基于线性累积损伤的汽轮机转子疲劳寿命评估与预测研究

发布时间：2024-12-15 21:24

　　汽轮机机组在启停或调峰运行过程当中,转子主要承受的力是交变应力。汽轮机机组在经过一定周期的循环工作后,转子表面将产生低周疲劳裂纹,与此同时,当转子长时间处于额定工况下运行时,将受到恒定的应力作用,转子材料将会发生蠕变损伤,从而导致转子裂纹的产生。裂纹在低周疲劳与蠕变损伤的交互作用下将随着机组的运行而不断扩展,直至断裂。并将对汽轮机的服役造成严重后果。因此,汽轮机转子进行寿命损伤预测对机组的安全、稳定运行有着重大意义。本文以某国产135MW汽轮机高中压转子在冷态滑参数启动状态作为研究对象,运用有限元软件ANSYS模拟机组启动过程中的温度场和应力场,运用Miner线性累积损伤法和Manson-Coffin公式对转子进行低周疲劳寿命预测,并考虑转子稳态运行时的蠕变损伤,运用线性累积法求出转子蠕变致断时间。本文研究工作如下所示:(1)以冷态滑参数启动为主要研究工况,制定了汽轮机机组冷态启动方案。分析汽轮机转子在运行过程中有可能产生的疲劳失效形式,并研究了低周疲劳寿命损耗和寿命预测方法。(2)建立汽轮机转子有限元模型。本文使用Solidworks三维有限元软件建立汽轮机转子三维全尺寸模型,转子在运...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国内研究现状
        1.2.2 国外研究现状
    1.3 目前存在的问题
    1.4 研究内容
    1.5 研究方法
    1.6 技术路线
    1.7 本文创新点
第2章 有限元理论基础
    2.1 有限元法理论
    2.2 转子温度场数学模型
    2.3 转子应力场数学模型
    2.4 汽轮机转子启动过程中应力分析求解方法
    2.5 本章小结
第3章 汽轮机转子温度场和应力场计算前处理
    3.1 汽轮机转子几何模型处理
        3.1.1 汽轮机组成及参数介绍
        3.1.2 汽轮机转子几何模型结构特征简化
    3.2 汽轮机机组启动方案的制定
    3.3 转子有限元模型的建立
        3.3.1 汽轮机叶片离心力的等效转换
        3.3.2 有限元网格的划分
        3.3.3 转子材料属性的确定
    3.4 转子边界条件的确定
        3.4.1 热边界条件的确定
        3.4.2 计算转子各级蒸汽参数的方法
        3.4.3 计算放热系数的基本公式
        3.4.4 转子各级温度的计算分析
        3.4.5 转子各级放热系数的计算分析
    3.5 本章小结
第4章 汽轮机转子温度场和应力场的计算与分析
    4.1 转子温度场和应力场的计算
    4.2 转子温度场的计算结果分析
        4.2.1 初始温度场的计算
        4.2.2 瞬态温度场的计算
        4.2.3 转子温度场结果分析
    4.3 转子应力场计算
        4.3.1 施加载荷
        4.3.2 转子应力场的计算
        4.3.3 转子应力场的结果分析
    4.4 本章小结
第5章 135MW汽轮机转子寿命损耗评估与预测
    5.1 汽轮机转子低周疲劳失效分析
        5.1.1 疲劳失效的特征
        5.1.2 转子裂纹形成的机理
        5.1.3 影响低周疲劳因素
        5.1.4 疲劳特性实验曲线
    5.2 转子蠕变疲劳寿命分析
        5.2.1 转子蠕变机理
        5.2.2 高温蠕变疲劳寿命估算方法
    5.3 转子低周疲劳寿命、损伤分析
        5.3.1 线性累积损伤模型
        5.3.2 135MW汽轮机转子低周疲劳寿命预测
    5.4 转子的蠕变损伤计算与分析
    5.5 蠕变与疲劳交互作用下的寿命损耗
    5.6 蠕变与低周疲劳交互作用下寿命损耗预测
    5.7 汽轮机的寿命管理
    5.8 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：4016487