CN208283339U - 汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块 - Google Patents

Abstract

汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，属于材料无损检测技术领域，包括长方形试块、扇形试块、半圆形凹槽、换能器折射角测量孔及人工缺陷反射孔，长方形试块和扇形试块为一体式结构，本实用新型采用呈阶梯型布置的扇形试块测定换能器前沿距离，调整检测系统扫描速度；采用直径φ10mm圆孔测定换能器折射角度，采用5个直径φ1mm、深度6mm孔作为检测系统调试人工缺陷反射体，用来验证检测系统扫描速度，调整探伤灵敏度和绘制距离波幅曲线，5个直径φ1mm、深度6mm孔按参考试块长度方向布置，既能满足灵敏度调整范围的需求，又有效的减小了参考试块，携带和现场检测使用更为方便。

Description

汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块

技术领域

本实用新型属于材料无损检测技术领域，具体是涉及了一种汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块。

背景技术

目前热力发电机组向着大机组、大容量、高参数方向发展。汽轮机的尺寸也相应加大。汽轮机的叶片、叶根尺寸也相应增大，叶片长度达到1米以上，叶根宽度也达到300mm以上。汽轮机叶根类型主要有T型、叉型、枞树型和菌形叶根等。叶片、叶根在服役过程中承受着很大的应力和扭矩，尤其是末级叶片的腐蚀性工作环境，极易产生应力腐蚀裂纹。当裂纹尺寸扩展到极限值时，导致叶片、叶根断裂，轻则将该机的全部动、静叶片损毁，重则导致机毁人亡的重大恶性事故发生。因此，加强对汽轮机叶根的检测势在必行。本实用新型是针对轴向装配枞树型叶根的超声波检测方法进行的研究，图1示出枞树型叶根的结构示意图。

迄今为止，该型叶根的检测主要以表面探伤磁粉或渗透探伤，以及DL/T 714—2011《汽轮机叶片超声波检验技术导则》中推荐的超声波表面波探伤。这两种检测方法本身就定义为检测表面和近表面的缺陷，无法检出叶根内部产生的裂纹。叶根裂纹产生的部位是随机的，内部产生的几率也很高。由于大型发电机组叶根存在宽度较大，检测面小等特点，见图2，按照常规的超声波检测方法无法达到全面检测的目的。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对大容量高参数汽轮机叶根裂纹的检测，由于大型发电机组叶根存在宽度较大，检测面小等特点，按照常规的超声波检测方法无法达到全面检测，本实用新型结合汽轮机轴向装配枞树型叶根超声波纵波检测方法，提供一种汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块。

为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征于，包括：长方形试块、扇形试块、半圆形凹槽、换能器折射角测量孔及人工缺陷反射孔，所述长方形试块和扇形试块为一体式结构，长方形试块的第一侧壁为检测面，长方形试块的第二侧壁与长方形试块的第一侧壁正对，长方形试块的第三侧壁与长方形试块的第四侧壁正对；所述扇形试块用来测定换能器前沿距离，调整检测系统扫描速度，扇形试块的圆心角为900，扇形试块的第一直边侧壁与长方形试块的第二侧壁位于同一平面，扇形试块的第二直边侧壁与长方形试块的第三侧壁位于同一平面，扇形试块由扇形部和扇环部组成，扇形部和扇环部呈阶梯型布置，扇形部的半径为50mm，扇环部顶部所在平面低于扇形部顶部所在平面，扇环部的内圆半径为50mm、外圆半径为100mm；所述半圆形凹槽的横截面呈半圆形，半圆形凹槽设在长方形试块上，半圆形凹槽沿长方形试块的长度方向布置，并与长方形试块等长；所述换能器折射角测量孔用来测试换能器折射角度，换能器折射角测量孔开设在长方形试块上，换能器折射角测量孔为直径φ10mm圆孔，且为贯穿孔，换能器折射角测量孔的孔心与长方形试块的第一侧壁垂直距离为170mm；所述人工缺陷反射孔设置在半圆形凹槽上，人工缺陷反射孔作为检测系统调试人工缺陷反射体，用来验证检测系统扫描速度，调整探伤灵敏度和绘制距离波幅曲线，人工缺陷反射孔为盲孔，人工缺陷反射孔为直径φ1mm、深度6mm孔，人工缺陷反射孔数量为五个，五个人工缺陷反射孔位于同一轴线且等间隔的布置在半圆形凹槽上，其中靠近长方形试块第二侧壁的人工缺陷反射孔孔心与换能器折射角测量孔孔心共线。

所述长方形试块的长度为200m，宽度为120mm。

所述扇形试块的扇形部与长方形试块等厚，厚度为25mm。

所述扇形试块的扇环部厚度为20mm。

所述半圆形凹槽的半径为5mm。

所述半圆形凹槽与长方形试块的第四侧壁垂直距离为10mm。

所述换能器折射角测量孔的孔心与长方形试块的第二侧壁的垂直距离为30mm，换能器折射角测量孔的孔心与长方形试块的第三侧壁垂直距离为30mm。

任意相邻两个人工缺陷反射孔的孔距为40mm。

靠近长方形试块第一侧壁的人工缺陷反射孔与长方形试块第一侧壁的垂直距离为10mm。

通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：本实用新型采用呈阶梯型布置的扇形试块测定换能器前沿距离，调整检测系统扫描速度；采用直径φ10mm圆孔测定换能器折射角度，该孔距离检测面170mm，是按照大于目前大型汽轮机组轴向装配枞树型最大叶根宽度一半的1.1倍以上的条件设置。满足最大叶根宽度条件下，换能器折射角度测定的精确度和缺陷定位精度，为后续的缺陷评定提供准确依据；采用5个直径φ1mm、深度6mm孔作为检测系统调试人工缺陷反射体，用来验证检测系统扫描速度，调整探伤灵敏度和绘制距离波幅曲线，最大调整范围170mm，满足最大叶根宽度条件下，分别在叶根两侧端面扫查足以覆盖整个预定检测范围；5个直径φ1mm、深度6mm孔按参考试块长度方向布置，既能满足灵敏度调整范围的需求，又有效的减小了参考试块，携带和现场检测使用更为方便，满足试验室研究和现场实际检测过程中调整检测系统的要求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型示意性实施例及其说明用于理解本实用新型，并不构成本实用新型的不当限定，在附图中：

图1为现有的汽轮机轴向装配枞树型叶根的结构示意图；

图2为现有的汽轮机轴向装配枞树型叶根装配示意图；

图3为本实用新型实施例中检测系统距离波幅曲线；

图4为本实用新型测试实验实例，在声程175mm处直径φ1mm、深度6mm孔反射波提高14dB后反射波形；

图5为本实用新型汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块的结构示意图；

图6为图5的侧视图；

图7本实用新型检测系统调整及距离波幅曲线绘制示意图；

图8为本实用新型检测实施示意图。

图中：1-长方形试块、2-扇形试块、201-扇形部、202-扇环部、3-半圆形凹槽、4-换能器折射角测量孔、5-人工缺陷反射孔、6-换能器。

具体实施方式

下面结合实施例及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型保护主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。为了避免混淆本实用新型的实质，公知的方法、过程、流程及元件并没有详细的叙述。

在超声检测技术中，通常采用与已知人工反射体相比较的办法来确定被检工件缺陷位置和尺寸，超声波检测技术的发展，始终与参考试块的设计制作分不开。因此，必须为汽轮机轴向装配枞树型叶根超声波纵波检测方法，开发制作相应的参考试块，以确定探伤灵敏度和评价缺陷大小，并对仪器、换能器6和检测系统的性能进行综合测试。超声波检测试块分为标准试块和参考试块。标准试块是由权威机构对材质、形状、尺寸和性能等做出规定和检定的试块；参考试块是针对某种检测方法和某些特定的具体检测对象规定的试块。本实用新型提供的参考试块为汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块。

检测方法概述：叶片、叶根在服役过程中承受着很大的应力和扭矩，尤其是末级叶片的腐蚀性工作环境，极易产生应力腐蚀裂纹。当裂纹尺寸扩展到极限值时，导致叶片、叶根断裂，轻则将该机的全部动、静叶片损毁，重则导致机毁人亡的重大恶性事故发生。因此，加强对汽轮机叶根的检测势在必行。

目前，这类叶根大多只采用表面探伤，以及DL/T 714—2011《汽轮机叶片超声波检验技术导则》中推荐的表面波探伤。这两种检测方法本身就定义为检测表面和近表面的缺陷，对于叶根内部产生的裂纹是无法检出的。叶根裂纹产生的部位是随机的，内部产生的可能性也很大。因此，本实用新型提出采用小角度纵波的超声波检测方法，以期对叶根的内部裂纹进行全面检测。由于大型发电机组叶根存在宽度较大，检测面小等特点，详见图1及图2，按照常规的超声波检测方法无法达到全面检测的目的。针对这个问题，本实用新型通过轴向装配枞树型叶根裂纹纵波超声波检测方式进行检测。

换能器6选择：

用于检测的换能器6选用折射角度为3°～10°的双晶小角度纵波换能器6，频率2.5MHz～5MHz，压电晶片尺寸为(3mm～7mm)×(4mm～8mm)，焦点为80mm，考虑到检测面较小，应尽可能选择外形尺寸小的换能器6。如果采用同样角度的单晶纵波超声波换能器虽然可以满足检测声程的要求，但当以150mm～170mm大型机组叶根宽度的一半的直径φ1mm、深度6m孔作为基准灵敏度时，存在近场分辨力低，盲区大的不足。且由于沿探测方向叶根的横向尺寸较小，发生端角反射及侧壁干涉，产生大量杂波反射，缺陷反射波难以分辨。因此，本实用新型采用双晶小角度纵波换能器6，基于双晶换能器一发一收的模式，有效地消除了有机玻璃和钢界面的反射杂波。又由于始脉冲始终不进入放大器，克服了阻塞现象，使探伤盲区大大减小，对近表面缺陷也有很高的检出率。通过改变晶片的偏转角度，亦可获得理想的焦点距离。本实用新型的换能器6焦点选取在80mm。由检测系统调整距离波幅曲线可以看出，详见图3，小声程的直径φ1mm、深度6mm孔反射波型单一；声程175mm时，直径φ1mm、深度6mm孔反射波提高14dB，始脉冲波后也未出现杂乱反射波，详见图4。

如图5及图6所示汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，包括：长方形试块1、扇形试块2、半圆形凹槽3、换能器折射角测量孔4及人工缺陷反射孔5，所述长方形试块1和扇形试块2为一体式结构，长方形试块1的第一侧壁为检测面，长方形试块1的第二侧壁与长方形试块1的第一侧壁正对，长方形试块1的第三侧壁与长方形试块1的第四侧壁正对；所述扇形试块2用来测定换能器6前沿距离，调整检测系统扫描速度，扇形试块2的圆心角为900，扇形试块2的第一直边侧壁与长方形试块1的第二侧壁位于同一平面，扇形试块2的第二直边侧壁与长方形试块1的第三侧壁位于同一平面，扇形试块2由扇形部201和扇环部202组成，扇形部201和扇环部202呈阶梯型布置，扇形部201的半径为50mm，扇环部202顶部所在平面低于扇形部201顶部所在平面，扇环部202的内圆半径为50mm、外圆半径为100mm；所述半圆形凹槽3的横截面呈半圆形，半圆形凹槽3设在长方形试块1上，半圆形凹槽3沿长方形试块1的长度方向布置，并与长方形试块1等长；所述换能器折射角测量孔4用来测试换能器6折射角度，换能器折射角测量孔4开设在长方形试块1上，换能器折射角测量孔4为直径φ10mm圆孔，且为贯穿孔，换能器折射角测量孔4的孔心与长方形试块1的第一侧壁垂直距离为170mm；所述人工缺陷反射孔5设置在半圆形凹槽3上，人工缺陷反射孔5作为检测系统调试人工缺陷反射体，用来验证检测系统扫描速度，调整探伤灵敏度和绘制距离波幅曲线，人工缺陷反射孔5为盲孔，人工缺陷反射孔5为直径φ1mm、深度6mm孔，人工缺陷反射孔5数量为五个，五个人工缺陷反射孔5位于同一轴线且等间隔的布置在半圆形凹槽3上，其中靠近长方形试块1第二侧壁的人工缺陷反射孔5孔心与换能器折射角测量孔4孔心共线。

所述长方形试块1的长度为200m，宽度为120mm。

所述扇形试块2的扇形部与长方形试块1等厚，厚度为25mm。

所述扇形试块2的扇环部厚度为20mm。

所述半圆形凹槽3的半径为5mm。

所述半圆形凹槽3与长方形试块1的第四侧壁垂直距离为10mm。

所述换能器折射角测量孔4的孔心与长方形试块1的第二侧壁的垂直距离为30mm，换能器折射角测量孔4的孔心与长方形试块1的第三侧壁垂直距离为30mm。

任意相邻两个人工缺陷反射孔5的孔距为40mm。

靠近长方形试块1第一侧壁的人工缺陷反射孔5与长方形试块1第一侧壁的垂直距离为10mm。

检测系统调整：

检测系统选用A型脉冲反射式超声探伤仪；

调整步骤：

a.用扇形试块2测定出换能器6前沿距离，并调整扫描速度；

b.从参考试块中长方形试块1的第一侧壁进行扫查，使直径10mm圆孔反射波反射当量达到最大，计算换能器6折射角度；

c.利用参考试块上直径φ1mm、深度6mm孔验证扫描速度，并绘制距离波幅曲线，其中检测系统调整示意见图7。

扫查方式：

轴向装配枞树型叶根有直齿形和弧形两种形式。

a.对于宽度小于160mm直齿形叶根，采用单侧扫查即可完成检测；

b.对于宽度大于160mm直齿弧形叶根和弧形叶根，采用双侧扫查，分部完成全部叶根的检测。

两种扫查方式检测面均选择在叶根外露在轮缘外部的部位,详见图8。完成检测系统调整后，将换能器6放置在叶轮侧面叶根处，由底部沿径向向叶片方向移动，移动过程左右扭转换能器6，重点检查第一、二齿根部。若无异常反射波出现，判定为合格；若出现反射波，且反射当量大于等于直径φ1mm、深度6mm孔反射，则判定为不合格。该检测方法经过试验室及现场实际检测的验证，证实了检测方法的正确性和实用性。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征于，包括：长方形试块(1)、扇形试块(2)、半圆形凹槽(3)、换能器折射角测量孔(4)及人工缺陷反射孔(5)，所述长方形试块(1)和扇形试块(2)为一体式结构，长方形试块(1)的第一侧壁为检测面，长方形试块(1)的第二侧壁与长方形试块(1)的第一侧壁正对，长方形试块(1)的第三侧壁与长方形试块(1)的第四侧壁正对；所述扇形试块(2)用来测定换能器(6)前沿距离，调整检测系统扫描速度，扇形试块(2)的圆心角为900，扇形试块(2)的第一直边侧壁与长方形试块(1)的第二侧壁位于同一平面，扇形试块(2)的第二直边侧壁与长方形试块(1)的第三侧壁位于同一平面，扇形试块(2)由扇形部(201)和扇环部(202)组成，扇形部(201)和扇环部(202)呈阶梯型布置，扇形部(201)的半径为50mm，扇环部(202)顶部所在平面低于扇形部(201)顶部所在平面，扇环部(202)的内圆半径为50mm、外圆半径为100mm；所述半圆形凹槽(3)的横截面呈半圆形，半圆形凹槽(3)设在长方形试块(1)上，半圆形凹槽(3)沿长方形试块(1)的长度方向布置，并与长方形试块(1)等长；所述换能器折射角测量孔(4)用来测试换能器(6)折射角度，换能器折射角测量孔(4)开设在长方形试块(1)上，换能器折射角测量孔(4)为直径φ10mm圆孔，且为贯穿孔，换能器折射角测量孔(4)的孔心与长方形试块(1)的第一侧壁垂直距离为170mm；所述人工缺陷反射孔(5)设置在半圆形凹槽(3)上，人工缺陷反射孔(5)作为检测系统调试人工缺陷反射体，用来验证检测系统扫描速度，调整探伤灵敏度和绘制距离波幅曲线，人工缺陷反射孔(5)为盲孔，人工缺陷反射孔(5)为直径φ1mm、深度6mm孔，人工缺陷反射孔(5)数量为五个，五个人工缺陷反射孔(5)位于同一轴线且等间隔的布置在半圆形凹槽(3)上，其中靠近长方形试块(1)第二侧壁的人工缺陷反射孔(5)孔心与换能器折射角测量孔(4)孔心共线。

2.根据权利要求1所述的汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征在于：所述长方形试块(1)的长度为200m，宽度为120mm。

3.根据权利要求2所述的汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征在于：所述扇形试块(2)的扇形部与长方形试块(1)等厚，厚度为25mm。

4.根据权利要求3所述的汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征在于：所述扇形试块(2)的扇环部厚度为20mm。

5.根据权利要求4所述的汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征在于：所述半圆形凹槽(3)的半径为5mm。

6.根据权利要求5所述的汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征在于：所述半圆形凹槽(3)与长方形试块(1)的第四侧壁垂直距离为10mm。

7.根据权利要求6所述的汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征在于：所述换能器折射角测量孔(4)的孔心与长方形试块(1)的第二侧壁的垂直距离为30mm，换能器折射角测量孔(4)的孔心与长方形试块(1)的第三侧壁垂直距离为30mm。

8.根据权利要求7所述的汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征在于：任意相邻两个人工缺陷反射孔(5)的孔距为40mm。

9.根据权利要求8所述的汽轮机轴向装配枞树型叶根纵波超声波检测专用参考试块，其特征在于：靠近长方形试块(1)第一侧壁的人工缺陷反射孔(5)与长方形试块(1)第一侧壁的垂直距离为10mm。