1、lCS 27120F49备案号：448812014 N B中华人民共和国能源行业标准NBT 250302014核电厂汽轮机转子寿命评估导则Guideline of life assessment for steam turbine rotor ofunits in nuclear power plant20140318发布 201 4一0801实施国家能源局 发布目 次NB，T 250302014前言-l 范围-2规范性引用文件-3术语和定义-4寿命评估数据-5汽轮机转子的低周疲劳寿命评估-6含缺陷的低周疲劳寿命估算附录A(资料性附录) 热应力分析一换热系数计算一附录B(资料性附录) 低周疲劳
2、寿命曲线计算方法Ii23457NB，T 250302014月U 吾本标准按照GBT 112009标准化工作导则第l部分：标准的结构和编写给出的规则起草。本标准由中国电力企业联合会提出并归口。本标准起草单位：苏州热工研究院有限公司、大亚湾核电运营管理有限责任公司、河南电力试验研究院、深圳市广前电力有限公司。本标准主要起草人：郭迪、王兆希、薛飞、张国栋、黄祥君、蔡红生、遣文新、李玲、龚明祥、李锦峰。本标准在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市白广路二条一号，100761)。核电厂汽轮机转子寿命评估导则NB，T 2503020141范围本标准规定了核电厂常规岛汽轮机转
3、子的寿命评估方法。本标准适用于压水堆核电厂运行期间常规岛汽轮机高、中压转子，以及低压转子寿命评估工作，其他堆型核电厂可参照执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GBT 6398金属材料疲劳裂纹扩展速率试验方法GBT 15248金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法DLT 654-2009火电机组寿命评估技术导则3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3 1汽轮机组寿命turbine unit life核电厂汽轮机组寿命一般为核电厂常规岛采购合同寿命，目前国内核
4、电厂常规岛设备及部件为常规强度设计而非有限寿命设计，采购合同寿命不等同于机组的设计寿命。32运行寿命operation life机组或部件在运行中可安全运行的实际时间或者疲劳循环次数。33运行期间operating period经批准的核电厂直至退役或关闭之前的运行时间。34冷态启动cold start汽轮机组在环境温度下的启动，按汽缸温度或停机时间来划分。35温态启停warm start-stop汽轮机金属温度高于冷态启动时的金属温度状态下的启动和停机。36应力强度因子stress intensity factor反映裂纹尖端弹性应力场强弱的物理量，记作足，。它是载荷和裂纹体几何因子(包括裂
5、纹长度、尺寸和形状等)的函数。37临界应力强度因子critical stress intensity factor裂纹刚要失稳扩展时的应力强度因子值称为临界应力强度因子，记作x,c。K，c要通过试验测得，NB，T 250302014与试验温度、试样板厚、变形速率等因素相关。当这些外部因素固定时，它是材料常数。4寿命评估数据4 1 汽轮机转子的老化机理压水堆核电厂汽轮机转子的老化机理主要为低周疲劳和应力腐蚀破裂。应力腐蚀破裂所引起的老化效应应予修复，汽轮机转子应进行低周疲劳寿命评估。42基础数据收集进行核电厂汽轮机转子的寿命评估需要下列基础数据：a)汽轮机转子的设计制造资料，包括生产厂家、转子材
6、料牌号、转子材料力学性能、转子材料低周疲劳曲线(或低周疲劳参数)、制造工艺、几何结构尺寸等：b)汽轮机转子的历次检修检查记录、老化状况检查结果等：c)机组投运时间、累计运行小时数；d)机组各典型运行工况下的启停次数、机组未来的运行计划等，应包括调试期间启停、甩负荷次数、超速试验次数、大修后进行试验的启停次数等：e)机组各典型运行工况下的运行压力、温度、功率、转速随时间变化的记录。4 3汽轮机转子现状检查结果汽轮机转子寿命评估应收集汽轮机转子表面和内部检查的结果，主要应包括无损检测、硬度测量、金相分析等。检查部件和内容如下：a)高、中压转子应检查下列内容：1)转子表面裂纹、腐蚀、划痕等目视检查，
7、键槽处无损检测(超声波检测或磁粉检测)，必要时应进行渗透检测；2)无中心孔的实心转子的无损检测：3)中心孔超声波检测及涡流检测或内窥镜检查。b)低压转子应检查下列内容：1)转子表面裂纹、腐蚀、划痕等目视检查；2)无中心孔的实心转子的无损检测；3)中心孔超声波检测及涡流检测或内窥镜检查。c)叶轮应检查下列内容：1)叶轮表面裂纹、腐蚀、划痕等目视检查；2)超声波检测、磁粉检测等无损检测；3)轮槽处无损检测，特别是低压转子末三级叶轮槽：4)硬度测量等。d)焊接转子焊缝的无损检测包括超声波检测，磁粉检测或渗透检测。4 4材料性能数据441压水堆核电厂汽轮机转子的主要老化机理应包括低周疲劳和应力腐蚀破裂
8、，应力腐蚀裂纹可以在核电厂大修期间修复，故本标准只给出了汽轮机转子的低周疲劳寿命评估方法。442汽轮机转子的低周疲劳寿命评估需要的材料性能数据见表1。443选用与转子材料牌号相同、工艺相同的原材料进行试验(至少有一组试验应在与转子工作温度相同的温度下进行)：如果条件许可，应在部件最危险部位取样进行相关的材料性能试验：如在短时间内不能取得实际试验数据，可参考相同牌号材料己积累数据的下限值。444由试验获得的原始材料的性能数据，当用于寿命评估时，应考虑其性能在高温、应力作用下随时间的延长而劣化的情况和数据的分散度，试样与部件的尺寸效应、频率效应等。2表1 汽轮机转子寿命评估所需的材料性能NB，T
9、250302014材料性能部件无缺陷的转子 带缺陷的转子1力学性能：拉伸与冲击性能、硬度、脆 1力学性能：拉伸与冲击性能、硬度、脆性转变性转变温度、低周疲劳(参数曲线)。 温度、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率。2物理性能：弹性模量、泊松系数、线膨 2物理性能：弹性模量、泊松系数、线膨胀系数、汽轮机转子 比热容、热导率。胀系数、比热容、热导率。 若为焊接转子，如缺陷在焊接接头特征区域(热若为焊接转子，还需考虑焊接接头特征区域(热影响区、焊缝区)的上述性能 影响区、焊缝区)，还需考虑焊接接头特征区域的上述性能45应力分析数据准备451 对需要进行寿命评估的汽轮机转子根据制造厂家或者现场测绘的尺寸进行建
10、模。452进行汽轮机转子应力分析，主要应包括的运行工况数据有：全负荷及部分负荷下的输出功率，转速，主蒸汽、再热蒸汽的压力、温度和流量，高压、中压、低压缸排汽、抽汽的压力、温度和流量及各个工况下的启停次数，运行小时数，启停及变负荷时的温升、温降及其速率等；运行工况主要包括稳态运行，冷态启动，温态启停，超速试验，变负荷，甩负荷等，具体参照核电厂运行技术规范。5汽轮机转子的低周疲劳寿命评估51热应力分析511汽轮机转子低周疲劳寿命评估应进行转子热应力分析，得出转子温度场及热应力场，确定转子的关键部位。512转子温度场换热系数计算方法参见附录A。52关键部位的应力或应变范围计算关键部位的应力或应变范围
11、计算工况和方法应符合下列要求：a)计算工况应包括机组冷态启动、温态启停、正常停机、紧急停机、超速试验、变负荷及甩负荷运行；b)应计算不同运行工况下的汽轮机转子热应力和离心应力的交变应力范围及应力幅值：c) 可采用解析法、有限元法或者经验公式法对部件及部件的关键部位进行受力状态分析；d)残余应力可依据有关试验研究资料进行经验估算或采用试验方法进行测量。53转子材料的疲劳寿命曲线5 3 1转子的疲劳寿命曲线可用应力一循环周次或应变一循环周次表示。532转子材料的疲劳寿命曲线可由设计规范提供或试验获得。材料的低周疲劳试验按GBT 15248执行。5 3 3转子材料的低周疲劳寿命曲线计算方法参见附录B
12、。54转子低周疲劳寿命估算541根据机组不同运行工况下转子危险部位热应力、离心应力的交变应力范围及应力幅值、转子材料的疲劳寿命曲线，计算转子的累积疲劳使用因子，即：D：y土 (1)葛h h式中：D累积疲劳使用园子：m不同应力循环累积数；NB，T 250302014珥给定应力循环i下，转子的循环周次；。给定应力循环i下，转子材料设计疲劳曲线允许的失效周次。542低周疲劳评估应统计设备不同运行工况下发生的次数，并进行趋势分析，当DO7时，转子的疲劳寿命结束。6含缺陷的低周疲劳寿命估算61裂纹的状态评估当一靠时，加上初始载荷后立即断裂，为失稳断裂区。6 2确定材料疲劳扩展速率对于I型裂纹(张开型扩展
13、裂纹)按照标准GB厂r 6398测定材料的疲劳裂纹扩展速率啬，即：罢：口(从)一 (2)l dv式中：AK应力强度因子变化范围：B，”由试验确定的材料常数：应力循环次数。DLT 654-2009中给出了一些常用钢的罢值及相应的B、H值。 叫63确定部件缺陷部位的应力强度范围艋部件缺陷部位的应力强度计算公式为：蜀=K一一K。=YAcr4na (3)式中：K。、心d。最大、最小应力强度因子；口部件缺陷部位的循环应力范围：y裂纹几何因子。6 4判定裂纹扩展应根据下列条件确定裂纹的扩展：a) 当一24105时：Nu=O021 7Reo 8。A 3 3光轴的换热系数公式为：6“丑口=一Nu=01Reo
14、68(A6)(A 7)(A8)(A9)堕=口附录B(资料性附录)低周疲劳寿命曲线计算方法B1 应变一寿命曲线(。I-f)B1 1由试验确定铲Nf曲线描述材料的低周疲劳曲线的公式为：=警(r)6+(r)。=(。+。)2式中：t应变：一疲劳强度系数，单位为兆帕(MPa)；E弹性模量，单位为兆帕(MPa)；b疲劳强度指数；s：疲劳延性系数；c疲劳延性指数；M失效循环次数。B12用通用斜率方程确定。I-f曲线确定材料的低周疲劳曲线的公式为：=3 5每(坼)-912“-量“(r)“铲m击式中：尺。抗拉强度，单位为兆帕(MPa)；晶断裂真应变；w断面收缩率；E弹性模量，单位为兆帕(MPa)。B2应力一寿命
15、(6I-N0设计疲劳曲线确定材料的虚拟应力一寿命(一f)曲线的公式为：墨：E：单(f)6+E(f)。对虚拟应力一寿命曲线进行平均应力修正的公式为：2C等j式中：Rpo2屈服强度，单位为兆帕(MPa)。NB，T 250302014(B1)(B2)(B3)(B4)7NB，T 250302014对平均应力修正后的一f曲线，分别对应力和寿命取2和20的系数，并取最低值连成光滑曲线则为设计的疲劳寿命曲线(最一Nf)。辫醐心美鼬美注更弗好书中华人民共和国能源行业标准核电厂汽轮机转子寿命评估导则NB，T 250302014中国电力出版社出版、发行北京市东城区北京站两街19号100005 http：wwwcepp sgcc corn ca北京九天众诚印刷有限公司印刷2015年3月第一版 2015年3月北京第一次印刷880毫米1230毫米16开本0 75印张18千字印数0001-3000册统一书号1551232212定价9元敬告读者本书封底贴有防伪标签，刮开涂层可查询真伪本书如有印装质量问题，我社发行部负责退换版权专有 翻印必究BZ 002109836III III IIIlUlII IIIIIIIll0oI“上架建议：规程规范电力工程新能源发电寸IoNloo田N一Z嗍籼嗽删“帅舢栅一帮舢m
