汽轮机中压主汽阀低周疲劳寿命分析

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1、华中科技大学硕士学位论文汽轮机中压主汽阀低周疲劳寿命分析姓名：张辉申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：李国清20061107华中科技大学硕士学位论文摘要阀门是汽轮机的关键部件之一，电力生产中阀门经常工作在高温高压下，电站阀门失效时有发生，对电站经济性及人身和财产安全都造成了较大隐患。而且对于汽轮机阀门从设计、制造、到运行等方面研究欠缺，所以开展对汽轮机阀门寿命的研究，对解决电力生产中所面临的问题具有重要现实意义。本文利用HyperMesh软件，使用六面体单元建立汽轮机阀壳的三维有限元模型。采用有限元方法计算某汽轮机中压主汽阀的瞬态温度场和瞬态应力场，分类确定了阀

2、壳裂纹区的疲劳载荷谱，运用局部应力应变法估算阀门的低周疲劳寿命。重点分析了冷启、停机、强热启动、极热启动以及事故五种工况下的温度场和应力场；考虑不同区域的对流传热、材料性质随温度的变化；将内壁裂纹区的周向应力作为控制疲劳的主要载荷，绘制了关键点的疲劳应力块谱图；估算不同载荷谱下中压主汽阀的疲劳寿命，并将计算结果和某电厂汽轮机中压主汽阀失效调查数据进行了对比。计算结果表明：有限元所预测的周向应力极值区与实际调查的裂纹萌生区相吻合，进一步预测的裂纹萌生寿命与实际调查结果也基本相符。研究结果表明：事故工况为裂纹萌生的主导因素，由于事故工况造成的疲劳损伤比高达20。关键词:阀

3、门低周疲劳有限元汽轮机运行热应力局部应力应变法I华中科技大学硕士学位论文AbstractAsthemostimportantcomponentoftheturbine,failureaccidentsofvalvesfrequentlyoccurduetoitshightemperatureandhighpressureworkenvironment.Andbeshortofresearchondesigning,manufacturing,andrunningofthevalves,failureaccidentsbringgreatincipientfaultto

4、theeconomicrunningofpowerplantandpersonalsafety.Thereforeinordertosolvethepracticalprobleminpowergeneration,itisnecessarytostudythefatiguelifeoftheturbinevalves.Inthispaperthe3Dmodeloftheturbinevalveisgeneratedusingthecommercialsoftware,HyperMesh.Themodelisdiscretedbytheeightnodeshexahe

5、dronelements.Basedonthetechniqueoffiniteelement,theanalyticalcalculationwasperformedforthetransienttemperaturefieldsandstressfieldsoftheturbinemiddlepressuremainsteamvalve.Thecrackedregion’sloadspectrumsareplottedandthefatiguelifeofthevalveispredictedbylocalstress-stainapproach.Firstly,

6、thispaperanalyzesespeciallythetransienttemperaturefieldsandstressfieldsundervariousoperatingconditionsincludingcoldstartup,shutdown,stronghotstartup,limithotstartupandaccidentaloperation.Secondly,thechangeofconvectionheattransferandmaterialpropertyfollowingthetemperaturevariationisconsi

7、dered.Thirdly,thestandpointwhichthecrackedregion’scircumferentialstressisregardedastheimportantfactoreffectingonthefatiguelifeispresented.Fourthly,contrastthecomputationalresultstothefailureinvestigationdataofthevalve.Theresultsindicatethatthecircumferentialstressconcentrationr