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《汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子樅樹型葉根超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子樅樹型葉根超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司季昌國(guó)胡先龍劉建屏王春水摘要：樅樹型葉片根部應(yīng)力大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜且間距狹小，常規(guī)無損檢測(cè)方法難以對(duì)其進(jìn)行在役狀態(tài)下的不拆卸檢測(cè)，采用超聲相控陣技術(shù)實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)目的。針對(duì)圓弧樅樹型葉根制作了檢測(cè)工藝，并設(shè)計(jì)制作了手工檢測(cè)夾具和自動(dòng)掃查與控制裝置。在實(shí)現(xiàn)手工檢測(cè)基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)探頭在內(nèi)弧或外弧時(shí)的自動(dòng)檢測(cè)，取得了比較滿意的檢測(cè)結(jié)果。關(guān)鍵詞：樅樹型葉根超聲相控陣檢測(cè)自動(dòng)檢測(cè)裝置副導(dǎo)軌1前言近年來，600MW及以上大容量機(jī)組已成為火力發(fā)電廠在役主力機(jī)組，隨著運(yùn)行參數(shù)的提高，對(duì)材料及部件結(jié)構(gòu)的要求越
2、來越高。圓弧樅樹型葉根因其軸向斷口為尖劈形結(jié)構(gòu)，應(yīng)力分布相對(duì)均勻而被大量使用在汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子的末級(jí)和次末級(jí)。在3000轉(zhuǎn)/分鐘的高速運(yùn)行中樅樹型葉根承受著高溫、高壓、巨大的離心力、蒸汽彎曲應(yīng)力、激振力、疲勞、腐蝕和振動(dòng)以及濕蒸汽區(qū)水滴沖蝕的共同作用，其產(chǎn)生失效的形式主要有應(yīng)力腐蝕裂紋和疲勞裂紋。在運(yùn)行中一旦葉片根部發(fā)生斷裂將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和可能的人身傷害。圓弧樅樹型葉片（見圖1），其葉根和葉身均沿著各自的曲線變化，即使相鄰幾毫米其截面尺寸變化也是非常大的；安裝后各葉片之間間距狹小，如600MW機(jī)組低壓轉(zhuǎn)子末極葉片靠近根部位置兩葉片間距僅30m
3、m左右。在役狀態(tài)下，表面檢測(cè)方法無法實(shí)施，傳統(tǒng)超聲檢測(cè)操作空間受限制，且檢測(cè)所需的角度范圍大，各種回波信號(hào)在A型顯示中難以判別。本文針對(duì)火力發(fā)電廠圓弧樅樹型根部葉片尺寸小、間距窄、葉根與葉身交界處變截面長(zhǎng)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了超聲相控陣檢測(cè)工藝和自動(dòng)檢測(cè)裝置。a)圓弧樅樹型葉根b)裝配后的圓弧樅樹型葉根圖1圓弧樅樹型葉根及裝配后的狀態(tài)2重點(diǎn)檢測(cè)部位由圖1可以看出，樅樹型葉根在各齒根位置截面變小。查閱的資料[1～4]顯示，樅樹型葉根的各項(xiàng)應(yīng)力在齒根處變大，通常在第一或第二齒根表面位置應(yīng)力達(dá)到極大值。從國(guó)內(nèi)外報(bào)道的葉根斷裂案例看，根部裂紋絕大多數(shù)均出現(xiàn)在第一齒
4、根內(nèi)弧或外弧部位，因此第一齒根的內(nèi)弧外弧部位為檢測(cè)的重點(diǎn)，見圖3。圖2國(guó)內(nèi)某廠樅樹型葉根第一齒根處裂紋圖3重點(diǎn)檢測(cè)部位（葉根局部圖）3檢測(cè)方法3.1葉片局部的三維掃描圓弧樅樹型根部的葉片結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，截面尺寸變化大。為了便于分析，對(duì)其進(jìn)行了三維掃描，生成三維實(shí)體。掃描后可以利用三維處理軟件進(jìn)行尺寸測(cè)量，截面提取等操作，利于分析超聲波的傳播路徑，方便檢測(cè)方案的設(shè)計(jì)和對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析。3.2檢測(cè)序列的設(shè)計(jì)從圖1中可看出能利用的探頭放置區(qū)域?yàn)槿~身靠近根部區(qū)域的內(nèi)、外弧表面和進(jìn)汽側(cè)、出汽側(cè)平臺(tái)。通過分析，任何一次掃查均無法實(shí)現(xiàn)待第一齒根部位的100%檢測(cè)，
5、特設(shè)計(jì)了下面掃查序列：序列1：將專用相控陣探頭1放置在葉身內(nèi)弧表面，激發(fā)橫波、扇形掃查檢測(cè)外弧局部區(qū)域缺陷，見圖4；序列2：將專用相控陣探頭1放置在葉身外弧表面，激發(fā)橫波、扇形掃查檢測(cè)內(nèi)弧局部區(qū)域缺陷，見圖5；序列3：將專用相控陣探頭2放置在進(jìn)汽側(cè)、出汽側(cè)平臺(tái)，激發(fā)縱波、扇形掃查檢測(cè)外弧靠近兩端的缺陷，見圖6，其實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖7a)；序列4：將專用相控陣探頭3放置在進(jìn)汽側(cè)、出汽側(cè)平臺(tái)，激發(fā)橫波、扇形掃查檢測(cè)內(nèi)弧靠近兩端的缺陷，見圖6，其實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)見圖7b)；缺陷顯示a)探頭在葉身內(nèi)弧掃查位置b)CIVA模擬圖與實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比圖4檢測(cè)序列1缺陷
6、顯示a)探頭在葉身外弧掃查位置b)CIVA模擬圖與實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比圖5檢測(cè)序列2a)探頭在平臺(tái)掃查位置b)序列3、序列4聲束傳播路徑圖6檢測(cè)序列3、序列4缺陷顯示圖7a)檢測(cè)序列3實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)缺陷顯示圖7b)檢測(cè)序列4實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)根據(jù)圖8分析可知：上述檢測(cè)序列1～4仍然不能實(shí)現(xiàn)對(duì)第一齒根部位的全覆蓋，可以看到在內(nèi)弧兩側(cè)端部仍然存在一定區(qū)域的檢測(cè)盲區(qū)，進(jìn)汽側(cè)盲區(qū)長(zhǎng)14.5mm、出汽側(cè)盲區(qū)長(zhǎng)22.0mm,因此對(duì)該型樅樹型葉根需要增加掃查，見序列5。序列5：將專用相控陣探頭1放置在葉根兩側(cè)端面，激發(fā)橫波、扇形掃查檢測(cè)上述盲區(qū)，見圖9。圖8檢測(cè)序列1～4無法覆蓋的
7、區(qū)域缺陷顯示a)探頭在端面掃查位置b)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)圖9檢測(cè)序列53.3葉根相控陣檢測(cè)3.3.1探頭的設(shè)計(jì)原則葉根與葉身的尺寸變化比較大，不同部位所需要的檢測(cè)角度不一樣，且角度范圍比較大。根據(jù)檢測(cè)序列不同分段提取若干葉片葉根的剖面圖，垂直外弧面的剖面提取見圖10。根據(jù)剖面圖確定所需角度范圍，設(shè)計(jì)相應(yīng)的相控陣探頭和楔塊；同時(shí)考慮到掃查空間較小，探頭的外形在滿足檢測(cè)的同時(shí)盡可能的小。圖10探頭在葉身外弧檢測(cè)內(nèi)弧根部時(shí)的剖面提取3.3.2靈敏度的確定隨著葉身與葉根的各自變化，聲束與第一齒根處夾角也在變化，相同的人工槽其回波波幅相差較大。檢測(cè)前在同種葉片根部
8、加工人工反射體作為檢測(cè)用試塊，將該反射體設(shè)定為（深×長(zhǎng)×寬）：1×5×0.2(單位：mm)。將所檢測(cè)區(qū)域回波波幅最低的人工
