【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及汽轮机转子，具体涉及汽轮机高中压转子热应力计算方法及其寿命管理方法。
技术介绍
1、deh系统是指汽轮机数字电液控制系统，由计算机控制部分和eh液压执行机构部分组成，是汽轮发电机的专业控制手段，是控制汽轮机启动、停机及转速控制、功率控制的唯一手段，是电厂实现机组协调控制、远方自动调度等功能必不可少的控制设备。
2、汽轮机发电机组为代表的火力发电设备具有高温、高压、高速的特点，运行的安全性问题非常重要，由于汽轮机机组变工况模式下运行时，其工况变化程度越激烈，设备承受的荷载越大，汽轮机转子承受的温度变化和交变应力越大，导致汽轮机转子产生低周疲劳蠕变损耗，对其寿命的影响也越大。
3、另外，转子在高温环境下长期工作，产生材料蠕变损伤和疲劳损伤的交互作用，导致材料的高温疲劳损伤，加速转子寿命的损耗。特别是停机和启动过程中温度发生巨大的变化，由于温度的不同，引汽的温度应力及应力的变化将非常大，随着时间的推移，汽轮机的转子必将产生疲劳，并伴随有断裂损伤的产生，最后将严重影响汽轮机转子的使用寿命。汽轮机转子是汽轮机组的关键部位，一旦出现裂纹，不易修复，而且肯还会引起转子不平衡和机组振动，缩短机组的使用寿命，因而转子寿命是机组寿命的重要部分。
4、然而，现在常用的热应力计算方法和寿命管理方法中不具备修正膨胀系数，无法修正此系数在不同温度下的变化，使得计算结果发生偏差。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种汽轮机高中压转子热应力计算方法及其寿命管理
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：
3、一种汽轮机高中压转子热应力计算方法，包括如下步骤：
4、1)获取高中压转子基础参数；
5、2)获取高中压转子表面金属温度；
6、3)通过步骤2)中的高中压转子表面金属温度计算高中压转子的分布温度；
7、4)通过步骤3)中高中压转子的分布温度计算高中压转子的平均温度；
8、5)通过步骤4)中高中压转子的平均温度和步骤3)中高中压转子的分布温度计算高中压转子实时热应力σp。
9、所述步骤1)中基础参数包括高中压转子的转子温度压力关系曲线、材料s-n曲线、转子弹性模量ε、线性膨胀系数β、泊松比ν、转子导热系数λ、比热容c、转子材料密度ρ、转子表面半径rs、转子中心孔半径rb。
10、所述步骤2)中，获取转子表面金属温度具体如下：以转子转速7.5rpm为分界线，转子转速大于7.5rpm时开始进汽；
11、当转子转速由慢到快升到7.5rpm以上时，以高中压缸进汽压力计算转子表面金属温度；
12、当转子由快到慢降低至6rpm以下或汽轮机跳机时，以高中压缸进汽内壁温度为转子表面金属温度；
13、根据转子温度压力曲线推导出高中压缸进汽压力计算转子表面金属温度计算公式为：
14、t＝k3*p3+k2*p2+k1*p+k0
15、其中t为转子表面金属温度；k0、k1、k2和k3为转子压力温度转换系数，p为进汽压力。
16、将高中压转子假设为无限长空心圆柱体，在转子横截面上，从转子外表面向中心孔表面将转子均分为第1～n等分；并根据转子表面半径rs和转子中心孔半径rb计算出每一等分的半径值；所述步骤3)中高中压转子的分布温度包括转子第1-n等分在任意时刻的温度和转子中心孔在任意时刻的温度，所述n为5～30。
17、所述转子第1等分在任意时刻的温度的计算公式为：
18、
19、其中：nτ为任意时刻，(n-1)τ为任意时刻的前一时刻；n为大于1的自然数；r1为第1等分的半径；ρ为材料密度；c为比热容；λ为导热系数；τ为单位时间；t1(nτ)为转子第1等分在nτ时刻的温度；ts((n-1)τ)为转子表面金属在(n-1)τ时刻的温度；t2((n-1)τ)为转子第2等分在(n-1)τ时刻的温度；
20、δr＝(rs-rb)/n；
21、rs为转子表面半径；rb为转子中心孔半径。
22、所述转子第2～(n-1)等分在任意时刻的温度计算公式为，
23、
24、其中，ti(nτ)为第i等分在nτ时刻的温度，2≤i≤n-1；ri为第i等分的半径。
25、所述转子第n等分在任意时刻的温度计算公式为：
26、
27、tn(nτ)为第n等分在nτ时刻的温度；rn为第n等分的半径。
28、所述转子中心孔在任意时刻的温度计算公式为：
29、
30、其中，tb(t)为转子中心孔在任意时刻的温度。
31、所述步骤4)中计算高中压转子平均温度，具体如下：
32、通过如下公式计算转子平均温度：
33、
34、其中，为转子平均温度；δm1为第1段转子的质量；δmn为第n段转子的质量；δmi为i段转子的质量；ti(nτ)为转子第i等分在nτ时刻的温度；t1(nτ)为转子第1等分在nτ时刻的温度；tn(nτ)为转子第n等分在nτ时刻的温度。
35、所述步骤5)中计算高中压转子实时热应力，具体如下：
36、5-1、计算高中压转子的表面热应力；
37、5-2、计算高中压转子的中心孔热应力；
38、5-3、取表面热应力和中心孔热应力中的较大值为高中压转子的热应力；
39、其中，热应力的计算公式为：
40、
41、其中，σp为实时热应力；σx为中心孔热应力或表面热应力；σθ为切向应力；σz为轴向应力；e为弹性模量；β为线性膨胀系数；ν为泊松比；为转子体平均温度；t为中心孔温度或外表面温度；
42、当t为中心孔温度时σx为高中压转子的中心孔热应力；当t为外表面温度时σx为高中压转子的表面热应力。
43、一种汽轮机高中压转子寿命管理方法，根据上述计算方法计算得出的实时热应力σp对高中压转子进行寿命管理，包括如下步骤：
44、a、从热应力相对于最短寿命消耗率超过最小值时开始算起，到再次回到最小值时为半个周期；另外半个周期为转子由热态逐步冷却的过程，不计入计算周期内，设定1周期的最小寿命消耗率l0，根据转子材料s-n曲线推导拟合获得最小寿命消耗本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：所述步骤2)中，获取高中压转子表面金属温度具体如下：以转子转速7.5RPM为分界线，转子转速大于7.5RPM时开始进汽；当转子转速由慢到快升到7.5RPM以上时，以高中压缸进汽压力计算转子表面金属温度；当转子由快到慢降低至6RPM以下或汽轮机跳机时，以高中压缸进汽内壁温度为转子表面金属温度；根据转子温度压力曲线推导出高中压缸进汽压力计算转子表面金属温度计算公式为：
3.根据权利要求1所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：将高中压转子假设为无限长空心圆柱体，在转子横截面上，从转子外表面向中心孔表面将转子均分为第1～N等分；并根据表面半径Rs和中心孔半径Rb计算出每一等分的半径值；所述步骤3)中高中压转子的分布温度包括转子第1-N等分在任意时刻的温度和转子中心孔在任意时刻的温度，所述N为5～30。
4.根据权利要求3所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：所述转子第1等分在任意时刻的温度的计算公式为
5.根据权利要求3所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：所述转子第2～(N-1)等分在任意时刻的温度计算公式为：
6.根据权利要求3所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：所述转子第N等分在任意时刻的温度计算公式为：
7.根据权利要求3所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：所述转子中心孔在任意时刻的温度计算公式为：
8.根据权利要求4-7任意一项权利要求所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：所述步骤4)中计算高中压转子平均温度，具体如下：
9.根据权利要求1所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：所述步骤5)中计算高中压转子实时热应力，包括如下步骤：
10.一种汽轮机高中压转子寿命管理方法，其特征在于：根据权利要求1-10任意一项权利要求的热应力计算方法计算得出的实时热应力σp对高中压转子进行寿命管理，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：所述步骤2)中，获取高中压转子表面金属温度具体如下：以转子转速7.5rpm为分界线，转子转速大于7.5rpm时开始进汽；当转子转速由慢到快升到7.5rpm以上时，以高中压缸进汽压力计算转子表面金属温度；当转子由快到慢降低至6rpm以下或汽轮机跳机时，以高中压缸进汽内壁温度为转子表面金属温度；根据转子温度压力曲线推导出高中压缸进汽压力计算转子表面金属温度计算公式为：
3.根据权利要求1所述汽轮机高中压转子热应力计算方法，其特征在于：将高中压转子假设为无限长空心圆柱体，在转子横截面上，从转子外表面向中心孔表面将转子均分为第1～n等分；并根据表面半径rs和中心孔半径rb计算出每一等分的半径值；所述步骤3)中高中压转子的分布温度包括转子第1-n等分在任意时刻的温度和转子中心孔在任意时刻的温度，所述n为5～30。
4.根据权利要求3所述汽轮机高中压转子...
【专利技术属性】
技术研发人员：张耀，曾光明，游滔，张亚平，何涛，彭敏，杨旭，
申请(专利权)人：东方电气自动控制工程有限公司，
类型：发明
国别省市：
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