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无损检测:让汽轮机叶片完美旋转
发布:kittyll   时间:2016/1/5 16:45:05   阅读:1795 
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图片来源:网络

核电汽轮机低压转子叶片在工作时要承受高速旋转离心力、高温、腐蚀和冲蚀等复杂工况载荷。由于设计不合理、材料不符合要求、机加工质量不佳、组装工艺不良、运行工况变动等常引起叶片断裂事故的发生。运行中的叶片一旦断裂、脱落,将直接损害汽轮机转子、叶片和隔板,危及机组的运行安全,后果非常严重。
 
为此,应参照DL /T 438-2009《火力发电厂金属技术监督规程》的要求,并借鉴核电行业的经验反馈对汽轮机叶片进行无损检测,以确保叶片的安全。
 
随着无损检测技术的发展,除了测频和常规渗透检测、涡流检测和射线检测外,近年来超声相控阵、荧光磁粉等技术逐渐被引入叶片检测。
 
一、叶根相控阵检测
 
圆弧枞树型叶根因其轴向断口为尖劈形结构,应力分布相对均匀而被大量使用在汽轮机低压转子的末级和次末级。圆弧枞树型叶片根部应力大,通常在第一或第二齿根表面位置应力达到极大值,绝大多数根部裂纹均出现在第一齿根内弧或外部位;加之叶根部位结构复杂且间距狭小,传统超声难以对其不拆卸检测,且各种回波信号在A型显示中难以判别,相控阵技术可以很好地克服这些难点,而且检测速度快、效率高,逐渐被引入枞树型叶根检测。
 
经过模拟仿真和试块实测,设计了多个扫查序列:
 
(1)扫查外弧侧叶身可检测内弧侧中部;
 
(2)扫查内弧侧叶身可覆盖外弧侧中部;
 
(3)扫查肩台可覆盖内弧、外弧侧两端;
 
(4)端部扫查。
 
这样可以实现第一齿根的全覆盖,检测灵敏度达到0.5mm。
 
使用相控阵探头扫查某枞树型叶根相内弧面,可以检查叶根第一齿外弧侧中部,扫查路径如图1所示。
 

图1 相控阵探头在叶身内弧扫查
 
利用CIVIC软件模拟表明内弧面扫查可以实现第一齿根全覆盖,人工反射体的缺陷回波在A扫模式下清晰可见,如图2所示。
 

图2 CIVA模拟图与实际检测数据对比

二、叶身超声导波检测
 
超声导波检测叶片一次可扫查一条线,声场遍及整个壁厚,既可以检测叶片的内部缺陷也可以检测表面缺陷。
 
采用斜探头激励导波,将探头放置在叶片端部激发导波,导波沿叶身进行传播,到达叶身与叶根连接位置反射回来,由探头接收。通过分析对称模式S0和反对称模式A0导波在叶身中的传播特性,检测频率选取1MHz。为了达到毫米级的检测灵敏度,需在叶片外弧面和内弧面加工5mm×0.5mm×0.2mm的横向模拟缺陷用于仪器校验。
 
针对不同试样不同位置的缺陷在不同距离进行测试,能满足叶片叶身的全长度一次检测要求。该方法检测速度快、灵敏度高、可靠性好。
 
三、荧光磁粉检测
 
叶片荧光磁粉检测可采用线圈法和磁轭法,操作简单,灵敏度高,不受被检工件表面颜色限制。
 
磁悬液体选用水基型TIEBE655荧光磁粉浓缩液,按照1:35比例进行配置,周向磁化安匝数选择8400~9000安匝,暗场环境或紫外灯下检测灵敏度达到A1-15/10。
 
线圈法检查效率高,对与叶片轴线垂直的缺陷更敏感;而磁轭法检查灵活性强,能有效检出与叶片轴线平行的缺陷。
 
在暗室条件下对加工有人工伤的某次末级叶片根部进行了荧光磁粉检测试验,结果如图3所示,3mm×0.5mm的线槽清晰可见。
 

图3 叶片根部人工伤荧光磁粉测试结果
 
四、渗透检测
 
渗透检测可检测叶身、叶根、司太立合金钎焊等部位,具有操作简便、结果直观等特点。
 
通常采用溶剂去除型渗透剂,为了使渗透液能够顺利地渗入缺陷中, 必须清除叶片表面的油污、结垢和腐蚀坑、冲刷划痕等。
 
探伤时照明度不得低于350Lux(勒克斯),且不允许用清洗剂直接冲洗受检表面。
 
五、涡流检测
 
当涡流探头在叶片表面移动,遇到缺陷或电导率、磁导率、几何形状等变化时,将引起线圈阻抗变化,通过涡流检测仪器测量出这种变化量就能鉴别叶片表面有无缺陷或其他性质变化。
 
涡流检测特别适用于叶片表面和近表面检测;无需耦合剂和表面处理;检测速度快,可实现自动化检测。叶片涡流检测频率范围0.5MHz~2MHz,扫查速度控制在0.1~0.3m/s,检测信号大于1mm缺陷当量幅度为超标缺陷。
 
六、静频测量
 
国内大多核电机组汽轮机低压转子叶片均为松装配,由于叶根与叶轮槽存在较大间隙, 用常用测叶片静态的自振法、共振法、频谱分析法均无法测出正确的静态频率。因此,可在松装叶根与叶轮槽之间注入粘合剂固化,俗称注胶,以模拟机组在运行时离心力的作用来测量叶片静频,再采用快速傅立叶(FFT)方法对声音频谱进行分析。
 
注胶前应检查并清除叶片表面、叶根及叶根中间体内可能存在的污垢。


节选自《无损检测》2015年第9期
 
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本文作者:尹峰,中核核电运行管理有限公司高级工程师,硕士,主要从事核电厂调试运行等工作。
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