基于材料老化和蠕变疲劳交互作用汽轮机转子寿命预测

根据材料老化和蠕变-疲劳交互作用对致裂寿命的影响，建立了汽轮机转子寿命预测模型和预测方法，以N75MW汽轮机转子为对象进行了寿命损耗分析和预测，指出基于材料老化和蠕变疲劳交互作用，可以有效提高汽轮机转子寿命预测的精度。     

汽轮机关键部件总寿命计算方法的研究

提出了汽轮机关键部件在低周疲劳、高周疲劳与蠕变等多种损伤机理作用下总寿命的计算方法。介绍了汽轮机关键部件总寿命计算方法研究的技术背景,以及国际标准与电站业主对汽轮机寿命的要求。分析了汽轮机关键部件寿命计算所需的材料物理性能与力学性能试验数据、关键部件温度场与应力场计算结果和寿命计算的力学模型。给出了汽轮机关键部件在低周疲劳、高周疲劳与蠕变等单种损伤机理作用下裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命的计算方法。建立了汽轮机关键部件单种损伤机理作用下总寿命的计算方法和多种损伤机理作用下日历寿命的计算方法,以及汽轮机关键部件日历总寿命的计算与评定方法,给出了高压内缸日历总寿命计算的应用实例。汽轮机关键部件总寿命计算方法的研究,解决了在多种损伤机理作用下汽轮机关键部件日历总寿命计算的技术难题。     

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。     

基于不同启动方式的1 000 MW超超临界汽轮机高温部件低周疲劳损耗研究

为了解汽轮机寿命损耗情况,对汽轮机高温部件寿命影响因素进行分析。基于低周疲劳理论,建立汽轮机高温部件寿命损耗分析模型,采用定量计算方法分析1 000 MW超超临界机组冷态、热态启动方式下高温部件温度偏差变化情况,计算各边界条件下高温部件等效热应力及寿命损耗,并进行敏感性分析。结果表明：汽轮机低周疲劳寿命损耗率对高温部件温度偏差较为敏感,随着温度偏差的升高,汽轮机寿命损耗率大幅升高;相同的温度偏差出现在不同温度区间时,对汽轮机寿命损耗的影响亦不同,高温区间的温度偏差对寿命损耗率影响较大。汽轮机高温部件寿命评估可以为机组启动期间升温速度控制提供技术支持,降低汽轮机寿命损耗,提高机组运行安全性。     

主汽门的寿命分析

本文以一台300MW、亚临界538°C汽轮机主汽门为对象,探讨了主汽门蠕变与疲劳寿命损耗的实用方法和内外壁温差控制数据的简易计算方法。     

汽轮机动叶和轮盘的延寿

据《Электрическиестанции》2 0 0 1年 5月号报道 ,汽轮机的寿命由高温部件寿命决定 ,高温部件包括高压部分 ,而对于有中间再热的汽轮机还包括中压部分。影响汽轮机动叶和轮盘寿命的因素很多 ,其中包括疲劳破坏、机械破坏、腐蚀破坏 (应力下的腐蚀龟裂、腐蚀疲劳破坏 )、侵蚀破坏以及安装叶片的质量等。汽轮机中压部分和低压部分动叶和轮盘的寿命不可能利用计算方法可靠地确定 ,它对于每个具体的汽轮机是专一的 ,并且取决于其运行条件和所进行修理的质量。由于运行和修理质量的降低 ,现在经常出现降低动叶和轮盘可靠性…     

汽轮机高温部件的寿命估算

汽轮机高温部件的寿命估算是近年来广泛研究的新科题,它关系到汽轮机能否长期稳定安全地运行。本文着重从材料及其强度方面概述了汽轮机高温部件的寿命估算技术的研究现状,提出了累积损伤、断裂力学和材料特性时效变化三种方法,以及综合评价的今后展望.     

复杂阻尼结构汽轮机末级长叶片寿命评估相关研究进展及展望

目前汽轮机叶片设计和安全性考核主要采用的是以许用应力为基准的静强度准则和以安全倍率为基准的动强度准则,随着汽轮机设计制造水平的提高,尤其是近年来在超临界和超超临界大功率汽轮机中广泛采用具有复杂阻尼结构的长叶片,该方法已经表现出越来越多的局限性,建立一套从寿命损耗角度评估叶片安全性的方法十分必要。总结了近年来国内外在叶片寿命评估相关研究如静态应力分析、动态应力分析、叶片高周和低周疲劳寿命分析以及叶片水蚀疲劳分析等4个方面的研究进展,并对进一步深入研究提出了一些思路和方法。     

汽轮机转子蠕变—疲劳耦合寿命精细分析与传统方法的比较

通过对汽轮机转子蠕变－疲劳耦合寿命分析的传统方法与精细方法的算例比较和结果分析，指出了精细分析方法的合理性，优越性以及应用前景。图５表１参６。     

超超临界汽轮机转子蠕变对低周疲劳应变的影响

对某超超临界汽轮机高压转子多次启停和间隔分段稳态高温运行下的低周疲劳应变进行了全时域连续有限元计算与分析,给出了蠕变条件下低周疲劳应变的变化量级和变化图谱.结果表明:超超临界汽轮机转子低周疲劳寿命消耗需进行全时域连续计算,不能采用一次启停数据乘以启停次数的简单算法;蠕变对低周疲劳产生的影响具有长期性,但影响程度随时间逐步递减.     

电站汽轮机研制与生产的可靠性技术研究

给出了电站汽轮机的10个可靠性特征量的计算公式或术语以及汽轮机强度与振动的17个设计判据。介绍了电站汽轮机关键部件寿命评定技术研究的新进展和汽轮机关键部件寿命设计技术规程。分析了超临界汽轮机、超超临界汽轮机、空冷汽轮机、燃气轮机联合循环汽轮机和核电汽轮机结构可靠性设计的技术特点。介绍了电站汽轮机研制和生产过程的可靠性通用大纲,内容包括可靠性工作的5项总要求和18项详细要求。参14     

汽轮机零部件多轴应力状态下的强度设计和寿命预测

介绍了汽轮机零部件多轴应力状态下的强度设计方法和低周疲劳裂纹萌生寿命预测方法,分析了汽轮机零部件多轴应力状态下稳态额定工况的极限载荷与分析设计判据,以及瞬态变工况强度的安定载荷与分析设计判据,提出了汽轮机零部件多轴应力状态下寿命预测使用的等效应力和等效应变正负号的确定方法,给出了汽轮机零部件多轴应力状态下的等效应力与等效应变的换算公式以及强度和寿命设计的安全系数.应用这些设计判据和安全系数,进行汽轮机零部件的强度设计和寿命预测,为汽轮机零部件的长周期安全运行提供了依据.     

大功率汽轮机高温叶片蠕变特性数值研究

近年来汽轮机朝着大功率、高参数方向快速发展,汽轮机进口蒸汽温度不断提高,导致叶片的工作环境进一步恶化.叶片作为汽轮机的核心部件,其安全性直接影响汽轮机机组的运行状况,因此研究高温条件下叶片的强度和蠕变特性非常重要.以某大功率汽轮机高温叶片为例,构造了叶片和叶轮三维有限元模型,采用商用有限元软件ANSYS分析了离心力和温度场共同作用下的叶片热弹性应力及变形;然后,应用诺顿模型分析了该叶片经历100 000 h蠕变历程的应力和应变.建立了完整的汽轮机叶片蠕变特性分析数值模型,研究工作为汽轮机叶片的静强度和蠕变特性研究提供了具体的方法,所得结论对于高温叶片设计具有指导意义.     

Evaluation of the effects of the operation strategy of a steam power plant on the residual life of its devices

In the deregulated market scenario wider power generation flexibility with respect to the past is needed; on the other hand, frequent changes of the operating conditions may reduce the life of the most critical components, such as steam heaters or turbine blades. Fatigue failures produced by cyclic thermal and/or mechanical stresses will be considered in this work. The estimation is based on creep and fatigue failure models and is applied at the component level. In particular, in this paper evaluation of the impact of thermo-mechanical fatigue in the superheater pipes of an actual coal power plant will be carried out to estimate its residual life. Then, this evaluation at the device level will be translated into plant level assessment.     

汽轮机叶片表面状况对疲劳寿命的影响

汽轮机叶片的疲劳操作和疲劳寿命除与交变应力、平均应力、材料的强度和循环性能、运行条件等有关外,在相当大程度上与叶片表面状况（应力集中、加工状况、强化、腐蚀介质、微动磨损等）有关。本文深入研究了叶片表面状况对疲劳寿命的影响,采用改进的局部应力应变法对实际叶片进行的相应计算、对比和分析表明,叶片的疲劳寿命对表面状况很敏感。研究工作对叶片状况、制造、运行及故障分析有着现实的理论和工程应用价值。     

某涡轮叶片热-机械疲劳寿命预测与试验验证

为了得到某燃气轮机涡轮叶片关键截面的真实寿命,设计并开展了涡轮叶片热-机械疲劳试验,获得了真实寿命数据,并基于试验结果提出了一种涡轮叶片低周疲劳与蠕变疲劳交互的寿命预测方法。首先,采用一维线弹性关系、修正公式以及循环应力应变关系3种名义应力应变处理模型计算获得了名义应变;然后,利用SWT寿命关系式预测模型预测了叶片的热-机械疲劳寿命;再将预测寿命与试验获得的真实寿命进行对比分析。研究表明：对于某型燃气轮机涡轮叶片,基于SWT预测模型的循环应力应变关系方法相比于一维线弹性关系和修正公式法预测精度最高,与试验寿命相比,预测误差在4倍分散带之内。     

Reliability design method for steam turbine blades

Based on theories of probability and statistics, and taking static stresses, dynamic stresses, endurance strength, safety ratios, vibration frequencies and exciting force frequencies of blades as random variables, a reliability design method for steam turbine blades is presented. The purport and calculation method for blade reliability are expounded. The distribution parameters of random variables are determined after analysis and numerical calculation of test data. The fatigue strength and the vibration design reliability of turbine blades are determined with the aid of a probabilistic design method and by interference models for stress distribution and strength distribution. Some blade reliability design calculation formulas for a dynamic stress design method, a safety ratio design method for fatigue strength, and a vibration reliability design method for the first and second types of tuned blades and a packet of blades on a disk connected closely, are given together with some practical examples. With these methods, the design reliability of steam turbine blades can be guaranteed in the design stage. This research may provide some scientific basis for reliability design of steam turbine blades. __________ Translated from Chinese Journal of Applied Mechanics, 2007, 24(3): 331–335 [译自: 应用力学学报]