600MW汽轮机启动优化的研究(10)

华北电力大学硕士学位论文

第二章转子寿命损耗的研究

汽轮机运行过程中，转子承受交变应力：启动过程加热转子表面承受压应力，停机过程为拉应力。经过一定周次的交变应力循环，金属表面将出现疲劳裂纹并逐渐扩展以致断裂。其特点是交变周期长，频率低，疲劳裂纹萌生的循环周次少，称为低周疲劳，不仅发生在机组的启动和停机过程，在机组大负荷变化时也会发生。另外，由于转子长期工作在高温环境下，转子也会产生高温蠕变。因此，转子通常处在疲劳和蠕变交互耦合作用之下。

２．１转子裂纹形成机理

金属弹塑性理论表明零部件热应力与内部温度梯度成正比，交变的温度场引起交变的应力场，循环周期取决于机组启停或负荷变化过程时间，相对于振动等高周波机械应力，成为低周应力。应力或应变反复作用使得材料性能发生变化，以致出现裂纹。疲劳裂纹经历一个形成和发展过程，并以寿命损耗衡量。致裂寿命即裂纹形成寿命，是指零件从初次投运到出现第一条宏观裂纹所经历的应力或应变循环数。出现裂纹过程中，循环应变不同，会产生循环硬化、循环软化、循环稳定以及硬化软化混合型ｎ们。

循环硬化：指在恒定的应变循环下，。循环所需的应力不断增加的现象。材料硬度增加，屈服点和抗拉强度也提高。循环硬化是材料晶体结构中原有的和新生的晶粒位错交互作用的结果，在有规则的原子晶格中，这种破坏是应力集中所致，应力集中起着增加局部应力并超过剪切极限的作用。

循环软化：是指在恒定的应变循环下，循环实验所需的应力不断降低的现象。材料的硬度、屈服点和抗拉强度也都降低了。循环软化源于微裂纹的成核和萌生。应变能的循环输入改变了晶格中热量和内表面的能量，这样位错就趋向于集中到已经包含有一个或多个位错的平面内，不断的输入循环，在这平面上就会聚集更多的位错，促使在表面产生微观裂纹。

循环稳定：本阶段与微裂纹的缓慢扩展相对应，持续时间长，是评价材料抗疲劳性能的主要阶段，约占总疲劳寿命的７０％。

循环硬化和软化兼有的混合型：金属材料被硬化或软化过程在初始阶段发展较快，并迅速达到饱和，一般在总疲劳寿命的２０％一２５％时达到稳定状态。经过循环稳定阶段后若仍不断的循环或继续输入应变能，将使微观裂纹邻近的晶体变形和歪曲，最终引起裂纹增长，合并成一个张开面，出现宏观裂纹，如果没有足够的面积

去支撑则将断裂。