CN102505969B - 汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控装置及方法,所述的方法,具体步骤为:探伤确定汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹尺寸;计算裂纹所在部位的最大主应力、临界裂纹尺寸、裂纹扩展寿命、外表面裂纹扩展寿命累积损耗、外表面裂纹扩展剩余寿命、内表面裂纹扩展累积寿命损耗、内表面裂纹扩展剩余寿命;控制汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命;打印输出结果。本发明实现了汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命的在线计算和定期监控;如果汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹扩展剩余寿命偏短时,通过及时安排计划大修(A级检修)来合理使用汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹扩展剩余寿命,达到了定期监控汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控装置及方法,属于汽轮机技术领域。
背景技术
汽轮机的阀壳与汽缸的特点是尺寸大,汽轮机启动、停机和超速试验过程在阀壳与汽缸中产生大的主应力。在汽轮机的阀壳与汽缸铸造与加工过程中产生的探伤检查不能发现裂纹,汽轮机运行过程中在阀壳与汽缸的主应力的作用下,将有可能扩展为探伤检查可见裂纹。在汽轮机运行过程阀壳与汽缸大的主应力的作用下,阀壳与汽缸探伤检查可见裂纹不断扩展。当汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹扩展至阀壳与汽缸存在裂纹部位的临界裂纹尺寸时,汽轮机的阀壳与汽缸就有可能发生脆性断裂,导致汽轮机损坏事故。现有的汽轮机的阀壳与汽缸寿命监控技术,给出了汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹萌生寿命的监控方法,而在役汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹扩展寿命的监控,还没有合适的装置与方法可供使用。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控装置及方法,实现汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的定期监控。
为了实现以上目的,本发明提供了一种汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控装置,其特征在于,由超声波探伤仪、计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器组成,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。
本发明还提供了上述装置所采用的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控方法,其特征在于,采用C语言编写汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的计算机软件,运行在计算服务器上,应用于汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控,具体步骤为:
第一步:探伤确定汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹尺寸:
在汽轮机开缸的检修期间,采用超声波探伤仪确定裂纹的所在部位和裂纹尺寸,裂纹所在部位指的是阀壳与汽缸的椭圆形裂纹中心位置的三个坐标数值,裂纹尺寸指的是阀壳与汽缸的外表面和内表面的椭圆形裂纹的短轴半径a和长轴半径c;
第二步:计算裂纹所在部位的最大主应力:
对于内表面裂纹,计算滑参数停机、正常停机和事故停机共三种瞬态工况的最大主应力,分别用σ1s、σ1n和σ1e表示,对于外表面裂纹,计算冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动共四种瞬态工况的最大主应力,分别用符号σ1c、σ1w、σ1h和σ1r表示;
第三步:计算汽轮机的阀壳与汽缸的临界裂纹尺寸:
汽轮机的阀壳与汽缸第i种瞬态工况的临界裂纹尺寸aci的计算公式为:
式中:
σ1i——第i种瞬态工况的最大主应力,
a——椭圆形裂纹短轴半径;
M——与裂纹形状参数Q有关的常数,
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;
第四步:计算汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命:
第i种瞬态工况的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命Nfi的计算公式为:
式中:
C0、m0——阀壳与汽缸材料裂纹扩展试验常数;
若为外表面裂纹,进入第五步,若为内表面裂纹,进入第七步;
第五步:计算汽轮机阀壳与汽缸外表面裂纹扩展寿命累积损耗:
在汽轮机的启动过程中,最大主应力出现在阀壳与汽缸外表面,汽轮机的阀壳与汽缸外表面裂纹扩展寿命累积损耗Ef1的计算公式为:
式中:
nc——实际运行的冷态启动次数
nw——实际运行的温态启动次数
nh——实际运行的热态启动次数
nr——实际运行的极热态启动次数
Nfc——冷态启动过程中裂纹扩展寿命
Nfw——温态启动过程中裂纹扩展寿命
Nfh——热态启动过程中裂纹扩展寿命
Nfr——极热态启动过程中裂纹扩展寿命
第六步:计算汽轮机的阀壳与汽缸外表面裂纹扩展剩余寿命:
汽轮机的阀壳与汽缸外表面裂纹扩展剩余寿命RL1的计算公式为:
式中:
m——发现裂纹至今的日历年数;
直接进入第九步;
第七步:计算汽轮机的阀壳与汽缸内表面裂纹扩展累积寿命损耗;
在汽轮机停机过程中,最大主应力出现在阀壳与汽缸内表面,汽轮机的阀壳与汽缸内表面裂纹扩展累积寿命损耗Ef2的计算公式为:
式中:
ns——实际运行的滑参数停机次数
nn——实际运行的正常停机次数
ne——实际运行的事故停机次数
Nfe——滑参数停机过程中裂纹扩展寿命
Nfn——正常停机过程中裂纹扩展寿命
Nfe——事故停机过程中裂纹扩展寿命
第八步:计算汽轮机阀壳与汽缸内表面裂纹扩展剩余寿命
汽轮阀壳与汽缸内表面裂纹扩展剩余寿命RL2的计算公式为:
式中:
ey2——内表面年均裂纹扩展寿命损耗,
m——发现裂纹至今的日历年数;
第九步:控制汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命:
若汽轮机的阀壳与汽缸的外表面裂纹扩展剩余日历寿命RL1或内表面裂纹扩展剩余日历寿命RL2<4年,在年内安排计划大修(A级检修),根据探伤结果予以检修或更换;若4年≤RL1或RL2<8年,在1年后但在4年内安排计划大修(A级检修),根据探伤结果予以检修或更换;若8年≤RL1或RL2<16年,在下一次计划大修(A级检修)中,予以详细的探伤检查;若RL1或RL2≥16年,按照《发电企业设备检修导则》(DL/T838)安排汽轮机的计划大修(A级检修)周期和计划大修项目;
第十步:打印输出结果
输出汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命的计算结果与控制措施,应用于汽轮机的优化检修。
优选地,所述第二步的具体步骤为:建立汽轮机的阀壳与汽缸的三维有限元计算的力学模型,采用现有有限元分析技术,对于内表面裂纹,计算滑参数停机、正常停机和事故停机共三种瞬态工况的最大主应力,对于外表面裂纹,计算冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动共四种瞬态工况的最大主应力。
本发明具有以下特点:在汽轮机的服役期间,在汽轮机的阀壳与汽缸计划大修期间,采用超声波探伤仪检查,探伤得出汽轮机的阀壳与汽缸的内表面裂纹和外表面裂纹的所在部位和裂纹尺寸,保存在数据库服务器,使用本发明提供的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控方法,根据每月不同的启动和停机次数,定量评定汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹扩展剩余寿命,为汽轮机的阀壳与汽缸的安全运行和优化检修提供了依据。
本发明的优点是实现了汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命的在线计算和定期监控;如果汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹扩展剩余寿命偏短时,通过及时安排计划大修(A级检修)来合理使用汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹扩展剩余寿命,达到了定期监控汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命的技术效果。
附图说明
图1为本发明汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命监控装置的方框图;
图2为本发明汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命监控方法的流程图;
图3为本发明计算服务器采用的计算机软件框图;
图4为某型号300MW汽轮机高压主汽调节阀阀壳结构的示意图;
图5为某型号300MW汽轮机高压内缸结构的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例来具体说明本发明。
如图1所示,汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命监控装置的方框图,本发明的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命装置由超声波探伤仪1、计算服务器2、数据库服务器3、网页服务器4和用户端浏览器5组成,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。
如图2所示,本发明汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命监控方法的流程图,如图3所示,本发明计算服务器采用的计算机软件框图,该软件安装在汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的计算服务器上,应用于汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的计算与控制。
实施例1
某型号300MW汽轮机的高压主汽调节阀阀壳的结构如图4所示,在该台300MW汽轮机的服役期间,采用图1所示的装置、图2所示的流程图和图3所示的计算机软件,计算得出该高压主汽调节阀阀壳裂纹扩展寿命的计算结果。
第一步:在汽轮机开缸的检修期间,采用超声波探伤仪确定裂纹的所在部位和裂纹尺寸,测得该台300MW汽轮机高压主汽阀调节阀壳内表面部位B有一椭圆形裂纹,其短轴半径为a=2mm,c=10mm;
第二步:建立汽轮机的阀壳与汽缸的三维有限元计算的力学模型;采用现有有限元分析技术,对于内表面裂纹,计算滑参数停机、正常停机和事故停机共三种瞬态工况的最大主应力,分别用σ1s、σ1n和σ1e表示;
第三步:计算汽轮机的阀壳与汽缸的临界裂纹尺寸:
汽轮机的阀壳与汽缸第i种瞬态工况的临界裂纹尺寸aci的计算公式为:
式中:
σ1i——第i种瞬态工况的最大主应力,
a——椭圆形裂纹短轴半径;
M——与裂纹形状参数Q有关的常数,
对于表面裂纹,
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;
第四步:计算汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命:
第i种瞬态工况的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命Nfi的计算公式为:
式中:
C0、m0——阀壳与汽缸材料裂纹扩展试验常数,C0=10-10、m0=3.5;
该台300MW汽轮机高压主汽阀调节阀壳内表面部位B对应不同的工况的最大主应力σ1i、临界裂纹尺寸aci和裂纹扩展寿命Nfi计算结果列于表1;
[表1]
第七步:该台汽轮机从1995年4月投运至2008年10月,该台汽轮机的阀壳发现裂纹至今已服役m=13.5年,实际运行的滑参数停机次数ns=21,实际运行的正常停机次数nn=49;实际运行的事故停机次数ne=17,该台300MW汽轮机高压主汽阀调节阀壳内表面部位B的裂纹扩展寿命累积损耗Ef2的计算结果为:
第九步和第十步:该台300MW汽轮机的高压主汽阀调节阀壳内表面部位B裂纹扩展剩余寿命的计算结果8年<RL2=14.4年<16年,推荐的控制措施为:建议在下次计划大修(A级检修)中,予以详细的探伤检查。
实施例2
某型号300MW汽轮机的高压内汽缸的结构如图5所示,在该台300MW汽轮机的服役期间,采用图1所示的装置、图2所示的流程图和图3所示的计算机软件,计算得出该高压内汽缸裂纹扩展寿命的计算结果。
第一步:在汽轮机开缸的检修期间,采用超声波探伤仪确定裂纹的所在部位和裂纹尺寸,采用超声波探伤仪测得该台300MW汽轮机高压内汽缸的外表面部位C有一椭圆形裂纹,其短轴半径为a=2mm,c=10mm;
第二步:建立汽轮机的阀壳与汽缸的三维有限元计算的力学模型;采用现有有限元分析技术,对于外表面裂纹,计算冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动共四种瞬态工况的最大主应力,分别用符号σ1c、σ1w、σ1h和σ1r表示;
第三步:计算汽轮机的阀壳与汽缸的临界裂纹尺寸:
汽轮机的阀壳与汽缸第i种瞬态工况的临界裂纹尺寸aci的计算公式为:
式中:
σ1i——第i种瞬态工况的最大主应力,
a——椭圆形裂纹短轴半径;
M——与裂纹形状参数Q有关的常数,
对于表面裂纹,
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;
第四步:计算汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命:
第i种瞬态工况的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命Nfi的计算公式为:
式中:
C0、m0——阀壳与汽缸材料裂纹扩展试验常数,C0=10-10、m0=3.5;
该台300MW汽轮机的高压内汽缸外表面部位C对应不同的工况的最大主应力σ1i、临界裂纹尺寸aci和裂纹扩展寿命Nfi计算结果列于表2;
[表2]
第五步:该台汽轮机从1995年4月投运至2008年10月,实际运行的冷态启动次数nc=21,实际运行的温态启动次数nw=14;实际运行的热态启动次数nh=35,实际运行的热态启动次数nr=17,该台300MW汽轮机的高压内汽缸外表面部位C的裂纹扩展寿命累积损耗Ef2的计算结果为:
第九步和第十步:该台300MW汽轮机的高压内汽缸外表面部位C裂纹扩展剩余寿命的计算结果RL1≥16年,推荐的控制措施为:建议按照《发电企业设备检修导则》(DL/T838)安排汽轮机的计划大修(A级检修)周期和计划大修项目。
采用本发明提供的汽轮机阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控装置及方法,定量计算出该型号300MW汽轮机的高压主汽阀调节阀壳与高压内汽缸的裂纹扩展寿命并推荐出控制措施,根据该阀壳与汽缸的裂纹扩展寿命来安排计划大修(A级检修),为该型号300MW汽轮机高压主汽阀调节阀壳与高压内汽缸的安全运行和优化检修提供了依据。
Claims (2)
1.一种汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控方法,采用一种汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控装置,所述的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控装置由超声波探伤仪、计算服务器、数据库服务器、网页服务器和用户端浏览器组成,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,其特征在于,采用C语言编写汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的计算机软件,运行在计算服务器上,应用于汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控,具体步骤为:
第一步:探伤确定汽轮机的阀壳与汽缸的裂纹尺寸:
在汽轮机开缸的检修期间,采用超声波探伤仪确定裂纹的所在部位和裂纹尺寸,裂纹尺寸指的是阀壳与汽缸的外表面和内表面的椭圆形裂纹的短轴半径a和长轴半径c;
第二步:计算裂纹所在部位的最大主应力:
对于内表面裂纹,计算滑参数停机、正常停机和事故停机共三种瞬态工况的最大主应力,分别用σ1s、σ1n和σ1e表示,对于外表面裂纹,计算冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动共四种瞬态工况的最大主应力,分别用符号σ1c、σ1w、σ1h和σ1r表示;
第三步:计算汽轮机的阀壳与汽缸的临界裂纹尺寸:
汽轮机的阀壳与汽缸第i种瞬态工况的临界裂纹尺寸aci的计算公式为:
式中:
σ1i——第i种瞬态工况的最大主应力,
a——椭圆形裂纹短轴半径;
M——与裂纹形状参数Q有关的常数,
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;
第四步:计算汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命:
第i种瞬态工况的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命Nfi的计算公式为:
式中:
C0、m0——阀壳与汽缸材料裂纹扩展试验常数;
若为外表面裂纹,进入第五步,若为内表面裂纹,进入第七步;
第五步:计算汽轮机阀壳与汽缸外表面裂纹扩展寿命累积损耗:
在汽轮机的启动过程中,最大主应力出现在阀壳与汽缸外表面,汽轮机的阀壳与汽缸外表面裂纹扩展寿命累积损耗Ef1的计算公式为:
式中:
nc——实际运行的冷态启动次数
nw——实际运行的温态启动次数
nh——实际运行的热态启动次数
nr——实际运行的极热态启动次数
Nfc——冷态启动过程中裂纹扩展寿命
Nfw——温态启动过程中裂纹扩展寿命
Nfh——热态启动过程中裂纹扩展寿命
Nfr——极热态启动过程中裂纹扩展寿命
第六步:计算汽轮机的阀壳与汽缸外表面裂纹扩展剩余寿命:
汽轮机的阀壳与汽缸外表面裂纹扩展剩余寿命RL1的计算公式为:
式中:
m——发现裂纹至今的日历年数;
直接进入第九步;
第七步:计算汽轮机的阀壳与汽缸内表面裂纹扩展累积寿命损耗;
在汽轮机停机过程中,最大主应力出现在阀壳与汽缸内表面,汽轮机的阀壳与汽缸内表面裂纹扩展累积寿命损耗Ef2的计算公式为:
式中:
ns——实际运行的滑参数停机次数
nn——实际运行的正常停机次数
ne——实际运行的事故停机次数
Nfe——滑参数停机过程中裂纹扩展寿命
Nfn——正常停机过程中裂纹扩展寿命
Nfe——事故停机过程中裂纹扩展寿命
第八步:计算汽轮机阀壳与汽缸内表面裂纹扩展剩余寿命
汽轮阀壳与汽缸内表面裂纹扩展剩余寿命RL2的计算公式为:
式中:
m——发现裂纹至今的日历年数;
第九步:控制汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命:
若汽轮机的阀壳与汽缸的外表面裂纹扩展剩余日历寿命RL1或内表面裂纹扩展剩余日历寿命RL2<4年,在年内安排计划大修,根据探伤结果予以检修或更换;若4年≤RL1或RL2<8年,在1年后但在4年内安排计划大修,根据探伤结果予以检修或更换;若8年≤RL1或RL2<16年,在下一次计划大修中,予以详细的探伤检查;若RL1或RL2≥16年,按照《发电企业设备检修导则》安排汽轮机的计划大修周期和计划大修项目;
第十步:打印输出结果
输出汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展剩余寿命的计算结果与控制措施,应用于汽轮机的优化检修。
2.如权利要求1所述的汽轮机的阀壳与汽缸裂纹扩展寿命的监控方法,其特征在于,所述第二步的具体步骤为:建立汽轮机的阀壳与汽缸的三维有限元计算的力学模型;采用现有有限元分析技术,对于内表面裂纹,计算滑参数停机、正常停机和事故停机共三种瞬态工况的最大主应力,对于外表面裂纹,计算冷态启动、温态启动、热态启动、极热态启动共四种瞬态工况的最大主应力。
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