某超临界汽轮机高压内缸紧固螺栓的热-机耦合应力分析

针对某电厂660 MW超临界汽轮机高压内缸紧固螺栓断裂原因分析需求,以汽缸-螺栓系统为研究对象,应用弹塑性有限元法,并引入子模型分析技术,分别构建了以螺栓光杆模型为基础的汽缸-螺栓整体有限元模型以及考虑螺纹细节的螺栓有限元子模型。以整体模型为基础,结合汽轮机冷启动过程热力参数,模拟了高压内缸及其关键紧固螺栓的温度与耦合应力随启动过程的变化,并确定出螺栓最大耦合应力时刻。进一步采用有限元子模型模拟了该时刻下紧固螺栓的局部热-机耦合应力场,并确定出螺纹牙根部的等效应力分布。通过与螺栓材料的屈服强度进行比较,表明该紧固螺栓与下缸体啮合第一扣螺纹等效耦合应力已超过材料的屈服极限,因此,在实际服役中,循环塑性应变与低周疲劳损伤可能成为紧固螺栓断裂的原因之一。