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汽轮机螺栓的材料特性与失效研究

汽轮机螺栓的材料特性与失效研究

作者：乔立捷华北电力大学（北京）

学位级别：硕士

汽轮机螺栓是汽轮机组的重要零部件,直接影响着汽轮机组的安全性和经济性。本文对几种典型的螺栓进行了全面分析,包括螺栓的基本特性、应力分析及有限元模拟、实验及失效分析等等。结果表明:螺栓应力集中、紧固工艺偏差大、螺栓冶金质... 详细信息

汽轮机螺栓是汽轮机组的重要零部件,直接影响着汽轮机组的安全性和经济性。本文对几种典型的螺栓进行了全面分析,包括螺栓的基本特性、应力分析及有限元模拟、实验及失效分析等等。结果表明:螺栓应力集中、紧固工艺偏差大、螺栓冶金质量不佳、热处理不当、机组启停频繁等原因导致了螺栓过早失效。根据上述结果,得出了同类螺栓主要损伤机制,在此基础上对一电厂的实际螺栓进行剩余寿命计算,做出分析,并提出了延长寿命的措施。

关键词：汽轮机螺栓应力分析有限元失效分析

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汽轮机再热调节阀螺栓组失效原因分析

热力发电 2012年第2期41卷 72-75,78页

作者：乔立捷郭延军华电电力科学研究院浙江杭州310030

针对某台汽轮机再热调节阀螺栓组出现开裂、断裂、螺纹咬死等多种形式的失效问题,从螺栓材质化学成分、力学性能、金相组织及断口检察等方面进行了全面分析。结果表明,螺栓组失效主要由其综合力学性能偏低,以及材质用错、应力增大、预... 详细信息

针对某台汽轮机再热调节阀螺栓组出现开裂、断裂、螺纹咬死等多种形式的失效问题,从螺栓材质化学成分、力学性能、金相组织及断口检察等方面进行了全面分析。结果表明,螺栓组失效主要由其综合力学性能偏低,以及材质用错、应力增大、预紧工艺不当等所致。对此,提出了大修时对调节阀螺栓进行100%的硬度、超声波检查和全相抽查,选择紧力偏差较低的预紧工艺等建议。

关键词：汽轮机再热调节阀螺栓失效力学性能应力

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锅炉水冷壁管开裂原因分析

金属热处理 2020年第8期45卷 245-248页

作者：徐卫仙乔立捷梁志刚华电电力科学研究院有限公司浙江杭州310030 华电能源股份有限公司富拉尔基发电厂黑龙江齐齐哈尔161041

针对某火电厂锅炉水冷壁管开裂情况,通过宏观形貌、材质分析、硬度检测、显微组织检测、扫描电镜、能谱分析和XRD等手段,对水冷壁开裂管进行取样分析。结果表明水冷壁管开裂的原因是氢腐蚀;主裂纹内部和氧化层缝隙存在大量铜,氧化层导... 详细信息

针对某火电厂锅炉水冷壁管开裂情况,通过宏观形貌、材质分析、硬度检测、显微组织检测、扫描电镜、能谱分析和XRD等手段,对水冷壁开裂管进行取样分析。结果表明水冷壁管开裂的原因是氢腐蚀;主裂纹内部和氧化层缝隙存在大量铜,氧化层导热性能差,恶化局部传热,局部热负荷超过一定极限时,大大加速铜在主裂纹处富集,富集的铜元素又加速了裂纹的扩展。

关键词：水冷壁管氢损伤铜

重型燃气轮机透平GTD111叶片长期服役后微观组织与性能退化行为

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稀有金属材料与工程 2023年第6期52卷 2057-2062页

作者：许辉郭延军王江伟王鲁郦晓慧乔立捷邱质彬华电电力科学研究院有限公司材料研究中心浙江杭州310030 浙江大学材料科学与工程学院浙江杭州310027

研究了某重型燃气轮机透平第一级GTD111动叶片经长期服役后的微观组织和力学性能演变行为。结果表明,服役叶片的微观组织主要由γ基体、2种尺寸的γ′相、γ+γ′共晶及MC型碳化物组成。叶片的微观组织退化与其结构特性密切相关。叶片... 详细信息

研究了某重型燃气轮机透平第一级GTD111动叶片经长期服役后的微观组织和力学性能演变行为。结果表明,服役叶片的微观组织主要由γ基体、2种尺寸的γ′相、γ+γ′共晶及MC型碳化物组成。叶片的微观组织退化与其结构特性密切相关。叶片前缘和中部区微观组织退化程度相对较轻,而叶片后缘区微观组织退化更为严重。在室温下,叶片前缘区抗拉强度明显高于尾缘区,然而在982℃下不同区域的抗拉强度相差不大,可能与高温下的变形机制不同有关。

关键词：透平叶片微观组织 γ′相碳化物力学性能

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汽轮机高温螺栓应力分析与寿命损耗研究

华电技术 2012年第11期34卷 26-28,33页

作者：乔立捷华电电力科学研究院浙江杭州310030

介绍了汽轮机高温螺栓的主要作用应力及其计算方法,对某典型螺栓采用了SolidWorks软件建立三维有限元模型,导入了ANSYSWorkbench进行有限元应力分析,得到螺栓整体与局部Von-Mises等效应力分布。从应力角度初步分析了螺栓失效的原因并对... 详细信息

介绍了汽轮机高温螺栓的主要作用应力及其计算方法,对某典型螺栓采用了SolidWorks软件建立三维有限元模型,导入了ANSYSWorkbench进行有限元应力分析,得到螺栓整体与局部Von-Mises等效应力分布。从应力角度初步分析了螺栓失效的原因并对螺栓弯曲应力、紧固工艺产生的寿命损耗进行了分析,其结果对螺栓金属监督工作具有重要的意义。

关键词：高温螺栓应力分析弯曲应力紧固工艺寿命

1000MW超超临界机组用国产P92三通性能研究

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热加工工艺 2015年第6期44卷 45-47页

作者：乔立捷张锦文石岩华电电力科学研究院浙江杭州310030

超超临界机组主蒸汽和高温再热管道广泛采用P92钢材,为扭转长期以来依赖进口的局面,针对国产P92三通,进行了化学成分、表面质量、几何尺寸、硬度、室温拉伸、高温拉伸、室温冲击、金相检验和应力测试等检测试验。结果表明,该国产P92三... 详细信息

超超临界机组主蒸汽和高温再热管道广泛采用P92钢材,为扭转长期以来依赖进口的局面,针对国产P92三通,进行了化学成分、表面质量、几何尺寸、硬度、室温拉伸、高温拉伸、室温冲击、金相检验和应力测试等检测试验。结果表明,该国产P92三通性能符合ASTM A335/A335M、GB5310的设计要求,可用于1000MW超超临界机组。

关键词： 1000MW 超超临界国产 P92 三通性能

NiCrAlY/YSZ/0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)热障涂层在1150℃水淬–热震环境中的服役行为

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表面技术 2024年第15期53卷 216-223,233页

作者：邱质彬李飞乔立捷王浩瀚吴淑琴张振亚薛召露华电电力科学研究院有限公司杭州310030 安徽工业大学先进金属材料绿色制备与表面技术教育部重点实验室安徽马鞍山243000 浙江大学材料科学与工程学院杭州310027

目的热障涂层是主要应用于航空发动机涡轮叶片表面的高温防护材料,它可以有效降低基体的工作温度,是提高涡轮叶片的工作温度、延长其服役寿命的重要技术手段。氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)在高温环境中易发生烧结、相转变等行为,降低了... 详细信息

目的热障涂层是主要应用于航空发动机涡轮叶片表面的高温防护材料,它可以有效降低基体的工作温度,是提高涡轮叶片的工作温度、延长其服役寿命的重要技术手段。氧化钇部分稳定的氧化锆(YSZ)在高温环境中易发生烧结、相转变等行为,降低了热障涂层的服役寿命,因此有必要研发新的热障涂层材料。方法利用大气等离子喷涂技术制备了NiCrAlY/YSZ/Sm_(2)Zr_(2)O_(7)和NiCrAlY/YSZ/0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)热障涂层体系,利用XRD、DSC、SEM等系统地研究了沉积态0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)涂层的相结构和热导率等。然后,将其在室温和1150℃水淬–热震环境中进行循环服役行为测试,研究热障涂层体系在水淬–热震环境中的相结构演变、失效模式和失效机理等。结果利用大气等离子技术沉积的0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)涂层中具有非晶相,在1200℃下热处理5h后发现了SmAlO_(3)相。沉积态0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)涂层的热导率维持在1.5 W/(m·K),但随着温度的升高稍增大,经退火处理后其热导率高于沉积态0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)涂层的热导率,随着温度的升高呈先降低后升高的趋势。NiCrAlY/YSZ/Sm_(2)Zr_(2)O_(7)热障涂层体系在12次循环后失效,而NiCrAlY/YSZ/0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)热障涂层体系在90次循环后失效。结论与NiCrAlY/YSZ/Sm_(2)Zr_(2)O_(7)热障涂层体系相比,NiCrAlY/YSZ/0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)热障涂层体系的循环服役寿命提高了约7倍。表明0.8Sm_(2)Zr_(2)O_(7)-0.2Y_(3)Al_(5)O_(12)是一种有潜力的热障涂层材料。

关键词：热障涂层服役温度大气等离子喷涂技术热导率服役寿命

透平叶片温度场快速预测的数据驱动模型降阶方法

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上海交通大学学报 2024年

作者：乔立捷董含冯可云李子洲郝琛王炜哲赵新宝浙江大学材料科学与工程学院华电电力科学研究院有限公司上海交通大学机械与动力工程学院

透平叶片是燃气轮机关键的热端部件，在高温恶劣环境下运转。准确、快速预测叶片温度场对燃气轮机服役安全性、稳定性具有重要意义。本研究针对燃气轮机不同启动工况，建立透平叶片流热固耦合模型，开展数值模拟工作，形成透平叶片温度... 详细信息

透平叶片是燃气轮机关键的热端部件，在高温恶劣环境下运转。准确、快速预测叶片温度场对燃气轮机服役安全性、稳定性具有重要意义。本研究针对燃气轮机不同启动工况，建立透平叶片流热固耦合模型，开展数值模拟工作，形成透平叶片温度场数据集。结合神经网络与模型降阶技术，提出了一种透平叶片温度场快速预测方法。通过现场传感器数据，即可快速预测叶片温度场。结果表明：相比于流热固高保真数值模拟，提出的方法能够实现透平叶片温度场的毫秒级快速预测，且相对误差在12%以内，这为透平叶片三维温度场实时监测提供了可行的技术手段。

关键词：透平叶片降阶模型神经网络温度场预测

1000MW机组锅炉低温再热器泄漏原因及在役管段安全性分析

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电站系统工程 2016年第1期32卷 43-45页

作者：乔立捷华电电力科学研究院

对1000 MW机组锅炉低温再热器管进行了宏观形貌、化学成分、硬度、金相组织、压扁、扫描电镜和能谱等检测试验,并分析了当量金属温度、温度测点设置。结果表明:低温再热器泄漏的直接原因是超温过热爆管,根本原因为垂直段选材偏低,报警... 详细信息

对1000 MW机组锅炉低温再热器管进行了宏观形貌、化学成分、硬度、金相组织、压扁、扫描电镜和能谱等检测试验,并分析了当量金属温度、温度测点设置。结果表明:低温再热器泄漏的直接原因是超温过热爆管,根本原因为垂直段选材偏低,报警值设置偏高。在役管段的金相组织存在不同程度老化,闭合压扁试验后均出现目视可见裂口,当量金属壁温均高于材料的抗氧化温度且内壁氧化层剥落风险较大,上述整体服役状况已无法满足锅炉安全运行需求,最后给出了对应治理措施。

关键词：锅炉低温再热器泄漏原因过热安全性