本發(fā)明涉及汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子基于裂紋擴(kuò)展壽命的內(nèi)部制造缺陷的監(jiān)控裝置及方法，屬于汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：在汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子鍛造、焊接和加工等制造過程中，有可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的內(nèi)部制造缺陷。傳統(tǒng)方法，要求轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷或裂紋不超過1.6mm。若探傷發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷或裂紋大于1.6mm，轉(zhuǎn)子報(bào)廢。汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子造價昂貴，轉(zhuǎn)子報(bào)廢經(jīng)濟(jì)損失大。汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子特點(diǎn)是尺寸大、高速旋轉(zhuǎn)，汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子在起動、停機(jī)和超速試驗(yàn)過程中產(chǎn)生大的主應(yīng)力。汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子在大的主應(yīng)力的作用下，轉(zhuǎn)子帶有探傷缺陷的裂紋不斷擴(kuò)展。當(dāng)汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展至轉(zhuǎn)子缺陷部位的臨界裂紋尺寸時，汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子就有可能發(fā)生脆性斷裂，導(dǎo)致汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)損壞事故。傳統(tǒng)的汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評定方法，沒有考慮制造缺陷所在部位的主應(yīng)力的作用及其裂紋擴(kuò)展壽命的影響。在汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子制造和加工階段，基于裂紋擴(kuò)展壽命的汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的監(jiān)控，還沒有合適的方法可供使用。申請人已經(jīng)申請中國發(fā)明專利“汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部裂紋擴(kuò)展壽命的監(jiān)控裝置及方法”，申請?zhí)?01110413914.7，是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在發(fā)電廠的使用階段，在線計(jì)算和定期監(jiān)控汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的內(nèi)部裂紋的擴(kuò)展壽命。華東理工大學(xué)申請的發(fā)明專利“汽輪機(jī)高溫部件的剩余壽命預(yù)測方法”，申請?zhí)?00710170946.2，在高溫部件發(fā)現(xiàn)缺陷后，可以計(jì)算裂紋長度等于或超過臨界裂紋尺寸的循環(huán)次數(shù)，該循環(huán)次數(shù)乘以保載時間來預(yù)測剩余壽命。鄭善琨等人在《動力工程》1986年第4期發(fā)表論文“汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子缺陷評定”，采用缺陷探傷面積與允許的初始缺陷面積進(jìn)行比較，來評定汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的缺陷?，F(xiàn)有技術(shù)，沒有考慮汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子在起動和超速試驗(yàn)過程中產(chǎn)生的主應(yīng)力對轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的裂紋擴(kuò)展壽命的影響，因而不能判斷帶有內(nèi)部制造缺陷的汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子能否安全服役到起停壽命10000次。在汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子制造過程中，探傷發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子帶有內(nèi)部制造缺陷或裂紋后，評價汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子起停壽命能否達(dá)到10000次，還沒有合適的方法可供使用。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于裂紋擴(kuò)展壽命的汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的監(jiān)控裝置及方法，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)制造與加工過程中轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的服役安全性評價與監(jiān)控。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的監(jiān)控裝置，其特征在于：包括用于對轉(zhuǎn)子內(nèi)部進(jìn)行探傷，以確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的所在部位和尺寸的超聲波探傷儀；用于存貯超聲波探傷儀所采集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；基于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷進(jìn)行評價與監(jiān)控的計(jì)算服務(wù)器；用于輸出轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評價與監(jiān)控結(jié)果的用戶端瀏覽器；用于管理網(wǎng)頁組件和回應(yīng)用戶端瀏覽器的請求的網(wǎng)頁服務(wù)器。優(yōu)選地，所述超聲波探傷儀與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接，計(jì)算服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和網(wǎng)頁服務(wù)器連接，網(wǎng)頁服務(wù)器分別與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、計(jì)算服務(wù)器和用戶端瀏覽器連接。本發(fā)明還提供了一種汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的監(jiān)控方法，其特征在于：步驟為：第一步：探傷確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的當(dāng)量直徑d；第二步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的面積A0；轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的面積A0的計(jì)算公式為：A0=10πd24=5πd22]]>式中：d——轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的當(dāng)量直徑；第三步：確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的橢圓形裂紋的初始短軸半徑a0；把汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷處理為橢圓形裂紋，橢圓形裂紋的初始短軸半徑為a0，橢圓形裂紋的初始長軸半徑c0，給定a0/2c0＝x，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的橢圓形裂紋的初始短軸半徑a0的計(jì)算公式為：a0=5xd2]]>式中：d——轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的當(dāng)量直徑；x——初始橢圓形裂紋的短軸半徑，為a0與2倍長軸半徑c0的比值，x＝a0/2c0；第四步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷所在部位的最大應(yīng)力σmaxi；對汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷部位，計(jì)算在無缺陷情況下，在冷態(tài)起動、溫態(tài)起動、熱態(tài)起動、極熱態(tài)起動、110％額定工作轉(zhuǎn)速超速試驗(yàn)和120％額定工作轉(zhuǎn)速超速運(yùn)行共六種瞬態(tài)過程的最大主應(yīng)力，第i種瞬態(tài)工況的最大主應(yīng)力用σ1i表示，第i種瞬態(tài)工況的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷所在部位的最大應(yīng)力σmaxi的計(jì)算公式為：σmaxi＝σ1i+σre式中：σre——轉(zhuǎn)子的殘余應(yīng)力；第五步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的臨界裂紋尺寸aci；第i種瞬態(tài)工況的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的臨界裂紋尺寸aci的計(jì)算公式為：aci=K1C2Mσmaxi2]]>式中：K1C——轉(zhuǎn)子材料的斷裂韌性；σmaxi——第i種瞬態(tài)工況的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷所在部位的最大應(yīng)力；M——與裂紋形狀參數(shù)Q有關(guān)的常數(shù)；對于轉(zhuǎn)子內(nèi)部缺陷，Q=∫0π2(1-c2-a2c2sin2θ)dθ]]>a——橢圓形裂紋短軸半徑；c——橢圓形裂紋長軸半徑；θ——過裂紋周線上任意一點(diǎn)的徑向線與橢圓長軸的夾角；第六步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的裂紋擴(kuò)展壽命Nfi；第i種瞬態(tài)工況的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的裂紋擴(kuò)展壽命Nfi的計(jì)算公式為：Nfi=2(m0-2)C0σmaxim0Mm02[1a0(m0-2)2-1aci(m0-2)2]]]>式中：a0——轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的橢圓形裂紋的初始短軸半徑；C0、m0——轉(zhuǎn)子材料裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)；第七步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的等效熱態(tài)起動次數(shù)nhe汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的等效熱態(tài)起動次數(shù)nhe的計(jì)算公式可表示為：nhe=nc0Nfc+nw0Nfw+nr0Nfr+n110Nf110+n120Nf1201Nfh+nh0]]>式中：nc0——電站用戶要求的冷態(tài)起動次數(shù)；nw0——電站用戶要求的溫態(tài)起動次數(shù)；nh0——電站用戶要求的熱態(tài)起動次數(shù)；nr0——電站用戶要求的極熱態(tài)起動次數(shù)；n110——電站用戶要求的110％超速試驗(yàn)次數(shù)；n120——電站用戶要求的120％超速運(yùn)行次數(shù)；Nfc——冷態(tài)起動過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfw——溫態(tài)起動過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfh——熱態(tài)起動過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfr——極熱態(tài)起動過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nf110——110％超速試驗(yàn)過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nf120——120％超速運(yùn)行過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；第八步：確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的起停壽命判據(jù)值N0；將汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子的等效熱態(tài)啟動次數(shù)nhe與起停壽命次數(shù)N進(jìn)行比較，按照以下方法確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的起停壽命判據(jù)值N0：(1)若nhe＜N次，取N0＝N次；(2)若nhe≥N次，取N0＝nhe次；式中：nhe——等效熱態(tài)啟動次數(shù)；第九步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許裂紋尺寸ai；汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許裂紋尺寸ai的計(jì)算公式為：ai=[2ach(m0-2)2N0C0(m0-2)(σmaxh)m0Mm02ach(m0-2)2+2]2m0-2]]>式中：ach——在熱態(tài)起動的瞬態(tài)過程，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷部位的最大應(yīng)力σmaxh對應(yīng)的臨界裂紋尺寸；σmaxh——在熱態(tài)起動的瞬態(tài)過程，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷部位，在無缺陷情況下的最大應(yīng)力；N0——轉(zhuǎn)子的起停壽命的判據(jù)值；第十步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]；對于汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許裂紋尺寸ai，取安全系數(shù)為n，得出轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]的計(jì)算公式為：[a]=ain]]>式中：ai——轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許裂紋尺寸；第十一步：汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評價與監(jiān)控；將轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的初始短軸半徑a0和允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]進(jìn)行比較：若a0＜[a]，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷是合格的，表明服役到起停壽命N次時轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷不會擴(kuò)展至臨界裂紋尺寸，該轉(zhuǎn)子可以使用；若a0≥[a]，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷是不合格的，應(yīng)予以報(bào)廢。優(yōu)選地，所述第一步的具體方法為，在汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子制造或加工期間，采用超聲波探傷儀確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的所在部位和尺寸。更優(yōu)選地，所述缺陷的所在部位指的是轉(zhuǎn)子缺陷尖端處三個坐標(biāo)的數(shù)值。更優(yōu)選地，所述缺陷的尺寸指的是探傷確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的當(dāng)量直徑d。優(yōu)選地，所述第二步中，對于汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子層狀內(nèi)部制造缺陷，由于探傷方向因素，缺陷的探傷面積有可能小于實(shí)際缺陷面積，工程上計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的面積A0時，把轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的探傷面積擴(kuò)大10倍。優(yōu)選地，所述第四步中，建立汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子軸對稱有限元計(jì)算的力學(xué)模型，采用有限元分析技術(shù)，計(jì)算所述最大主應(yīng)力。優(yōu)選地，還包括第十二步：打印輸出結(jié)果：輸出轉(zhuǎn)子的等效熱態(tài)起動次數(shù)nhe、內(nèi)部制造缺陷的初始短軸半徑a0、轉(zhuǎn)子的起停壽命的判據(jù)值N0、允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]和轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評價與監(jiān)控結(jié)果，應(yīng)用于汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評價和判廢的結(jié)論。本發(fā)明在汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子的制造與加工期間，采用超聲波探傷儀，探傷得出汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的所在部位和缺陷尺寸，保存在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，使用本發(fā)明提供的汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的監(jiān)控方法，根據(jù)電站用戶要求的起動次數(shù)和超速試驗(yàn)次數(shù)，定量評價汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷，判定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷是否合格，確定帶有內(nèi)部制造缺陷的轉(zhuǎn)子是可以使用還是予以報(bào)廢。本發(fā)明提供的裝置及方法實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的裂紋擴(kuò)展壽命的在線計(jì)算和監(jiān)控；如果汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷是合格的，表明該轉(zhuǎn)子可以使用；如果轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷是不合格的，應(yīng)予以報(bào)廢。達(dá)到了在轉(zhuǎn)子的制造與加工階段，定量評價和監(jiān)控汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的技術(shù)效果。附圖說明圖1為本發(fā)明轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷監(jiān)控裝置的方框圖；圖2為本發(fā)明轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷監(jiān)控方法的流程；圖3為本發(fā)明計(jì)算服務(wù)器采用的計(jì)算機(jī)軟件框圖；圖4為某型號核電汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如圖1所示為本發(fā)明汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷監(jiān)控裝置的方框圖，本發(fā)明的汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子制造缺陷的監(jiān)控裝置由超聲波探傷儀1、計(jì)算服務(wù)器2、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3、網(wǎng)頁服務(wù)器4和用戶端瀏覽器5組成，超聲波探傷儀1與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3連接，計(jì)算服務(wù)器2與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3和網(wǎng)頁服務(wù)器4連接，網(wǎng)頁服務(wù)器4分別與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3、計(jì)算服務(wù)器2和用戶端瀏覽器5連接。超聲波探傷儀1用于對轉(zhuǎn)子內(nèi)部進(jìn)行探傷，以確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的所在部位和尺寸。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3用于存貯超聲波探傷儀1所采集的數(shù)據(jù)。計(jì)算服務(wù)器2基于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器3內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)子裂紋擴(kuò)展壽命進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而對轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷進(jìn)行評價與監(jiān)控。用戶端瀏覽器5用于輸出轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評價與監(jiān)控結(jié)果。網(wǎng)頁服務(wù)器4用于管理網(wǎng)頁組件和回應(yīng)用戶端瀏覽器5的請求。如圖2所示為本發(fā)明汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷監(jiān)控方法的流程圖，如圖3所示為本發(fā)明計(jì)算服務(wù)器采用的計(jì)算機(jī)軟件框圖，該軟件安裝在汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的計(jì)算服務(wù)器上，應(yīng)用于汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的計(jì)算與監(jiān)控。對于某型號核電汽輪機(jī)，高壓轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如圖4所示，在該臺核電汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的加工過程中，采用圖1所示的裝置、圖2所示的流程圖和圖3所示的計(jì)算機(jī)軟件，計(jì)算得出該高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評價和監(jiān)控結(jié)果。第一步：探傷確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的當(dāng)量直徑d：在汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子制造或加工期間，采用超聲波探傷儀確定該高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的所在部位B，探傷確定轉(zhuǎn)子部位B有內(nèi)部制造缺陷的當(dāng)量直徑d＝2mm；第二步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的面積A0：對于汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子層狀內(nèi)部制造缺陷，由于探傷方向等因素，缺陷的探傷面積有可能小于實(shí)際缺陷面積，工程上計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的面積A0時，把轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的探傷面積擴(kuò)大10倍，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的面積A0的計(jì)算公式為：A0=10πd24=5πd22=5π×222=10π(mm)2]]>式中：d——轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的當(dāng)量直徑；第三步：確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的橢圓形裂紋的初始短軸半徑a0：把轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷處理為橢圓形裂紋，橢圓形裂紋的初始短軸半徑為a0，橢圓形裂紋的初始長軸半徑c0，給定a0/2c0＝x＝0.1，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的橢圓形裂紋的初始短軸半徑a0的計(jì)算公式為：a0=5xd2=5×0.1×22=1.41mm]]>式中：d——轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的當(dāng)量直徑；x——初始橢圓形裂紋的短軸半徑，為a0與2倍長軸半徑c0的比值，x＝a0/2c0第四步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷所在部位的最大應(yīng)力σmaxi：建立汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子軸對稱有限元計(jì)算的力學(xué)模型，采用有限元分析的現(xiàn)有技術(shù)，對汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷部位，計(jì)算在無缺陷情況下，在冷態(tài)起動、溫態(tài)起動、熱態(tài)起動、極熱態(tài)起動、110％額定工作轉(zhuǎn)速超速試驗(yàn)和120％額定工作轉(zhuǎn)速超速運(yùn)行共六種瞬態(tài)過程的最大主應(yīng)力，第i種瞬態(tài)工況的最大主應(yīng)力用σ1i表示，第i種瞬態(tài)工況的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷所在部位的最大應(yīng)力σmaxi的計(jì)算公式為：σmaxi＝σ1i+σre式中：σre——轉(zhuǎn)子的殘余應(yīng)力；第五步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的臨界裂紋尺寸aci：第i種瞬態(tài)工況的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的臨界裂紋尺寸aci的計(jì)算公式為：aci=K1C2Mσmaxi2]]>式中：σmaxi——第i種瞬態(tài)工況的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷所在部位的最大應(yīng)力；M——與裂紋形狀參數(shù)Q有關(guān)的常數(shù)；對于轉(zhuǎn)子內(nèi)部缺陷，Q=∫0π2(1-c2-a2c2sin2θ)dθ]]>a——橢圓形裂紋短軸半徑；c——橢圓形裂紋長軸半徑；θ——過裂紋周線上任意一點(diǎn)的徑向線與橢圓長軸的夾角；K1C——轉(zhuǎn)子材料的斷裂韌性，第六步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的裂紋擴(kuò)展壽命Nfi：第i種瞬態(tài)工況的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的裂紋擴(kuò)展壽命Nfi(單位：次)的計(jì)算公式為：Nfi=2(m0-2)C0σmaxim0Mm02[1a0(m0-2)2-1aci(m0-2)2]]]>式中：a0——轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的橢圓形裂紋的初始短軸半徑；C0、m0——轉(zhuǎn)子材料裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)，C0＝4.0256×10-11，m0＝2.4762；由于核電汽輪機(jī)沒有極熱態(tài)起動，電站用戶要求的極熱態(tài)起動次數(shù)nr0＝0次。該核電汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子在冷態(tài)起動、溫態(tài)起動、熱態(tài)起動、110％額定工作轉(zhuǎn)速超速試驗(yàn)和120％額定工作轉(zhuǎn)速超速運(yùn)行共五種瞬態(tài)過程的最大應(yīng)力σmaxi、臨界裂紋尺寸aci和裂紋擴(kuò)展壽命Nfi的計(jì)算結(jié)果列于表1；[表1]第七步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的等效熱態(tài)起動次數(shù)nhe：汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的等效熱態(tài)起動次數(shù)nhe(單位：次)的計(jì)算公式可表示為：式中：nc0——電站用戶要求的冷態(tài)起動次數(shù)，nc0＝200次；nw0——電站用戶要求的溫態(tài)起動次數(shù)，nw0＝1000次；nh0——電站用戶要求的熱態(tài)起動次數(shù)，nh0＝4500次；nr0——電站用戶要求的極熱態(tài)起動次數(shù)，nr0＝0次；n110——電站用戶要求的110％超速試驗(yàn)次數(shù)，n110＝30次；n120——電站用戶要求的120％超速運(yùn)行次數(shù)，n120＝2次；Nfc——冷態(tài)起動過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfw——溫態(tài)起動過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfh——熱態(tài)起動過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfr——極熱態(tài)起動過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nf110——110％超速試驗(yàn)過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nf120——120％超速運(yùn)行過程中的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；第八步：確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的起停壽命判據(jù)值N0：將汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子的等效熱態(tài)啟動次數(shù)nhe與起停壽命次數(shù)N＝10000次進(jìn)行比較，按照以下方法確定轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的起停壽命判據(jù)值N0：由于nhe＝6234次＜N＝10000次，故取N0＝10000次；式中：nhe——等效熱態(tài)啟動次數(shù)；第九步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許裂紋尺寸ai：汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許裂紋尺寸ai的計(jì)算公式為：ai=[2ach(m0-2)2N0C0(m0-2)(σmaxh)m0Mm02ach(m0-2)2+2]2m0-2=[2×0.11322(2.4762-2)210000×4.0256×10-11×(2.4762-2)×(158.27)2.4762×2.8562.47622×0.11322(2.4762-2)2+2]22.4762-2=89.19(mm)]]>式中：ach——在熱態(tài)起動的瞬態(tài)過程，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷部位的最大主應(yīng)力σmaxh對應(yīng)的臨界裂紋尺寸；σmaxh——在熱態(tài)起動的瞬態(tài)過程，轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷部位，在無缺陷情況下的最大主應(yīng)力；N0——轉(zhuǎn)子的起停壽命的判據(jù)值；第十步：計(jì)算轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]：對于汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許裂紋尺寸ai，取安全系數(shù)n＝2，得出轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]的計(jì)算公式為：[a]=ain=89.192=44.60(mm)]]>式中：ai——轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的允許裂紋尺寸；第十一步：汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評價與監(jiān)控：將轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的初始短軸半徑a0和允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]進(jìn)行比較：由于a0＝1.41(mm)＜[a]＝44.60(mm)，故轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷是合格的，表明服役到起停壽命10000次，該核電汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷不會擴(kuò)展至臨界裂紋尺寸，該轉(zhuǎn)子可以使用；第十二步：打印輸出結(jié)果：輸出轉(zhuǎn)子的等效熱態(tài)起動次數(shù)nhe＝6232次、內(nèi)部制造缺陷的初始短軸半徑a0＝1.41mm、轉(zhuǎn)子的起停壽命判據(jù)值N0＝10000次、允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]＝44.60mm和轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的評價與監(jiān)控結(jié)果是該高壓轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷是合格的，該高壓轉(zhuǎn)子可以使用。按照傳統(tǒng)的方法，該臺核電汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子部位B探傷發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子有當(dāng)量直徑為2mm的內(nèi)部制造缺陷，應(yīng)當(dāng)報(bào)廢。采用本發(fā)明提供的汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)子內(nèi)部制造缺陷的監(jiān)控方法，鑒于內(nèi)部制造缺陷所在部位B的應(yīng)力不大，定量計(jì)算出該臺核電汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的部位B有內(nèi)部制造缺陷部位的允許初始裂紋尺寸判據(jù)值[a]＝44.60mm，該轉(zhuǎn)子部位B的內(nèi)部制造缺陷是合格的，表明該轉(zhuǎn)子可以使用，為該臺核電汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子的安全運(yùn)行提供了依據(jù)。當(dāng)前第1頁1 2 3