超超臨界汽輪機(jī)進(jìn)汽閥結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與壽命分析.pdf

1、超超臨界機(jī)組是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的發(fā)電裝備之一,它具有高效﹑安全﹑清潔等特點(diǎn)，因此它是我國未來電力技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向。隨著機(jī)組工作參數(shù)的不斷提升，很多高溫部件都在蠕變狀態(tài)下運(yùn)行，長期頻繁的啟停和調(diào)峰運(yùn)行導(dǎo)致高溫部件的熱疲勞，機(jī)組良好的操控性要求閥門構(gòu)件有快關(guān)能力。目前國內(nèi)汽輪機(jī)中壓缸最高運(yùn)行參數(shù)已經(jīng)達(dá)到620℃/13MPa，因此高溫引起的結(jié)構(gòu)損傷或失效不容忽視。蒸汽閥(又稱“進(jìn)汽閥”)作為火力發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)中控制進(jìn)汽最關(guān)鍵的部件，直接承

2、受來自鍋爐的高參數(shù)蒸汽，它能否正常運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的安全性。由于運(yùn)行參數(shù)已接近閥門材料GX12Cr和FB2合金的使用極限，進(jìn)汽閥往往在閥體、密封件、閥碟這三個(gè)構(gòu)件上出現(xiàn)失效破壞現(xiàn)象，因此本文根據(jù)進(jìn)汽閥的這三個(gè)構(gòu)件的失效特征分別作了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和壽命評估。
　　首先，論文在充分闡述了蠕變﹑疲勞理論的基礎(chǔ)上建立了一套適合厚壁結(jié)構(gòu)的高溫強(qiáng)度計(jì)算與分析方法，與線性損傷累積法則為主的傳統(tǒng)方法相比，這種基于連續(xù)損傷力學(xué)的理論方法具有非線性、

3、耦合性、多軸性的優(yōu)勢。本文利用這兩種方法計(jì)算及分析了新設(shè)計(jì)閥（“新閥”）和在役閥（“老閥”）在22年正常啟停和額定工況運(yùn)行中的蠕變-疲勞損傷，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，線性累加法則預(yù)測結(jié)果高估了閥體的疲勞-蠕變總損傷，由于交互作用和多軸應(yīng)力在不同程度上加劇了蠕變-疲勞總損傷演化進(jìn)程，因此基于連續(xù)損傷力學(xué)方法對閥體總損傷的評估結(jié)果更合乎實(shí)際，評估結(jié)果顯示新閥最大總損傷為0.286，老閥的最大總損傷為0.267，相對蠕變而言，疲勞對新閥總損傷貢獻(xiàn)量更大。<

4、br>　　第二，本文引入基于Cocks-Ashby(C-A)孔洞長大模型的多軸蠕變損傷系數(shù)計(jì)算及分析了U型密封件的多軸蠕變等效應(yīng)變，這一系數(shù)既從微觀上體現(xiàn)了U型密封件材料孔洞長大引起的蠕變失效本質(zhì)，又從宏觀上反映了多軸應(yīng)力對U型密封件蠕變失效的影響。論文利用多軸蠕變應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則評估了U型密封件的高溫強(qiáng)度，計(jì)算及分析了不同工況和設(shè)計(jì)參數(shù)下U型密封件的接觸應(yīng)力變化情況，結(jié)果顯示，薄法蘭下的最大多軸蠕變等效應(yīng)變?yōu)?.5％，厚法蘭下的最大多軸蠕

5、變等效應(yīng)變?yōu)?.8%，按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1%的限定值，U型密封件強(qiáng)度滿足多軸蠕變應(yīng)變設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，另外，U型密封件的最大接觸應(yīng)力從蠕變初期的280MPa下降到20萬小時(shí)后的82MPa，如果未考慮法蘭螺栓應(yīng)力松弛，那么U型密封件的高溫強(qiáng)度評估結(jié)果偏保守。
　　第三，本文提出了將粘彈塑性體的碰撞與接觸問題聯(lián)合求解的方法，一種顯式動(dòng)力學(xué)的經(jīng)過損傷修正的沖擊本構(gòu)模型被應(yīng)用到閥碟與閥座的沖擊損傷壽命預(yù)測當(dāng)中。沖擊動(dòng)態(tài)應(yīng)力是一個(gè)高度非線性的函數(shù)，它包含

6、塑性應(yīng)變﹑應(yīng)變率﹑多軸度因子﹑絕熱溫升以及損傷度等因素，反映了閥門快關(guān)過程中沖擊能量的轉(zhuǎn)化與耗散，應(yīng)變率硬化和溫度軟化效應(yīng)，因此適合于閥碟在0.1s內(nèi)快速關(guān)閉閥門的沖擊損傷研究。為了得到最佳的沖擊參數(shù)和幾何結(jié)構(gòu)，對比分析了閥碟傾角﹑撞擊面積率﹑高徑比﹑沖擊速度四個(gè)參數(shù)對沖擊損傷的影響。論文研究了1m/s、3m/s、6m/s速度下閥碟的沖擊行為，結(jié)果表明，如果沖擊速度控制在1m/s以內(nèi)，最佳參數(shù)組合下的沖擊損傷為0.0025，允許沖擊次數(shù)