超超临界汽轮机大口径中压阀门的高温强度研究

发布时间：2017-09-01 18:04

  本文关键词：超超临界汽轮机大口径中压阀门的高温强度研究

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【摘要】：目前在研发的国产某超超临界汽轮机组由于中压模块进汽参数提高到3.3MPa/620℃,大幅度超越现有机组中压模块限制值。为了满足蒸汽温度的提高,以及流量要求,新设计提升式阀门使用了新的耐高温合金材料,增大了口径,这些势必对阀门的启动及停机瞬态应力及疲劳寿命造成影响。因此,有必要对阀门进行蠕变和疲劳强度考核,对结构进行改进和优化,保证阀门在规定的服役期内安全运行。本文以有限元分析软件Abaqus为平台,分析新设计大口径提升式蒸汽阀门在稳态工况以及启停工况下的高温蠕变强度和疲劳强度。引入Norton-Bailey材料蠕变本构方程和多轴韧度系数,分析阀门在额定工况下稳定运行20万小时的蠕变温度场、应力场、蠕变等效应变分布,研究结果表明:稳定运行过程中应力重新分配;阀门蠕变等效应变满足考核规范;主阀阀座和阀壳由于应力松弛在运行后期接触压力降低,需重新进行结构设计;阀盖和阀盖汽密性良好。以基于应变的Manson-Coffin公式和Miner法则为依据得出阀门的低周疲劳强度校核结果,结果表明:启动和停机过程中阀壳的温度、应力呈现了明显的波动性;阀座和阀壳在启动过程中可保证接触安全;新设计阀门低周疲劳损伤满足强度考核要求。最后通过编程语言Python进行二次开发,运用连续损伤力学的有关理论,对阀门寿命期内的蠕变与疲劳耦合损伤结果进行计算,考核阀门使用寿命。保证阀门在规定的服役期内安全运行。
【关键词】：汽轮机中压阀门 有限元 蠕变 疲劳 启动停机
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK264.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 汽轮机中压阀门工作环境11-12
• 1.3 中压阀门高温强度研究现状12-14
• 1.3.1 高温蠕变强度问题研究12-13
• 1.3.2 高温疲劳强度问题研究13
• 1.3.3 高温蠕变-疲劳耦合问题研究13
• 1.3.4 蒸汽阀门强度研究现状13-14
• 1.4 本文研究目标和内容14-15
• 第二章 高温强度理论及有限元方法15-33
• 2.1 蠕变强度理论15-22
• 2.1.1 蠕变现象15-16
• 2.1.2 蠕变微观机理16-18
• 2.1.3 蠕变本构方程18-20
• 2.1.4 蠕变强度设计准则以及多轴蠕变20-22
• 2.2 疲劳强度理论22-25
• 2.3 有限元计算模型25-31
• 2.3.1 实体模型和网格划分25-26
• 2.3.2 材料特性26-28
• 2.3.3 边界条件28-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 阀门蠕变强度分析33-51
• 3.1 阀门蠕变强度33-39
• 3.1.1 稳态温度场33
• 3.1.2 稳态位移场33-34
• 3.1.3 稳态等效蠕变应变场34-36
• 3.1.4 稳态应力场36-39
• 3.2 阀盖密封面汽密性分析39-42
• 3.3 稳态过程阀座接触性能分析42-50
• 3.4 本章小结50-51
• 第四章 阀门启停过程及低周疲劳分析51-65
• 4.1 阀门瞬态温度场分析51-55
• 4.1.1 启动过程温度场分析51-53
• 4.1.2 停机过程温度场分析53-55
• 4.2 阀门瞬态应力场及位移场分析55-60
• 4.2.1 启动过程应力场及位移场分析55-58
• 4.2.2 停机过程应力场58-60
• 4.3 启动过程阀座接触性能分析60-61
• 4.4 阀门低周疲劳分析61-63
• 4.5 本章小结63-65
• 第五章 蠕变疲劳耦合损伤分析65-73
• 5.1 连续损伤力学65-70
• 5.1.1 损伤的微观机理和宏观描述65-67
• 5.1.2 耦合损伤及损伤模型67-70
• 5.2 连续损伤累积模型的有限元实现70
• 5.3 蠕变-疲劳耦合损伤分析70-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 总结和展望73-75
• 参考文献75-78
• 致谢78-79
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文79

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本文编号：773582