汽轮机叶片叉型叶根的超声波横波检测

第１期（总第１３０期）　山西电力　Ｎｏ．１（Ｓｅｒ．１３０）　２００６年２月　ＳＨＡＮＸＩ　ＥＬＥＣＴＲＩＣ　Ｐ（）ＷＥＲ　Ｆｅｂ．２００６　汽轮机叶片叉型叶根的超声波横波检测　贺卫国　，王晓杰。　（Ｌ山西霍州发电厂，山西霍州０３１４１３；２．山西电力科学研究院，山西太原０３０００１）　摘要：介绍了１００　Ｍｗ汽轮机组叶片又型叶根的超声波横波检测工艺及实践运用，肯定了横波　检测叶根裂纹的准确性和可靠性，对运行时间长，易产生裂纹的叶根部位，实施横波检测，实践　证明是一种较为理想的检验方法。　关键词：又型叶根；超声波检测；横波　中图分类号：ＴＫ２６３．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—０３２０（２００６）０１—００３７—０３　霍州发电厂２号机组，是前苏联列宁格勒金属　的钢印、划痕等，常常与实际的裂纹波混淆，造成　工厂１９７２年生产的Ｋ一１００／９０—７型双缸凝汽式汽轮　误判，叶根部位的检测质量较低。特别在１９９６年，　机组，功率１００　Ｍｗ，１９７４年９月投产，截止　更换末级（３Ｏ级）叶片时，由于锁孔打偏，焊补锁孑Ｌ　２００４年６月，累计运行时间２Ｏ．４万ｈ，期间已进　后，为保证根部强度，做点焊外露叶根处理，增大了　行过ｌ１次大修。低压转子２４／２９，２５／３０级叶片型　叶根部位的应力，需定期监督检查，而末级叶片叶根　号分别为１４５０／４７６，１１４７／７４９型，叶片总长分别　水平面无外露部分（如图２），根本无法采用表面波　为５２４　ｍｍ，６５０　ｍｍ，叶根长分别为９２　ｍｍ，１０５　探测，必须研究一种更适用的探测方法。　ｍｍ，根部下宽为３５　ｍｍ，３２ｍｍ，对称１圈分别　安装９９片，１０２片，叶根为４叉型骑缝双铆孔叶　根，叶根叉齿宽度为１５　ｍｍ。　１问题提出　该汽轮机，投运已３０多年，步入老龄化阶段，　汽轮机叶片处于复杂应力状态下工作，叶片常常因　为设计、材质、加工精度、组装工艺等问题，随着　时间的延长，产生裂纹，并不断扩展，严重地威胁　图１叉型叶根结构及表面波检测原理　着汽轮机运行的安全性，特别是长叶片叶根发生断　裂，后果不堪设想。　传统检测方法，采用超声表面波检测次末级　（２４／２９级）一侧叶根，如图１。由于叶根水平面外　露的宽度窄，对表面波探头入射点的要求非常苛　刻，而且对探头加工要求非常高，否则，严重影响　探测精度。水平面外露特别窄的部位，将无法探　测，造成漏检。并且表面检测时，受叶片表面质量　的影响，如：叶根与轮盘问的氧化皮，或铆孔附近　图２横渡检测原理图　收稿日期：２００５—０６一ｌＯ。修回日期：２００５—０９—０１　２横波检测的技术条件　作者简介：贺卫国（１９６８一），男，山西交城人，１９９２年毕业于太原理　工大学焊接设备与工艺专业，工程师；　２．１台肩上横波探测的可行性分析　王晓杰（１９６０一），男，山西太原人，１９８２年毕业于太原工　如图２所示，可以看出，采用台肩部位横波检　学院金属材料及热处理专业，高级工程师。　测，比较适宜。分析形成横波入射的入射角由叶片　・　３７　・　维普资讯 http://www.cqvip.com

山西电力　２００６年第１期　肩部导角决定，经实际测量次末级（２４／２９）叶片、　末级（２５／３０）叶片导角分别为３６。，３１。，如图３，　即形成的折射角为５４。，５９。，包含在横波形成的折　３探伤工艺的确定　３．１探头的磨制　射角３８。～８０。范围内，由此确定入射角的Ｋ值分　选Ｐ５Ｋ１．８晶片尺寸６　ｍｍＸ　８　ｍｍ的探头，磨　别是１．３８，１＿６６，横波探测角度比较适中。　图３叶片导角及横波折射角度示意图　２．２横波检测的优点　从叶根结构上看，台肩上放置探头不受叶根水　平面外露尺寸的限制，且探测面大，形成的横波可　以覆盖整个叉齿，还可以防止表面波检测齿部下面　位置缺陷容易漏检的缺点，且由于入射的横波角度　适中，检测对缺陷回波的干扰较小，检测仪器容易　调整，缺陷直观，便于观察判断。　２．３存在的问题　从叶根的结构看，根部的台肩皆为凹型弧面，　曲率为Ｒ３７．５，探头与探测面不能良好耦合，给检　测带来不便。若将探头修磨成凸型弧面，一是声波　难控制，二是探头修磨大，易出现杂波，干扰裂纹　波的识别，影响检测效果。　２．４采取的措施　２．４．１探头的选择　为克服存在的问题，从探头的选择考虑，由入　射角的计算可以看出，横波检测不需要制作专门的　探头，考虑探头与探测面的耦合性，可以选晶片尺　寸较小的探头，如选晶片尺寸为６　ｍｍＸ８　ｍｍ，或　更小些，Ｋ值选１．８（略大于分析确定的Ｋ值），　尽量减少修磨尺寸，并可使探头修磨成仰角，来增　大耦合面。考虑到探头有一定的扩散角，两种叶根　导角相差不大，可用一种探头对两种叶根探测。因　为叶根长度适中，频率可选２．５＂－－５　ＭＨｚ，探头前　沿可不予考虑。　２．４．２仪器、试块的选择　为提高缺陷检出的准确性，选用数字超声波探　伤仪（本文试验选用汉威ＨＳ５１０型超声波探伤　仪），以便精确确定缺陷位置。　试块：ＣＳＫ＿工Ａ型、ＣＳＫ－Ｉ］ＩＡ型、同类型叶　根试块。　・　３８　・　仰角约呈１０。，略有外凸弧度，利用ＣＳＫ一ⅢＡ型　试块测定Ｋ值为１．４～１＿６即可。　３．２扫描比例及灵敏度的调节　叶根试样上，以上、下铆孔波位置调节扫描比　例，输入横波声速３　２３０　ｍ／ｓ，按声程实际数值为　读数，并根据叶根长度选择底波的适中位置（即确　定探测范围）。　探伤灵敏度，可以用下铆孔部位人工加工２　ｍｍ，深槽反射波８０　高＋２ｄＢ为扫查灵敏度，或　底波８０　９／６高一２０　ｄＢ为扫查灵敏度。　３．３探测及判定　为达到良好的耦合效果，采用黄油耦合剂。扫　测叶根整个导角面，左右或上下移动探头，会出现　上铆孔回波、底波和下铆孔回波。左右均匀移动探　头时，波形均匀出现，显示器上波声程读数不变　时，为正常。波的位置、能量在移动探头时发生改　变，或对底波的覆盖，或在铆波后又出现回波，皆　为异常情况，可以通过出现波的实测位置，波幅度　大小来判定，≥６　ｄＢ时判伤。　４现场应用　对２号机末级（２５／３０级），次末级（２４／２９　级）合计４０２片叶根进行探测，发现４片叶片根部　有明显缺陷回波信号，主要特征为：缺陷波和铆孔　波并存（一般缺陷波紧随铆孔波后，为铆孔处裂纹　缺陷）。不在铆孔处的裂纹也会出现缺陷位置的回　波信号，可通过波型位置识别（如图４ａ，ｂ）。还　可以通过缺陷波幅大小的比较，定位测长，测量裂　纹长度。如图４ｃ，ｄ所示，为叶根叉齿内侧３　ｍｍ　长裂纹回波，缺陷波紧跟随铆孔波，波型明显，很　容易分辨判伤。４片叶根经检修人员拔出后，与探　测结果对照，完全稳合。　５结论　叉形叶根横波检测，可以克服表面波检测范围　小、容易漏检和误判的缺点，且缺陷波直观、明　显，大大提高了叶根检测的准确性、可靠性。并有　操作简单、检测效率高等优点，实践证明是一种对　叉型叶根裂纹检测的理想工艺。　参考文献：　Ｆ１］　中国机械工程学会无损检测学会．超声波探伤［Ｍ］．北京　机械工　出版社，１９９８，　维普资讯 http://www.cqvip.com

２００６年２月　贺卫国，等：汽轮机叶片叉型叶根的超声波横波检测　Ｓ１＝２８．１ＩＴＩＩＴＩ．８８．０　ｌ　Ｓ＝２０．８　ｉｒｌ／ｎ．　９５．５％　ａ　ｌ　铆孔波佗置罔（ｓｌ为声程）　ｂ　Ｉ　铆孔前缺陷波位置罔（ｓ＜ｓ１）　ｏ　／／－－２９．５ｍｍ，Ｌ＝５４．１　ｍｍ，ｌＯＯ　，￣２－－６２．０ｉｒｌ／ｎ．８１．５％　ｄ下铆孔与其位置缺陷７ｓ＝６６．１　ｍｍ．　２９．下铆孔波位置ｌ孳『（ｓ’为声程）　厦　示罔（５％　ｓ＞　）　图４缺陷波与铆孔波所在位置比较图　Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ａｂｏｕｔ　Ｓｈｅａｒ　Ｗａｖｅ　ｆｏｒ　Ｔｈｅ　Ｆｏｒｋｅｄ　Ｒｏｏｔｓ　ｏｆ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｂｌａｄｅ　ＨＥ　Ｗｅｉ—ｇｕｏ　，ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏ－ｊｉｅ２　．　（１．Ｓｈａｎｘｉ　Ｈｕｏｚｈｏｕ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｌａｎｔ，Ｈｕｏｚｈｏｕ，Ｓｈａｎｘｉ　０３１４１３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｈａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ｓｈｅａｒ　ｗａｒｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｏｒｋｅｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｂｌａｄｅ　ｒｏｏｔ，　ｔｈａｔ　ｂｅｌｏｎｇｓ　ｔｏ　１００　ＭＷ　ｕｎｉｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｐｌａｎｔ．Ａｎｄ　ｉｔ　ｐｒｏｖｅｓ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ．Ｉｔ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｉｄｅａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｉｎｓｐｅｃｔ　ｃｒａｃｋｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｂｌａｄｅ　ｒｏｏｔ　ｔｈａｔ　ｉｓ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｃｒｅａｔｅ　ｃｒａｃｋｓ　ｂｙ　ｓｈｅａｒ　ｗａｖｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｆｏｒｋｅｄ　ｂｌａｄｅ　ｒｏｏｔ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ；ｓｈｅａｒ　ｗａｖｅ　（上接第３页）　ｅ）建议在南部电网主要是运城地区按以下方　ｃ）由于运城电网有运城５００　ｋＶ变电站的电压　案加装连切负荷装置：方案一在３０个周波内切除　支撑，在山西电网末端晋东南电网的电压问题将Ｅｔ　桃园、三家庄变电站负荷１００　Ｍｗ，南部电网电压　趋突出，建议加强晋东南电网特别是晋城电网的无　可恢复到０．８　Ｐ．Ｕ．；方案二在３０个周波内切除关　功补偿。　铝变电站负荷１００　Ｍｗ，南部电网电压可恢复到　ｄ）建议将晋中５００　ｋＶ变电站失灵保护动作时　０．８　Ｐ．Ｕ．。　间调至０．２５　Ｓ以内，电网可保持稳定运行。　Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｍｅｄｉｕｍ－ｓｏｕｔｈ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　ＺＨＥＮＧ　Ｈｕｉ—ｐｉｎｇ，ＨＯＵ　Ｃｈｕｎ－ｑｉｎｇ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ。Ｔａｉｙｕａｎ，Ｓｈａｎｘｉ　０３０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｉｈｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｆｏｒ　Ｓｈａｎｘｉ　ｍｅｄｉｕｍ－ｓｏｕｔｈ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｂｙ　ｔｈｅ“ＢＰＡ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗ　ｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ”，ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｗｅｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ．Ａｌｌ　ｏｆ　ｔｈｅｓｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｓａｆｅ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｉｅｓ．　Ｋｅｙ　ＷＯｌｄＳ：ｎｅｔｗｏｒｋ；ｐｏｗｅｒ　ｆｌＯＷ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ　・　３９　・