一种计算发动机主燃烧室火焰筒实际使用寿命的方法技术领域
本发明涉及发动机技术领域，特别是涉及一种计算发动机主燃烧室火焰筒实际使
用寿命的方法。
背景技术
在现代燃气轮机及其试验装置中，评估发动机火焰筒的使用寿命至关重要，直接
影响到试车和试验的安全。以往都是采用数值模拟的方法对发动机的部件进行评估得到一
个粗略的寿命数据，由于此数据不准确，往往会有一定的误差，严重影响了试车和试验的安
全性。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种计算发动机主燃烧室火焰筒实际使用寿命的方法来
克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种计算发动机主燃烧室火焰筒实际使用寿命的方
法。所述计算发动机主燃烧室火焰筒实际使用寿命的方法包括如下步骤：步骤1：获取在第
一载荷谱下，对比用发动机的火焰筒的全寿命或者试车时数T为预定时间下的设计点状态
Q1下的设计点状态寿命TQ1、起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命TQ2以及高温起飞点的状态
Q3下的高温起飞点状态寿命TQ3；步骤2：获取在第一载荷谱下，对比用发动机的火焰筒的首
翻期或者试车首节段试车时数T’在预定时间下的设计点状态Q1的设计点状态寿命T′Q1、起
飞点状态Q2的起飞点状态寿命T′Q2以及高温起飞点的状态Q3的高温起飞点状态寿命T′Q3；
步骤3：获取在第二载荷谱下，待测发动机的火焰筒的理论全寿命时数t下的设计点状态Q1
下的设计点状态寿命tQ1、起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命tQ2以及高温起飞点的状态Q3
下的高温起飞点状态寿命tQ3；步骤4：获取在第二载荷谱下，待测发动机的火焰筒的理论首
翻期或者理论试车首节段试车时数t’在预定时间下的设计点状态Q1下的设计点状态寿命
t′Q1、起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命t′Q2以及高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状
态寿命t′Q3；步骤5：根据所述步骤1至所述步骤5中的数据，通过公式计算待测发动机的火焰
筒的实际使用寿命。
优选地，所述第一载荷谱与所述第二载荷谱为不同的载荷谱；所述步骤1中的T为
2000h，所述步骤2中的T’＝500h，所述步骤4中的t’＝750h。
优选地，所述步骤5具体为：
步骤51：判断是否考虑性能衰减；若衰减，则进行步骤53；若不衰减，则进行步骤
52；
步骤52：通过公式求得待测发动机的首翻期寿命以及实际使用寿命；
步骤53：获得由于试车时数为X时排气温度裕度衰减x度，性能衰减后设计点状态
Q1下衰减时间yQ1、起飞点状态Q2下衰减时间yQ2以及高温起飞点状态Q3下衰减时间yQ3，通过
公式获得首翻期寿命并判断在首翻期寿命后是否有性能衰减，若否，则进行步骤54，若是，
则进行步骤55；
步骤54：通过公式获得实际使用寿命；
步骤55：分别通过公式计算每次翻新寿命，并将首翻期寿命以及每次翻新寿命之
和作为实际使用寿命。
优选地，所述步骤52中的首翻期寿命公式为：
M ′ = ( t ′ × T Q 1 ′ t Q 1 ′ , t ′ × T Q 2 ′ t Q 2 ′ , t ′ × T Q 3 ′ t Q 3 ′ ) min , ]]>
所述步骤52中的实际使用寿命公式为：
M = ( t × T Q 1 t Q 1 , t × T Q 2 t Q 2 , t × T Q 3 t Q 3 ) min ; ]]>
其中，M为待测发动机的火焰筒的全寿命；M'为待测发动机的首翻期寿命；t’为理
论试车首节段试车时数或理论首翻期；TQ1为对比用发动机的火焰筒的设计点状态Q1下的设
计点状态寿命；TQ2为对比用发动机的火焰筒的起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命；TQ3为对
比用发动机的火焰筒的高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命；T′Q1为对比用发动
机的火焰筒的设计点状态Q1的设计点状态寿命；T′Q2为对比用发动机的火焰筒的起飞点状
态Q2的起飞点状态寿命；T′Q3为对比用发动机的火焰筒的高温起飞点的状态Q3的高温起飞
点状态寿命；tQ1待测发动机的火焰筒的为理论全寿命时数下的设计点状态Q1下的设计点状
态寿命；tQ2待测发动机的火焰筒的为起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命；tQ3为待测发动机
的火焰筒的高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命；t为待测发动机的火焰筒的理
论全寿命时数；t′Q1为待测发动机的火焰筒的设计点状态Q1下的设计点状态寿命；t′Q2为待
测发动机的火焰筒的起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命；t′Q3为待测发动机的火焰筒的高
温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命。
优选地，所述步骤52中的首翻期寿命公式为：
m ′ = X + [ T Q 1 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 1 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 1 , T Q 2 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 2 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 2 , ]]>
T Q 3 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 3 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 3 ] min ]]>
其中，M'为待测发动机的首翻期寿命；X为试车时数；t’为理论试车首节段试车时
数或理论首翻期；T′Q1为对比用发动机的火焰筒的设计点状态Q1的设计点状态寿命；T′Q2为
对比用发动机的火焰筒的起飞点状态Q2的起飞点状态寿命；T′Q3为对比用发动机的火焰筒
的高温起飞点的状态Q3的高温起飞点状态寿命；t为待测发动机的火焰筒的理论全寿命时
数；t′Q1为待测发动机的火焰筒的设计点状态Q1下的设计点状态寿命；t′Q2为待测发动机的
火焰筒的起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命；t′Q3为待测发动机的火焰筒的高温起飞点的
状态Q3下的高温起飞点状态寿命；yQ1为设计点状态Q1下衰减时间；yQ2为起飞点状态Q2下衰
减时间；yQ3高温起飞点状态Q3下衰减时间。
优选地，所述步骤54中的公式为：
m = X + ( t - X ) × ( T Q 1 ( t Q 1 + y Q 1 ) , T Q 2 ( t Q 2 + y Q 2 ) , T Q 3 ( t Q 3 + y Q 3 ) ) min ; ]]>其中，
X为试车时数；M为待测发动机的火焰筒的全寿命；t为待测发动机的火焰筒的理论
全寿命时数；TQ1为对比用发动机的火焰筒的设计点状态Q1下的设计点状态寿命；TQ2为对比
用发动机的火焰筒的起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命；TQ3为对比用发动机的火焰筒的高
温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命；tQ1待测发动机的火焰筒的为理论全寿命时数
下的设计点状态Q1下的设计点状态寿命；tQ2待测发动机的火焰筒的为起飞点状态Q2下的起
飞点状态寿命；tQ3为待测发动机的火焰筒的高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿
命；yQ1为设计点状态Q1下衰减时间；yQ2为起飞点状态Q2下衰减时间；yQ3高温起飞点状态Q3
下衰减时间。
优选地，所述步骤55中的每次翻新寿命公式与所述步骤62中的首翻期公式相同，
其中的yQ1、yQ2以及yQ3采用该次翻新寿命时的衰减时间；
所述步骤55中的实际使用寿命公式为：。
M＝m'+m”+m”'……；其中，
M为待测发动机的火焰筒的全寿命；m'，m”m”'……为每一次翻修后的使用时数。
本发明中的计算发动机主燃烧室火焰筒实际使用寿命的方法基于现有对比用发
动机的火焰筒有效试车时数积累的基础上，设计了一种全新的主燃烧室火焰筒的寿命评估
方法。其优点在于：采用统计学的方法对火焰筒的寿命问题进行了评估比单纯用数值模拟
计算的方法更科学可信，而且能够得到每一台发动机的总体和实时的寿命参数预估，对发
动机的安全使用提供了有效的保证。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的计算发动机主燃烧室火焰筒实际使用寿命的方法的
流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中
的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类
似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明
一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用
于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下
面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、
“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所
示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装
置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护
范围的限制。
为了方便查找，本申请将各个字母所代表的含义在此处进行汇总解释，在下文中，
不在针对各个公式进行逐一解释。
M为待测发动机的火焰筒的全寿命；
M'为待测发动机的首翻期寿命；
t’为理论试车首节段试车时数或理论首翻期；
TQ1为对比用发动机的火焰筒的设计点状态Q1下的设计点状态寿命；
TQ2为对比用发动机的火焰筒的起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命；
TQ3为对比用发动机的火焰筒的高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命；
T′Q1为对比用发动机的火焰筒的设计点状态Q1的设计点状态寿命；
T′Q2为对比用发动机的火焰筒的起飞点状态Q2的起飞点状态寿命；
T′Q3为对比用发动机的火焰筒的高温起飞点的状态Q3的高温起飞点状态寿命；
tQ1待测发动机的火焰筒的为理论全寿命时数下的设计点状态Q1下的设计点状态
寿命；
tQ2待测发动机的火焰筒的为起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命；
tQ3为待测发动机的火焰筒的高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命；
t为待测发动机的火焰筒的理论全寿命时数；
t′Q1为待测发动机的火焰筒的设计点状态Q1下的设计点状态寿命；
t′Q2为待测发动机的火焰筒的起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命；
t′Q3为待测发动机的火焰筒的高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命；
yQ1为设计点状态Q1下衰减时间；
yQ2为起飞点状态Q2下衰减时间；
yQ3高温起飞点状态Q3下衰减时间；
X为试车时数；
m'，m”m”'……为每一次翻修后的使用时数。
图1是根据本发明一实施例的计算发动机主燃烧室火焰筒实际使用寿命的方法的
流程示意图。
如图1所示的计算发动机主燃烧室火焰筒实际使用寿命的方法包括如下步骤：
步骤1：获取在第一载荷谱下，对比用发动机的火焰筒的全寿命或者试车时数T为
预定时间下的设计点状态Q1下的设计点状态寿命TQ1、起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命
TQ2以及高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命TQ3；
步骤2：获取在第一载荷谱下，对比用发动机的火焰筒的首翻期或者试车首节段试
车时数T’在预定时间下的设计点状态Q1的设计点状态寿命T′Q1、起飞点状态Q2的起飞点状
态寿命T′Q2以及高温起飞点的状态Q3的高温起飞点状态寿命T′Q3；
步骤3：获取在第二载荷谱下，待测发动机的火焰筒的理论全寿命时数t下的设计
点状态Q1下的设计点状态寿命tQ1、起飞点状态Q2下的起飞点状态寿命tQ2以及高温起飞点
的状态Q3下的高温起飞点状态寿命tQ3；
步骤4：获取在第二载荷谱下，待测发动机的火焰筒的理论首翻期或者理论试车首
节段试车时数t’在预定时间下的设计点状态Q1下的设计点状态寿命t′Q1、起飞点状态Q2下
的起飞点状态寿命t′Q2以及高温起飞点的状态Q3下的高温起飞点状态寿命t′Q3；
步骤5：根据所述步骤1至所述步骤5中的数据，通过公式计算待测发动机的火焰筒
的实际使用寿命。
在本实施例中，第一载荷谱与所述第二载荷谱为不同的载荷谱；所述步骤1中的T
为2000h，所述步骤2中的T’＝500h，所述步骤4中的t’＝750h。
在本实施例中，步骤5具体为：
步骤51：判断是否考虑性能衰减；若衰减，则进行步骤53；若不衰减，则进行步骤
52；
步骤52：通过公式求得待测发动机的首翻期寿命以及实际使用寿命；
步骤53：获得由于试车时数为X时排气温度裕度衰减x度，性能衰减后设计点状态
Q1下衰减时间yQ1、起飞点状态Q2下衰减时间yQ2以及高温起飞点状态Q3下衰减时间yQ3，通过
公式获得首翻期寿命并判断在首翻期寿命后是否有性能衰减，若否，则进行步骤54，若是，
则进行步骤55；
步骤54：通过公式获得实际使用寿命；
步骤55：分别通过公式计算每次翻新寿命，并将首翻期寿命以及每次翻新寿命之
和作为实际使用寿命。
在本实施例中，所述步骤52中的首翻期寿命公式为：
M ′ = ( t ′ × T Q 1 ′ t Q 1 ′ , t ′ × T Q 2 ′ t Q 2 ′ , t ′ × T Q 3 ′ t Q 3 ′ ) min ; ]]>
所述步骤52中的实际使用寿命公式为：
M = ( t × T Q 1 t Q 1 , t × T Q 2 t Q 2 , t × T Q 3 t Q 3 ) min . ]]>
在本实施例中，步骤52中的首翻期寿命公式为：
m ′ = X + [ T Q 1 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 1 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 1 , T Q 2 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 2 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 2 , ]]>
T Q 3 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 3 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 3 ] min . ]]>
在本实施例中，所述步骤54中的公式为：
m = X + ( t - X ) × ( T Q 1 ( t Q 1 + y Q 1 ) , T Q 2 ( t Q 2 + y Q 2 ) , T Q 3 ( t Q 3 + y Q 3 ) ) min . ]]>
在本实施例中，步骤55中的每次翻新寿命公式与步骤62中的首翻期公式相同，其
中的yQ1、yQ2以及yQ3采用该次翻新寿命时的衰减时间；
步骤55中的实际使用寿命公式为：。
M＝m'+m”+m”'……；其中，
M为待测发动机的火焰筒的全寿命；m'，m”m”'……为每一次翻修后的使用时数。
下面以举例的方式对本发明进行进一步阐述。可以理解的是，该举例并不构成对
本发明的任何限制。
以某型发动机试车规定的载荷谱为基础，根据对比用发动机的火焰筒的试车或者
试验情况得到基本的数据，具体内容如下：
第一实施例：
在第一载荷谱的情况下，对比用发动机的火焰筒具有如下参数：
a.全寿命或者现有试车时数T＝2000h下设计点状态Q1、起飞点状态Q2和高温起飞
点的状态Q3的累积时数TQ1＝1500h，TQ2＝60h和TQ3＝40h；
b.首翻期或者试车首节段试车时数T’＝500下的设计点状态Q1、起飞点状态Q2和
高温起飞点的状态Q3的累积时数T′Q1＝375h，T′Q2＝15h和T′Q3＝10h；
在第二载荷谱下，计算得到待测发动机的火焰筒的参数情况如下：
理论全寿命和首翻期内的基本数据如下：
a.理论全寿命时数t＝3000h下设计点状态Q1、起飞点状态Q2和高温起飞点的状态
Q3的累积时数tQ1＝1500h，tQ2＝60h和tQ3＝40h；
b.理论首翻期或者理论试车首节段试车时数t’＝750h下的设计点状态Q1、起飞点
状态Q2和高温起飞点的状态Q3的累积时数t'Q1＝375h，t'Q2＝15h和t'Q3＝10h；
根据步骤51，考虑衰减的情况下，进行步骤53：
若考虑待测发动机实际使用情况中的性能衰减问题，当试车时数为X＝500h排气
温度裕度衰减x＝30度，则得到这种新型或者新用途发动机的实际使用全寿命和首翻期寿
命：yQ1,＝10h,yQ2,＝5h和yQ3＝3h；
首翻期寿命：
m ′ = X + [ T Q 1 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 1 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 1 , T Q 2 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 2 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 2 , ]]>
T Q 3 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 3 ′ + ( t ′ - X ) t × y Q 3 ] min = 500 + [ 248 , 230 , 232 ] min = 730 h . ]]>
若认为不继续进行衰减，则得到实际使用寿命如下：
m = X + ( t - X ) × ( T Q 1 ( t Q 1 + y Q 1 ) , T Q 2 ( t Q 2 + y Q 2 ) , T Q 3 ( t Q 3 + y Q 3 ) ) min = 2825 h . ]]>
第二实施例：
其他条件同实施例1，若认为继续衰减，则首翻期维修后继续试车，若试车时数X’
＝500h,后，性能继续衰减x＝20度，则二翻期寿命计算公式如下：
m ′ ′ = X ′ + [ T Q 1 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 1 ′ + ( t ′ - X ) t × y ′ Q 1 , T Q 2 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 2 ′ + ( t ′ - X ) t × y ′ Q 2 , ]]>
T Q 3 ′ × ( 1 - X t ′ ) × ( t ′ - X ) ( t ′ - X ) t ′ × t Q 3 ′ + ( t ′ - X ) t × y ′ Q 3 ] min = 500 + [ 249 , 230 , 222 ] min = 722 h ]]>
其中，y'Q1,＝5h,y'Q2,＝5h和y'Q3＝5h，可以理解的是，该处采用y'Q1,y'Q2和y'Q3是
为了与第一实施例中的yQ1,yQ2和yQ3进行区别对待，而其实质含义并无区别。
若试车时数X’后性能基本保持不变，则全寿命计算公式如下：
M＝m'+m”＝2123
M = m ′ + m ′ ′ + ( t - m ′ - X ′ ) × ( T Q 1 ( t Q 1 + y Q 1 + y ′ Q 1 ) , T Q 2 ( t Q 2 + y Q 2 + y ′ Q 2 ) , T Q 3 ( t Q 3 + y Q 3 + y ′ Q 3 ) ) min = 2742 h ]]>
m'，m”m”'……为每一次翻修后的使用时数，每一次翻修后的使用时数可参见首翻
期寿命的计算公式。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽
管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然
可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替
换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精
神和范围。