汽轮机叶片T形叶根的超声横波探伤

　　汽轮机叶片叶根断裂事故近年来屡有报道,特别是近几年严重缺电的情况下,事故造成的停电将带来巨大的经济损失。另外,随着机组步入老龄化　阶段,加强对叶片及叶根的探伤已迫在眉睫。

　　T形叶根是汽轮机最常见的一种叶根形式,它埋藏在叶轮槽内,结构复杂、尺寸小。若叶根在拆卸情况下进行检测,会延长检修周期,且拆卸工艺复杂、成本高。故在不拆卸情况下采取有效的检测方法进行T形叶根探伤具有很大意义。国内目前采用的超声波探伤方法为小直径直探头法,但该方法盲区大,耦合不稳定,探伤灵敏度低,对多数T形叶根无法探伤。

　　1　问题的提出

　　T形叶根深藏在叶轮内,只能从外露部分寻找探伤面,且可探伤面狭小,探头扫查范围受到限制,而且叶片间隙狭窄,探头放置困难。另外,叶片叶根尺寸小、形状复杂,超声波探伤时固有反射波和变形波多严重影响了对缺陷回波的判断。

　　根据以上叶根结构形式的特点,选择了横波斜探头方法。选择探头角度应遵守的基本原则有①主声束尽可能垂直于可能产生的裂纹方向。②主声束入射到裂纹与叶根面形成的端角处。③裂纹产生的回波信号尽可能避开杂波信号或固有回波。④波形单一,容易判断。⑤确定探伤灵敏度尽可能用固有回波信号。由文献[1~3]可知,T形叶根采用烟斗形纵波探头探伤时,由于探测面不平直,存在耦合不好的问题。通过研究发现,采用微型横波探头在叶身的内弧面进行探伤是可行的.

　　2　叶根试块的制备

　　T形叶根装配结构如图1所示。根据文献[4],结合福建省漳平电厂发生的N100290/535型100 MW机组第9级叶根断裂情况综合分析,T形叶根断裂具有的特征有,大部分裂纹产生于　　叶根与叶轮齿的接触面上边界附近,并大体上向与叶根齿的工作面相垂直的方向发展。这是因为叶片在运行工况下,叶轮齿与叶片根部因膨胀而紧密接触,叶轮齿与叶根接触面的边界处应力最大,此处距肩台底面约2~3 mm。因,裂纹可能产生的位置为图1中的F1,F2,F3及F4处,其中以出汽侧F1处产生裂纹的可能性最大。因此,F1处是探伤的重点。

　　在完好的T形叶根可能产生裂纹的部位按裂纹发展方向,采用线切割方法加工1 mm深的模拟裂纹,作为现场检测的灵敏度调整试块。

　3　微型横波探头的研制

　　叶根探伤要求探头体积小、前沿短、灵敏度高。故设计了图2所示的探头结构。图中L0为最小前沿长度,a为晶片宽度,α为入射角,从图2可以看出

　　由式(3)可以看出,为减小L0,晶片尺寸应尽可能小。此外,对于一定的晶片尺寸和折射角β,减小透声楔中纵波声速,可以减小入射角α,也可达到减小前沿尺寸L0的目的。为此通过多方面的试验,选用声速较小的聚枫树脂作为透声楔材料,聚枫树脂声速为2 250 m/s。