超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高溫強(qiáng)度研究.pdf

1、超臨界及超超臨界汽輪機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得汽輪機(jī)的強(qiáng)度和壽命問(wèn)題日益突出，如何準(zhǔn)確地評(píng)估汽輪機(jī)部件的高溫強(qiáng)度及使用壽命，也是目前高參數(shù)汽輪機(jī)設(shè)計(jì)和考核中的一大難題。本文以某超超臨界汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子為對(duì)象，基于有限元方法（FEM）對(duì)轉(zhuǎn)子高溫工作環(huán)境下的蠕變和疲勞問(wèn)題進(jìn)行了研究，研究結(jié)果為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供了參考，也為建立汽輪機(jī)高溫強(qiáng)度考核準(zhǔn)則提供了依據(jù)。本文的主要內(nèi)容如下： 基于商業(yè)有限元軟件ABAQUS 對(duì)高壓轉(zhuǎn)子進(jìn)行了熱彈塑性

2、分析，采用Graham-Walles 冪率模型模擬了轉(zhuǎn)子20 萬(wàn)小時(shí)服役時(shí)間內(nèi)的蠕變行為，指出蠕變引起了轉(zhuǎn)子應(yīng)力分布的重構(gòu)，以持久應(yīng)力曲線評(píng)估轉(zhuǎn)子的蠕變強(qiáng)度具有一定的局限性。引入等效應(yīng)變準(zhǔn)則和損傷力學(xué)方法預(yù)測(cè)了蠕變危險(xiǎn)區(qū)和損傷情況，預(yù)測(cè)結(jié)果均表明轉(zhuǎn)子前軸封圓弧段上蠕變損傷較大，但仍處于安全范圍內(nèi)。以Cocks-Ashby 受約束孔洞長(zhǎng)大模型分析了多軸應(yīng)力狀態(tài)對(duì)轉(zhuǎn)子蠕變韌性的影響，分析結(jié)果表明轉(zhuǎn)子在多軸應(yīng)力下蠕變韌性降低。 基于多

3、軸蠕變韌度變化系數(shù)提出了考慮多軸效果的轉(zhuǎn)子蠕變強(qiáng)度考核方法。分析了轉(zhuǎn)子冷態(tài)啟動(dòng)-停機(jī)過(guò)程的溫度場(chǎng)和Mises 合成應(yīng)力場(chǎng)，指出內(nèi)外溫差引起的熱應(yīng)力是低周疲勞損傷的主要原因。分析結(jié)果表明，低周疲勞主要發(fā)生在進(jìn)汽側(cè)凹槽上。以Manson-Coffin公式、雨流法和損傷累積方法預(yù)測(cè)了該轉(zhuǎn)子的低周疲勞壽命。此外，基于應(yīng)變－壽命公式對(duì)轉(zhuǎn)子自重交變應(yīng)力引起的高周疲勞損傷進(jìn)行了分析。 基于連續(xù)損傷力學(xué)理論研究了蠕變－疲勞交互作用對(duì)轉(zhuǎn)子強(qiáng)度的影