核電汽輪機低壓轉(zhuǎn)子葉根槽應力腐蝕與安全性評估.pdf

1、核電已經(jīng)成為我國能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)的重要組成部分。作為核電系統(tǒng)二回路中的核心裝置，核電汽輪機尤其是其低壓轉(zhuǎn)子有多級葉輪處于濕蒸汽環(huán)境下工作。部分葉輪和葉根槽表面存在凝結(jié)液滴、液膜或溶液干涸殘留物，同時汽輪機轉(zhuǎn)子葉根槽承受較高載荷，很容易產(chǎn)生應力腐蝕破環(huán)，對核電系統(tǒng)的安全運行影響很大。我國制造核電汽輪機的歷史較短，核電汽輪機應力腐蝕研究基礎薄弱，實驗和運行數(shù)據(jù)積累少，應力腐蝕安全性設計還往往停留在單純限制應力的低層面上，沒有充分考慮材料抗腐蝕特

2、性、腐蝕環(huán)境和時間效應，與國外相比差距很大。
　　本文從核電汽輪機運行環(huán)境入手，通過分析確定核電汽輪機低壓轉(zhuǎn)子葉根槽是應力腐蝕的高危部位。選擇核電汽輪機轉(zhuǎn)子用鋼25％Cr為對象，設置了模擬實驗環(huán)境，進行了材料腐蝕裂紋擴展速率的實驗研究。將金屬材料應力腐蝕基礎理論、應用模型與汽輪機結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)合起來，完成了國產(chǎn)某型核電汽輪機低壓轉(zhuǎn)子葉根槽應力腐蝕壽命計算及安全性評估。
　　1）核電汽輪機的腐蝕環(huán)境分析：分析蒸汽參數(shù)在汽輪機

3、流程中的變化和凝結(jié)水的分布形態(tài)；分析腐蝕介質(zhì)的來源和屬性；分析汽輪機轉(zhuǎn)子應力載荷；選定國產(chǎn)某型核電汽輪機低壓轉(zhuǎn)子的第五、六、七級和第十級葉根槽應力腐蝕的高危區(qū)域為本文研究對象。
　　2）轉(zhuǎn)子材料應力腐蝕實驗研究：核電汽輪機應力腐蝕的實驗設計，選擇25%Cr國產(chǎn)某型核電汽輪機低壓轉(zhuǎn)子用鋼為實驗材料，制作標準緊湊拉伸試樣，設置除氣10%NaOH、含氧10%NaOH、除氣1%NaOH+0.1NaCl和除氣純水四種極端腐蝕環(huán)境為實驗工況，

4、實驗中實時測量裂紋長度變化。通過實驗最終獲得一組與腐蝕環(huán)境相對應的應力腐蝕裂紋擴展速率與應力強度因子的關系曲線。
　　3）應力腐蝕壽命計算：獲取腐蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)應力腐蝕裂紋萌生壽命；以此為輸入數(shù)據(jù)，基于Paris和Clark模型研究汽輪機應力腐蝕裂紋擴展問題，獲得葉根槽應力腐蝕裂紋擴展數(shù)據(jù)。比較表明，在高腐蝕環(huán)境和高應力載荷下兩種模型的計算結(jié)果有所差異，Clark模型未能反映裂紋區(qū)力學參數(shù)的變化細節(jié)，用以判斷應力腐蝕安全性存在一定