超超臨界汽輪機進汽閥結構強度與壽命分析.pdf

1、超超臨界機組是當今世界上最先進的發(fā)電裝備之一,它具有高效﹑安全﹑清潔等特點，因此它是我國未來電力技術的重點發(fā)展方向。隨著機組工作參數的不斷提升，很多高溫部件都在蠕變狀態(tài)下運行，長期頻繁的啟停和調峰運行導致高溫部件的熱疲勞，機組良好的操控性要求閥門構件有快關能力。目前國內汽輪機中壓缸最高運行參數已經達到620℃/13MPa，因此高溫引起的結構損傷或失效不容忽視。蒸汽閥(又稱“進汽閥”)作為火力發(fā)電機組調節(jié)系統(tǒng)中控制進汽最關鍵的部件，直接承

2、受來自鍋爐的高參數蒸汽，它能否正常運行關系到整個機組的安全性。由于運行參數已接近閥門材料GX12Cr和FB2合金的使用極限，進汽閥往往在閥體、密封件、閥碟這三個構件上出現失效破壞現象，因此本文根據進汽閥的這三個構件的失效特征分別作了結構強度分析和壽命評估。
　　首先，論文在充分闡述了蠕變﹑疲勞理論的基礎上建立了一套適合厚壁結構的高溫強度計算與分析方法，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算及分析了新設計閥（“新閥”）和在役閥（“老閥”）在22年正常啟停和額定工況運行中的蠕變-疲勞損傷，結果發(fā)現，線性累加法則預測結果高估了閥體的疲勞-蠕變總損傷，由于交互作用和多軸應力在不同程度上加劇了蠕變-疲勞總損傷演化進程，因此基于連續(xù)損傷力學方法對閥體總損傷的評估結果更合乎實際，評估結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計算及分析了U型密封件的多軸蠕變等效應變，這一系數既從微觀上體現了U型密封件材料孔洞長大引起的蠕變失效本質，又從宏觀上反映了多軸應力對U型密封件蠕變失效的影響。論文利用多軸蠕變應變設計準則評估了U型密封件的高溫強度，計算及分析了不同工況和設計參數下U型密封件的接觸應力變化情況，結果顯示，薄法蘭下的最大多軸蠕變等效應變?yōu)?.5％，厚法蘭下的最大多軸蠕

5、變等效應變?yōu)?.8%，按照相關標準1%的限定值，U型密封件強度滿足多軸蠕變應變設計準則，另外，U型密封件的最大接觸應力從蠕變初期的280MPa下降到20萬小時后的82MPa，如果未考慮法蘭螺栓應力松弛，那么U型密封件的高溫強度評估結果偏保守。
　　第三，本文提出了將粘彈塑性體的碰撞與接觸問題聯合求解的方法，一種顯式動力學的經過損傷修正的沖擊本構模型被應用到閥碟與閥座的沖擊損傷壽命預測當中。沖擊動態(tài)應力是一個高度非線性的函數，它包含

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