大型汽轮机部件结构强度设计监控方法
【专利摘要】本发明提供了一种大型汽轮机部件的结构强度的设计监控方法，其特征在于，具体步骤包括：输入汽轮机部件的材料牌号；确定汽轮机部件的强度薄弱部位；识别汽轮机部件的高温区域与非高温区域；计算汽轮机部件的等效应力、稳态额定工况的部件在高温区域中的沿截面平均等效应力σeq0的许用应力[σ]0、稳态额定工况的部件在非高温区域中的沿截面平均等效应力σeq1的许用应力[σ]1、稳态额定工况的部件表面等效应力σeq2的许用应力[σ]2、瞬态变工况的部件表面应力集中部位等效应力σeq3的许用应力[σ]3；优化控制；打印输出结果。本发明实现了大型汽轮机部件的结构强度的定量评定和设计监控。
【专利说明】大型汽轮机部件结构强度设计监控方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大型汽轮机部件的结构强度的设计监控方法，属于汽轮机【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 大型汽轮机部件有：转子、内缸、外缸、阀壳、蒸汽室、叶片、隔板、管道等。这些部 件的尺寸大、造价昂贵，损坏后果严重。在汽轮机额定负荷的稳态额定工况以及汽轮机的启 动、停机与负荷变动的瞬态变工况过程中，汽轮机部件的应力增大。若汽轮机部件结构强度 的设计监控不当，会导致汽轮机部件损坏，工程上急需汽轮机部件的结构强度的设计监控 方法与系统。史进渊等人在《热力透平》2002年第1期发表的论文"汽轮机强度研究的某 些新进展"、史进渊等人在《机械工程学报》2005年第1期发表的论文"亚临界和超临界汽 轮机强度振动与寿命设计判据的研究"、史进渊等人在《热力透平》2011年第1期发表的论 文"汽轮机零部件强度有限元分析的设计判据"和在《热力透平》3012年第2期发表的论文 "汽轮机零部件多轴应力状态下的强度设计和寿命预测"，介绍了汽轮机零部件强度的设计 判据及理论依据，以及公开文献报道的汽轮机部件的强度研究论文，大多是对汽轮机部件 的强度进行了有限元计算分析，而大型汽轮机部件的结构强度的设计监控，还没有合适的 方法与系统可供使用。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种大型汽轮机部件的结构强度的设计监控方法与系统，在 设计阶段实现大型汽轮机部件的结构强度的定量评定与优化改进。
[0004]为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种大型汽轮机部件的结构强度的设 计监控方法，其特征在于，采用大型汽轮机部件的结构强度的设计监控系统，所述的大型汽 轮机部件的结构强度的设计监控系统包括数据库服务器、计算服务器、网页服务器和用户 端浏览器，数据库服务器连接计算服务器，计算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用 户端浏览器，采用C语言编写大型汽轮机部件的结构强度的计算机软件，运行在计算服务 器上，应用于大型汽轮机部件的结构强度的设计监控，具体步骤包括：
[0005] 第一步、输入汽轮机部件的材料牌号：
[0006] 输入汽轮机部件的材料牌号，由材料牌号确定大型汽轮机部件材料的物理性能数 据，所述的物理性能数据包括工作温度下材料屈服极限和工作温度下材料持久强度极 限略；
[0007] 第二步、确定汽轮机部件的强度薄弱部位：
[0008] 采用现有技术，计算大型汽轮机部件的温度场和应力场，由温度场和应力场确定 大型汽轮机部件的强度薄弱部位；
[0009] 第三步、识别汽轮机部件的高温区域与非高温区域：
[0010] 在汽轮机稳态额定工况，汽轮机部件的工作区域分为两类：第一类为高温区域，碳 钢工作温度超过350°C、合金钢工作温度超过420°C与耐热钢工作温度超过480°C的区域称 为汽轮机部件的高温区域；第二类为非高温区域，碳钢工作温度不超过350°C、合金钢工作 温度不超过420°C与耐热钢工作温度不超过480°C的区域称为汽轮机部件的非高温区域；
[0011] 第四步、计算汽轮机部件的等效应力：
[0012] 采用现有技术，计算汽轮机额定负荷运行的稳态额定工况的部件在高温区域中的 沿截面平均等效应力0_、稳态额定工况的部件在非高温区域中的沿截面平均等效应力 ，稳态额定工况的部件表面等效应力以及汽轮机启动、停机与负荷变动的瞬态变 工况的部件表面应力集中部位等效应力
[0013] 第五步、计算稳态额定工况的部件在高温区域中的沿截面平均等效应力 〇 _的许 用应力[0 ](!:
[0014] 在汽轮机稳态额定工况，汽轮机部件在高温区域中的沿截面平均等效应力 〇 _的 许用应力[0 ]〇按照如下公式计算：
[0015]
【权利要求】
1. 一种大型汽轮机部件的结构强度的设计监控方法，其特征在于，采用大型汽轮机部 件的结构强度的设计监控系统，所述的大型汽轮机部件的结构强度的设计监控系统包括数 据库服务器、计算服务器、网页服务器和用户端浏览器，数据库服务器连接计算服务器，计 算服务器连接网页服务器，网页服务器连接用户端浏览器，采用C语言编写大型汽轮机部 件的结构强度的计算机软件，运行在计算服务器上，应用于大型汽轮机部件的结构强度的 设计监控，具体步骤包括： 第一步、输入汽轮机部件的材料牌号： 输入汽轮机部件的材料牌号，由材料牌号确定大型汽轮机部件材料的物理性能数据， 所述的物理性能数据包括工作温度下材料屈服极限和工作温度下材料持久强度极限 第二步、确定汽轮机部件的强度薄弱部位： 采用现有技术，计算大型汽轮机部件的温度场和应力场，由温度场和应力场确定大型 汽轮机部件的强度薄弱部位； 第三步、识别汽轮机部件的高温区域与非高温区域： 在汽轮机稳态额定工况，汽轮机部件的工作区域分为两类：第一类为高温区域，碳钢工 作温度超过350°C、合金钢工作温度超过420°C与耐热钢工作温度超过480°C的区域称为汽 轮机部件的高温区域；第二类为非高温区域，碳钢工作温度不超过350°C、合金钢工作温度 不超过420°C与耐热钢工作温度不超过480°C的区域称为汽轮机部件的非高温区域； 第四步、计算汽轮机部件的等效应力： 采用现有技术，计算汽轮机额定负荷运行的稳态额定工况的部件在高温区域中的沿截 面平均等效应力、稳态额定工况的部件在非高温区域中的沿截面平均等效应力〇_， 稳态额定工况的部件表面等效应力σ_以及汽轮机启动、停机与负荷变动的瞬态变工况的 部件表面应力集中部位等效应力 第五步、计算稳态额定工况的部件在高温区域中的沿截面平均等效应力〇 _的许用应 力[〇 ]〇 : 在汽轮机稳态额定工况，汽轮机部件在高温区域中的沿截面平均等效应力σ_的许用 应力[。]。按照如下公式计算：
式中，为工作温度下材料持久强度极限； 第六步、计算稳态额定工况的部件在非高温区域中的沿截面平均等效应力〇 _的许用 应力[σL: 在汽轮机稳态额定工况，汽轮机部件在非高温区域中的沿截面平均等效应力σ_的许 用应力[〇L按照如下公式计算：
式中，为工作温度下材料屈服极限； 第七步、计算稳态额定工况的部件表面等效应力的许用应力[〇]2: 在汽轮机稳态额定工况，汽轮机部件的表面等效应力的许用应力[〇]2按照如下 公式计算： 式中，4.2为工作温度下材料屈服极限： 第八步、计算汽轮机启动、停机与负荷变动的瞬态变工况的部件表面应力集中部位等 效应力σ_的许用应力[σ]3 : 在汽轮机瞬态变工况，汽轮机部件的表面应力集中部位等效应力〇 _的许用应力 [σ]3按照如下公式计算： [σ]； = 2σ0.2 式中，《<2为工作温度下材料屈服极限； 第九步、稳态额定工况部件高温区域的平均强度的优化控制： 通过大型汽轮机部件的结构强度的设计监控系统，对于汽轮机稳态额定工况的部件在 高温区域中的沿截面平均等效应力σ_进行优化设计控制： (1) 若$ *稳态额定工况的部件在高温区域中的沿截面平均等效应力〇 _的结构 强度的设计监控合格，表明在稳态额定工况汽轮机部件在高温区域中的沿截面平均等效应 力处于受控状态，稳态额定工况汽轮机部件在高温区域中的沿截面平均等效应力 的结构强度的设计监控结束，进入第十步； (2) 若稳态额定工况的部件在高温区域中的沿截面平均等效应力σ_的结构 强度的设计监控不合格，表明在设计阶段需要对汽轮机部件的材料或结构进行优化改进， 改用高温长时力学性能更好的材料，或者增大汽轮机部件的截面积，重新执行第一步至第 九步，直到为止； 第十步、稳态额定工况部件非高温区域的平均强度的优化控制： 通过汽轮机部件的结构强度的设计监控系统，对于汽轮机稳态额定工况的部件在非高 温区域中的沿截面平均等效应力σ_进行优化设计控制： (1) 若_ 9，稳态额定工况的部件在非高温区域中的沿截面平均等效应力0 _的 结构强度的设计监控合格，表明在稳态额定工况汽轮机部件在非高温区域中的沿截面平均 等效应力σ_处于受控状态，稳态额定工况的部件在非高温区域中的沿截面平均等效应力 σ_的结构强度的设计监控结束，进入第十一步； (2) 若g>i稳态额定工况的部件在非高温区域中的沿截面平均等效应力的结 构强度的设计监控不合格，表明在设计阶段需要对汽轮机部件的材料或结构进行优化改 进，改用力学性能更好的材料，或者增大汽轮机部件的截面积，重新执行第一步至第十步， 直到53为止； 第十一步、稳态额定工况部件表面强度的优化控制： 通过汽轮机部件的结构强度的设计监控系统，对于汽轮机稳态额定工况的部件表面等 效应力σ_进行优化设计控制： (1) 若@ $ ·稳态额定工况的部件表面等效应力σ_的结构强度的设计监控合格， 表明在稳态额定工况汽轮机部件的表面等效应力σ_处于受控状态，稳态额定工况的部件 表面等效应力σ_的结构强度的设计监控结束，进入第十二步； (J， (2) 若稳态额定工况的部件表面等效应力〇rai2的结构强度的设计监控不合 格，表明在设计阶段需要对汽轮机部件的材料或结构进行优化改进，增大部件表面的结构 圆角半径，或者改用力学性能更好的材料，或者增大汽轮机部件的截面积，重新执行第一步 至第十一步，直到为止； 第十二步、瞬态变工况部件表面应力集中部位强度的优化控制： 通过汽轮机部件的结构强度的设计监控系统，对于汽轮机瞬态变工况表面应力集中部 位等效应力σ_进行优化设计控制： (1) 若53 *瞬态变工况部件表面应力集中部位等效应力σ _的结构强度的设计监 控合格，表明在瞬态变工况部件表面应力集中部位等效应力σ_处于受控状态，瞬态变工 况部件表面应力集中部位等效应力σ_的结构强度的设计监控结束，进入第十三步； (2)gg>lf瞬态变工况部件表面应力集中部位等效应力的结构强度的设计监 控不合格，表明在设计阶段需要对汽轮机部件的表面应力集中部位的结构进行优化改进， 增大汽轮机部件的表面应力集中部位的结构圆角半径，重新执行第一步至第十二步，直到 止。
2.如权利要求1所述的大型汽轮机部件的结构强度的设计监控方法，其特征在于，所 述第二步中的强度薄弱部位为高温段、焊缝及其热影响区、表面应力集中处以及在汽轮机 启动、停机与负荷变动过程中部件表面应力集中区域中的至少一种。
【文档编号】G06F17/50GK104239604SQ201410352777
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】史进渊, 杨宇, 邓志成, 汪勇, 张义 申请人:上海发电设备成套设计研究院