CN107247090A - 一种汽轮机转子轮缘t型槽检测方法 - Google Patents

一种汽轮机转子轮缘t型槽检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种汽轮机转子轮缘T型槽检测方法。本发明采用超声相控阵检测装置对待检位进行覆盖扫查，并将T型槽的界面波与脉冲发射波进行时间同步并编译成像软件，实现超声相控阵实时成像检测，能使轮缘T型槽检测变得更加可靠、便捷，避免误判与漏检。与常规超声检测方法相比，采用超声相控阵实时成像检测技术对叶轮T型槽进行探伤检测，其扫查范围大、缺陷波易识别、探头无需前后移动即可完成对反T型槽的全覆盖扫查，提高了检测效率，实现了对裂纹缺陷的定位与定量。

Description

一种汽轮机转子轮缘T型槽检测方法
技术领域
本发明涉及一种汽轮机转子轮缘T型槽检测方法。
背景技术
汽轮机转子作为火电厂的核心部件，长期受到高温、高压、离心力、激振力、腐蚀、振动以及湿蒸汽区水滴冲蚀等因素影响，工作条件极其恶劣，特别是在转子叶轮轮缘T型槽的尖角部位容易形成应力腐蚀裂纹和疲劳裂纹，随着裂纹的扩展，裂纹面积越来越大，剩余承载面积越来越小，当剩余承载面积不足以承受叶片离心力的作用时，剩余面积将以剪切的方式瞬时断裂，从而导致轮缘及轮缘的T型槽内的叶片脱落。一旦发生叶片脱落，将会导致整个汽轮机转子的损毁，造成巨大的经济损失并可能损害现场人员的人身安全。因此，寻求一种高效的检测方法、及时发现汽轮机转子叶轮轮缘裂纹特别是T型槽裂纹缺陷，对于发电企业的安全生产具有重要的意义。
针对汽轮机转子轮缘T型槽的无损检测而言，目前采用的方法是使用不同角度的多个探头重复扫查，或者通过前后移动某个探头才能对工件进行覆盖扫查，扫查时十分麻烦，例如申请公布号CN106053598A的中国专利即采用此种扫查方法，其超声波探头的信号发射点在一个移动区域内移动，从而实现覆盖扫查，扫查过程十分繁琐，而且扫查的结构还需要与标准试样进行对比才能区分处固定波、干扰波和缺陷波，对检测人员的实践经验及操作技能要求较高，检测效率十分低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单、缺陷波易识别、检测效率高的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法。
为实现上述目的，本发明的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法的技术方案是：汽轮机转子轮缘T型槽检测方法包括如下步骤：第一步，根据待检的叶轮轮缘T型槽的结构尺寸绘制叶轮轮缘T型槽的二维模型图；第二步，通过具有成像功能的超声相控阵检测装置对叶轮轮缘T型槽进行覆盖扫查；第三步，调整特征反射波成像位置使其与加载至相控阵系统的所述二维模型图位置相对应，通过图像直接观察出缺陷的位置。
在所述第二步中，具体采取如下方式对T型槽进行覆盖扫查：将所述超声相控阵检测装置的换能器采用磁条固定在叶轮轮缘T型槽外侧平台上，开启相控阵扇扫模式并保证扫查范围覆盖叶轮轮缘T型槽。
换能器在固定使用时具体采取如下方式：在叶轮轮缘的两侧均布置所述换能器进行两侧对称扫查以使扫查范围对叶轮轮缘T型槽的全覆盖。
上述换能器在组装时，首先将相控阵专用楔块安装在换能器上，通过相控阵专用楔块调整换能器的扫查范围以使其能够覆盖叶轮轮缘T型槽。
上述换能器与相控阵专用楔块在安装及扫查前：在换能器与相控阵专用楔块之间以及相控阵专用楔块与叶轮轮缘T型槽外侧平台之间均匀涂抹超声波耦合剂，以排除连接面之间的空气，使耦合紧密无气隙。
在上述第二步中，超声相控阵检测装置的换能器和相控阵主机之间通过超声波探头线连接，超声波探头线为专用产品，采用特定螺旋绕制以方便收缩。
在上述第二步的扫查过程中，通过将换能器沿叶轮轮缘环向移动以实现对叶轮轮缘的整周的扫查。
所述超声相控阵检测装置采用工作频率范围为1MHz～10MHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8%的相控阵主机。
本发明的有益效果是：本发明采用超声相控阵检测装置对待检位进行覆盖扫查，并将T型槽的界面波与脉冲发射波进行时间同步并编译成像软件，实现超声相控阵实时成像检测，能使轮缘T型槽检测变得更加可靠、便捷，避免误判与漏检。与常规超声检测方法相比，采用超声相控阵实时成像检测技术对叶轮T型槽进行探伤检测，其扫查范围大、缺陷波易识别、探头无需前后移动即可完成对反T型槽的全覆盖扫查，提高了检测效率，实现了对裂纹缺陷的定位与定量。
附图说明
图1为汽轮机叶轮轮缘及部分叶片的结构示意图；
图2为相控阵换能器的外形图；
图3为相控阵专用楔块的主视图；
图4为图3的左视图；
图5为无缺陷时固定波反射图像；
图6为有缺陷时缺陷波反射图像；
图中：1-第一换能器，2-叶轮轮缘T型槽，3-叶片，4-第二换能器，5-叶根，10-第一晶片中心，a-斜面角度。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法的具体实施例如下：如图1所示，汽轮机转子在高速运转时，其叶片受到很大的离心力，并通过T型叶根将离心力转嫁到叶轮轮缘T型槽上，使T型槽在尖角A、B区域产生应力集中，由于汽轮机转子运行条件恶劣，其应力集中部位易产生应力腐蚀裂纹及疲劳裂纹，因此该部位为重点检测区域。根据待检的叶轮轮缘T型槽的结构尺寸绘制叶轮轮缘T型槽的二维模型图，通过具有成像功能的超声相控阵检测装置对叶轮轮缘T型槽进行覆盖扫查，调整特征反射波成像位置使其与加载至相控阵系统的所述二维模型图位置相对应，通过图像直接观察出缺陷的位置。其中：
1）相控阵检测装置采用型号为7.5S16-0.5×10-D10相控阵检测专用换能器，其中心频率7.5MHz，相对带宽≥60%，脉冲长度≤0.53μs，均匀性灵敏度±3dB，界面波和反射回波比值≤-60，阵元数目16，阵元间距0.5mm，阵元间隙0.1mm，阵元宽度10mm，换能器长度22.0mm，换能器宽度25.0mm，换能器高度10.0mm，见图2。
2）安装相控阵换能器时采用型号为SD2-N55S相控阵检测专用楔块，制作材料为聚苯乙烯，内部声速2337m/s,折射角度55°楔块长度32.6mm，楔块宽度30mm，楔块高度16.5mm，第一晶片中点的主轴偏移2.22mm，第一晶片中点的次轴偏移15mm，第一晶片中点的高度7.97mm，见图3、图4。
3）依据检测部件叶轮轮缘T型槽的结构尺寸，绘制叶轮轮缘T型槽二维模型图，并植入相控阵检测系统，调整声束扫查范围，使特征波与被检工件的图形轮廓相对应，实现实时成像检测，使缺陷分更易分辨，显示效果见图5、图6。
4）采用螺钉将楔块固定在换能器上，固定前在楔块与换能器之间均匀涂抹耦合剂，排除连接面之间的空气，使两者接触面完全耦合。
5）采用专用超声波探头线连接换能器与相控阵主机，探头线螺旋绕制，可自动收缩，避免现场连线混乱，便于现场检测场地切换。
6）选定相控阵检测主机工作频率范围为1MHz～10MHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8%。
7）选择相控阵扇扫扫查模式，开启A-S扫查显示，加载被检部件二维模型图，调整工件位置步进使特征反射波成像位置与T型槽图形轮廓位置相对应，实现裂纹缺陷的准确定位。
8）以叶轮轮缘T型槽外侧平台为检测面，在检测面均匀刷涂CG-98超声波耦合剂，激发横波，开启相控阵扇扫模式，扇形扫查的起始角度设置为20º至40°，终止角度设置为70º至80°，在轮缘的两个外侧平台上分别设置第一换能器1和第二换能器4，见图1，使扫查面完全覆盖被检工件应力集中部位，见下图5、6。
9）换能器放置在检测面上沿叶轮轮缘环向移动扫查，以便保证叶轮的整个轮缘的所有对应T型槽的部分均能够得到扫查。
10）换能器将扫查范围内采集到的工件特征波及缺陷反射波信号转换成电信号以图像格式保存至相控阵主机，便于缺陷分析判定。
11）依据检验规程要求对被检部件进行质量评判并记录检测数据。
12）编写检测报告。
在其他实施例中，所选用的换能器的型号也可根据具体使用需要更换为其他型号；相控阵专用楔块的形状尺寸以及斜面角度a均可根据使用需要调整，以确保换能器能够完全覆盖T型槽为基本原则。

Claims (8)

1.汽轮机转子轮缘T型槽检测方法，其特征是，包括如下步骤：第一步，根据待检的叶轮轮缘T型槽的结构尺寸绘制叶轮轮缘T型槽的二维模型图；第二步，通过具有成像功能的超声相控阵检测装置对叶轮轮缘T型槽进行覆盖扫查；第三步，调整特征反射波成像位置使其与加载至相控阵系统的所述二维模型图位置相对应，通过图像直接观察出缺陷的位置。
2.根据权利要求1所述的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法，其特征是，在所述第二步中，具体采取如下方式对T型槽进行覆盖扫查：将所述超声相控阵检测装置的换能器采用磁条固定在叶轮轮缘T型槽外侧平台上，开启相控阵扇扫模式并保证扫查范围覆盖叶轮轮缘T型槽。
3.根据权利要求2所述的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法，其特征是，换能器在固定扫查时具体采取如下方式：在叶轮轮缘的两侧均布置所述换能器进行两侧对称扫查以使扫查范围对叶轮轮缘T型槽的全覆盖。
4.根据权利要求3所述的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法，其特征是，上述换能器在组装时，首先将相控阵专用楔块安装在换能器上，通过相控阵专用楔块调整换能器的扫查范围以使其能够覆盖叶轮轮缘T型槽。
5.根据权利要求4所述的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法，其特征是，上述换能器与相控阵专用楔块在安装及扫查前：在换能器与相控阵专用楔块之间以及相控阵专用楔块与叶轮轮缘T型槽外侧平台之间均匀涂抹超声波耦合剂，以排除连接面之间的空气，使耦合紧密无气隙。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法，其特征是，在上述第二步中，超声相控阵检测装置的换能器和相控阵主机之间通过超声波探头线连接，超声波探头线为专用产品，采用特定螺旋绕制以方便收缩。
7.根据权利要求2-5任意一项所述的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法，其特征是，在上述第二步的扫查过程中，通过将换能器沿叶轮轮缘环向移动以实现对叶轮轮缘的整周的扫查。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的汽轮机转子轮缘T型槽检测方法，其特征是，所述超声相控阵检测装置采用工作频率范围为1MHz～10MHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8%的相控阵主机。
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