300MW汽轮机转子低周疲劳与高温蠕变的寿命计算与研究

论文摘要

现代化的电力系统,电力负荷峰谷差及总量逐渐增大,高参数、大容量的火电机组在今后必将参与调峰。这就对汽轮机组提出了更高的要求,为了满足电网的需求,汽轮机组的启停必须快速,从运行的经济方面说这样的快速启停可以降低机组的热量损失,从而使得机组运行更经济。与此相矛盾的是机组快速启停必将导致发电设备在此过程中遭遇热冲击,使得机组的寿命损耗增大,这又是非常不合理及不安全的。所以对汽轮机的预期寿命必须加强管理,保证热力发电机组的安全、经济运行。本文从电厂汽轮机转子寿命管理的实际情况出发,以300MW汽轮机组为研究对象,利用ALGOR有限元分析软件,计算了汽轮机组冷态启动、热态启动的温度场、应力场。并以有限元计算结果为基础,进一步对转子的寿命损耗进行了计算,根据金属材料的疲劳机理,在计算中对材料老化造成的硬度变化值做了修正,研究了疲劳蠕变损耗间的耦合计算。经综合分析及计算结果,合理建议了汽轮机转子寿命管理。主要进行的工作:（1）研究转子温度场、应力场的有限元计算原理,确定计算几何模型,简化模型并对其划分网格,根据需要在转子应力集中部位网格细化。（2）运用ALGOR软件对转子几何模型进行三维仿真模拟,得出机组在冷态及热态启动过程中,各自的温度场、应力场分布图,并以此为基础对转子所承受的热应力进行分析。（3）通过研究疲劳寿命理论,引入材料硬度这一性能参数,根据机组实际的运行模式,分析其与机组运行时间之间的变化关系。（4）转子材料的硬度与转子因高温引起的蠕变寿命损耗息息相关,直接影响着机组运行的安全性。结合ALGOR软件分析的结果,把机组运行的基本数据分六个时间段进行计算蠕变寿命计算,找出蠕变寿命损耗随时间的变化关系。（5）引进非线形低周疲劳连续损伤模型和三轴度因子,对转子的低周疲劳寿命损耗进行计算分析。探讨机组疲劳-蠕变耦合作用对机组寿命损耗的影响。汽轮机组启动过程中,温升率对转子热应力及机组寿命损耗影响重大,并基于考虑转子材料硬度变化时温升率怎样调节,使得机组寿命损耗量低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外汽轮机转子寿命研究现状
• 1.2.1 国外对汽轮机转子寿命研究
• 1.2.2 国内对汽轮机转子寿命评估研究
• 1.2.3 目前存在的问题
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 研究对象
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 有限元及转子热应力数值计算理论基础
• 2.1 转子温度场的数学模型
• 2.2 应力场的数学模型
• 2.3 放热系数的计算
• 2.4 转子寿命
• 2.5 本章小结
• 第三章 转子热应力场的有限元计算与分析
• 3.1 有限元理论分析
• 3.1.1 有限元的思想
• 3.1.2 有限元的热分析
• 3.2 转子有限元分析
• 3.2.1 机组概况和材料属性
• 3.2.2 边界条件的确定
• 3.3 计算结果与分析
• 3.3.1 冷态启动转子温度场
• 3.3.2 热态启动转子温度场
• 3.3.3 冷态启动转子应力场的计算
• 3.3.4 转子热态启动应力场
• 3.5 本章小结
• 第四章 转子蠕变损耗寿命
• 4.1 金属疲劳机理及高温力学性能的研究
• 4.1.1 金属的疲劳机理
• 4.1.2 金属的高温力学性能
• 4.2 材料硬度和机组蠕变寿命损耗之间的关系
• 4.2.1 转子材料的硬度
• 4.2.2 硬度与转子运行时间的变化关系
• 4.2.3 蠕变寿命损耗计算
• 4.3 本章小结
• 第五章 转子低周疲劳寿命损耗计算
• 5.1 汽轮机转子低周疲劳失效
• 5.1.1 失效的基本特征
• 5.1.2 低周疲劳的影响因素
• 5.2 转子低周疲劳损伤及寿命分析
• 5.2.1 连续介质损伤模型
• 5.2.2 硬度对低周疲劳损耗量的影响
• 5.2.3 转子低周疲劳寿命计算
• 5.2.4 机组启动温升率与转子材料硬度之间的关系
• 5.3 疲劳-蠕变
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 （攻读硕士学位期间发表的论文）
• 摘要
• ABSTRACT