本發(fā)明涉及一種汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)控方法及系統(tǒng)，屬于汽輪機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在汽輪機(jī)的起動(dòng)與負(fù)荷變動(dòng)的瞬態(tài)工況，由于力載荷和熱載荷引起的低周疲勞作用，導(dǎo)致汽輪機(jī)部件內(nèi)部以及汽缸與閥殼外表面的裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展。在汽輪機(jī)帶負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行過程中，由于工作溫度與力載荷引起的蠕變作用，導(dǎo)致汽輪機(jī)部件的裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展。高溫區(qū)工作的汽輪機(jī)部件，在汽輪機(jī)的使用過程中，在低周疲勞與蠕變作用下，發(fā)生裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“一種單臺(tái)汽輪機(jī)關(guān)鍵部件低周疲勞壽命管理系統(tǒng)及管理方法”，申請(qǐng)?zhí)?00710172074.3，管理汽輪機(jī)關(guān)鍵部件的低周疲勞裂紋萌生壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“一種汽輪機(jī)高溫部件低蠕變壽命預(yù)測方法及系統(tǒng)”，申請(qǐng)?zhí)?00710039899.8，預(yù)測汽輪機(jī)高溫部件的蠕變裂紋萌生壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“汽輪機(jī)的閥殼與汽缸裂紋擴(kuò)展壽命的監(jiān)控裝置與方法”，申請(qǐng)?zhí)?01110413911.3，監(jiān)控汽輪機(jī)的閥殼與汽缸的低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部裂紋的監(jiān)控裝置及方法”，申請(qǐng)?zhí)?01110413914.7，監(jiān)控汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“汽輪機(jī)耐用部件剩余壽命在線監(jiān)視與控制裝置及方法”，監(jiān)控汽輪機(jī)耐用部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生壽命。申請(qǐng)人已經(jīng)申請(qǐng)發(fā)明專利“一種汽輪機(jī)高溫耐用件日歷壽命在線評(píng)定及方法”，申請(qǐng)?zhí)枮?00610030243.5，評(píng)定和預(yù)測輪機(jī)耐用部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生的日歷壽命。公開文獻(xiàn)報(bào)道的汽輪機(jī)部件裂紋萌生壽命與裂紋擴(kuò)展壽命的壽命管理、壽命預(yù)測和壽命監(jiān)控方法，還沒有汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展的日歷總壽命的監(jiān)控方法。在高溫區(qū)工作的汽輪機(jī)部件，在汽輪機(jī)的運(yùn)行過程中，起動(dòng)與負(fù)荷變動(dòng)的瞬態(tài)工況和帶負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行工況交替出現(xiàn)，汽輪機(jī)部件交替發(fā)生低周疲勞與蠕變損傷。在汽輪機(jī)的使用階段，汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展的日歷總壽命的監(jiān)控，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)問題是如何實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展的日歷總壽命的監(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)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)控方法，其特征在于，該方法由以下步驟組成：第一步、獲得汽輪機(jī)部件材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)；第二步、獲得汽輪機(jī)部件的裂紋萌生壽命和應(yīng)力，包括：汽輪機(jī)部件的冷態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命Nc、溫態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命Nw、熱態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命Nh、極熱態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命Nr、75％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)低周疲勞裂紋萌生壽命N1、50％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)低周疲勞裂紋萌生壽命N2、蠕變裂紋萌生壽命τR、部件幾何形狀修正系數(shù)F的計(jì)算結(jié)果，以及冷態(tài)起動(dòng)、溫態(tài)起動(dòng)、熱態(tài)起動(dòng)、極熱態(tài)起動(dòng)、75％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)、50％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)的瞬態(tài)工況的最大主應(yīng)力σ1i、額定負(fù)荷工況的穩(wěn)定蠕變應(yīng)力σc；第三步、計(jì)算汽輪機(jī)部件低周疲勞裂紋擴(kuò)展的臨界裂紋尺寸acL：汽輪機(jī)部件低周疲勞裂紋擴(kuò)展的臨界裂紋尺寸acL的計(jì)算公式為：式中：F——部件幾何形狀修正系數(shù)；σ1i——第i個(gè)瞬態(tài)工況的低周疲勞裂紋擴(kuò)展的最大主應(yīng)力；第四步、計(jì)算汽輪機(jī)部件的低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命Nfi：汽輪機(jī)部件裂紋從初始裂紋0.0001m擴(kuò)展到臨界裂紋尺寸acL的低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命Nfi的計(jì)算公式為：式中：acL——部件低周疲勞裂紋擴(kuò)展的臨界裂紋尺寸；C0、m0——部件材料低周疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)；F——部件幾何形狀修正系數(shù)；σ1i——第i個(gè)瞬態(tài)工況的低周疲勞裂紋擴(kuò)展的最大主應(yīng)力；第五步、計(jì)算汽輪機(jī)部件蠕變裂紋擴(kuò)展的臨界裂紋尺寸acp：汽輪機(jī)部件蠕變裂紋擴(kuò)展的臨界裂紋尺寸acp的計(jì)算公式為：式中：σc——額定負(fù)荷工況的穩(wěn)定蠕變應(yīng)力；第六步、計(jì)算汽輪機(jī)部件蠕變斷裂參量A：汽輪機(jī)部件蠕變斷裂斷裂參量A的計(jì)算公式為：式中：B和n——材料蠕變參數(shù)；第七步、計(jì)算汽輪機(jī)部件的蠕變裂紋擴(kuò)展壽命τcp：汽輪機(jī)部件裂紋從初始裂紋0.1mm擴(kuò)展到臨界裂紋尺寸acp的蠕變裂紋擴(kuò)展壽命τcp的計(jì)算公式為：式中：A——部件蠕變斷裂參量；C4、m4——部件材料蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)；第八步、計(jì)算汽輪機(jī)部件的年均低周疲勞與蠕變裂紋萌生壽命損耗ey1：汽輪機(jī)部件的年均低周疲勞與蠕變裂紋萌生壽命累積損耗ey1的計(jì)算公式為：式中：yc——年均冷態(tài)起動(dòng)次數(shù)；yw——年均溫態(tài)起動(dòng)次數(shù)；yh——年均熱態(tài)起動(dòng)次數(shù)；yr——年均極熱態(tài)起動(dòng)次數(shù)；y1——年均75％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)次數(shù)；y2——年均50％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)次數(shù)；Nc——冷態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命；Nw——溫態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命；Nh——熱態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命；Nr——極熱態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命；N1——75％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)低周疲勞裂紋萌生壽命；N2——50％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)低周疲勞裂紋萌生壽命；ty——年均運(yùn)行小時(shí)數(shù)；τR——蠕變裂紋萌生壽命；第九步、計(jì)算汽輪機(jī)部件的低周疲勞與蠕變裂紋萌生日歷壽命τCL1：汽輪機(jī)部件的的低周疲勞與蠕變裂紋萌生日歷壽命τCL1的計(jì)算公式為：第十步、計(jì)算汽輪機(jī)部件的年均低周疲勞與蠕變裂紋擴(kuò)展壽命損耗ey2：汽輪機(jī)部件的年均低周疲勞與蠕變裂紋擴(kuò)展壽命累積損耗ey2的計(jì)算公式為：式中：Nfc——冷態(tài)起動(dòng)低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfw——溫態(tài)起動(dòng)低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfh——熱態(tài)起動(dòng)低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfr——極熱態(tài)起動(dòng)低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nfl——75％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；Nf2——50％額定負(fù)荷的負(fù)荷變動(dòng)低周疲勞裂紋擴(kuò)展壽命；τcp——部件的蠕變裂紋擴(kuò)展壽命；第十一步、計(jì)算汽輪機(jī)部件的低周疲勞與蠕變裂紋擴(kuò)展日歷壽命τCL2：汽輪機(jī)部件的低周疲勞與蠕變裂紋擴(kuò)展日歷壽命τCL2的計(jì)算公式為：第十二步、計(jì)算汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命τCLt：汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命τCLt的計(jì)算公式為：τCLt＝τCL1+τCL2(10)第十三步、確定汽輪機(jī)部件日歷總壽命的判據(jù)值τ0：第十四步、在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)控：在汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)和使用階段，對(duì)于汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下裂紋萌生與裂紋擴(kuò)展的日歷總壽命進(jìn)行優(yōu)化控制：(1)若τCLt≥τ0，原方案汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控合格，表明汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命處于受控狀態(tài)，汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控結(jié)束；(2)若τCLt＜τ0，原方案汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控不合格，表明需要對(duì)汽輪機(jī)部件的年均運(yùn)行小時(shí)數(shù)、年均起動(dòng)次數(shù)與年均負(fù)荷變動(dòng)次數(shù)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并減少年均運(yùn)行小時(shí)數(shù)、年均起動(dòng)次數(shù)與年均負(fù)荷變動(dòng)次數(shù)，重新執(zhí)行第八步至第十三步，直到τCLt≥τ0為止，汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控結(jié)束。優(yōu)選地，所述第一步中，汽輪機(jī)部件的材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)包括材料斷裂韌性KIC、材料低周疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)C0與m0、材料蠕變參數(shù)B和n、材料蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)C4與m4。優(yōu)選地，所述第十三步中，通常對(duì)于火電站汽輪機(jī)τ0＝30年，對(duì)于核電站汽輪機(jī)τ0＝60年。本發(fā)明還提供了一種汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)控系統(tǒng)，采用上述的汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)控方法，其特征在于：包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、計(jì)算服務(wù)器、網(wǎng)頁服務(wù)器和用戶端瀏覽器，將汽輪機(jī)部件材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)及汽輪機(jī)部件的裂紋萌生壽命和應(yīng)力數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連接計(jì)算服務(wù)器，計(jì)算服務(wù)器根據(jù)設(shè)定的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算服務(wù)器連接超網(wǎng)頁服務(wù)器，網(wǎng)頁服務(wù)器連接用戶端瀏覽器，通過用戶端瀏覽器顯示汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控的計(jì)算結(jié)果和優(yōu)化控制措施。本發(fā)明提供的汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控方法與系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的定量評(píng)定和監(jiān)控。在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和使用階段，如果部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命的監(jiān)控不合格，通過減少汽輪機(jī)的減少年均運(yùn)行小時(shí)數(shù)、年均起動(dòng)次數(shù)與年均負(fù)荷變動(dòng)次數(shù)，使汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命處于受控狀態(tài)，達(dá)到了控制汽輪機(jī)部件日歷總壽命的技術(shù)效果，為汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸的定壽延壽和安全運(yùn)行提供了技術(shù)依據(jù)。附圖說明圖1為本發(fā)明汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控系統(tǒng)的方框圖；圖2為本發(fā)明汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控方法的流程圖；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(hào)600MW汽輪機(jī)高壓內(nèi)缸結(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(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如圖1所示，本發(fā)明汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控系統(tǒng)的方框圖，所述的汽輪機(jī)部件在低周疲勞與蠕變作用下日歷總壽命監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫服務(wù)器1、計(jì)算服務(wù)器2、網(wǎng)頁服務(wù)器3和用戶端瀏覽器4，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器1連接計(jì)算服務(wù)器2，計(jì)算服務(wù)器2連接網(wǎng)頁服務(wù)器3，網(wǎng)頁服務(wù)器3連接用戶端瀏覽器4，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器1中貯存汽輪機(jī)部件的力學(xué)性能數(shù)據(jù)、壽命與應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，包括材料斷裂韌性KIC、材料低周疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)C0與m0、材料蠕變參數(shù)B和n、材料蠕變裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)常數(shù)C4與m4。壽命與應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，包括冷態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命Nc、溫態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命Nw、熱態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命Nh、極熱態(tài)起停低周疲勞裂紋萌生壽命Nr、75％額定負(fù)荷的...