汽輪機(jī)葉片葉身及圍帶的渦流檢測

劉金秋，夏曉濤，馮翌軒，尚偉

（華電電力科學(xué)研究院山東分院，濟(jì)南　250014）

汽輪機(jī)葉片葉身及圍帶的渦流檢測

劉金秋，夏曉濤，馮翌軒，尚偉

（華電電力科學(xué)研究院山東分院，濟(jì)南250014）

針對汽輪機(jī)葉片檢測的特殊性（如形狀不規(guī)則、檢測空間限制、檢測比例低、檢測方法少等特點(diǎn)），采用筆式單探頭和指套式單探頭進(jìn)行渦流檢測試驗(yàn)。模擬裂紋對比試樣試驗(yàn)表明，2種探頭均可有效檢出缺陷，便于操作的指套式單探頭靈敏度相量幅度比筆式單探頭低50％左右，邊緣或拉筋孔的檢測需開發(fā)專用探頭或工裝來保障探頭移動(dòng)平穩(wěn)?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，渦流檢測葉身及圍帶有一定優(yōu)勢，是常規(guī)檢測方法的有效補(bǔ)充。

汽輪機(jī)；葉片；渦流檢測；試樣；圍帶

0　引言

發(fā)電廠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片是汽輪機(jī)關(guān)鍵部件之一，其結(jié)構(gòu)的完整性是保證汽輪機(jī)安全運(yùn)行的重要因素。如果葉片斷裂，不僅會(huì)損壞其他葉片，還可能因?yàn)閿嗔讶~片卡阻而破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，導(dǎo)致軸系失穩(wěn)，成為重大事故的誘發(fā)因素。汽輪機(jī)葉片損壞的因素主要有設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用等，有時(shí)是這些因素的綜合結(jié)果［1］。葉片的工作階段按照轉(zhuǎn)速可以分為啟動(dòng)、穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)、停機(jī)3個(gè)階段。在啟動(dòng)、停機(jī)過程中，葉片會(huì)經(jīng)受很大的離心變幅載荷以及同步的穩(wěn)態(tài)汽動(dòng)載荷，屬于低周疲勞；在高速穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，葉片會(huì)因汽流擾動(dòng)產(chǎn)生的激振力而振動(dòng)，幅值較小但頻率很高，屬于高周疲勞。葉片的啟動(dòng)、停機(jī)過程是裂紋萌生和穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展的主要階段［2］。對葉身和圍帶疲勞裂紋的檢測一直是機(jī)組檢修和金屬監(jiān)督的重點(diǎn)。機(jī)組檢修時(shí)，要求對轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行原位探傷，實(shí)際檢測中常采用磁粉法，受空間位置限制，只能檢驗(yàn)低、中壓轉(zhuǎn)子的末兩、三級(jí)葉片，而超聲法、滲透法等檢測方法也受各種因素的制約較少應(yīng)用。尺寸較小的轉(zhuǎn)子葉片檢測空間較小，一直存在檢測的難題，實(shí)際工作中往往只進(jìn)行宏觀檢測。本文采用渦流檢測法，選用筆式探頭和指套式探頭來克服空間的制約。

1　對比試樣制作

渦流檢測常用的對比試塊刻槽深度多為0.2，0.5，1.0mm，儀器參數(shù)調(diào)節(jié)極為方便，但被檢測工件材質(zhì)或形狀稍微變化時(shí)，其阻抗圖變化較大，因此宜選用同材質(zhì)、同形狀的工件制作對比試樣。利用模擬裂紋對比試樣，對缺陷尺寸和阻抗信號(hào)的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究并確定試驗(yàn)參數(shù)［3］。

選擇一片與被檢汽輪機(jī)葉片材料相同的2Cr13葉片，用電蝕法在其葉身上刻5個(gè)槽，在自帶圍帶上刻1個(gè)槽，位置分別在出汽側(cè)、葉背側(cè)、拉筋孔處和圍帶外側(cè)，缺陷位置如圖1所示。表1為刻槽的尺寸及鑒定結(jié)果，檢測用量具、工具包括平板（0級(jí)）、精密臺(tái)鉗、百分表、數(shù)顯標(biāo)尺、測量深度工裝、塞尺、讀數(shù)顯微鏡及數(shù)顯卡尺，形位公差參考GB/T23905—2009《無損檢測超聲檢測用試塊》［4］。

圖1　6處模擬裂紋刻槽位置

2　檢測試驗(yàn)

儀器，愛德森2004+渦流檢測儀；探頭，筆式單探頭、指套式單探頭（如圖2所示）；頻率，50kHz左右。

考慮到葉身空間有限，選用絕對式單探頭進(jìn)行檢測。檢測前，采用對比試塊進(jìn)行儀器的調(diào)試，通過調(diào)節(jié)激勵(lì)頻率使缺陷信號(hào)和提離信號(hào)的相位盡量垂直，再將探頭提離信號(hào)調(diào)至水平，并調(diào)整合適的信號(hào)幅度。檢測時(shí)探頭移動(dòng)速度不宜過快，并盡量保持探頭穩(wěn)定。

圖2　試驗(yàn)用單探頭

表1　刻槽的尺寸及鑒定結(jié)果mm

檢測試驗(yàn)結(jié)果如下。

（1）筆式探頭和指套式探頭對#1，#5模擬缺陷均未有效檢出。

（2）筆式探頭對#2，#3，#4，#6模擬缺陷可有效檢出，如圖3所示。

（3）指套式探頭對#2，#3，#4，#6模擬缺陷可有效檢出，如圖4所示。

（4）指套式單探頭靈敏度相量幅度比筆式單探頭低50％左右。

圖3　模擬缺陷檢測信號(hào)（筆式探頭檢測結(jié)果）

3　現(xiàn)場應(yīng)用

某電廠對#1機(jī)組汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行金屬監(jiān)督檢驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)中壓轉(zhuǎn)子存在2處疑似裂紋（如圖5所示），分別進(jìn)行磁粉檢驗(yàn)和滲透檢驗(yàn)。滲透檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)缺陷，而磁粉檢驗(yàn)的磁痕不致密，因此電廠方和汽輪機(jī)制造廠家人員認(rèn)為不是裂紋缺陷，可能是運(yùn)行初期形成的沖蝕溝槽或制造時(shí)遺留的機(jī)加工痕跡，無需處理?？紤]到汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)任何缺陷都可能造成極其嚴(yán)重的后果，采用渦流檢測方法進(jìn)行檢測。選用筆式單探頭，該部位阻抗圖顯示相量幅度達(dá)40％（如圖6所示），可定性為裂紋缺陷。選取一處磨開后進(jìn)行滲透檢驗(yàn)，顯示裂紋深2 mm，長6mm。隨后對另一處開裂也進(jìn)行了裂紋打磨及補(bǔ)焊處理。

圖4　模擬缺陷檢測信號(hào)（指套式探頭檢測結(jié)果）

圖5　磁粉檢測出的2處裂紋

圖6　2處裂紋的渦流阻抗圖

由于轉(zhuǎn)子圍帶比葉片的受力狀態(tài)好，因此檢驗(yàn)中不夠重視。電廠方及廠家技術(shù)人員之所以認(rèn)為不是裂紋缺陷，主要是因?yàn)榱鸭y本身形態(tài)和裂紋周邊形貌隱藏和掩蓋了裂紋：一方面，此次磁粉檢測發(fā)現(xiàn)的圍帶開裂裂紋在冷態(tài)下呈緊密閉合狀，磁痕比較分散，且開裂幾乎均為直線方向，沒有彎曲，開裂端部也沒有彎曲和變細(xì)跡象，磁痕顯示的形態(tài)與常見的裂紋形態(tài)差別極大；另一方面，開裂走向與轉(zhuǎn)子運(yùn)行中形成的沖蝕溝槽平行，裂紋形貌很容易被沖蝕溝槽所掩蓋，造成了電廠方和廠家人員的誤判。而渦流檢測對這類缺陷的檢測幾乎不受缺陷形貌影響，易于檢測和評判。

4　結(jié)論

（1）渦流檢測筆式單探頭和指套式單探頭均未能檢測出#1，#5模擬裂紋缺陷，邊緣部位檢測的穩(wěn)定性是檢測靈敏度保障的關(guān)鍵，需開發(fā)專用探頭或工裝來保障探頭移動(dòng)平穩(wěn)。

（2）渦流檢測筆式單探頭和指套式單探頭均可檢測出#2，#3，#4，#6模擬裂紋缺陷，其信號(hào)幅度與模擬裂紋尺寸對應(yīng)。

（3）采用渦流法檢測葉身和圍帶的方案是可行的，探頭小，可檢測空間狹小部位的葉身，是常規(guī)檢測方法的有效補(bǔ)充。

［1］曹淑珍，胡志忠.汽輪機(jī)葉片損壞原因分析［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，1997，39（6）：368-369.

［2］OAKLEYSY，NOWELLD.Predictionofthecombinedhigh andlow-cyclefatigueperformanceofgasturbinebladesafter foreignobjectdamage［J］.Internationaljournaloffatigue，2007，29（1）：69-80.

［3］邵澤波，宋樹波.汽輪機(jī)葉片的渦流檢測［J］.無損檢測，2002，24（10）：444-445.

［4］無損檢測超聲檢測用試塊：GB/T23905—2009［S］.

（本文責(zé)編：劉芳）

TK263.3

B

1674-1951（2016）09-0036-02

2014-02-11；

2016-07-25

劉金秋（1979—），男，山東濰坊人，高級(jí)工程師，工學(xué)碩士，從事電站特種設(shè)備檢驗(yàn)、失效分析、無損檢測等方面的研究（E-mail：13031747845@163.com）。