核电汽轮机低压转子的应力腐蚀寿命预测建模及计算分析

【摘要】：本文对应力腐蚀的机理进行了深入的研究，对比分析了描述应力腐蚀的Clark模型、Paris模型以及应力腐蚀寿命预测概率模型，针对汽轮机内的蒸汽环境及汽轮机转子材料，推导了适用于汽轮机环境的公式模型。并针对实际的某核电汽轮机低压转子，使用有限元方法计算转子的温度场与应力场，并结合汽轮机的热力计算与腐蚀环境，开展汽轮机转子应力腐蚀危险部位的应力腐蚀寿命评估。 首先，作者根据国内外大量文献，归纳综述了应力腐蚀的机理，利用确定性分析方法对应力腐蚀问题建立了Clark模型及Paris模型的理论描述，以及运用可靠性分析方法对应力腐蚀问题建立了应力腐蚀寿命预测概率模型。通过对比分析三种模型的适用条件与理论背景，确定了以Paris确定性模型与寿命预测可靠性模型相结合的应力腐蚀寿命评估方法。 此外，作者针对实际的某核电汽轮机低压转子开展热力计算与有限元分析，使用弹塑性有限元计算方法得到转子的温度场与应力场，从强度与传递扭矩两方面考核了转子的安全性。并结合汽轮机的腐蚀环境与热力参数，确定了转子上应力腐蚀的危险区域。 最后，采用Paris模型计算了转子的应力腐蚀裂纹增长率，采用概率模型计算了转子在一定运行时间后的失效概率，评估了汽轮机转子应力腐蚀的确定性与可靠性寿命。评估结果表明，该应力腐蚀寿命评估方法符合应力腐蚀失效的基本规律，相关预测计算技术路线对工程设计与应用具有一定的指导价值。