汽轮机叶根超声波探伤.pdf
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1、汽轮机叶根超声波探伤 宋绍河 (甘肃电力试验研究所,兰州 730050) 摘 要 介绍汽轮机叶根超声波探伤方法,包括所研制的叉形叶根检测用双晶纵波凸面探头 及T形叶根检测用大K值微型探头,并给出了应用实例。 主题词 超声检验 探头 汽轮机叶根 ULTRASONIC INSPECTI ON OF TURBINE BLADE ROOTS Song Shaohe (Gansu Electric Power Test and Research Institute, L anzhou) Abstract U ltrasonic inspection method for turbine blade ro
2、ots is described including the double2crystal longitudinal wave convex probe for forked blade roots and the m ini2probe w ith bigKvalue for T2shaped blade roots developed. Practical applications are given. Keywords U ltrasonic testing Probe Turbine blade root 我国5070年代投入运行的汽轮机已步入老 龄化阶段,叶片及叶根断裂频繁发生。然而
3、,汽轮机 叶根的探伤目前仍沿用70年代的方法,这些方法存 在许多缺点,影响检验的准确性。 1 常规探伤方法利弊分析 1. 1 骑缝铆孔叉形叶根的表面波探伤 采用表面波法对骑缝铆孔叉形叶根(简称叉形 叶根)进行探伤,具有调整简单、 探伤灵敏度高等特 点。 但老机组的叶根与叶根间,叶根与轮盘间多伴有 较厚的氧化皮或在铆孔附近打有标记钢印和划痕, 这在探伤时易造成回波与实际裂纹相混淆形成误 判。有些机组叶根的探伤面仅23mm(图1),探头 不能放置而无法探伤。 1. 2 叉形叶根的横波探伤 叉形叶根横波探伤原理见图2,它是利用二次 图1 图2 反射波打到铆孔上端面进行探伤。 众所周知,汽轮机 机型繁
4、多,每种机型又由若干级组成,每级叶根尺寸 各不相同,因此对每种机型必须逐一做出专用探头, 这就需要制作大量超声波探头才能适应探伤要求; 而且制造厂一般不提供叶根尺寸,只能靠测量获得, 如测得的尺寸与实际尺寸不相吻合,则对探头制作 又增加了难度。 1. 3 用横波法在台肩上探伤 这种方法的原理见图3,它是利用横波探头倾 斜置于台肩上进行探伤,实际探伤中发现此法对于 平直台肩的叶根是可行的。但具有平直台肩的叶根 极为少见,大多叶根具有凹弧面,弧面R为20 50mm ,这样横波探头与探测面不能很好耦合(图 4) 而给探伤带来困难,若将探头修磨成图3所示凸型 弧面,声波很难准确打在裂纹面上,再则经修磨
5、的探 003 第22卷第7期 2 0 0 0年7月 无损检测 NDT Vol . 22 No. 7 July 2 0 0 0 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 标准搜搜网 提供各类标准行业资料免费下载 图3 图4 头多出现杂波反射,干扰裂纹的检出。 1. 4 微型纵波探头(烟斗状)检测T形叶根 对于T形叶根,以往采用微型纵波探头探伤 (图5),这对平直探测面的探伤是可行的,但大多数 叶根探伤面为凹型弧面,同样存在探测面与探头的 耦合问题。 图5 2 双晶纵波凸面探头的研制 针对上述叉
6、形叶根探伤存在的问题,我们研制 了一种双晶纵波凸面探头。 2. 1 双晶纵波凸面探头的特点 为避免平台肩上锈蚀和划痕的不良影响,我们 将探伤面选择在凹弧面上。 为适应多种机型、 多种规 格尺寸叶根探伤的要求,我们选择了双晶联合探头 (即一发一收 ), 这样既可以消除近场干扰引起的杂 波,有利于小尺寸叶根的探伤,又可将两晶片声束交 点控制在叶根铆孔附近,有利于缺陷的检出。 叶根开裂一般在出汽侧铆孔的中部,裂纹走向 与叶根端面相垂直,利用声束垂直入射到工件遇异 质界面具有最大的反射声压这一特点,我们选择了 纵波。 常规纵波探头为平面型而现场末级叉形叶根多 采用凹型弧面,显然采用上述探头无法进行探伤
7、,为 了使探头与探伤面耦合良好,我们将探头磨制成凸 面型,其R约为35mm。 此值是经多台机组现场测试 R为2050mm左右而选取的中间值。对于R 35mm的汽轮机叶根可在探伤时用砂布 将探头附在工件上稍加修磨加之采用粘度稍大的机 油作耦合剂,即可保证探头与工件的良好耦合。 2. 2 基本原理 2. 2. 1 声压反射理论 当声波垂直入射时(图6),假设耦合剂中声压 完全透射,根据垂直入射时的声压反射率公式 r= Pz Pi = Z2-Z1 Z2+Z1 式中 r声压反射率 r= 0. 9991100% Pz反射声压 Pi入射声压 Z1钢中声阻抗 Z1= 4510 6kg? m 2s Z2空气中
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