核電汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子葉根槽應(yīng)力腐蝕與安全性評(píng)估.pdf

1、核電已經(jīng)成為我國(guó)能源戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)的重要組成部分。作為核電系統(tǒng)二回路中的核心裝置，核電汽輪機(jī)尤其是其低壓轉(zhuǎn)子有多級(jí)葉輪處于濕蒸汽環(huán)境下工作。部分葉輪和葉根槽表面存在凝結(jié)液滴、液膜或溶液干涸殘留物，同時(shí)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉根槽承受較高載荷，很容易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破環(huán)，對(duì)核電系統(tǒng)的安全運(yùn)行影響很大。我國(guó)制造核電汽輪機(jī)的歷史較短，核電汽輪機(jī)應(yīng)力腐蝕研究基礎(chǔ)薄弱，實(shí)驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)積累少，應(yīng)力腐蝕安全性設(shè)計(jì)還往往停留在單純限制應(yīng)力的低層面上，沒有充分考慮材料抗腐蝕特

2、性、腐蝕環(huán)境和時(shí)間效應(yīng)，與國(guó)外相比差距很大。
　　本文從核電汽輪機(jī)運(yùn)行環(huán)境入手，通過分析確定核電汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子葉根槽是應(yīng)力腐蝕的高危部位。選擇核電汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用鋼25％Cr為對(duì)象，設(shè)置了模擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，進(jìn)行了材料腐蝕裂紋擴(kuò)展速率的實(shí)驗(yàn)研究。將金屬材料應(yīng)力腐蝕基礎(chǔ)理論、應(yīng)用模型與汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析結(jié)合起來，完成了國(guó)產(chǎn)某型核電汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子葉根槽應(yīng)力腐蝕壽命計(jì)算及安全性評(píng)估。
　　1）核電汽輪機(jī)的腐蝕環(huán)境分析：分析蒸汽參數(shù)在汽輪機(jī)

3、流程中的變化和凝結(jié)水的分布形態(tài)；分析腐蝕介質(zhì)的來源和屬性；分析汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子應(yīng)力載荷；選定國(guó)產(chǎn)某型核電汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的第五、六、七級(jí)和第十級(jí)葉根槽應(yīng)力腐蝕的高危區(qū)域?yàn)楸疚难芯繉?duì)象。
　　2）轉(zhuǎn)子材料應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)研究：核電汽輪機(jī)應(yīng)力腐蝕的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇25%Cr國(guó)產(chǎn)某型核電汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子用鋼為實(shí)驗(yàn)材料，制作標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試樣，設(shè)置除氣10%NaOH、含氧10%NaOH、除氣1%NaOH+0.1NaCl和除氣純水四種極端腐蝕環(huán)境為實(shí)驗(yàn)工況，

4、實(shí)驗(yàn)中實(shí)時(shí)測(cè)量裂紋長(zhǎng)度變化。通過實(shí)驗(yàn)最終獲得一組與腐蝕環(huán)境相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率與應(yīng)力強(qiáng)度因子的關(guān)系曲線。
　　3）應(yīng)力腐蝕壽命計(jì)算：獲取腐蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕裂紋萌生壽命；以此為輸入數(shù)據(jù)，基于Paris和Clark模型研究汽輪機(jī)應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展問題，獲得葉根槽應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)。比較表明，在高腐蝕環(huán)境和高應(yīng)力載荷下兩種模型的計(jì)算結(jié)果有所差異，Clark模型未能反映裂紋區(qū)力學(xué)參數(shù)的變化細(xì)節(jié)，用以判斷應(yīng)力腐蝕安全性存在一定