汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控方法技术

本发明专利技术提供了一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控装置，包括：用于对转子内部进行探伤，以确定转子内部制造缺陷的所在部位和尺寸的超声波探伤仪；用于存贮超声波探伤仪所采集的数据的数据库服务器；基于数据库服务器内存储的数据，对转子裂纹扩展寿命进行计算，进而对转子内部制造缺陷进行评价与监控的计算服务器；用于输出转子内部制造缺陷的评价与监控结果的用户端浏览器；本发明专利技术还提供了一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控方法。本发明专利技术实现了汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命的在线计算和监控；达到了在转子的制造与加工阶段，定量评价和监控汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的技术效果。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及汽轮机与燃气轮机的转子基于裂纹扩展寿命的内部制造缺陷的监控装置及方法，属于汽轮机与燃气轮机的

技术介绍
在汽轮机与燃气轮机的转子锻造、焊接和加工等制造过程中，有可能产生转子的内部制造缺陷。传统方法，要求转子内部制造缺陷或裂纹不超过1.6mm。若探伤发现的转子内部制造缺陷或裂纹大于1.6mm，转子报废。汽轮机与燃气轮机的转子造价昂贵，转子报废经济损失大。汽轮机与燃气轮机的转子特点是尺寸大、高速旋转，汽轮机与燃气轮机的转子在起动、停机和超速试验过程中产生大的主应力。汽轮机与燃气轮机的转子在大的主应力的作用下，转子带有探伤缺陷的裂纹不断扩展。当汽轮机与燃气轮机的转子裂纹扩展至转子缺陷部位的临界裂纹尺寸时，汽轮机与燃气轮机的转子就有可能发生脆性断裂，导致汽轮机与燃气轮机损坏事故。传统的汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的评定方法，没有考虑制造缺陷所在部位的主应力的作用及其裂纹扩展寿命的影响。在汽轮机与燃气轮机的转子制造和加工阶段，基于裂纹扩展寿命的汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控，还没有合适的方法可供使用。申请人已经申请中国专利技术专利“汽轮机转子内部裂纹扩展寿命的监控装置及方法”，申请号201110413914.7，是汽轮机转子在发电厂的使用阶段，在线计算和定期监控汽轮机转子的内部裂纹的扩展寿命。华东理工大学申请的专利技术专利“汽轮机高温部件的剩余寿命预测方法”，申请号200710170946.2，在高温部件发现缺陷后，可以计算裂纹长度等于或超过临界裂纹尺寸的循环次数，该循环次数乘以保载时间来预测剩余寿命。郑善琨等人在《动力工程》1986年第4期发表论文“汽轮机低压转子缺陷评定”，采用缺陷探伤面积与允许的初始缺陷面积进行比较，来评定汽轮机低压转子的缺陷。现有技术，没有考虑汽轮机与燃气轮机的转子在起动和超速试验过程中产生的主应力对转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命的影响，因而不能判断带有内部制造缺陷的汽轮机与燃气轮机的转子能否安全服役到起停寿命10000次。在汽轮机与燃气轮机的转子制造过程中，探伤发现转子带有内部制造缺陷或裂纹后，评价汽轮机与燃气轮机的转子起停寿命能否达到10000次，还没有合适的方法可供使用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于裂纹扩展寿命的汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控装置及方法，实现汽轮机与燃气轮机制造与加工过程中转子内部制造缺陷的服役安全性评价与监控。为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是提供一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控装置，其特征在于：包括用于对转子内部进行探伤，以确定转子内部制造缺陷的所在部位和尺寸的超声波探伤仪；用于存贮超声波探伤仪所采集的数据的数据库服务器；基于数据库服务器内存储的数据，对转子裂纹扩展寿命进行计算，进而对转子内部制造缺陷进行评价与监控的计算服务器；用于输出转子内部制造缺陷的评价与监控结果的用户端浏览器；用于管理网页组件和回应用户端浏览器的请求的网页服务器。优选地，所述超声波探伤仪与数据库服务器连接，计算服务器与数据库服务器和网页服务器连接，网页服务器分别与数据库服务器、计算服务器和用户端浏览器连接。本专利技术还提供了一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控方法，其特征在于：步骤为：第一步：探伤确定转子内部制造缺陷的当量直径d；第二步：计算转子内部制造缺陷的面积A0；转子内部制造缺陷的面积A0的计算公式为：A0=10πd24=5πd22]]>式中：d——转子内部制造缺陷的当量直径；第三步：确定转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径a0；把汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷处理为椭圆形裂纹，椭圆形裂纹的初始短轴半径为a0，椭圆形裂纹的初始长轴半径c0，给定a0/2c0＝x，转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径a0的计算公式为：a0=5xd2]]>式中：d——转子内部制造缺陷的当量直径；x——初始椭圆形裂纹的短轴半径，为a0与2倍长轴半径c0的比值，x＝a0/2c0；第四步：计算转子内部制造缺陷所在部位的最大应力σmaxi；对汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷部位，计算在无缺陷情况下，在冷态起动、温态起动、热态起动、极热态起动、110％额定工作转速超速试验和120％额定工作转速超速运行共六种瞬态过程的最大主应力，第i种瞬态工况的最大主应力用σ1i表示，第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷所在部位的最大应力σmaxi的计算公式为：σmaxi＝σ1i+σre式中：σre——转子的残余应力；第五步：计算转子内部制造缺陷的临界裂纹尺寸aci；第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷的临界裂纹尺寸aci的计算公式为：aci=K1C2Mσmaxi2]]>式中：K1C——转子材料的断裂韧性；σmaxi——第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷所在部位的最大应力；M——与裂纹形状参数Q有关的常数；对于转子内部缺陷，Q=∫0π2(1-c2-a2c2sin2θ)dθ]]>a——椭圆形裂纹短轴半径；c——椭圆形裂纹长轴半径；θ——过裂纹周线上任意一点的径向线与椭圆长轴的夹角；第六步：计算转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命Nfi；第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命Nfi的计算公式为：Nfi=2(m0-2)C0σmaxim0Mm02[1a0(m0-2)2-1aci(m0-2)2]]]>式中：a0——转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径；C0、m0——转子材料裂纹扩展试验常数；第七步：计算转子内部制造缺陷的等效热态起动次数nhe汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的等效热态起动次数nhe的计算公式可表示为：nhe=nc0Nfc+nw0Nfw+nr0Nfr+n110Nf110+n120Nf1201Nfh+nh0]]>式中：nc0——电站用户要求的冷态起动次数；nw0——电站用户要求的温态起动次数；nh0——电站用户要求的热态起动次数；nr0——电站用户要求的极热态起动次数；n110——电站用户要求的110％超速试验次数；n120——电站用户要求的120％超速运行次数；Nfc——冷态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nfw——温态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nfh——热态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nfr——极热态起动过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nf110——110％超速试验过程中的疲劳裂纹扩展寿命；Nf120——120％超速运行过程中的疲劳裂纹扩展寿命；第八步：确定转子内部制造缺陷的起停寿命判据值N0；将汽轮机与燃气轮机的转子的等效热态启动次数nhe与起停寿命次数N进行比较，按照以下方法确定转子内部制造缺陷的起停寿命判据值N0：(1)若nhe＜N次，取N0＝N次；(2)若nhe≥N次，取N0＝nhe次；式中：nhe——等效热态启动次数；第九步：计算转子内部制造缺陷的允许裂纹尺寸ai；汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的允许裂纹尺寸ai的计算公式为：ai=[2ach(m0-2)2N0C0(m0-2)(σmaxh)m0Mm02ach(m0-2)2+2]2m0-2]]>式中：ach——在热态起本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控装置，其特征在于：包括用于对转子内部进行探伤，以确定转子内部制造缺陷的所在部位和尺寸的超声波探伤仪(1)；用于存贮超声波探伤仪(1)所采集的数据的数据库服务器(3)；基于数据库服务器(3)内存储的数据，对转子裂纹扩展寿命进行计算，进而对转子内部制造缺陷进行评价与监控的计算服务器(2)；用于输出转子内部制造缺陷的评价与监控结果的用户端浏览器(5)；用于管理网页组件和回应用户端浏览器(5)的请求的网页服务器(4)。

【技术特征摘要】
1.一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控装置，其特征在于：包括用于对转子内部进行探伤，以确定转子内部制造缺陷的所在部位和尺寸的超声波探伤仪(1)；用于存贮超声波探伤仪(1)所采集的数据的数据库服务器(3)；基于数据库服务器(3)内存储的数据，对转子裂纹扩展寿命进行计算，进而对转子内部制造缺陷进行评价与监控的计算服务器(2)；用于输出转子内部制造缺陷的评价与监控结果的用户端浏览器(5)；用于管理网页组件和回应用户端浏览器(5)的请求的网页服务器(4)。2.如权利要求1所述的一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控装置，其特征在于：所述超声波探伤仪(1)与数据库服务器(3)连接，计算服务器(2)与数据库服务器(3)和网页服务器(4)连接，网页服务器(4)分别与数据库服务器(3)、计算服务器(2)和用户端浏览器(5)连接。3.一种汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的监控方法，其特征在于：步骤为：第一步：探伤确定转子内部制造缺陷的当量直径d；第二步：计算转子内部制造缺陷的面积A0；转子内部制造缺陷的面积A0的计算公式为：A0=10πd24=5πd22]]>式中：d——转子内部制造缺陷的当量直径；第三步：确定转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径a0；把汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷处理为椭圆形裂纹，椭圆形裂纹的初始短轴半径为a0，椭圆形裂纹的初始长轴半径c0，给定a0/2c0＝x，转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径a0的计算公式为：a0=5xd2]]>式中：d——转子内部制造缺陷的当量直径；x——初始椭圆形裂纹的短轴半径，为a0与2倍长轴半径c0的比值，x＝a0/2c0；第四步：计算转子内部制造缺陷所在部位的最大应力σmaxi；对汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷部位，计算在无缺陷情况下，在冷态起动、温态起动、热态起动、极热态起动、110％额定工作转速超速试验和120％额定工作转速超速运行共六种瞬态过程的最大主应力，第i种瞬态工况的最大主应力用σ1i表示，第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷所在部位的最大应力σmaxi的计算公式为：σmaxi＝σli+σre式中：σre——转子的残余应力；第五步：计算转子内部制造缺陷的临界裂纹尺寸aci；第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷的临界裂纹尺寸aci的计算公式为：aci=K1C2Mσmaxi2]]>式中：K1c——转子材料的断裂韧性；σmaxi——第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷所在部位的最大应力；M——与裂纹形状参数Q有关的常数；对于转子内部缺陷，Q=∫0π2(1-c2-a2c2sin2θ)dθ]]>a——椭圆形裂纹短轴半径；c——椭圆形裂纹长轴半径；θ——过裂纹周线上任意一点的径向线与椭圆长轴的夹角；第六步：计算转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命Nfi；第i种瞬态工况的转子内部制造缺陷的裂纹扩展寿命Nfi的计算公式为：Nfi=2(m0-2)C0σmaxim0Mm02[1a0(m0-2)2-1aci(m0-2)2]]]>式中：a0——转子内部制造缺陷的椭圆形裂纹的初始短轴半径；C0、m0——转子材料裂纹扩展试验常数；第七步：计算转子内部制造缺陷的等效热态起动次数nhe；汽轮机与燃气轮机的转子内部制造缺陷的等效热态起动次数nhe的计算公式可表示为：nhe=nc0Nfc+nw0Nfw+nr0Nfr+n110Nf110+n120Nf1201Nfh+nh0]]>式中：nc0——电站用户要求的冷态起动次数；nw0——电站用户要求的温态起动次数；nh0——电站用户要求的热态起...

【专利技术属性】
技术研发人员：史进渊，汪勇，危奇，陈鑫，邓志成，孙庆，李汪繁，徐佳敏，
申请(专利权)人：上海发电设备成套设计研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31