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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1、上海交通大学硕士学位论文超超临界汽轮机大口径中压阀门的高温强度研究硕士研究生：吴穹学号：1120209349导师：王炜哲副研究员申请学位：工程硕士专业学位学科：动力工程及工程热物理所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterHIGHTEMPERATURESTRENGTHANALYSISOFULTRASUPERCRITICALSTEAMTURBINELARGE-DIAMETERINTERMEDIATE

2、-PRESSUREVALVECandidate：QiongWuStudentID:1120209349Supervisor：Prof.WeizheWangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：January,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文超超临界

3、汽轮机大口径中压阀门的高温强度研究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

4、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

5、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IABSTRACTHIGHTEMPERATURESTRENGTHANALYSISOFULTRASUPERCRITICALSTEAMTURBINELARGE-DIAMETERINTERMEDIATE-PRESSUREVALVEABSTRACTTheparameterofintermediate-pressuremoduleoftheultrasupercriticalsteamturbineunitindesignhasbeeneleva

6、tedto3.286MPa/620℃whichismuchhigherthanthatinoperation.Tosatisfytheincreasedsteamtemperatureandflux,thenewliftingintermediatepressurevalvewillbecastedbynewhigh-temperature-toleratedalloymaterialanditsdiameterwillbeenlarged,whichwillinfluencethevalve’stransientstressinstart-up,steadyoper

7、ationandshut-downconditions,fatigueandcreeplifespan.Thus,itisinurgentdemandtoassessthenewvalve’sfatigueandcreepstrengthandoptimizethestructureinordertoensurethesafeoperationoftheunitinserviceperiod.Inthedissertation,hightemperaturecreepstrengthandfatiguestrengthofthenewlarge-di