【摘要】：超超臨界發(fā)電技術(shù)是潔凈煤發(fā)電技術(shù)的優(yōu)先選擇,是我國(guó)在現(xiàn)階段和今后很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)減少二氧化碳排放的最經(jīng)濟(jì)最有效的途徑。為進(jìn)一步增加節(jié)能減排的力度,各國(guó)正在研發(fā)蒸汽參數(shù)達(dá)700℃等級(jí)的先進(jìn)超超臨界技術(shù),但蒸汽參數(shù)的提高,對(duì)超超臨界機(jī)組關(guān)鍵部件材料的安全性和可靠性提出了更高的要求,同時(shí)也對(duì)設(shè)備的主要部件壽命設(shè)計(jì)和評(píng)估技術(shù)提出了更高要求,成為近年來潔凈煤發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。超超臨界機(jī)組關(guān)鍵部件在高溫下失效的最主要形式之一是蠕變,由于部件自身幾何形狀不規(guī)則且在運(yùn)行過程中受到多種載荷的共同作用,基本上都處于多軸應(yīng)力狀態(tài)。而在機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)大多采用的是處于單軸應(yīng)力狀態(tài)的蠕變數(shù)據(jù),按現(xiàn)有的方法得到的部件壽命預(yù)測(cè)結(jié)果有異于部件所處的實(shí)際情況,顯然,這對(duì)超超臨界機(jī)組的壽命評(píng)估和安全管理是不利的。因此,研究多軸應(yīng)力狀態(tài)下高溫部件的蠕變行為、建立高溫部件多軸蠕變本構(gòu)模型,并用全尺寸部件實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,是揭示超超臨界機(jī)組高溫部件在多軸蠕變條件下壽命評(píng)估的關(guān)鍵科學(xué)問題,對(duì)超超臨界機(jī)組關(guān)鍵部件的選材設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行及維護(hù)都具有重要的意義。本論文針對(duì)多軸蠕變對(duì)超超臨界機(jī)組關(guān)鍵部件壽命的影響,開展了一系列理論和實(shí)驗(yàn)研究,主要的研究工作和結(jié)論如下:(1)對(duì)600℃及以上超超臨界機(jī)組蒸汽管道常用材料P92鋼,開展了一系列不同條件下的圓棒試樣單軸蠕變實(shí)驗(yàn),為P92鋼蠕變模型提供數(shù)據(jù)支持。基于連續(xù)損傷力學(xué)的 Kachanov-Rabotnov(K-R)模型改進(jìn)了 Norton-Bailey(N-B)蠕變本構(gòu)模型和Graham-Walles(G-W)蠕變本構(gòu)模型,改進(jìn)后的模型能夠克服傳統(tǒng)蠕變模型無法準(zhǔn)確描述蠕變?nèi)^程的問題,并解決了 P92鋼在溫度高于600℃時(shí)蠕變實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的最小蠕變速率和應(yīng)力雙對(duì)數(shù)之間的非線性關(guān)系的問題。通過與P92鋼單軸蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn),兩個(gè)模型均能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)P92鋼單軸蠕變過程的三個(gè)階段。(2)利用P92鋼內(nèi)壓拉伸試樣在不同內(nèi)壓和拉伸應(yīng)力組合加載條件下可以形成不同的多軸度,開展了一系列多軸蠕變實(shí)驗(yàn),研究了多軸應(yīng)力對(duì)P92鋼蠕變微觀孔洞發(fā)展的影響,為P92鋼多軸蠕變模型提供數(shù)據(jù)支持。通過引入多軸度和蠕變損傷,建立了 P92鋼多軸蠕變本構(gòu)模型,其中改進(jìn)的N-B模型中,多軸度主要用于描述第一主應(yīng)力和vonMises應(yīng)力對(duì)損傷的貢獻(xiàn),改進(jìn)的G-W模型中,多軸度主要用于描述靜水應(yīng)力(hydrostatic stress)和von Mises應(yīng)力對(duì)損傷的貢獻(xiàn)。通過與P92鋼多軸蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn),兩個(gè)模型均能較好的模擬P92鋼多軸蠕變過程的三個(gè)階段。(3)設(shè)計(jì)并搭建了全尺寸管道彎頭蠕變實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),進(jìn)行了厚壁和薄壁兩種全尺寸管道彎頭在平面內(nèi)彎矩下的蠕變實(shí)驗(yàn),對(duì)由小試件蠕變實(shí)驗(yàn)獲得的多軸蠕變模型進(jìn)行了修正和驗(yàn)證。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),改進(jìn)的N-B模型和改進(jìn)的G-W模型均能較好的模擬P92鋼管道彎頭在平面內(nèi)彎矩下的蠕變過程。(4)可以利用等時(shí)蠕變斷裂面描述與單軸蠕變斷裂時(shí)間相同的多軸蠕變?cè)趹?yīng)力空間中應(yīng)力狀態(tài)的軌跡,推導(dǎo)了應(yīng)力空間中多軸蠕變的等時(shí)蠕變斷裂面在偏平面上的等時(shí)蠕變斷裂軌跡的公式。利用P92鋼單軸和內(nèi)壓拉伸多軸蠕變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),提出了針對(duì)P92鋼多軸蠕變的等時(shí)蠕變失效準(zhǔn)則,通過P92鋼全尺寸管道彎頭在平面內(nèi)彎矩作用下的蠕變實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。利用多軸蠕變模型的有限元分析結(jié)果和偏平面上的等時(shí)蠕變斷裂失效準(zhǔn)則,提出了一種新的超超臨界機(jī)組關(guān)鍵部件蠕變壽命的評(píng)估方法。(5)比較了現(xiàn)有的各國(guó)電站高溫部件壽命設(shè)計(jì)和評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)或推薦方法,計(jì)算了超超臨界機(jī)組T型部件關(guān)鍵位置處的蠕變和疲勞壽命。結(jié)果發(fā)現(xiàn),不同標(biāo)準(zhǔn)采用的壽命評(píng)估理論有差異,計(jì)算出的結(jié)果相差較大;在設(shè)計(jì)工況條件下,T型部件損傷的累積形式主要為蠕變損傷,疲勞損傷基本可以忽略不計(jì)。利用改進(jìn)的G-W多軸蠕變模型分析了 T型部件在設(shè)計(jì)工況下前三個(gè)周期的蠕變行為,并利用超超臨界機(jī)組關(guān)鍵部件蠕變壽命評(píng)估新方法對(duì)T型部件關(guān)鍵位置進(jìn)行了蠕變壽命評(píng)估。
【圖文】：

如式（１－１）。歐洲ＤＩＮ邋ＥＮ邋１２９５２－３／４標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)Ｒ５推薦標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)逡逑電力研究協(xié)會(huì)ＥＰＲＩ建議方法采用的是與材料無關(guān)的損傷界限值曲線，如式（１－２）。逡逑損傷界限值曲線如圖１－２所示。逡逑Ｄ邋＝邋Ｄｆ＋Ｄｃ＜ｌ邐（１－１）逡逑Ｄ邋＝邋Ｄ邋ｆ邋＋邋Ｄｃ邋＝邋Ｉ邐（１－２）逡逑１．０－ｐ邐＝＝——｜逡逑〔＇＇邐邐９Ｃｒ１ＭｏＶ逡逑Ｖ邐－邋－邋２．２５ＣｒｌＭｏ／Ａｌｌｏｙ邋８００Ｈ逡逑０．８邋－邋Ｖ－邋、、邐邐３０４／３１６不銹鋼逡逑．Ｖ．邐……材料無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)邋Ｉ逡逑ｒ＼邐Ｖ邐＊逡逑ｆ邋Ｖ逡逑０邋４邋￣邋Ｉ邋＊邐－邐＊．邐．．．．逡逑＾邐＇邋Ｖ．邐、＇？逡逑0．２＿邐ｕ邐？、．、、邐＇．逡逑＼邐邐邋“邋－－」：、、、：、逡逑0．0邋＿］邐邐，邐．．－心逡逑０．０邐０．２邐０．４邐０．６邐０．８邐１．０逡逑疲勞損傷逡逑圖１－２不同標(biāo)準(zhǔn)的損傷界限曲線逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｄａｍａｇｅ邋ｌｉｍｉｔ邋ｃｕｒｖｅｓ邋ｏｆ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｓｔａｎｄａｒｄｓ逡逑綜上所述，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)多軸蠕變壽命的研究在理論和實(shí)驗(yàn)兩方面均已開逡逑展了大量的工作，并基于不同的理論提出了大量的蠕變壽命評(píng)估模型，部分模逡逑型還應(yīng)用到電站部件壽命評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)中。但這些模型大多是針對(duì)特定的材料，，對(duì)逡逑超超臨界機(jī)組常用＿溫材料Ｐ９２鋼的Zf變二個(gè)階段全過程的描述還有所欠缺，逡逑且得到的多軸蠕變模型均是基于實(shí)驗(yàn)室小試件蠕變實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，缺少全尺寸部件逡逑蠕變實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。現(xiàn)有的電站機(jī)組壽命評(píng)估準(zhǔn)則和方法均是基于彈性或理想彈逡逑塑性本構(gòu)模型來分析部件的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系

應(yīng)用到Ｔ型部件在機(jī)組頻繁啟停工況下的壽命評(píng)估。高溫蠕變實(shí)驗(yàn)、損傷逡逑演化規(guī)律和有限元分析結(jié)果互為驗(yàn)證，為超超臨界機(jī)組關(guān)鍵部件的壽命評(píng)估提逡逑供理論指導(dǎo)。研究采用的技術(shù)路線如圖１－３所示。逡逑多軸蠕變對(duì)超超臨界機(jī)組關(guān)鍵部件壽命影響的研究逡逑Ｉ逡逑１邋＞逡逑壽命評(píng)估方法邐邐邐邐邐邋多軸蟥變研究￣￣逡逑１邋邐邐邋邐邐逡逑現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)邐理論研宄邐實(shí)驗(yàn)研究逡逑丨邋Ｊ逡逑邐邐邋邐邋邐Ｉ邐Ｉ邐逡逑新的評(píng)估方法邐基于ＣＤＭ模型邐蠕變實(shí)驗(yàn)邐機(jī)理研宄逡逑Ｉ邐邐ｉ邐邋邐１邐邋邐逡逑}犚嗵牡沸棠Ｐ臀⒐坼義象け潯竟關(guān)廡筒問∈約笛楦宋義嫌邢拊治鰣澹駑巍危危履Ｐ灣巍蔚ブ嶗戾我唬嘀崛潯浠礤義希苠澹澹牽啄Ｐ灣文諮梗戾義希埽插胃慕尾考危嘰玨義希苠偉涼坼義系仁比潯涫у危芏嘀崛潯淠Ｐ灣穩(wěn)嘰綣艿勞溴渦形味嘀嵊α腿溴義

本文編號(hào)：2706405