一种汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法技术

本发明专利技术提供了一种汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法，包括以下步骤：采集汽轮机高中压转子的运行参数，汽轮机高中压转子的性能参数以及转子设计寿命，根据转子的运行参数和性能参数将转子分为非蠕变区域和蠕变区域；非蠕变区域转子进行常温强度设计，获得非蠕变区域转子的设计强度数据；蠕变区域根据转子的运行温度、载荷和运行寿命数据结合蠕变损伤原理进行蠕变损伤强度设计，获得高中压转子蠕变区域的蠕变损伤强度数据；基于高中压转子非蠕变区域的设计强度数据和蠕变区域的蠕变损伤强度数据，获得完善后的汽轮机高中压转子强度设计方法。本方法通过改进现有的汽轮机高中压转子蠕变设计准则，构建了更加完整的汽轮机转子设计体系。子设计体系。子设计体系。

【技术实现步骤摘要】
一种汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法


[0001]本专利技术属于汽轮机转子
，尤其涉及一种汽轮机高中压转子在高温与高压作用下的蠕变损伤强度与寿命设计方法。

技术介绍

[0002]汽轮机核心部件
‑
高中压转子长期在高温高压的工作环境下运行，蠕变损伤是导致转子最终失效的重要原因，目前我国汽轮机组高温部件的设计主要考虑温度引起的热膨胀、热变形及热应力等，仅在个别情况下进行蠕变计算，且缺乏对蠕变损伤因素的考虑，所以当转子长期服役后，用当前的设计标准预测容易高估转子的剩余使用寿命，需要改进汽轮机高温构件的蠕变设计方法，在汽轮机高中压转子设计时开展蠕变损伤强度设计和寿命损耗预测。
[0003]转子强度设计包含了转子材料许用强度和工作强度两个要素，转子材料许用强度根据材料蠕变极限或持久强度除以一安全系数得到；转子工作强度通过转子的外加载荷和服役环境计算得到。当工作强度不超过许用强度时，转子是安全的。因为蠕变的时间相关性，所以蠕变强度设计要求在规定的时间内转子的工作强度不超过许用强度值。汽轮机转子的设计寿命一般是30年左右，高中压转子的蠕变设计既要考虑材料在长时间载荷作用下的破坏抗力，又要限制给定温度和规定时间内转子产生的总变形量，或者是产生的蠕变速度，所以高中压转子的蠕变损伤设计需要综合蠕变损伤应力设计和蠕变损伤应变设计。对在役高中压转子，用蠕变损伤设计方法可以评估转子的蠕变损伤状态，并预测其剩余使用寿命，实现转子寿命(损伤)再设计。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种汽轮机高中压转子的蠕变损伤强度设计方法，以解决在高中压转子强度设计阶段，现有蠕变设计方法中未考虑蠕变损伤影响因素的问题；以及在高中压转子服役阶段，根据蠕变损伤大小对转子进行寿命再设计，以解决预测服役转子的剩余使用寿命问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法，包括以下步骤：
[0006]采集汽轮机高中压转子的运行参数，汽轮机高中压转子的性能参数以及转子设计寿命，根据所述转子的运行参数和性能参数将转子分为非蠕变区域和蠕变区域；
[0007]非蠕变区域根据所述转子承受的载荷和转子材料的屈服强度、抗拉强度和抗弯强度数据进行常温强度设计，获得非蠕变区域转子的设计强度数据；
[0008]蠕变区域根据所述转子的运行温度、载荷和运行寿命数据结合蠕变损伤原理进行蠕变损伤强度设计，获得高中压转子蠕变区域的蠕变损伤强度数据；
[0009]基于所述高中压转子非蠕变区域的设计强度数据和蠕变区域的蠕变损伤强度数据，获得完善后的汽轮机高中压转子强度设计方法。
[0010]优选地，所述分为非蠕变区域和蠕变区域的方法包括：根据所述转子承受载荷且转子运行温度大于转子材料熔点温度的30％划为高中压转子的蠕变区域，否则划为非蠕变区域。
[0011]优选地，所述蠕变损伤强度设计方法是在传统蠕变设计的基础上增加了蠕变损伤因素，蠕变损伤强度设计包括蠕变损伤应力设计、蠕变损伤应变设计、蠕变损伤寿命设计和蠕变损伤设计。
[0012]优选地，所述蠕变损伤应力设计方法包括：
[0013]根据最大主应力和Von Mises应力计算转子运行寿命内的蠕变损伤等效应力；
[0014]根据转子运行寿命内的蠕变持久强度与许用应力安全系数确定转子的蠕变损伤许用应力，对工作温度高于400℃的转子，许用应力取运行温度下的许用屈服强度、许用持久强度和许用蠕变强度中的最小值；
[0015]根据所述蠕变损伤等效应力和蠕变损伤许用应力设计转子的蠕变应力安全强度。
[0016]优选地，所述蠕变损伤应变设计方法包括：
[0017]根据所述蠕变损伤等效应力计算蠕变损伤等效应变；
[0018]所述蠕变损伤等效应变应小于汽轮机转子蠕变损伤许用应变；
[0019]根据所述蠕变损伤等效应变和蠕变损伤许用应变设计转子的蠕变应变安全强度。
[0020]优选地，所述蠕变损伤寿命设计方法包括：
[0021]获取转子材料在转子运行参数条件下的蠕变曲线；
[0022]通过许用蠕变损伤应变作为判据，得到转子的蠕变损伤设计寿命；
[0023]转子的蠕变损伤设计寿命要超过汽轮机组的设计寿命。
[0024]优选地，所述转子强度设计方法还包括转子剩余使用寿命预测，包括以下步骤：
[0025]根据蠕变损伤模型预测设计寿命内转子的蠕变损伤；蠕变损伤的函数表达式为：
[0026][0027]q是表征蠕变硬化的符号，对应不同的蠕变硬化情况/损伤机理，q的形式各不相同：时间硬化时q＝t；能量硬化时应变硬化时应变硬化时
[0028]根据蠕变损伤模型确定对应的许用蠕变损伤值；
[0029]根据蠕变损伤预测值和许用蠕变损伤值设计转子的剩余使用寿命。
[0030]优选地，所述高中压转子强度设计的方法包括：
[0031]基于所述高中压转子非蠕变区域常温设计强度和高中压转子蠕变区域蠕变损伤设计强度构建初始转子总体设计强度；
[0032]对初始转子进行蠕变损伤模拟计算预测试验和实际转子热跑试验，获得转子在设计寿命内的蠕变损伤模拟预测数据和实际蠕变变形数据；
[0033]将蠕变损伤模拟预测数据和实际蠕变变形数据与工况要求许用蠕变损伤应力、应变和寿命对比，当蠕变损伤预测数据和蠕变变形数据符合许用蠕变损伤强度要求时，得到高中压转子设计强度。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0035]本专利技术所述的汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法，通过构建更加完善的汽轮机高中压转子强度设计体系，改进现有的蠕变设计方法，在当前蠕变设计的基础上增加了蠕变损伤因素，得到了汽轮机高中压转子蠕变损伤设计方法。针对已服役转子，提出了用蠕变损伤值D作为判断标准的蠕变损伤寿命再设计流程。最终保证汽轮机高中压转子的安全服役。
附图说明
[0036]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0037]图1为本专利技术实施例的汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法流程图；
[0038]图2为本专利技术实施例的汽轮机高中压转子蠕变区域与非蠕变区域划分图；
[0039]图3为本专利技术实施例的汽轮机高中压转子在自身离心力载荷下，运行时长为100000小时的蠕变损伤大小及分布图。
具体实施方式
[0040]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0041]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
[0042]实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法，其特征在于，包括以下步骤：采集汽轮机高中压转子的运行参数，汽轮机高中压转子的性能参数以及转子设计寿命，根据所述转子的运行参数和性能参数将转子分为非蠕变区域和蠕变区域；非蠕变区域根据所述转子承受的载荷和转子材料的屈服强度、抗拉强度和抗弯强度数据进行常温强度设计，获得非蠕变区域转子的设计强度数据；蠕变区域根据所述转子的运行温度、载荷和运行寿命数据结合蠕变损伤原理进行蠕变损伤强度设计，获得高中压转子蠕变区域的蠕变损伤强度数据；基于所述高中压转子非蠕变区域的设计强度数据和蠕变区域的蠕变损伤强度数据，获得完善后的汽轮机高中压转子强度设计方法。2.根据权利要求1所述的汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法，其特征在于，所述分为非蠕变区域和蠕变区域的方法包括：根据所述转子承受载荷且转子运行温度大于转子材料熔点温度的30％划为高中压转子的蠕变区域，否则划为非蠕变区域。3.根据权利要求1所述的汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法，其特征在于，所述蠕变损伤强度设计方法是在传统蠕变设计的基础上增加了蠕变损伤因素，蠕变损伤强度设计包括蠕变损伤应力设计、蠕变损伤应变设计、蠕变损伤寿命设计和蠕变损伤设计。4.根据权利要求3所述的汽轮机高中压转子蠕变损伤强度设计方法，其特征在于，所述蠕变损伤应力设计方法包括：根据最大主应力和Von Mises应力计算转子运行寿命内的蠕变损伤等效应力；根据转子运行寿命内的蠕变持久强度与许用应力安全系数确定转子的蠕变损伤许用应力
，
对工作温度高于400℃的转子，许用应力取运行温度下的许用屈服强度、许用持久强度和许用蠕变强度中的最小值；根据所述蠕变损伤等效应力和蠕变损伤许用应力设计转子的蠕变应力安全...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶婷，郭浩志，李健，林良瀚，
申请(专利权)人：龙岩学院，
类型：发明
国别省市：