蜗壳是蜗壳式引水室的简称,它的外形很像蜗牛壳,故通常简称蜗壳。抽水蓄能机组座环蜗壳通常由高质量的中高强度低合金钢材制成,这些材料可以通过铸钢或钢板焊接工艺制造。目前不少高水头机组蜗壳主体环节材料选用SX780CF高强钢,高强度钢材是指通过特殊生产工艺和合金化处理,使其屈服点和抗拉强度显著高于普通钢材的一类材料。
从本质上讲,高强度钢材的微观晶粒往往更微细,由于高强度钢材是在较低的温度下生产,其内部将产生更多位错,导致硬度增加(强度提高)。因此,通常需要增加热处理或回火工艺来软化微观结构,以确保在强度不降低太多的前提下提高钢材延性。
国内抽水蓄能高水头电站,蜗壳的材料有应用600MPa级也有应用 800MPa级的高强度钢板制作的,应用哪种更好呢?经过查阅相关资料,个人有以下看法:
1. SX610CF中“610”表示钢板的强度为610Mpa,“CF”表示低裂纹敏感性。无论SX610CF和SX780CF钢板力学性能都要求在较高的强度下,具备良好的低温冲击韧性、断裂韧性和良好的焊接性能。在抽水蓄能500m水对以上,无论600MPa级还是800MPa级,都是成熟材料和制造工艺,都有不少应用业绩。
2. 800MPa级,计算容易通过,制造难度要大些。600MPa级强度低些的钢板没那么硬,延展性好些。详见下表:
力学性能及工艺性能
SX780CF钢板力学性能
牌号 | 厚度mm | 屈服强度MPa | 抗拉强度MPa | 断后伸长率A% | 冲击吸收能量J | 5%应变时效后冲击吸收能量J | 工艺性横向(冷弯) | ||
试验温度℃ | 冲击功 | 试验温度℃ | 冲击功 | a=180° b=2a D=3a | |||||
SX780CF | ≤80 | ≥690 | 770-930 | ≥15 | -40 | ≥100 | -20 | ≥100 | 外表面无裂纹 |
80-120 | ≥670 | 750-920 | ≥15 | -40 | ≥100 | -20 | ≥100 | ||
120-150 | ≥650 | 740-900 | ≥15 | -40 | ≥100 | -20 | ≥100 |
3. 800MPa级超高强度的钢板强度比屈服点高不了多少,一旦屈服后容易破坏,单从屈服和强度限看,实际上800MPa也问题不大,因为现在许用应力很低,计算应力距离屈服点很远,余量足够。由于高水头蓄能机组尺寸不大,采用800超高强度钢板比600高强钢不会节省太多,而且对于后期焊接缺陷的处理要求高。
4. 600MPa级钢板屈服后还有一个材料强化的过程,结构安全性来讲要高些,缺点是钢板厚,材料用得多,一般首推610材料。800MPa钢板同样有屈服后强化的过程,只是会更容易到强度极限。
5. 具体选择哪种材料。个人认为还需要根据水头和尺寸,通过计算评估哪种更合适?如天台、长龙山等700m高水头选择800MPa,而绩溪、周宁等 500-600m水的选择600MPa,也是经过比选决定。
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