汽轮机转子钢疲劳寿命预测及超载对疲劳寿命的影响

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要在正常工作应力条件下，汽轮机转子钢的疲劳寿命由裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命组成。在实际服役条件下，原则上不允许转子钢带裂纹使用，转子钢从裂纹形成到裂纹失稳扩展有较长的寿命。超载是汽轮机转子运行中最常见的异常情况，超载效应对转子钢的疲劳寿命有很重要的影响。本文围绕汽轮机转子钢的裂纹形成寿命、裂纹扩展寿命以及超载对转子钢疲劳寿命的影响作了研究与探讨。本文研究了30CrlMolV转子钢裂纹形成寿命的估算方法及经验公式，形成了相应的程序和试验数据处理软件。通过对局部应变范围的具体分析和公式推导，用当量应力幅法试验研究了30CrlMolV转子钢疲劳裂纹形成寿命，得

2、到了具有代表性的30CrlMolV转子钢裂纹形成寿命的数学表达式。对30CrlMolV转子钢裂纹扩展寿命的研究表明，频率、环境介质、应力比、应力波谱、温度等因素对裂纹扩展速率有影响.随着温度升高，30CrlMolV转子钢裂纹扩展速率增大。考虑试验条件和转子实际工作情况的差异，对试验数据做了修正，得到了不同温度下30CrlMolV转子钢疲劳裂纹扩展Paris公式的数学表达式，建立了30CrlMolV转子钢裂纹扩展寿命的数学表达式。试验研究了30CrlMolV转子钢的超载迟滞特性。超载后裂纹形成寿命的表达式仍适用，但超载使裂纹形成寿命的始裂门槛值提高。超载比、超载停歇时间等因素对30Crl

3、MolV转子钢裂纹扩展寿命有很大的影响，超载使裂纹扩展产生阻滞效应。超载比低于20%时，超载对裂纹扩展的阻滞效应不明显，随着超载比逐渐增大，超载对裂纹扩展的阻滞效应逐渐增强，最佳超载比为50%左右。超载停歇时间对裂纹扩展的阻滞效应有明显影响。试验表明，迟滞循环数随停歇时间延长而增加。超载使30CrlMolV转子钢裂纹扩展第I、II阶段的扩展速率略为减慢，但对第III阶段没有影响，总体来看，超载对30CrlMolV转子钢裂纹扩展速率的影响不显著。关键词30CrlMolV转子钢;裂纹形成寿命;裂纹扩展寿命:超载哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThefatiguelifeofr

4、otorsteelofthesteamturbineiscomposedofcrackforminglifeandcrackgrowthlifeunderthenormalworkingstresscondition.Therotorsteelisnotallowedtobeusedwithcrackinprinciple.Ithasalonglifefromcrackformingtocrackgrowth.Astheusuallyabnormalconditionintheoperationofsteamturbine,overloadplaysanimportantroleint

5、hefatiguelifeoftherotorsteel.Thispapermakesdetailedstudyanddiscussiononthecrackforminglifeandcrackgrowthlifeofturbinerotorsteel,aswellastheinfluenceofoverloadonthefatiguelifeofrotorsteelThepaperstudiestheevaluatingmethodandformulaforcrackforminglifeof30Cr1Mo1Vrotorsteelanddevelopsthecorrespondin

6、gprogramandtestdataprocessingsoftware.Inaccordancewiththeanalysisonthepartialstresschangingscopeandformuladeduction,themathematicalformulaforcrackforminglifeof30CrIMoIVrotorsteelisconcludedby-equivalentstressamplitudemethodThestudyoncrackgrowthlifeof30CriMoIVshowsthatsuchfactorshaveanefectoncrac

7、kgrowthrateasfrequency,ambientmaterial,stressratio,stressspectrumandtemperatureetc..Thecrackgrowthrateincreaseswithincreasingoftemperature.Thediferenceofrotorintestconditionandinactualworkingconditionbeingtakenintoconsiderat