汽轮机转子钢高温蠕变疲劳寿命预测方法

随着越来越多的新能源发电并网,现代火力电厂被赋予调峰的职责。调峰过程中汽轮机组的频繁启停,加剧了汽轮机转子的蠕变疲劳损伤。文中以汽轮机转子钢为例,综述了汽轮机转子在低周蠕变疲劳和复合高周疲劳载荷下的寿命预测方法,为汽轮机组的设计优化,寿命预测及安全监控等方面提供了理论基础。     

汽轮机转子钢疲劳—蠕变交互作用

本文对我国电站汽轮机常用的30Cr2MoV转子钢疲劳—蠕变交互作用进行了试验研究。根据火电厂转子运行工况,选择了不同保载时间,进行裂纹扩展试验。结果表明,这种材料在运行工况下存在疲劳—蠕变交互作用;随着保载时间的增加,裂纹扩展速率增加,寿命大大降低。断口分析发现,断面有沿晶断裂,且呈现“r”型空洞。运用线性累积损伤方法计算该转子钢疲劳—蠕变交互作用系数B=1.47～3.95,提出了交互作用下的裂纹扩展判据。     

在CrMoV钢中疲劳和蠕变的相互作用

在估计汽轮机转子的残余寿命时，除了考虑交变载荷之外，计及蠕变的影响及蠕变和疲劳的相互作用是很重要的。利用非线性有限元程序计算了同一载荷以不同速率加在一个裂纹体上响应，发现对于汽轮机转子常用材料ＣｒＭｏＶ钢而言，交变载荷对蠕变的发展几乎没有影响，而蠕变对疲劳的影响取决于加载速率。     

金属蠕变疲劳寿命预估模型研究进展

高温变载荷作用下的构件易发生蠕变疲劳损伤断裂,严重影响设备的安全运行。蠕变疲劳交互作用下的寿命预测是材料结构完整性的重要要素。综述了影响金属蠕变疲劳寿命的因素,并基于线性累积损伤法、延性耗损法、Manson-coffin方程、频率修正法与频率分离法、平均应变速率寿命预测模型、延性耗竭模型、能量守恒蠕变疲劳交互寿命模型、延性耗竭与损伤力学蠕变疲劳寿命预估模型等方面探讨了国内外金属材料在疲劳-蠕变寿命交互作用下的寿命预测模型。最后,基于目前蠕变疲劳寿命预估模型存在的问题,对蠕变疲劳寿命预估模型进行了展望。     

材料硬度值下降对汽轮机转子寿命消耗计算的影响

对高温金属材料硬度值进行了研究，发现硬度值下降对计算汽轮机转子低周疲劳寿命和高温蠕变寿命影响较大，考虑硬度值变化对汽轮机寿命计算更接近实际寿命消耗。     

12CrlMoV钢制部件蠕变—疲劳交互作用的特性曲线研制

本文在12CrlMoV钢母材和焊接接头两种材料的疲劳寿命。蠕变寿命和蠕变-疲劳交互作用行为试验研究工作的基础上，重点对12CrlMoV钢在蠕变-疲劳交互作用下的试验结时进行了整理、分析，在国内首次得出了可供工程应用的12CrlMoV钢蠕变-疲劳交互作用寿命评定曲线，并与ASME规范的相关曲线进行了比较。并应用该方法对一实例做了寿命评定。     

304型不锈钢蠕变-疲劳损伤预测和剩余寿命评定

前言最近几年来,火力发电厂延长寿命的紧迫问题是对用于高温、长时的结构材料的损伤预测和剩余寿命评定。高温服役的材料,不仅承受纯蠕变或纯疲劳损伤,而且还承受机械应力和热应力造成的更复杂的蠕变—疲劳交互作用损伤。由于蠕变或疲劳作用下断裂和变形具有不旧样式,所以在蠕变—疲劳交互作用下的剩余寿命及损伤的精确评定相当复杂。为了精确评定蠕变—疲劳损伤,设法使用一些有损和无损试验方法,然而至     

汽轮机强度研究某些新进展的概述

介绍了汽轮机部件强度和寿命研究的某些新进展 ,综述了近几年来汽轮机部件的静强度和刚度、叶片和叶根的动强度、有限元分析、强度可靠性设计、低周疲劳寿命、蠕变寿命、疲劳和蠕变交互作用下的寿命、安全寿命等方面国内开发的一些新技术手段和取得的新成就。本文还提出了汽轮机部件强度和寿命计算技术的一些发展动向     

蠕变疲劳交互作用下的高温转子寿命预测研究

在锻造、加工及服役过程中,汽轮机转子表面或内部可能会产生缺陷。为保证含缺陷转子在全寿命周期内的完整性,需要执行可靠的缺陷转子剩余寿命预测及评定。采用参考应力法对高参数、大功率汽轮机含缺陷转子进行了寿命预测研究,结果证实,在启动、稳态运行及停机过程中,转子表面的应力状态以切向应力为主。将转子缺陷位置处的切向应力施加到高拘束单边缺口拉伸试样两侧,并以此裂纹尖端参考应力及应力强度因子来预测缺陷转子的服役寿命,其评定结果是保守、可靠的。分析寿命演化曲线后发现,转子中的裂纹尺寸及裂纹扩展速率随启停循环次数的增加而不断增大,蠕变疲劳交互作用加速缺陷转子的寿命损耗。采用拘束度过高的深裂纹试样来评价缺陷转子寿命,将得到过于保守的结果。研究指出,为保证缺陷转子在长寿命服役中的完整性,需要选取裂纹深度合适的等效试样,并对缺陷转子进行耦合损伤机制下的寿命预测及评定。     

加载速率对3OCr1Mo1V汽轮机转子钢低周疲劳特性的影响

以30Cr1MolV汽轮机转子钢为研究材料,选取0.1%/s、0.3%/s和0.5%/s的加载速率,采用控制总应变的方法,在RDL 05电子蠕变疲劳试验机上研究了加载速率对材料低周疲劳特性的影响.同时,还提出在538℃下加载速率对30Cr1Mo1V汽轮机转子钢应力和低周疲劳寿命影响的关系式以及低周疲劳寿命与总应变幅值的关系式.结果表明:在538℃时,随着加载速率的提高,转子钢循环应力增大,低周疲劳寿命延长;在同一应变下,加载速率越大,所对应的应力幅值越大;随着应变幅值的增大,应力增大,低周疲劳寿命缩短.     

125MW汽轮机转子启停调峰寿命损耗的优化控制

介绍了某电厂125MW机组的调峰试验,包括试验的基本内容,各试验工况中转子危险点的应力谱及转子的寿命损耗值;并结合试验结果研究了125MW机组在调峰运行过程中如何对转子寿命损耗进行优化控制的问题。在如何控制冷冲击,平稳操作和优化暖机方式等三个方面进行了讨论,得出了实用价值的结论。     

Neuber法则在汽轮机转子寿命估算中的应用

高温大容量汽轮机在启动、停机以及负荷波动时对机组的使用寿命有很大影响。正确分析机组在多种工况下转子的应力水平和寿命损耗是当前大型机组保证安全运行及加强寿命管理中亟待解决的关键问题之一。为此,应用Neuber法则对600MW超临界机组转子进行了寿命损耗计算。计算结果表明冷态启动对转子的寿命损耗最大。     

调峰运行的燃气轮机联合循环汽轮机转子热应力和寿命损耗分析

介绍了调峰运行的汽轮机转子热应力的计算方法。为了减少启动时间和提高汽轮机的安全性，拟定了热定应力控制曲线及保护曲线，设定应力保护。对转子的寿命损耗进行了分析。     

汽轮机末级长叶片水蚀的初步研究

在深入调查大机组末级长叶片运行情况的基础上,简要介绍了末级长叶片水蚀问题的原因及其严重危害性,提出了相应的保护和防范措施、危险性评估以及机组调峰运行应综合考虑末级叶片的强度和寿命的观点.     

汽轮机转子蒸汽冷却计算模型构建研究

提高初参数是火力发电实现节能与环保两项国策的重要措施。在蒸汽初温提高的条件下,为确保汽轮机部件的强度与寿命,需要在提高材料耐热性的同时采取蒸汽冷却技术,降低转子的温度与热应力。针对工程要求计算方法快捷、精确的特点,本文构造了转子根部冷却的一维参数计算模型,该模型综合考虑了冷却蒸汽对叶片表面的射流冲击冷却以及冷却蒸汽流过转子根部时的热传导冷却。应用该模型计算了超临界机组中压缸第一级转子经冷却后的温度场,并与三维计算结果比较,证明该模型能满足工程要求。     

蠕变-疲劳交互作用的寿命计算方法

对蠕变疲劳交互作用下的寿命计算方法进行了介绍。这些方法包括单轴和多轴下蠕变疲劳交互作用下的寿命估算模型，交互作用下裂纹扩展计算模型，非零平均应变下的寿命计算模型，以及损伤力学方法等。     

长期运行后汽轮机转子裂纹扩展行为的研究

对运行16年的30Cr1Mo1V亚临界汽轮机高中压转子进行解剖试验,采用直流电位法对材料在538℃下的蠕变裂纹、蠕变-疲劳裂纹萌生与扩展行为进行了研究,分析了不同初始应力强度因子对蠕变裂纹扩展孕育时间和蠕变裂纹扩展速率的影响,并对高温段和低温段的相关性能进行了比较,研究了不同保持时间对蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响,同时还分析了不同条件下裂纹扩展行为的时间或循环相关性．结果表明：疲劳缩短了蠕变-疲劳裂纹的扩展孕育期,加速了裂纹的扩展;载荷保持时间较短情况下,蠕变-疲劳裂纹扩展行为与循环相关;栽荷保持时间较长情况下,裂纹扩展行为与时间相关．     

基于LabVIEW的声发射信号小波降噪方法研究

针对电厂汽轮机的滑动轴承碰摩故障,提出了一种有效的故障诊断方法.该方法首先采用声发射传感器来采集轴承的声发射信号,然后通过小波降噪的方法对所提取的信号进行去噪处理,再对处理后的声发射信号进行频谱分析,从而判断轴承的碰摩情况.通过在300MW汽轮机转子模拟试验台上实施碰摩试验并进行分析研究,结果表明：运用上述方法能够准确地预测汽轮机的转子碰摩故障,了解碰摩的严重程度,实现对汽轮机的在线监测,大大提高了机组安全性.     

东方-日立型超超临界1000MW汽轮机可靠性设计

简要介绍东方引进型1000MW超超临界汽轮机的结构以及在可靠性设计方面的技术特点,介绍了日立公司通过使用Q系数和强迫挠度、汽流激振指数来评价轴系的动力学特性和轴系稳定性的准则,通过分析比较国内常用的轴系可靠性评价准则和日立的评价准则,论证了该机组轴系按国内常用的轴系可靠性评价准则和日立的评价准则都是稳定可靠的。日立的准则用于评价汽流激振对高参数大容量机组轴系稳定性的影响,很有工程实用价值。     

Simulation of wind turbine wake interaction using the vorticity transport model

The aerodynamic interactions that can occur within a wind farm can result in the constituent turbines generating a lower power output than would be possible if each of the turbines were operated in isolation. Tightening of the constraints on the siting of wind farms is likely to increase the scale of the problem in the future. The aerodynamic performance of turbine rotors and the mechanisms that couple the fluid dynamics of multiple rotors can be most readily understood by simplifying the problem and considering the interaction between only two rotors. The aerodynamic interaction between two rotors in both co‐axial and offset configurations has been simulated using the Vorticity Transport Model. The aerodynamic interaction is a function of the tip speed ratio, and both the streamwise and crosswind separation between the rotors. The simulations show that the momentum deficit at a turbine operating within the wake developed by the rotor of a second turbine is governed by the development of instabilities within the wake of the upwind rotor, and the ensuing structure of the wake as it impinges on the downwind rotor. If the wind farm configuration or wind conditions are such that a turbine rotor is subject to partial impingement by the wake produced by an upstream turbine, then significant unsteadiness in the aerodynamic loading on the rotor blades of the downwind turbine can result, and this unsteadiness can have considerable implications for the fatigue life of the blade structure and rotor hub. Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.