600MW汽轮机启动优化的研究(11)

汽轮机转子工作在高温高压的蒸汽环境，同时自身高速旋转，工作环境恶劣，受力一般为复合应力。所承受的力和力矩有：叶片、围带的离心力引起的切向和径向应力，叶片前后的压差引起的轴向推力，机组启停和负荷变化时蒸汽温度梯度引起的热应力。从转子的受力状态看，转子的结构应力和稳定运行时产生的热应力都很小，在裂纹形成中扮演较小的作用。汽轮机转子发生裂纹通常有两种情况：一是机组在启停过程中交变热应力导致的低周疲劳裂纹，多发生在转子表面的应力集中部位，如调节级前的叶轮根部，高中压转子的弹性槽等部位，热应力的大小取决于温度的变化量和温升率，温升过快或者运行工况不稳定均能引起热应力的剧烈变化。温度下降造成表面拉应力对寿命影响较大，是裂纹形成的主要原因。另一种是转子制造加工时的固有缺陷，如原有微型裂纹、非金属夹杂物（如硫化氢、碳氢化合物）等，通常存在于中心孔表面或靠近中心孔的转子金属内部，为裂纹形成的疲劳源，在转子承受交变应力时会较快发展成为疲劳裂纹。

转子疲劳断裂包括裂纹的起始、扩展和断裂三个阶段。起始阶段包括微裂纹的成核和扩展至可检验的工程裂纹两个阶段。从微观上看，金属由晶粒组成，由于晶粒的大小及取向不同，或存在微观缺陷，如金属夹渣、刀痕或介质腐蚀等，每颗晶粒强度不同，在交变热应力下（高温下伴随着蠕变）应力集中处的材料经受硬化和软化过程，应力、应变响应变得十分复杂。裂纹的产生一般在微观级由局部塑性区开始，形成微裂纹而后扩展成可检验的宏观微小裂纹。

低周疲劳的应力、应交响应过程复杂，转子承受的低周疲劳损伤是在应力集中处循环塑性应变所造成的破坏。其特点是交变应力高，加载频率低，有效循环周次＜１０４．１０５；材料经硬化、软化过程，每次循环均产生一定的塑性应变。应变损伤随循环周次的增加按Ｍｉｎｅｒ疲劳损伤线性法则累计：

办。革瓷

式中：％一转子材料在循环应力幅仉或应变幅磊作用下的实际循环数；

Ｍ一在循环应力幅珥或应变幅岛作用下的材料失效循环数；妒，一疲劳寿命损耗的份额。

∽１，

２．２低周疲劳寿命损耗的计算

２．２．１Ｍａｎｓｏｎ——Ｃｏｆｆｉｎ公式

转子钢的低周疲劳曲线一般用试棒在恒温及恒应变的条件下，通过对称拉压实验得出的，未考虑载荷不对称性和因长期运行引起的蠕变和松弛。总应变幅与失效循环数的关系，按照Ｍａｎｓｏｎ—Ｃｏｆｆｉｎ公式，方程分解为弹性、塑性量部分，其函数

．７．