TA38型空压机转子表面裂纹检验及深度测量

　　1　TA38型压缩机转子简介

　　TA38型压缩机转子如图1所示,A区和B区安装有轴承,长60mm,直径47mm,转子转速为30000转/分钟。由于转速很高,所以转子的材料性能和加工精度要求高,价格昂贵。这种压缩机采用循环油来润滑转子并使之冷却,即循环油兼有润滑和冷却双重作用。压缩机停机时要先停转子,转子转速降到很低时油泵才停,全部停机过程是自动控制的。由于一次事故停电,转子和油泵同时断电,此时发现压缩机内有烟气冒出。因为压缩机属于高转速精密机器。尤其是转子转速很高,同时承受较大的扭矩,为了避免发生安全事故,决定将转子拆卸下来进行探伤检验。

　　2　转子着色探伤和裂纹产生机理分析

　　首先对转子进行了着色探伤,发现A区和B区有多条裂纹(见图2)。A区发现有少量纵向裂纹;B区发现大量长度不同的横向裂纹,其中有些长达几十毫米,也有少量长度较短的纵向裂纹。从着色探伤的缺陷显示可以看出,缺陷属于裂纹并且比较严重,不仅长度较长,而且有的缺陷显示红线的颜色很深,说明裂纹具有相当的深度。

　　分析认为裂纹产生的原因在于,事故断电时转子和润滑油泵的电源同时被切断,转子由于惯性仍在高速转动,此时循环油却停止循环,摩擦使转子表面温度骤然升高。在转子转速降低到一定程度之后直到停止的过程中,转子表面迅速冷却。转子表面突然升温时,转子内芯部分温度并不高,转子表面热膨胀受转子内芯部分限制而发生压缩塑性变形。转速降低到一定程度直到停止转动,转子表面快速冷却并收缩,表面收缩再次受到内芯部分限制而受到很大的拉应力,最终由于拉应力超过了材料的断裂强度σb而产生了许多裂纹。A区和B区开裂状况不同,例如A区只有纵裂,B区主要是横裂。可能的原因是A和B两区在转子上的部位不同,A区处在转子端部,B区处在转子中央。

　　3　裂纹深度和长度的测量

　　从着色探伤结果可以看出缺陷状况比较严重,由于转子价格昂贵,主管部门要求尽可能准确地测定裂纹深度。测量裂纹深度(近年来多称为裂纹高度)在工程和设备安全方面具有重要意义,特别是断裂力学的应用产生了一门关于防止材料失效保障安全的新学科,即安全评估(又称安全评价或安全评定)[1],国外称为FFS(fitness for Srvice直译为中文是“适用性”),对缺陷定量测量技术的需求更加迫切。所以测量裂纹高度一直是无损检测学科备受关注的课题。超声TOFD法能比较精确地测量裂纹高度,包括表面裂纹和内部裂纹,是目前先进探伤技术推广应用的最大热点之一[2]。其缺点是受脉冲宽度限制,不适合小裂纹的高度测量,在最有利的探测条件下,只能测量不小于1mm的裂纹高度[3]。此外TOFD法受被检工件形状限制,在有台阶的狭小空间不能布置TOFD的两个探头,探头处的裂纹在检测盲区里检测不了,不适合该工件。