机械重大装备寿命预测综述

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1.寿命预测概况机械重大装备寿命预测就是机械重大装备剩余使用寿命预测或剩余服役寿命预测.它是指在正常运转条件下.机械重大装备经济、安全运转的剩余时间.机械重大装备寿命预测也被定义为条件随机变量.可以以具体方程式表现出来：tr tit> zfIj)上列方程式中：z -机械重大装备之前(当前)的使用情况；- 械重大装备当前年龄 ：t- -机械重大装备失效时间的随机变量 ；2.机械重大装备寿命预测研究现状及问题机械重大装备寿命预测研究难度系数相当大.但不得不承认的是。对其的研究现状并没有想象中的那么糟糕.前景相当乐观。特别是国内外机械工程师和科学家针对机械重大装备提出了众多寿命预测方法 。以此肯定了机械重大装备的实用性及优势。立足现在。放眼未来.机械重大装备寿命预测研究仍然存在众多不足。

2.1环境问题机械重大装备的工作环境存在强腐蚀、高温等特征，这些特点对机械重大装备的使用安全及使用寿命均会造成极大的威胁.所以在机械重大装备使用寿命研究时.必须立足于运作环境对其寿命预测的影响.并在此基础上将研究不断深入2.2破坏、失效机理问题现阶段在机械重大装备寿命预测的研究上 .对多种失效形式耦合、蠕变失效、磨损失效寿命预测方法研究不够深入。

23荷载问题现阶段在机械重大装备寿命预测的研究上.对多向变幅载荷等因素的考虑不够全面或深入 ，所以机械工程师、机械科学家在今后的机械重大装备寿命研究上必须着重考虑多向变幅载荷等因素对机械重大装备寿命预测的影响2-4机械重大装备寿命预测问题现阶段在寿命预测方法研究对象上仅局限于试件、材料 .尚未深入对机械重大装备寿命整机的预测.所以.在今后的机械重大装备寿命预测方面还需做出很大努力3.寿命预测方法经过多年的实践和努力，机械工程师、科学家对机械重大装备寿命预测对象已经从试件、材料向整机机械转变，并通过对试验和理论的深入、系统研究.提出众多寿命预测方法，将其归纳总结包括基于信息新技术寿命预测法、基于概率统计寿命预测法、基于力学寿命预测法。在本案，笔者着重阐释后两种寿命预测方法。

3.1基于概率统计寿命预测方法材料寿命计算常规方法就是将材料特性、载荷、裂纹尺寸等剩余寿命相关参数作为定量.但是在实际工程中却无法获取上述参数的准确值，而且.预测寿命值仅为存在某-特性的随机量.所以，概率统计理论应运而生了。概率统计理论的意义在于为材料、构件寿命、断裂预测提供可靠的定量概念。当相关参数分布规律已知时.将概率方法应用于参数随机性分析.并可得出构建剩余寿命的可靠度(1)概率 Miner累计损伤理论的基础是 Miner公式，即将 s-N曲线法用p-s-N曲线替代，采取p-S-N曲线法计算材料、构件安全寿命。现假设应力等级为k级，则概率Miner寿命估算公式如下所示：惫上述方程式中：T- 周期数 ；ni--循环次数在应力 S 作用下 ：i- - 在第 i级应力水平下进行单独作用，可靠度 P的破坏循环次数。

(2)概率 Miner累计损伤理论的使用不仅局限于材料、构件寿命估算，其还可以应用在材料裂纹扩展情况的估量，p-da/Dn-AK为其的主要依据。以构件荷谱及类型为依据-计算积分-估算(恒定荷载条件下)可靠度 P的疲劳裂纹扩展寿命 N 求出构建疲劳裂纹扩展 p-s-N 曲线。多级随机载荷谱、多级载荷谱条件下，估算构建疲劳裂纹扩展寿命的断裂概率Miner公式如下所示：∑，J- 上列方程式中：T- 周期数 ； --在第 i级应力水平下进行单独作用 ，可靠度 P的循环次数(从初始裂纹扩展到临界裂纹)。

3.2基于力学的寿命预测方法机械重大装备力学包括应力、应变、断裂力学、损伤力学等，在本案，笔者主要针对前两个力学寿命预测方法进行简要阐释。

3.21基于应力寿命预测方法(s-N曲线法)基于应力寿命预测方法提出之初是为了进行寿命预测.截止现在，其仍然为使用最普遍的寿命预测方法。S-N曲线法的两种类型：s--材料应力：N--寿命据相关权威研究结果显示.任何-个应力均能找出与之相对应的循环次数(或疲劳寿命)：应力与循环次数成反比。即材料疲劳寿命随着应力的下降而增大：理论上(实践中尚未对其有任何实例论证).如果应力比材料疲劳极限值小，材料疲劳寿命会无限延长。下列幂函数式为 s-N曲线法表达式：SNC s(2Njor上述幂函数式中：a/C--加载方式、应力比、材料等相关参数；盯- - 拉伸断裂真实应力；m--加载方式、应力比、材料等相关参数。

3.2.2基于应变寿命预测方法(8-N曲线法)基于应变寿命预测方法(8-N曲线法)是描述循环应力低但寿命长的材料疲劳特征的最佳选择。需要注意的是。载荷循环次数在众多工程构建的整个使用寿命中出现的几率不大.所以.将应变寿命曲线应用于大荷载、短寿命、低周疲劳情况的描述是对材料结构局部塑性变形受力情况进行模拟的最佳选择由于描述寿命特性应力比R8存在不同性，因此.可以将8-N曲线法归纳为：△8-N曲线、8-N曲线两大类。△-N曲线(下转第408页)2013年21期 科技-向导 ◇科技论坛◇3 11：DS：25 11：05：31 11：05：3B段# 38段 电 1 0. 1 7 11.056 1 D。71 72 D D8 n7.04 3 B蛤 水 压3B 11：D5：25 11：D5：27 11：05：36 机 泵段电 1 D，74 D 9.D8 D 1 D.74 0压1 1 2：1 D：DS 1 2：1 D：1 8 1 2：1 D：31段1日段 电 1 D.丁D1 9 08 1 D. 口12 0 08.D了，1 0 1 C给水 压1日 1 2：1 0：0 1 2：1 D：1 2 1 2：1 0：2 3 机 泵段电 1 0.61 3 1 D.9 3 1 D.51 3压4 1 D：5 D：3 1 D： 0：36 1 D： O：45段 4 段 电 1 0.T1 2 9，1 3 D 1 0. 1 22DB8，口7.1 D 4 C给水 压4B 1 0：5 D：3 1 D： Ⅱ：4 0 1 D：5口：46 机 泵段电 1 D. 34 11.055 1 0.734压(3)根据机组凝结水泵运行方式 ，启动电动给水泵母线电压的变化情况#4机组 B段凝结水泵运行时.启动 B段给水泵对 10kV母线电压的影响：A段 10.789kV上升至 11.109kV.稳定后降至 10.797kV；B段 10.877kV降至9.19kV.稳定后升至10.853kV。

发电机无功变化：125MVar上升至236MVar，稳定后降至129Mv#1机组 B段凝结水泵运行时.启动 B段给水泵对 lOkV母线电压的影响：A段 10.685kV上升至 10.996kV.稳定后降至 10.765kV；B段 10.818kV降至9.177kV.稳定后升至 10.763kV发电机无功变化：119MVar上升至231MVar.稳定后降至121Mvar#2机组启机过程中.A凝结水泵运行 .启动 A段 电动给水泵对10kV母线电压的影响：A段 10.682kV降至 9.061kV.稳定后升至 10.657kV：B段 10.691kV上升至 11.02kV.稳定后降至 10.752kV发电机无功变化：68MVar上升至 182MVar.稳定后降至 71MVar从以上数据可以认识到.在启动电动给水泵时 .1OkV母线 A、B段的电压不宜过高.如果过高就会造成未启动电动给水泵的母线过电压。另外启动电动给水泵时应与运行的凝结水泵分开，启动另-段母线的电动给水泵.将母线电压调至 10.6kV.这样在启动电动给水泵时。

就不会造成未启动电动给水泵的母线过电压6.调研其它电厂启动电动给水泵时对 1 OkV母线电压的影响通过对相关电厂的调研.了解到以下设备参数.500kV母线电压控制在 523kV左右，lOkV母线电压正常工况下运行在 10.1kV。曾发生过启动电动给水泵时造成空冷风机跳闸.因此启动电泵时将 lOkV母线电压调至 10.4kV。在启动电泵时.启动电泵的 10kV母线电压降至 9.6kV 全能够满足 380V电气设备的运行要求 达拉特电厂与锦能公司不同的地方有两点 .-点是励磁系统不同.达拉特电厂是美国GE公司生产的.锦能公司是瑞士 ABB公司生产的：另外-点是500kV母线电压有些差异 .锦能公司 500kV母线电压控制在 535-540kV之间 至于锦能公司在启动电泵时为什么 10kV母线电压降数值会比达拉特电厂要大，还需要从系统参数上进行分析.这要通过计算才能得出结论，所以要请有关专家进行核算。通过计算得出锦能公司在运行机组数不同工况下启动电泵时的最佳电压值 .以防止由于电泵的启动造成未启动电泵的 lOkV母线电压过高 .造成电气设备故障7.结论通过启动电动给水泵时.对 10kV母线电压数值变化的跟踪.在-般情况下.启动电动给水泵前将启泵的母线电压调整到 10.6kV左右。

启动电动给水泵后.另-段 lOkV母线电压不超过 1lkV'从而防止了10kV母线过电压，这样就会减少电气设备故障的几率。露(上接第 393页)变幅参数(寿命特陛应力比Re-1时)--描述寿命特；Ae-N曲线变慨参数(寿命特 鼬 比R≠-1时)-携正Ae-N曲线。

.R毽镛环捷敷 1g2～Mans0n-Conffin公式为8-N曲线使用最普遍的公式8 aeea (2N/2Nf上列方程式中： --塑性应变幅 s。 --疲劳应变幅； --疲劳延性系数 ； --疲劳强度系数 ；b--疲劳强度指数 ；c- 疲劳延性指数。下图为8-N曲线最常见的-种：△8-N曲线变幅参数(寿命特性应力比R8≠-1时)--修正△e-N瞳线 ，Manson-Confin公式修正如 F所不 ：sachs塑性修正-- 02 (詈 )Gerber弹性应力曲率修正-- s f2 二 r2口M。rr-ow 性应力线性修正-- f2 ! 2Marro 总应变修正-- ： f2 二 f2