[发明专利]汽轮机高温部件的剩余寿命预测方法

权利要求书

1.一种汽轮机高温部件发现缺陷后的剩余寿命预测方法，其特征在于包括以下步骤：

一、获得汽轮机高温部件材料的各种材料特性；

二、对汽轮机高温部件进行无损探伤，确定裂纹的准确位置和尺寸大小；

三、对探测到的裂纹尺寸乘上一个安全系数2，然后根据等面积的方法将裂纹规则化为椭圆型裂纹，根据椭圆长短轴比a/c的值得到部件的初始裂纹尺寸a；

四、对于多个裂纹，根据裂纹长度a与裂纹间距W的比值a/W，按照以下标准判断是否干涉、合并：

1)当a/W＜0.2，不考虑裂纹间的干涉，计算断裂参量时按单个裂纹处理；

2)当0.2≤a/W≤0.9，考虑裂纹间的干涉，计算断裂参量时乘以相应的干涉系数；

3)当a/W＞0.9，两个裂纹合并为一个大的裂纹，计算断裂参量时按合并后的裂纹处理。

五、建立所测部件的三维有限元模型，并根据实际工况和温度场添加边界条件和相应的载荷，进行数值模拟分析，得到汽轮机高温部件的应力分布，根据得到的最大应力σ_max，以及步骤一得到的材料的断裂韧性K_IC，通过以下公式得到其临界裂纹尺寸a_c：

ac=(KICYσmax)2Qπ]]>

式中：Y表示裂纹的几何修正参数，Q表示考虑屈服区域内应力松弛后的裂纹形状参数。

六、建立汽轮机高温部件剩余寿命预测的数学模型，裂纹扩展增量表示为：

da/dN=C0(ΔK)n0+B[(Ct)avg]qth]]>

经过多次叠代分析，当计算裂纹长度a等于或超过临界裂纹尺寸a_c时，所对应的循环次数N即为剩余寿命(按照启停次数计)，然后用循环次数与保载时间的关系得到该转子的剩余寿命：

剩余寿命＝循环次数×保载时间

在所有裂纹缺陷分析得到的剩余寿命结果中，对应于循环次数与保载时间的乘积最小值就是该转子的实际寿命。

2.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤一中所述材料性能包括：常温下的疲劳裂纹扩展常数C₀、裂纹扩展指数n₀，在工作温度下的蠕变裂纹扩展系数B、扩展指数q，断裂韧性K_IC。

3.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤二中所述无损探伤检测方法为超声磁粉探伤检测。

4.根据权利要求1所述的预测方法，其特征在于：步骤三中，对表面裂纹进行规则化时，通过测量缺陷的表面长度和深度确定椭圆率a/c；在处理内部缺陷时，取椭圆率a/c＝0.4对缺陷进行椭圆规则化。

5.根据权利要求1的汽轮机高温部件剩余寿命预测方法，其特征在于：在所述的多裂纹间干涉与连通步骤中，多裂纹间连通原则是基于J积分判据。

6.根据权利要求1的汽轮机高温部件剩余寿命预测方法，其特征在于：在所述的数学建模步骤中，采用疲劳对裂纹扩展贡献与蠕变对裂纹扩展贡献直接叠加，并计入保载时间内疲劳对蠕变的影响。