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。     

600 MW超临界汽轮机启停过程热力耦合分析

600MW超临界机组汽轮机蒸汽参数高,工作环境恶劣,特别是高中压转子在参与深度调峰过程中引起材料内部较大的应力变化,若运行不当会不可避免带来较大损伤,严重影响机组的寿命.基于汽轮机变工况热力计算,利用速度三角形法逐级迭代求解得出通流各级的状态参数,作为数值计算求解热力耦合场的边界条件.然后利用有限元计算对不同变动工况下高中压转子的温度场、应力场求解,得到变工况下高中压转子承受的应力谱,为评估不同工况下的汽轮机转子疲劳损伤以及转子寿命管理提供技术支撑.     

超临界机组参与一次调频对汽轮机寿命影响的研究

本研究针对超临界大功率机组参与电网一次调频对汽轮机寿命损耗的影响进行了研究,建立了不同运行工况下的汽轮机转子疲劳寿命的有限元模型,对超临界机组参与电网一次调频时转子的暂态温度场和弹塑性应力场进行了计算分析,确定了不同变负荷速率和温升速率下、定压与滑压运行工况时汽轮机寿命的损耗。结果表明:负荷变化范围为10%时,危险位置轴表面的最大应力为82.18 MPa,应力变化值为69.18 MPa,轴心处的最大应力小于20 MPa,应力变化值小于17 MPa,应力水平很低,热应力也很小。一次调频对高中压缸各级温度变化以及热应力影响很小,对机组寿命的影响可以忽略,机组可以安全的参与电网的一次调频。     

汽轮机转子弹塑性研究分析

本文用弹塑性理论对汽轮机转子的薄弱环节进行热应力分析，为转子寿命计算提供了理论基础。     

汽轮机低压转子的应力腐蚀寿命预测

汽轮机低压转子长期工作在湿蒸汽环境下,在高拉伸应力作用下,局部区域容易发生应力腐蚀损伤,这会影响低压转子的服役寿命。分析了转子应力腐蚀的损伤机制,基于腐蚀坑及裂纹的演化特征,建立了低压转子的应力腐蚀全寿命预测模型,并以某核电低压焊接转子为研究对象,对其各通流级的蒸汽特性、温度及应力分布进行了分析,采用全寿命预测模型对部分区域的应力腐蚀进行了全寿命预测,结果表明即便转子内存在腐蚀坑及短裂纹,由于其应力腐蚀寿命高于低压转子的设计寿命,转子也可以满足长寿命服役要求;而当低压转子中存在长裂纹时,转子的设计寿命不能得到保证。最后根据预测结果给出了相应的建议,以保障低压转子在全寿命周期内的完整性。     

调峰汽轮机转子热应力及寿命损耗在线监测系统

依据调峰机组的实际运行数据,利用九节点有限单元法计算了汽轮机转子的温度应力场,确定了转子的危险截面和最大应力部位。在此基础上,修正了转子的一维热应力简化计算式,计算调峰汽轮机转子疲劳寿命损耗,建立了转子热应力及寿命损耗的线监测数学模型。并在Windows95/98操作基础上开发了转子应力监测软件。该监测系统对电厂的实际运行具有重要的指导意义。     

基于径向基函数神经网络的汽轮机转子等效应力计算模型

为解决汽轮机转子应力的在线监测问题,建立了基于径向基函数(RBF)神经网络的汽轮机转子等效应力计算模型,对比了用有限元和RBF神经网络模型两种方法计算得出的冷态、温态、热态和极热态4种启动工况下转子调节级叶轮根部圆角处的等效应力.计算结果表明:RBF神经网络模型计算结果与有限元法解的结果非常相近,且计算简便、耗时少,可以应用于汽轮机转子等效应力的在线计算,为汽轮机转子寿命在线管理提供依据.     

机热耦合下发电电动机磁极引线应力及寿命评估

抽水蓄能发电电动机转子磁极引线的安全可靠对其运行有重要影响,针对磁极引线弯角断裂的问题,提出了考虑机热耦合作用的磁极引线应力及疲劳寿命评估方法。首先,基于发电电动机转子实际结构,建立1/20转子整机的有限元模型;其次,分析了不同工况下的磁极引线的机械应力和机热耦合作用下的复合应力;最后,基于S-N曲线计算其疲劳寿命。结果表明,考虑机热耦合作用后的磁极引线的应力和疲劳寿命比不考虑热作用时有明显差别,其应力最高增加了81%,疲劳寿命显著下降,疲劳损伤增加了约50倍。     

涡轮盘热弹塑性问题的增量有限元解法

本文应用增量有限元法,提出了求解航空发动机涡轮盘热弹塑性应力分析问题的方法和计算程序(也可适用于燃气轮机、压气机、汽轮机等的轴对称旋转圆盘)。用它可计算涡轮盘在弹性或弹塑性阶段的应力和位     

汽轮机转子焊接的三维有限元数值模型研究

大功率汽轮机是火电和核电站中的关键动力设备,转子则为汽轮机中的关键部件,其安全可靠性是汽轮机正常运行的重要保证。采用焊接转子可作为解决大尺寸转子制造的有效手段,转子焊接过程中的热应力及残余应力是评估转子安全性的重要参数。文中以三维热弹塑性有限元计算理论为基础,对于一个模型转子,建立了其焊接过程热应力耦合模型,获得了焊接过程中热影响区热应力的详细分布以及随时间的变化、转子焊接冷却完毕时残余应力分布及应力峰值。研究结果表明,焊接导致的高残余应力分布于焊缝区。本文的结果对控制焊接转子质量具有重要的参考价值。     

基于低周疲劳理论T型叶根转子轮槽寿命预测

由于某些低压级组T型叶根轮槽圆角轮槽应力集中处应力超过屈服极限进入塑性区域,作用于其上的低周交变的离心力载荷会引起低周疲劳破坏,因此为了兼顾这类轮槽制造成本和整个转子安全寿命,需要预测T型叶根轮槽圆角的寿命。首先基于弹塑性理论,用非线性有限元方法定量计算了某级动叶叶根轮槽的加载-卸载-加载过程。从上述计算结果中得到应力集中处的八面体剪应变幅值和平均应力。然后将此数据代入改进后的Manson-Coffin关系式,用Newton迭代法求解该方程得到低周疲劳载荷循环次数。根据这个结果我们可以判断T型轮槽这类结构是否能在新设计机组中使用。     

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。     

180MW空冷汽轮发电机转子风扇座强度及低周疲劳分析

采用ANSYS软件有限元分析方法计算180MW空冷汽轮发电机转子风扇座的应力,并应用Neuber方法计算转子风扇座的低周疲劳寿命。采用ANSYS计算汽轮发电机转子风扇座的应力,克服了经典计算方法对复杂变化曲面应力计算的局限性,是较理想地模拟转子风扇座实际运行工况的计算方法。     

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。     

基于人工神经网络的汽轮机转子等效应力的在线计算方法

提出了基于人工神经网络的汽轮机转子等效应力的在线计算方法;介绍了汽轮机转子等效应力采用等直径实心圆柱模型的计算公式和有限元数值计算方法;给出了采用人工神经网络技术在线计算汽轮机转子等效应力的方法和步骤,并提供了600 MW汽轮机高、中压转子等效应力的计算实例.结果表明:将人工神经网络技术应用于汽轮机转子等效应力在线监测中,提高了汽轮机转子等效应力的计算速度和精度,并为汽轮机转子等效应力和寿命的在线管理提供了依据.     

汽轮机转子热应力在线监测与疲劳寿命分析

对第三类边界条件转子非稳态导热微分方程,采用有限差分格式分析计算,实时在线监测转子应力变化.采用等效应变法,简化转子多轴应力状态模型,将转子多轴低周疲劳转化为单轴疲劳问题,基于线性损伤累积模型,利用雨流计数法对转子低周疲劳寿命进行了分析.     

600MW超临界汽轮机调峰运行过程中高中压转子疲劳寿命分析

通过对某600MW超临界汽轮机高中压转子全尺寸有限元建模,根据机组实际工况的运行数据进行变工况热力计算得到准确的热力边界条件,求解不同变工况下高中压转子内部实时的温度场和应力场。计算结果表明高中压转子调节级、中压缸第一级的叶轮根部为整段转子的应力集中点。该型机组采用中压缸启动方式,冲转参数、切缸操作不当会导致调节级、中压缸第一级产生较大的寿命消耗。蒸汽温度变化的幅度和速率直接影响转子应力集中点的应力峰值大小,但是在一定范围内的温度变化对转子寿命的影响较小,在实际运行中是可以允许的。     

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。     

10Cr转子钢的低周疲劳特性试验研究

对国产转子钢14Cr10NiMoWVNbN和国外同种转子钢TOS107的拉伸性能及低周疲劳特性进行了试验研究,将国产和国外转子钢的循环特性、循环应力-应变特性及应变寿命特性进行了对比.结果表明:在室温及600℃下,国产和国外转子钢的拉伸强度无明显差异;国外转子钢的低周疲劳强度略优于国产转子钢.根据593℃下国产转子钢低周疲劳寿命的试验结果,通过虚拟应力转换并选取合适的安全系数,得到了10Cr转子的疲劳设计曲线,该曲线可用于估算10Cr钢制转子的疲劳寿命.     

基于旋转软化的转子弯曲振动研究

利用有限元法,分别建立了梁及实体转子模型,研究弯曲振动特性。考虑转动惯性、陀螺力矩、应力刚化及旋转软化效应,导出了相应的动力学方程。开发程序计算了转子的正、反进动频率、临界转速等。计算表明:旋转软化效应显著影响了转子弯曲的反进动模态,应力刚化则进一步影响了正进动模态。不同弯曲振动模态受到的影响不同,具有非线性特性。与梁模型相比,采用实体模型计算转子的弯曲振动,仿真度高,便于准确求解,同时也拓宽了转子动力学分析范围。