汽轮机低压转子钢30Cr2Ni4MoV疲劳性能的研究

30Cr2Ni4MoV钢是目前国内300MW机组较多采用的低压转子钢。汽轮机转子在运行中及在反复启动、停机时,都承受疲劳载荷。在汽轮机启、停过程中,转子上的应力集中部位可能发生塑性变形而导致低周疲劳损伤,从而萌生裂纹,另外,对于转子中本身存在的缺陷或运行过程中萌生的裂纹,都有可能在以后的运行过程中扩展,因此,有必要对转子的疲劳裂纹萌生及疲劳裂纹扩展特性进行研究。     

超超临界机组汽轮机转子材料25Cr2MoVA钢高周疲劳性能分析

超超临界机组汽轮机转子服役期所受的疲劳周次高于传统疲劳设计规范规定的循环周次,因此采用传统疲劳设计规范对汽轮机转子实际运行过程中超过108循环周次的部件进行疲劳寿命设计及分析是危险的。本文针对符合汽轮机转子材料要求的25Cr2MoVA钢进行了高周疲劳试验,基于无疲劳极限半对数曲线模型、有疲劳极限半对数曲线模型和有疲劳极限半对数双线性模型对疲劳试验数据拟合得到P-S-N曲线,并分析了疲劳断口形貌。结果表明:25Cr2MoVA钢108循环周次的条件疲劳强度极限为465 MPa;基于无疲劳极限模型拟合的P-S-N曲线分析超超临界百万机组汽轮机转子材料运行可靠性符合运行实际和材料本征特性要求;疲劳断口表明裂纹源均萌生于表面,裂纹扩展呈放射状;断裂试样经历过程为P-S-N曲线高应力短寿命阶段。     

汽轮机17CrMo1V材料焊接低压转子脆性断裂的研究

介绍了采用１７ＣｒＭｏ１Ｖ材料的汽同焊接低压转子脆断评定方法。给出了１７ＣｒＭｏ１Ｖ转子材料断裂力学性能数据的取值和低压转子界裂纹尺寸、允许初裂纹尺寸、疲劳裂纹扩展寿命的确定方法，以及低压转子理解纹扩展寿命评估和预测方法。结合某大型汽轮机的运行实际，给出了１７ＣｒＭｏ１Ｖ材料焊接低压转子防脆断评定的实例。     

实际载荷谱下汽轮机转子寿命的分析研究

本文针对实际服役的汽轮机转子,指出了仅以热疲劳法分析计算转子寿命的局限性,提出对处于高温运行状态下的转子,必须从热疲劳、蠕变和高温下裂纹扩展三个方面综合分析,进行损伤累积、寿命计算,从而科学地全面地制定转子的实用寿命消耗曲线。 在汽轮机实际起停过程中,蒸汽温度的波动在转子上产生复波应力。本文不仅提出了在热疲劳寿命分析与裂纹扩展寿命分析中采用“复波分离计算法”的观点,而且给出了裂纹扩展量函数、通过积分计算裂纹扩展寿命的数学方法,并对方法的可靠性加以论证。 在以上理论的指导下,文中以125MW汽轮机高压转子弹性槽底为分析研究对象,计算了两班制运行下相应的寿命消耗,结论列于文中。     

N25－35型汽轮机叶片断裂事故分析

通过对N25-35型汽轮机断裂叶片进行宏观及微观分析，研究其断裂原因是由于叶根表面存在加工刀痕，运行过程中，产生应力集中，在交变应力作用下，首先在该处萌生裂纹，进而扩展并最终导致疲劳断裂。     

N 25-35型汽轮机叶片断裂事故分析

通过对N25-35型汽轮机断裂叶片进行宏观及微观分析,研究其断裂原因是由于叶根表面存在加工刀痕,运行过程中,产生应力集中,在交变应力作用下,首先在该处萌生裂纹,进而扩展并最终导致疲劳断裂.     

汽轮机转子钢疲劳—蠕变交互作用下的裂纹扩展研究

本文对我国电站汽轮机常用的30Cr2MoV转子钢疲劳-蠕变交互作用下的裂纹扩展进行了研究。根据火力发电厂转子运行工况,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,裂纹扩展速率也增大,寿命大为降低。断口分析发现断面有沿晶断裂,且呈现“R”型空洞。本文提出了疲劳-蠕变交互作用下的裂纹扩展判据。     

汽轮机转子疲劳-蠕变损伤的非线性损伤力学分析

转子是汽轮机的核心部件，往往要在高温、复杂应力情况下工作，易产生裂纹萌生。除疲劳作用外，蠕变在转子的寿命损耗中也占有相当的比例。一般低周疲劳约占转子总寿命的80％，而蠕变则占转子总寿命的20％。事实上，对汽轮机转子而言，疲劳和蠕变往往是同时发生并存在着相互的作用。该文采用非线性损伤力学模型估算了国产600MW汽轮机高压转子在实际启停功况下的疲劳-蠕变寿命，考虑了疲劳与蠕变的耦合作用以及多轴应力的影响，并与当前汽轮机疲劳—蠕变寿命估算普遍采用的线性累积损伤理论进行了对比。结果表明：非线性连续损伤力学模型正确地反映了疲劳-蠕变交互作用以及损伤演化的非线性机制，其分析结果比现行理论方法更为准确、可靠。     

40CrNiMoA钢疲劳裂纹扩展速率免疫优化计算

基于Paris、Forman及Zheng-Hirt公式,建立了全程疲劳裂纹扩展速率的数学模型,利用免疫算法原理优化出影响汽轮机转子常用钢种40CrNiMoA的疲劳裂纹扩展速率和参数,优化结果符合试验规律,表明采用免疫算法处理多参数非线性疲劳裂纹扩展速率模型效果良好.     

喷丸对中碳钢表面短裂纹萌生与扩展的影响

通过对中碳钢在非喷丸与喷丸二情形下表面疲劳短裂纹的萌生与扩展试验，研究了喷丸对中碳钢表面疲劳短裂纹萌生与扩展的影响。试验表明：喷丸延迟了裂纹萌生时间并增长了等幅扩展寿命；降低了裂纹的扩展速率，尤其在裂纹的早期扩展阶段。运用显微结构断裂力学理论对上述试验结果进行了较为深入的分析。     

51-50-1型汽轮机转子本体缺陷的断裂力学评定

对５１－５０－１型汽轮机转子本体中心孔处缺陷,基于应变能密度理论,用复合型应力强度因子对缺陷进行了安全性评定和疲劳裂纹扩展寿命估算。结果表明：在正常运行工况下,该缺陷不会引起一次性断裂且缺陷的有效疲劳扩展寿命Ｎｅ＝１９３８次。     

伯德曲线在某300MW汽轮机高中压转子裂纹故障诊断中的应用

某300 MW机组运行中汽轮机高中压转子振动不断爬升,且与主蒸汽压力升高和主蒸汽温度降低密切相关。通过启停机过程异常伯德曲线的分析以及振动与主蒸汽压力升高、温度降低高度敏感的特征,诊断高中压转子振动不断爬升的根本原因是转子出现了较严重的横向裂纹。揭缸检查发现,高中压转子调节级后应力释放槽位置存在长度覆盖超过3/4圆周周长、最深194 mm的横向裂纹,证实了诊断结论的正确性。深度调峰、灵活性运行方式会影响汽轮机转子的疲劳寿命,严重时会导致产生转子裂纹。建议加强对振动特征异常表现,特别是启停机过程异常伯德曲线的分析,及早发现存在裂纹,采取相应处理措施。     

200 MW汽轮机末级叶片断裂原因及裂纹扩展寿命的估算

对清河电厂200MW汽轮机末级叶片断裂原因进行分析，同时通过疲劳裂纹扩展试验及力学分析估算了形成0．8mm初始裂纹源的剩余寿命约为1275h。该结果对汽轮机末级叶片的运行、监测及维修时间的修订提供了重要依据。     

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。     

汽轮机焊接转子残余应力模拟及其对疲劳寿命的影响

焊接转子是核电汽轮机低压转子的必然选择,而焊接导致的残余应力可能影响转子的疲劳寿命。文中考虑焊接过程的马氏体相变,采用有限元方法,分析了汽轮机焊接转子窄间隙埋弧焊接头的残余应力分布及其对局部疲劳寿命的影响,得到了与实测残余应力相吻合的结果。研究发现:焊缝部位内、外表面的轴向残余应力均为压应力,且环向残余应力高于轴向应力。与无残余应力情况相比,焊接接头热影响区内外表面的高周、低周疲劳寿命都有不同程度的降低。且在此区域内,焊接残余应力增大疲劳裂纹扩展驱动力。     

汽轮机转子出现裂纹时的振动特点

随着现代电站汽轮机组单机容量、外形尺寸与重量的不断增加,机组越来越广泛地参加调峰,以及机组处于超过计算寿命下继续运行,使得汽轮机与发电机转子的疲劳损坏几率变大。迄今为止,世界各国运行中的汽轮机由于转子上的横向裂纹从结构应力集中区扩展到轴     

用断裂力学的方法评价汽机转子寿命

疲劳和高温蠕变相互作用共同促使汽机转子中的裂纹扩展,使疲劳寿命指标与蠕变寿命指标统一了,这有可能用计算机预测汽机转子在某种指定运行方式下的运行小时数。     

发电机定子铁芯紧固螺栓疲劳可靠性分析

采用CT试样测量了发电机铁芯定子A3钢螺栓的疲劳裂纹扩展速率和门槛值。得到的疲劳裂纹门槛值ΔKth=7 76MPam。通过对裂纹扩展速率曲线的拟合得到描述裂纹扩展速率的Paris关系 :dadN=10 -15 10± 0 46(ΔK) 5 73± 0 3 5。利用试验得到的疲劳裂纹门槛值和Paris关系 ,结合螺栓运行实际情况 ,对受振动螺栓的疲劳裂纹萌生所需临界载荷幅和裂纹萌生后残余寿命与载荷幅间的变化关系进行了计算 ,试验结果与计算结果对电厂发电机定子铁芯紧固螺栓的疲劳可靠性评估具有重要的指导意义     

以局部应力应变法计算启裂寿命

本文根据局部应力应变概念和材料单元断裂的思想,给出了平面应变条件下高压转子弹性槽底局部应力、应变表示式和疲劳裂纹启裂寿命表达式。为两班制运行的125MW汽轮机组计算了疲劳裂纹启裂寿命,并指出了控制疲劳裂纹启裂的条件。     

长期运行后汽轮机转子断裂力学性能研究

通过对运行26万h汽轮机转子的解剖试验,测得CrMoV钢叶轮和CrMo钢大轴在538℃高温和常温下的裂纹扩展速率、常温下的断裂韧性。试验结果表明,实际运行没有对转子材料的断裂力学性能产生明显影响。