【摘要】：超超臨界發(fā)電技術是潔凈煤發(fā)電技術的優(yōu)先選擇,是我國在現(xiàn)階段和今后很長一段時期內(nèi)減少二氧化碳排放的最經(jīng)濟最有效的途徑。為進一步增加節(jié)能減排的力度,各國正在研發(fā)蒸汽參數(shù)達700℃等級的先進超超臨界技術,但蒸汽參數(shù)的提高,對超超臨界機組關鍵部件材料的安全性和可靠性提出了更高的要求,同時也對設備的主要部件壽命設計和評估技術提出了更高要求,成為近年來潔凈煤發(fā)電技術領域的研究熱點。超超臨界機組關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)則且在運行過程中受到多種載荷的共同作用,基本上都處于多軸應力狀態(tài)。而在機組設計時大多采用的是處于單軸應力狀態(tài)的蠕變數(shù)據(jù),按現(xiàn)有的方法得到的部件壽命預測結果有異于部件所處的實際情況,顯然,這對超超臨界機組的壽命評估和安全管理是不利的。因此,研究多軸應力狀態(tài)下高溫部件的蠕變行為、建立高溫部件多軸蠕變本構模型,并用全尺寸部件實驗進行驗證,是揭示超超臨界機組高溫部件在多軸蠕變條件下壽命評估的關鍵科學問題,對超超臨界機組關鍵部件的選材設計、制造、運行及維護都具有重要的意義。本論文針對多軸蠕變對超超臨界機組關鍵部件壽命的影響,開展了一系列理論和實驗研究,主要的研究工作和結論如下:(1)對600℃及以上超超臨界機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驗,為P92鋼蠕變模型提供數(shù)據(jù)支持�；谶B續(xù)損傷力學的 Kachanov-Rabotnov(K-R)模型改進了 Norton-Bailey(N-B)蠕變本構模型和Graham-Walles(G-W)蠕變本構模型,改進后的模型能夠克服傳統(tǒng)蠕變模型無法準確描述蠕變?nèi)^程的問題,并解決了 P92鋼在溫度高于600℃時蠕變實驗中出現(xiàn)的最小蠕變速率和應力雙對數(shù)之間的非線性關系的問題。通過與P92鋼單軸蠕變實驗結果的對比發(fā)現(xiàn),兩個模型均能準確預測P92鋼單軸蠕變過程的三個階段。(2)利用P92鋼內(nèi)壓拉伸試樣在不同內(nèi)壓和拉伸應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驗,研究了多軸應力對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鋼多軸蠕變本構模型,其中改進的N-B模型中,多軸度主要用于描述第一主應力和vonMises應力對損傷的貢獻,改進的G-W模型中,多軸度主要用于描述靜水應力(hydrostatic stress)和von Mises應力對損傷的貢獻。通過與P92鋼多軸蠕變實驗結果的對比發(fā)現(xiàn),兩個模型均能較好的模擬P92鋼多軸蠕變過程的三個階段。(3)設計并搭建了全尺寸管道彎頭蠕變實驗系統(tǒng),進行了厚壁和薄壁兩種全尺寸管道彎頭在平面內(nèi)彎矩下的蠕變實驗,對由小試件蠕變實驗獲得的多軸蠕變模型進行了修正和驗證。對比實驗結果發(fā)現(xiàn),改進的N-B模型和改進的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)可以利用等時蠕變斷裂面描述與單軸蠕變斷裂時間相同的多軸蠕變在應力空間中應力狀態(tài)的軌跡,推導了應力空間中多軸蠕變的等時蠕變斷裂面在偏平面上的等時蠕變斷裂軌跡的公式。利用P92鋼單軸和內(nèi)壓拉伸多軸蠕變實驗數(shù)據(jù),提出了針對P92鋼多軸蠕變的等時蠕變失效準則,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驗結果進行了驗證。利用多軸蠕變模型的有限元分析結果和偏平面上的等時蠕變斷裂失效準則,提出了一種新的超超臨界機組關鍵部件蠕變壽命的評估方法。(5)比較了現(xiàn)有的各國電站高溫部件壽命設計和評估標準或推薦方法,計算了超超臨界機組T型部件關鍵位置處的蠕變和疲勞壽命。結果發(fā)現(xiàn),不同標準采用的壽命評估理論有差異,計算出的結果相差較大;在設計工況條件下,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。利用改進的G-W多軸蠕變模型分析了 T型部件在設計工況下前三個周期的蠕變行為,并利用超超臨界機組關鍵部件蠕變壽命評估新方法對T型部件關鍵位置進行了蠕變壽命評估。
【圖文】：

如式（１－１）。歐洲ＤＩＮ邋ＥＮ邋１２９５２－３／４標準、英國Ｒ５推薦標準和美國逡逑電力研究協(xié)會ＥＰＲＩ建議方法采用的是與材料無關的損傷界限值曲線，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……材料無關的標準邋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不同標準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，目前國內(nèi)外對多軸蠕變壽命的研究在理論和實驗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估模型，部分模逡逑型還應用到電站部件壽命評估標準中。但這些模型大多是針對特定的材料，，對逡逑超超臨界機組常用＿溫材料Ｐ９２鋼的Zf變二個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驗室小試件蠕變實驗數(shù)據(jù)，缺少全尺寸部件逡逑蠕變實驗的驗證�，F(xiàn)有的電站機組壽命評估準則和方法均是基于彈性或理想彈逡逑塑性本構模型來分析部件的應力－應變關系

應用到Ｔ型部件在機組頻繁啟停工況下的壽命評估。高溫蠕變實驗、損傷逡逑演化規(guī)律和有限元分析結果互為驗證，為超超臨界機組關鍵部件的壽命評估提逡逑供理論指導。研究采用的技術路線如圖１－３所示。逡逑多軸蠕變對超超臨界機組關鍵部件壽命影響的研究逡逑Ｉ逡逑１邋＞逡逑壽命評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)有標準邐理論研宄邐實驗研究逡逑丨邋Ｊ逡逑邐邐邋邐邋邐Ｉ邐Ｉ邐逡逑新的評估方法邐基于ＣＤＭ模型邐蠕變實驗邐機理研宄逡逑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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：2706405