使用寿命评估
最大程度地延长转子生命周期
燃气和蒸汽涡轮机的涡轮转子可能受到应力、疲劳、腐蚀、脆化或开裂的影响。所有这些因素都可以限制使用寿命。我们的使用寿命评估可以最大限度地延长转子的使用寿命。
最大限度地延长涡轮转子的使用寿命
我们提供：- 旨在避免转子的彻底失效或损毁的全方位维护服务
- 包括侧向和扭转转子动态分析、有限元分析和模态分析的工程设计和技术服务
- 在我们最先进的实验室进行金相分析和测试服务
转子使用寿命的限制
直到最近，只要没有发现明显的损坏，涡轮转子就被认为是永久性的机器。近年来，一些 OEM 厂商表示，涡轮转子的使用寿命有限。 以下流程会限制涡轮转子的寿命，甚至导致转子彻底损坏：
- 受到外部腐蚀或微动磨损侵害
- 应力腐蚀开裂
- 热疲劳
- 高周疲劳
- 蠕变
- 延性损失
评估转子使用寿命
大多数工业燃气涡轮机制造商目前使用等效运行小时数 (EOH) 作为确定燃气涡轮机转子剩余使用寿命的基准。 典型转子的使用寿命为 100,000 至 150,000 EOH。通过及时检查转子零件，通常可以实现大约 50,000 至 100,000 EOH 的单次延伸。
使用寿命限制作用
限制使用寿命的作用
高温和高应力，不论是其中的一个还是二者组合，都可产生限制使用寿命的作用。可以计算和检查这些作用，并且可以评估剩余使用寿命。
使用寿命限制过程进展缓慢。许多过程根本不与 EOH 直接相关，除非已知和考虑了特定的侵害速率。
必须谨慎解释故障的可能原因：
- 受到外部腐蚀/微动磨损侵害 这是由物理过程决定的，可能会有很大差异。与 EOH 没有固定的关系。
- 应力腐蚀开裂：这个过程取决于环境的腐蚀性，在燃气涡轮机中可能有很大差异。与 EOH 没有固定的关系。
- 热疲劳：这个过程取决于启动次数。单独的热疲劳与 EOH 没有固定的关系。
- 高周疲劳：与 EOH 没有固定的关系。
- 蠕变：金属温度和应力水平是已知的，或多或少是恒定的。与 OH 有关系（可以通过 EOH 保守地取近似值）。
- 延性损失：冶金退化取决于温度和时间。由于转子温度在运行中是稳定的，因此延性和 EOH 的渐进损耗之间存在明显的关系。
低合金钢转子具有较低的金属温度（350 ° C 至 400 ° C 或 600 ° F 至 750 ° F）。因此，除了具有温度和/或应力水平升高的局部区域（例如枞树锯齿），不认为蠕变是主要问题。只有在腐蚀性环境下存在非常高的静应力时才能预料到应力腐蚀。
然而，根据 EOH，屈服强度/刚度和蠕变损失是可以限制转子使用寿命的唯一过程。
延长转子使用寿命
延长转子使用寿命
为了延长转子使用寿命，您必须仔细计算稳态（离心）应力和动态（热机械）应力水平。为了计算缺陷对转子使用寿命的影响，您需要合金韧性数据和断裂力学分析，以便：
- 确定应力断裂的临界缺陷尺寸
- 确定检测到的缺陷的增长率
- 将缺陷增长的周期数计算到临界缺陷尺寸的安全分数
- 使用预期的操作时间段验证结果
回火脆化
Inco 刀片
回火脆化
合金钢表现出从低温下的低延性到高温下的高延性的转变。被称为 FATT（脆性转变温度）的转变温度发生在 Charpy-V-缺口试样出现断裂之后。新材料的 FATT 通常在 0 ° C 到 120 ° C（32 ° F 到 250 ° F）的范围内。合金在 FATT 以下是脆的；在 FATT 以上是延性的。
回火脆化是特定微量元素（锡、锑、磷、砷）迁移到晶界而产生的合金钢中的现象。元素水平在晶界增加，会使 FATT 升至更高的温度。
回火脆化对下平台延性和上平台延性的影响都不大；只有 FATT 的变化使低延性延升至更高的温度时。
对 FATT 变化的敏感性也由镍和铬决定，元素不是变化的根本原因。铬和镍的存在显著增加了这种敏感性。根据定义，含镍合金确实具有良好的延性。然而，当暴露于高温时，它们的性质可能会改变。
回火脆化的后果
当材料性能（特别是延性和韧性）和操作应力水平已知时，可以计算出允许的缺陷尺寸。
有两个重要标准：
- 在给定应力条件下，不稳定裂纹增长（破裂）的临界缺陷尺寸
- 在给定应力条件下，缺陷增长的最小缺陷尺寸（较小的缺陷不会增长，并且是安全的）
理想的零件不应包含大于增长最小缺陷尺寸的缺陷。当应力载荷和材料行为都已知时，可以确定缺陷增长行为。在这种情况下，可以使用“安全使用寿命”概念评估缺陷的重要性。“由于对疲劳的敏感性，安全使用寿命”广泛用于航空工程，特别是铝合金中。
燃气涡轮机转子不是采用“安全使用寿命”概念设计的。因此，缺陷应该低于增长的最小缺陷尺寸。在回火脆化材料中，最小和临界缺陷尺寸的验收标准都大大降低。
- 缺陷增长率不是很依赖于脆化状态。
- 在高达约 400 ° C（750 ° F）的温度下，当材料温度升高时，缺陷增长率仅略有增加。
- 在初始加热阶段，转子和圆盘中裂纹增长的条件较差，即在相对低的材料温度下。因此，较高温度下较高的缺陷增长率通常是无关紧要的。
涡轮转子的缺陷
涡轮转子的缺陷
断裂力学使用简化裂纹和其他缺陷模型。缺陷可以有多种形状和尺寸。它们也可以群体出现。
大多数（如果不是全部）检查技术只报告检测迹象的“等效缺陷大小”。这意味着迹象看起来像标准形状和尺寸的缺陷。因此，真正的缺陷可能会更大或更小，或者更危险或没那么危险。
因此，在初始使用寿命评估检查后，强烈建议使用较大的安全系数进行缺陷评估。一旦检测到缺陷，其潜在增长或稳定性可以在将来的检查中确定。后续检查可以使用这些信息降低迹象意义的不确定性。
理想情况下，涡轮转子的第一次检查应在转子’规定使用寿命的约 50% 至 70% 的范围内进行。检查报告可以作为评估使用寿命延长的可靠依据。