子裂纹扩展寿命第i种瞬态工况的汽轮机转子裂纹扩展寿命N_fi的计算公式为：$N_{\mathrm{fi}}=\frac{2}{(m_0-2)C_0{\sigma }_{1i}^{m_0}{M}^{\frac{m_0}{2}}}[\frac{1}{a^{\frac{(m_0-2)}{2}}}-\frac{1}{{a_{\mathrm{ci}}}^{\frac{(m_0-2)}{2}}}]$式中：C₀、m₀——转子材料裂纹扩展试验常数；第五步：计算超速试验过程转子裂纹扩展寿命累积损耗：汽轮机转子由于超速试验引起的裂纹扩展寿命累积损耗E_f0的计算公式为：$E_{f0}=\frac{n_{\mathrm{os}}}{N_{\mathrm{fos}}}$式中：n_os——汽轮机超速试验次数N_fos——超速试验过程中的裂纹扩展寿命；第六步：计算汽轮机转子内部裂纹扩展寿命累积损耗：汽轮机转子内部裂纹扩展寿命累积损耗E_f1的计算公式为：$E_{f1}=\frac{n_c}{N_{\mathrm{fc}}}+\frac{n_w}{N_{\mathrm{fw}}}+\frac{n_h}{N_{\mathrm{fh}}}+\frac{n_r}{N_{\mathrm{fr}}}$式中：n_c——实际运行的冷态启动次数n_w——实际运行的温态启动次数n_h——实际运行的热态启动次数n_r——实际运行的极热态启动次数N_fc——冷态启动过程中裂纹扩展寿命N_fw——温态启动过程中裂纹扩展寿命N_fh——热态启动过程中裂纹扩展寿命N_fr——极热态启动过程中裂纹扩展寿命第七步：计算汽轮机转子内部裂纹扩展剩余寿命：汽轮机转子内部裂纹扩展剩余寿命R_L1的计算公式为：$R_{L1}=\frac{1-E_{f0}-E_{f1}}{e_{y1}}$式中：e_y1——转子内部年均裂纹扩展寿命损耗，m——发现裂纹至今的日历年数；第八步：控制汽轮机转子裂纹扩展剩余寿命若汽轮机转子的内部裂纹扩展剩余日历寿命R_L1或外表面裂纹扩展剩余日历寿命R_L2<4年，在年内安排计划大修，根据探伤结果予以检修或更换；若4年≤R_L1或R_L2<8年，在1年后但在4年内安排计划大修，根据探伤结果予以检修或更换；若8年≤R_L1或R_L2<16年，在下一次计划大修中，予以详细的探伤检查；若R_L1或R_L2≥16年，按照《发电企业设备检修导则》安排汽轮机的计划大修周期和计划大修项目；第九步：打印输出结果输出汽轮机转子裂纹扩展剩余寿命的计算结果与控制措施，应用于汽轮机的优化检修。