汽輪機(jī)葉輪軸向和軸向應(yīng)力檢測(cè)及徑向裂紋檢測(cè)方法

汽輪機(jī)葉輪軸向和軸向應(yīng)力檢測(cè)及徑向裂紋檢測(cè)方法

車(chē)輪葉片是火電工程的一個(gè)大型高速旋轉(zhuǎn)元件，將旋轉(zhuǎn)力傳遞給軸，并在運(yùn)行中承受巨大的向和向壓力。軸向r圓角是最大的，尤其是近葉葉片。葉片長(zhǎng)，蒸汽濕度高，溫度低（80120c），氫脆效應(yīng)的腐蝕非常活躍。當(dāng)建湖周?chē)慕鸺庸ご植跁r(shí)，內(nèi)孔和軸的配合量過(guò)大，水質(zhì)差。一般來(lái)說(shuō)，是從產(chǎn)生點(diǎn)的裸露孔中引起的，通常是從此處引起的。裂紋是一種危險(xiǎn)性的缺陷,它的存在和擴(kuò)展將直接威脅著發(fā)電機(jī)的安全可靠運(yùn)行.因此運(yùn)用有效的檢測(cè)手段,探索簡(jiǎn)捷的探傷方法,得以準(zhǔn)確地對(duì)缺陷定量和及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患,為運(yùn)行作出安全評(píng)價(jià)提供分析依據(jù)至關(guān)重要.1測(cè)試準(zhǔn)備1.1試驗(yàn)塊的制作試驗(yàn)的試塊是按5×104kW機(jī)組汽機(jī)葉輪鍵槽尺寸加工,鍵槽尺寸為R5、50mm×13mm,模擬裂紋各為0.5,1.0,1.5和2.0mm計(jì)2塊.所有裂紋在鍵槽頂面與R圓角相接并和鍵槽中心線成21°夾角走向的單側(cè)部位.本次試驗(yàn)的目的是要探索超聲波波束在R圓角上最大反射波幅與相應(yīng)裂紋上的最大反射波幅之間的數(shù)量關(guān)系,并能建立起相應(yīng)數(shù)學(xué)模式,以得出一套準(zhǔn)確簡(jiǎn)捷的超聲探傷方法.因此對(duì)試塊的加工質(zhì)量要求很高,為了達(dá)到理想狀態(tài),提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確和可信程度,我們嚴(yán)格規(guī)范了鍵槽尺寸、R圓切角、先切割模擬裂紋深度和走向角,并在二鍵槽的外側(cè)各鉆出與R圓角同聲程和鍵槽中心線成27的?3、?10mm的橫通孔,用以實(shí)測(cè)探頭在葉輪工件上實(shí)際折射角的大小及比較聲程,實(shí)際情況如圖1所示.1.2葉輪鍵槽尺寸.1)最小橫波折射角的確定.葉輪鍵槽徑向裂紋的探測(cè)是利用超聲橫波在葉輪鍵槽輪殼肩部掃查得以尋獲,為了使斜探頭能掃查到鍵槽頂部的裂紋,探頭的折射角至少應(yīng)滿(mǎn)足:β0≤sin-1((Rg-B+d)/Rg),(1)式中Rg為輪殼肩部半徑;B為輪殼肩部厚度;d為鍵槽深度.5×104kW模擬葉輪鍵槽尺寸如圖2.把Rg=350mm;B=135mm;d=13mm.代入式(1)得β0≤sin-1((350-135+13)/350)≤40.7°.(2)2)最佳橫波折射角的確定.利用可變角斜探頭,先將其底部研磨成與葉輪試塊曲面相同,然后逐次定位在各個(gè)折射角度上,用同一靈敏度對(duì)葉輪鍵槽的R圓角和深為1mm的線切割槽模擬裂紋進(jìn)行掃查,記錄下各自在最大回波幅值時(shí)的dB值,比較選出靈敏度高和鍵槽R圓角與模擬裂紋波幅差值(J-F)最大的折射角探頭.對(duì)5×104kW機(jī)組末級(jí)模擬葉輪測(cè)試所得為例,斜探頭的最佳折射角為35.8°.取35.8°≈36°,測(cè)試匯總見(jiàn)表1.3)儀器的選擇.按照葉輪鍵槽裂紋探傷的實(shí)際情況,被探測(cè)的缺陷小,聲程長(zhǎng),探測(cè)面為曲面.所以一般選用檢測(cè)范圍大,水平、垂直線性好,定位定量直接精確并能進(jìn)行曲面修正自動(dòng)計(jì)算出弧長(zhǎng)和深度的數(shù)字式超聲波探傷儀.2檢測(cè)核心設(shè)備的選擇根據(jù)發(fā)電廠機(jī)組大修不作解體的事實(shí),探測(cè)工作只能在狹小的輪殼肩部進(jìn)行.按常規(guī)先用指向性好的?14mm、5MHz的縱波直探頭探測(cè)找出鍵槽中心所在,確定鍵槽位置,劃出橫波檢測(cè)范圍,接著對(duì)同一規(guī)格的探頭(2.5MHz,9mm×9mm,36°折射角)進(jìn)行處理和測(cè)試.處理是將探頭底面在葉輪試塊的肩部用砂紙研磨,使其與圓弧面吻合,有利于工作時(shí)的良好耦合;測(cè)試主要是測(cè)定實(shí)際折射角的大小,便于探出缺陷時(shí)能準(zhǔn)確的定位、定量,測(cè)試還要把被挑選的探頭一些相關(guān)數(shù)據(jù)測(cè)出來(lái),整理后繪(J-F)曲線,這樣可把靈敏度高,分辨力強(qiáng),特別是以清晰區(qū)分R圓角與下端角的反射回波及(J-F)dB差大的探頭挑選出來(lái),以付諸于探傷實(shí)踐中應(yīng)用.圖3、圖4、圖5為有關(guān)探頭(J-F)曲線.2.1實(shí)際折射角的測(cè)定1)聲程調(diào)整.在CSK-1A標(biāo)準(zhǔn)試塊上,調(diào)節(jié)聲速和始波偏移,就可以數(shù)字式超聲波探傷儀上直接讀出被檢測(cè)對(duì)象的聲程.2)曲面探傷實(shí)際折射角的測(cè)定.斜探頭的折射角是在平面試塊測(cè)得,而在曲面工件上探測(cè),入射角要發(fā)生變化,導(dǎo)致折射情況的改變,因此須對(duì)折射角在工件或模擬試塊上重新測(cè)定,否則將影響缺陷被檢出后的準(zhǔn)確定位.按所使用的探頭在試塊上規(guī)定位置所鉆出的橫通孔、鍵槽R圓角及頂面的模擬裂紋線切割槽深上所測(cè)得最大反射波幅時(shí)的聲程Sx和已知的幾何參數(shù),通過(guò)余弦定理可求出實(shí)際折射角的大小,公式如下β=cos-1(Sx+Rg-Rn)/(2Sx×Rg),(3)式中Sx為探頭發(fā)射中心至鍵槽R圓角或橫通孔圓心或模擬裂紋處的距離;Rg為葉輪輪殼肩部半徑;Rn為鍵槽R圓角或橫通孔中心或模擬裂紋處至葉輪圓心的距離.2.2試驗(yàn)塊鍵槽圓角的直徑統(tǒng)計(jì)理論計(jì)算.以鍵槽R5圓角相當(dāng)于直徑?10mm及長(zhǎng)為L(zhǎng)f通孔與同聲程處0.5mm模擬裂紋線切割槽深的波幅差值△dB,作為橫波探傷理論計(jì)算的探測(cè)靈敏度,其公式為△dB=20logPWPΦ=Fs×Wf[2λ3(S+L2)3]1/2?cos?cosα/Fs×Lf2(S+L2)2(λ3/Φ)1/2?cosβcosα=20logWfLf+10log2(S+L2)Φ?△dB=20logΡWΡΦ=Fs×Wf[2λ3(S+L2)3]1/2?cos?cosα/Fs×Lf2(S+L2)2(λ3/Φ)1/2?cosβcosα=20logWfLf+10log2(S+L2)Φ?式中Wf為模擬裂紋深度;Lf為橫通孔長(zhǎng)度;Φ為橫通孔直徑,即模擬試塊鍵槽圓角的直徑;S為橫波射入鍵槽圓角最大幅值時(shí)的聲程值;L2為虛構(gòu)源軸線在透聲楔內(nèi)的橫波波長(zhǎng)按10mm計(jì).3缺陷的角度檢驗(yàn)1)在葉輪鍵槽頂面上誘發(fā)的裂紋起初很微小,但它一般與頂面法線成21°角延伸,是一種處于類(lèi)似端角反射的位向,選用合適入射到該缺陷的角度,即試驗(yàn)挑選出各個(gè)不同千瓦容量葉輪鍵槽橫波折射的最佳角度,將有利于微小危險(xiǎn)性缺陷的檢出.2)通過(guò)相同規(guī)格