汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性分析方法及其在焊接转子中的应用

介绍了汽轮机转子高周疲劳寿命的设计方法.提出了汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性的分析方法,转子高周疲劳的平均应力σm、应力幅σA和应力强度因子范围AKI的计算方法以及转子钢疲劳裂纹扩展门槛值△KR的经验计算公式.给出了汽轮机转子初始裂纹高周疲劳安全性的分析思路、分析方法、评价判据以及半转速1 000 MW核电汽轮机焊接低压转子的高周疲劳安全性分析应用实例.结果表明:转子初始裂纹高周疲劳分析方法能够应用于汽轮机转子的安全性评价,并可以为汽轮机转子的结构优化和长周期安全运行提供依据.     

启动工况下汽轮机转子疲劳寿命消耗和裂纹扩展量的计算

本文根据汽轮机转子材料30CrMoV钢低周循环疲劳和高温疲劳裂纹扩展试验,用暂态变物性温度热弹塑性有限元对冷态启动工况下的汽轮机转子进行应力场分析结果分别进行无裂纹转子疲劳寿命损耗和转子疲劳裂纹扩展估算,并对估算方法及应力强度因子计算进行了初步分析。     

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。     

免疫算法在汽轮机转子低周疲劳裂纹扩展速率中的应用

首次将免疫算法应用于汽轮机高中压转子钢(30CrlMolV)的低周疲劳裂纹扩展速率计算.根据断裂力学中Pairs公式(da/dN=c△kn).在此之上引用F.Jeglie的裂纹扩展模型,以低周疲劳裂纹扩展速率最小化为目标函数,基于免疫算法和遗传算子原理,通过MATLAB软件编程,计算出满足转子钢疲劳裂纹扩展速率的应力强度因子幅值、温度和材料参数的最优解.研究表明,基于免疫算法具有良好的搜索性能,能够较好地对汽轮机转子在复杂条件下的低周疲劳裂纹扩展速率进行准确的预测.     

疲劳裂纹扩展门槛值的影响因素综述

对文献中影响疲劳裂纹扩展门槛值的多种因素进行综述,对显微组织、晶粒取向尺寸、载荷比R、加载频率和温度的影响做了较为详尽的归纳总结。研究表明,显微组织、晶粒尺寸、载荷比R、加载频率和试验温度等对疲劳裂纹扩展门槛值的影响较突出,其影响规律和机理则因材料的不同而异。     

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．     

12Cr1MoV钢焊接接头蠕变、蠕变～疲劳交互作用裂纹开裂和扩展特性研究

结合火力发电设备大型锅炉集箱管座焊接接头破裂情况,本文重点研究了12Cr1 Mov钢母材、手工焊的焊缝、热影响区的蠕变、蠕变～疲劳交互作用下裂纹开裂和扩展特性,同时也测定了母材、焊缝和热影响区的蠕变断裂韧性值,用来评定焊接接头抗蠕变脆性特性的好坏.另外还研究了回火温度对12Cr 1 MoV钢母材,焊缝和热影响区裂纹开裂和扩展及蠕变断裂韧性影响,从改善焊接接头抗裂纹开裂和扩展能力新观点出发,来确定焊后最佳热处理。     

GH4698合金在500 °C下裂纹扩展特性研究

涡轮盘用GH4698合金材料断裂性能数据不足，难以支撑该材料用于燃气轮机涡轮盘损伤容限工程 设计。通过裂纹扩展试验研究,建立该材料在500 ℃下裂纹扩展模型，并进行数值模拟,验证模型的有效性, 为该材料用于燃气轮机涡轮盘损伤容限设计打下基础。     

汽缸裂纹补焊后的安全性评估

汽轮机上汽缸上的裂纹不论是因铸造或是运行中产生的，国内均采用补焊的方法消除裂纹，地某叶２００ＭＷ汽轮机中压缸下缸裂纹焊区的三维温度场和应力场计算，分析了因焊缝区和汽缸材料不同造成的影响。评估了焊缝处和热影响区的疲劳寿命。     

GH4698合金在500℃下裂纹扩展特性研究

涡轮盘用GH4698合金材料断裂性能数据不足,难以支撑该材料用于燃气轮机涡轮盘损伤容限工程设计。通过裂纹扩展试验研究,建立该材料在500℃下裂纹扩展模型,并进行数值模拟,验证模型的有效性,为该材料用于燃气轮机涡轮盘损伤容限设计打下基础。