汽轮机叶轮键槽超声波探伤方法

　　1　前言

　　近几年,随着发电机组的不断老化,汽轮机叶轮键槽开裂的事故时有发生。为保障发电机组的安全稳定运行,消除设备的重大隐患,根据青海省火力发电机组叶轮键槽的特点,结合实际,在有关超声波探伤的理论基础上,对汽轮机叶轮键槽径向裂纹进行超声波模拟和实际探伤,总结经验,以便参考应用。

　　2　叶轮键槽结构和产生裂纹的原因

　　2.1　叶轮键槽的结构见图1、图2。

　　2.2　叶轮键槽产生裂纹的原因

　　叶轮在运行过程中承受很大的切向应力和径向应力,切向应力在内孔边沿最大,而在轴向键槽R圆角处应力将增大2~3倍;若R圆角附近的加工光洁度差或叶轮内孔与轴之间的过盈量过大,都会使汽轮机叶轮键槽R圆角处的应力增加;汽轮机后几级,由于蒸汽湿度较高,如果水质不好,易使叶轮形成应力腐蚀,因此,裂纹都出现在R圆角的圆孤与键槽顶面相接的部位,其裂纹走向与键槽中心线成一定的夹角。有时是单侧裂,有时两侧都裂。

　　3　叶轮键槽探伤方法

　　3.1　探伤前的准备

　　3.1.1　叶轮键槽

　　①通过查阅图纸和资料,搞清楚叶轮的外形和键槽的结构和尺寸。

　　②将被探叶轮的两侧肩部用砂布打磨干净。

　　3.1.2　试块

　　用CSK—IA和SH—I半圆试块。

　　3.1.3　探伤设备

　　选用功率大、扫描线性好、分辨率高的超声波探伤仪。

　　3.1.4　探头

　　①选择一只灵敏度高、指向性好的2.5MHz,14mm的直探头和5MHz的晶片尺寸小、K值足够小的横波斜探头。

　　②在试块上测量好斜探头的前沿、折射角和入射点。

　　3.1.5　声程计算

　　键槽R圆角反射波的最强点是一个非常重要的参数,在探伤前,必须先计算出来,做到心中有数。

　　根据正弦定理(如图3所示):

　　将(2)代入(1)

　　据余弦定理:

　　将(4)和(5)代入(3)得:

　　因φ>90°,故根号部分取负值。

　　键槽R圆角反射波最强点的计算公式:

　　3.2　探伤步骤

　　3.2.1　灵敏度的调整

　　叶轮键槽探伤中,以在键槽R圆角处发现0.5mm深的裂纹作为探伤灵敏度。

　　横波反射,宽为Wf长条反射波高的近似公式:

　　横波反射,直径为Df、长为Lf的横孔反射波高的近似公式:

　　圆角R与0.5mm裂纹的分贝差:

　　若:令圆角R=5mm,即Df=10mm,键槽长Lf=50mm,裂纹宽度Wf=0.5mm,入射点到缺陷的距离a=130mm,虚构源轴线在透声楔内的长度(横波) l2=8mm。