烟气轮机叶片裂纹的X射线实时成像检测技术

　　1　引言

　　烟气轮机是炼油厂催化裂化装置、重催装置的核心机组—主风机组的关键设备,其运行质量的好坏不仅关系到装置能耗的高低,而且还直接影响到装置能否正常生产。因此,保证烟气轮机的长期安全稳定运行成为各炼油厂设备管理中的关键问题。叶片是烟气轮机的关键零件,其在极苛刻的条件下承受高温、高压、巨大的离心力、烟气激振力、腐蚀、振动以及冲蚀的共同作用,所受的载荷复杂,使用环境恶劣,容易因应力过大而产生疲劳裂纹,而裂纹是危害叶片安全的重要因素,即使是微小裂纹对飞机都可能造成严重的后果,不仅危及人、机安全,而且会造成巨大的经济损失。所以,对烟气轮机叶片裂纹的检测不仅是制造厂家,也是各使用单位乃至科研院所研究的重要内容[1]。

　　本文运用X射线实时成像技术对烟气轮机叶片进行检测实验,以验证该技术在叶片裂纹检测中的可行性。

　　2　叶片结构特点

　　叶片的结构较为特殊,为曲面和变截面,其背面和正面不平行,平行度随截面尺寸沿叶片表面母线变化,厚簿变化差异大。叶顶处型线比较平坦,叶片通流部分是一个光滑的空间曲面,叶片叶身弯扭变化很大,叶型扭转角度很大,在叶根处型线的曲率较大,叶根圆角部分由多个变直径的圆弧组成,为非常复杂的混合曲面,叶根与叶冠的型线角度几乎垂直[2],见图1。

　　3　X射线实时成像透照特点

　　裂纹的X射线透照有以下两种情况:

　　(1)垂直透照:当射线垂直透过被检件时,由于裂纹分布在同一平面上,且与射线束垂直,此时裂纹对射线的阻挡能力完全相同,在射线束垂直方向上与周围正常部分并未形成透照厚度差,所以在成像器或胶片上透照图像的对比度完全一样,从而无法展现被检测件内部细微的缺陷,见图2。

　　(2)水平透照:当射线水平穿过被检件时,裂纹方向与射线束方向平行,此时裂纹对X射线的阻挡能力低,在成像器或胶片上投影的能量高,缺陷部分与周围正常部分间存在明显的厚度差,能明显地在图像上观察出对比度不同,从而很容易发现被检件内部的细微缺陷。见图3。

　　因X射线实时成像技术具有多自由度控制、检测工艺参数动态调整、图像后期处理等优势,可以很好地针对叶片这种异型构件进行检测,使射线的透照方向可以随意围绕叶片进行动态调整,可实现在线观测及摄取静态图像,无论裂纹的走向如何,都可借助该技术在任意位置、任意旋转角度下进行动态检测,可以很方便地检测到裂纹等线形缺陷。

　　4　检测及讨论

　　4.1　检测设备