非线性连续损伤模型在汽轮机转子低周疲劳分析中的应用

针对当前汽轮机转子低周疲劳寿命估算存在较大误差的问题,引进了非线性连续损伤力学模型进行汽轮机转子低周疲劳损伤分析。首先对国产600MW汽轮机高压转子在冷启动和滑参数停机等典型工况下的瞬态温度场和热力场进行了弹塑性有限元分析,进而对热应力引起的低周疲劳损伤进行了估算,疲劳损伤的估算分别采用了非线性连续2种方法的估算结果表明,由于线性累积损伤理论是基于单轴假定之下,没有多轴应力的影响,在寿命预测时,高估了转子的寿命,而非线性连续损伤力学模型不仅考虑了多轴复杂应力的影响而且正确地反映了低周疲劳损伤的非线性累积过程,其分析结构更接近实际。     

汽轮机转子热-力耦合非线性分析及低周疲劳损伤评估

通过对国产300MW调峰汽轮机组转子在典型工况下起动过程中热-力耦合场进行非线性数值分析和模拟计算，得出该机组起动过程中转子的应力和温度场分布，并运用连续损伤模型对汽轮机转子进行了低周疲劳损伤分析。考虑到多轴应力的影响，得出转子的损伤演化方程，评估了转子的剩余寿命。为汽轮机组的在线监测和寿命管理提供了一定的理论依据及可供工程应用的运行建议。     

135 MW汽轮机无中心孔转子热应力有限元计算及低周疲劳寿命分析

引进了Lemaire的非线性低周疲劳连续损伤累积理论和三轴度因子，建立了汽轮机转子低周疲劳寿命损耗计算模型，将材料简单试验的低周疲劳试验结果应用于计算复杂应力状态下转子低周疲劳寿命损耗，计算了汽轮机转子在复杂应力状态下的低周疲劳寿命损耗，并将其计算结果进行了对比分析。分析结果表明多轴损伤累积模型较为准确的反映了转子低周疲劳寿命非线性累积损伤过程，接近于工程实际。     

高温部件蠕变损伤与剩余寿命关系的研究

研究了温度、应力、显微组织及机组调峰时蠕变－疲劳交变作用对机炉高温部件蠕变损伤速度的影响。试验结果表明，随着工作温度或工作应力的提高，金相组织中贝氏体的存在及蠕变－疲劳交变作用均会促使高温部件损伤速度增大，从而显著降低工作寿命。根据损伤力学理论，通过试验提出了蠕变损伤量与剩余寿命的关系式。只要测定高温部件的蠕变损伤量，利用该公式即可预测部件的剩余寿命。本研究结果具有重要的工程实用价值。     

长期运行转子的金属损伤积累

本文研究的对象,乃是在金属最大温度达540℃下运行的汽轮机的整体锻造转子.该转子重30吨,旋转速度3000转/分.因此,在靠近大轴中心孔的转子中心和固定叶片的轮盘根部,产生很大的静应力;随着温度的上升,该应力蠕度过程将加速,直接影响到转子的使用期限.汽轮机启停时,转子表面的应力,集中在金属材料的屈服点区域(热槽、轮盘倒角附近),并具有热力学性质.在汽轮机以调峰方式运行的条件下,应注意同时研究低周疲劳的损伤积累和蠕变损伤积累.确定转子的使用期限,可利用蠕变和低周疲劳的物理模型进行观察,并考虑相互影响,以及30多年运行过程中金属材料性能的变化机理和汽轮机的各种运行     

汽轮机转子寿命的监测与管理

为了加强对汽轮机安全运行监督，本文介绍了汽轮机转子寿命监测装置，该装置除在线实时监测热应力和转子疲劳寿命损伤外，还可监测蠕变寿命损伤及打印最大应力载荷谱。同时还介绍了汽轮机转子寿命数据库管理系统，该系统可作为电力系统管理部门的技术管理工具。     

大型汽轮机部件蠕变寿命的设计和评估

文中提出了汽轮机部件蠕变寿命的计算方法。介绍了汽轮机转子、主蒸汽管道、汽缸和阀壳稳态蠕变应力和非稳态蠕变力的计算方法，采用大型有限元分析计算程序计算洋鬼子轮机部件的非稳态蠕变应力和稳态蠕变应力。文中并介绍了使用变叶轮模型计算转子和叶轮稳态蠕变应力的计算公式，以及使用厚壁圆筒模型计算管道和壳体稳态蠕变应力的计算公式。使用拉森——米勒方法确定汽轮机部件材料的断裂特性，考虑安全系数后可确定汽轮机部件的蠕变预计寿命。最后给出了汽轮机部件蠕变寿命的设计、评估和诊断提供了科学的依据。     

2Cr11NiMoVNbNB钢蠕变损伤规律的研究

该文对2CrllNiMoVNbNB 钢进行了蠕变实验，试验温度为600℃，采用损伤力学的方法对该材料的蠕变试验数据进行了损伤规律分析研究，同时研究了该材料蠕交断裂时的总应变和应力的关系以及蠕变第二阶段起始时间与应力的关系。结果表明，按照时间分数得到的蠕变损伤和按照蠕变速度得到的蠕变损伤基本一致；在相同的寿命时间分数下，低应力对应的损伤也较大：随着应力的增大，蠕变断裂时的应变也增大，而第一阶段在整个蠕变过程中的比例减小。同时，给出了该材料的Kachanov蠕变损伤公式和Norton蠕变损伤公式的常数。     

基于损伤力学的火电厂高温管道寿命评估

简述了损伤力学基本理论和火电厂高温管道的蠕变破坏过程，以及基于损伤力学的火电厂高温管道寿命评估方法及其特点，并展望了未来的寿命评估研究方向，对火电厂高温管道寿命评估的研究有一定的参考意义。     

材料退化影响下汽轮机转子寿命损耗的探讨

长期在高温、高应力状态下运行的汽轮机转子疲劳及蠕变损耗的评价，过去一直沿用新材料的寿命损耗曲线，并没有考虑汽轮机长期服役所产生材质退化现象的影响。本文通过对材料实验结果的分析及研究．建立了机组运行历史和Cr-Mo-V转子钢力学特性之间的解析关系。在国内目前使用的寿命损耗曲线基础上，提出了长期服役机组汽轮机转子寿命损耗的修正曲线，为老机组安全可靠运行及精确地评估其寿命损耗提供了理论依据。     

基于电阻值变化的汽轮机转子材料剩余寿命研究

分析了火力发电厂汽轮机转子蠕变变形和断裂的微观过程，利用Larson—Miller参数方程，以蠕变材料的电阻为参量，建立了Cr-Mo-V钢蠕变的剩余寿命与电阻关系式，并对经蠕变损伤后的转子材料30Cr2MoV钢的剩余寿命进行了具体计算．研究成果为老化机组的性能评价和寿命分析提供了新的途径．     

汽轮机转子寿命损耗在线监测系统的研究

依据火电机组运行的实际数据,采用有限元法对汽轮机转子的温度和应力场进行计算,通过分析确定系统的监测面位置,然后利用修正后的一维热应力简化计算式对转子低周疲劳寿命损耗进行了计算,并结合高温蠕变对转子寿命的影响,建立了汽轮机转子寿命损耗在线监测模型,开发了汽轮机转子寿命损耗在线监测系统。通过仿真数据和实际运行数据的对比,其结果是一致的,系统是有效的。     

风电介入对汽轮机转子寿命影响分析

为了实现风火联合安全运行,采用有限元法对风电介入前后火电机组负荷变化、汽轮机转子温度场、应力场进行对比分析,确定转子的危险位置,绘制VonMises应力时间历程曲线,再根据雨流计数法和线性疲劳累积损伤理论,计算出负荷变化过程中转子总的疲劳寿命损耗。结果表明,无论风电是否介入,转子VonMises应力最大值、温度场剧烈变化的位置均出现在中压第一级叶轮根部,而风电的介入导致该处VonMises应力时间历程曲线的应力循环数量增加,使得转子寿命损耗系数由0.0006539%增加到0.001408%,转子寿命损耗速度增加为原来的2.15倍,可见风电的介入对转子的使用寿命产生了重大影响。     

动叶水蚀疲劳寿命分析模型的研究

为了提高汽轮机湿蒸汽级叶片的可靠性，预防电厂中汽轮机叶片的水蚀疲劳断裂，基于动叶通道中水滴运动、撞击叶片表面速度分布以及液固撞击等效应力，采用合适的疲劳始裂寿命计算公式和非线性疲劳累计损伤准则，建立了叶片水蚀疲劳寿命分析模型。详细分析了某汽轮机湿蒸汽级动叶片的水蚀疲劳特性，获得了其水蚀疲劳的门槛速度，这一速度与实验数据吻合较好，同时获得了该动叶片在不同汽轮机运行工况下水蚀疲劳的状况，疲劳初始裂纹发生的部位和时间。文中建立的叶片水蚀疲劳寿命分析模型可以定量地计算水蚀疲劳寿命，为分析、预防水蚀提供了有力的工具。     

样条配点法在汽轮机转子矫直分析中的应用

对转子钢进行了短时蠕变和高温强度实验,得到了该材料在直轴温度范围内的蠕变方程和强度与温度关系曲线。对直轴过程的温度场进行了分析,得到了转轴径向温差的分布规律。利用样条函数配点法,编制了汽轮机转子的矫直分析软件。数值结果表明分析方法是有效的,可求出转轴在加载后不同时刻的矫直量和矫直后的残余应力,为任意弯曲形状的转子提供优化的矫直方案。     

汽轮机转子寿命预测模拟与仿真系统

首先分析了汽轮机转子的两种主要损伤形式，即蠕变和疲劳，对其计算原理及方法进行了详细分析、讨论。以内蒙古某电厂330MW汽轮机为研究对象．利用研制开发的寿命预测仿真系统对其高压转子的寿命进行了模拟与仿真计算。     

超(超)临界汽轮机汽缸紧固螺栓疲劳-蠕变断裂的研究

调峰机组频繁调整负荷，汽轮机汽缸紧固螺栓处于疲劳-蠕变交互作用，对紧固螺栓多轴应力下疲劳-蠕变损伤的研究对调峰机组安全运行和维修具有重要意义。该文对镍基合金Nimonic 80A进行了550℃下单轴及空心螺栓的疲劳-蠕变断裂实验，应用Chaboche-Nouaihas模型，用有限元软件ABAQUS模拟了空心螺栓的疲劳-蠕变过程。结果表明，与空心螺栓的纯蠕变断裂不同，疲劳-蠕变断裂发生在应力集中的螺纹处，有限元计算结果与实验结果吻合较好。     

超临界汽轮发电机组汽温异常对汽轮机疲劳寿命的影响

采用汽轮机变工况热力计算,利用有限元方法计算某型号600 MW超临界机组汽轮机高中压转子在调峰运行下的主蒸汽温度发生大幅波动时的温度场、应力场,并得到转子应力集中部位的载荷谱,然后对该工况进行转子疲劳寿命分析。提出超临界机组直流锅炉汽温控制的要点,建议该类型机组在启动或调峰过程中加强运行操作培训,提高自动控制系统调节品质,将蒸汽温度、调节级温度以及中压缸进汽温度作为重点控制对象,严格控制温度变化率。     

125 MW机组高中压转子寿命评估

以某电厂一台机组为例,介绍了１２５ＭＷ机组高中压转子寿命评估的全过程。评估工作基于无缺陷转子进行。整个评估工作由４部分组成：机组投运以来的启停记录和运行方式的统计研究;高中压转子各部分表面蒸汽放热系数计算方法研究;低周疲劳应力和蠕变应力计算;高中压转子寿命评估。并进行了延寿措施的探讨。