探究无损检测技术在发电厂汽轮机轴瓦检测中的运用

发布日期:2021-08-24 14:16
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引言

注:本文涉及标准可能存在废止的情况,本内容主要提供学习思路,勿作为实际工作中检测依据。

汽轮机轴瓦一般以优质钢铁铸造成型,然后在其内表面浇铸一层薄层(1.5~4mm)乌金,形成一圈乌金复合层而组成。

主要有径向支持轴承轴瓦和轴向推力轴承轴瓦两种。

径向支持轴承轴瓦支撑着发电机转子的重量和由于转子质量不平衡与高速转动而引起的离心力,并确定转子的径向位置,使其中心与汽缸中心保持一致。

推力轴瓦呈扇形,其作用是承担高压蒸汽作用在转子上的轴向推力,并确定转子的轴向位置,使转子与静止部分保持一定的轴向间隙。

汽轮机在工作时,转子高速运转(3000转/分),将在轴瓦上产生很大的径向、轴向载荷并伴随着突发情况的冲击力作用。

如轴瓦上有脱层等缺陷的存在,在各种外力的综合作用下,将使脱层等缺陷扩展,甚至造成轴瓦乌金复合层的脱落与熔化,从而引发烧瓦、停机事故,严重地影响发电厂的安全运行和经挤效益。

利用渗透检验和超声波检验两种方法对轴瓦进行综合检测不但具有较高的检测灵敏度而且具有较高的效率,以确保发电机组的安全运行。

可广泛地用于汽轮机轴瓦安装前及检修期间的无损检测。

1、渗透检测

检测面

根据渗透检测原理,渗透检测适用于非多孔性金属材料或非金属材料制承压设备在制造、安装及使用中产生的表面开口缺陷的检测。

所以对轴瓦进行渗透检测是检测轴瓦的乌金复合层与基体的接舍线处的复合情况。其检测面即是轴瓦乌金复合层接合线处表面。

检测准备

检测部位的表面状况在很大程度上影响着渗透检测的检测质量,轴瓦的表面光精、平整,不需修磨完全符合渗透检验要求,但轴瓦表面通常有防护油层,进行渗透检验时必须清洗干净,清洗时,可采用溶剂、洗涤剂等进行。

在汽轮机安装现场,水源、电源颇多不便,而且轴瓦检测工作量也不是太大。

采用溶剂去除型着色探伤法喷罐式探伤剂较为适宜,其检验灵敏度完全可以保证检验质量。

实施检测

在检验工作前,先用铝合金试块或镀铬试块对渗透探伤剂和检测工艺进行检验。

依照预清洗一施加渗透剂一清除表面多余渗透剂一施加显像剂一观察与评定的工作程序对轴瓦进行检测。

若轴瓦乌金复合层有开口性脱层缺陷存在,则接合线处将有明显的显示痕迹产生,可根据显示痕迹的颜色深浅大概判定为缺陷深度的太小。

较深的脱层在擦去显示痕迹后再施加显像剂,仍然还可得到较为明显的显示痕迹,显示痕迹的长度即为开口性缺陷的长度。

2、超声波检测

检测面

根据超声波检测原理可知,在进行超声波检测时应尽量使超声波垂直于缺陷表面,这时缺陷回波最高,检验灵敏度、准确率最好。

轴瓦乌金复合层脱层缺陷是在乌金与基体结合面上平行与乌金表面的缝隙,属于平面型缺陷。所以用直探头在乌金复合层表面进行检测可得到理想的检测效果。

检测仪

选用A型脉冲反射式超声渡探伤仪,其性能符合ZBY230的要求。

检测探头

由于脱层缺陷平行于乌金检测面,所以可选用单直探头探测轴瓦。双晶纵波探头盲区小,检测灵敏度高,但其探测厚度有限,对于较薄的轴瓦检验更为有效。由于轴瓦乌金复合层质软易被较硬物体划伤,宜选用软保护膜探头检验。

晶片尺寸选定

由于支撑轴承轴瓦的检测面为弧形,曲率较大,为减小耦合损失,提高探伤耦合性能要选用小晶片探头,另一方面,小晶片探头近场
区小,盲区小有利于轴瓦探测。

检测频率

选择检测频率高,则灵敏度和分辩力也高,并且指向性好。但频率高时,近场区长度大,会造成盲区太对探测不利。所以在能保证探伤灵敏度的前提下要尽量选用较低的检测频率。实践证明选用2.5MHz的检测频率较为适宜。直探头的远场分辨力应大于或等于30dB。

检测灵敏度的调节

轴瓦检测时,人工缺陷试块的制作较为复杂困难。所以在轴瓦检测中,常利用轴瓦底波来调节检测灵敏度。单直探头探测以轴瓦底波等于荧光屏满刻度的80%再增益10dB作为检验灵敏度。

实拖检测

依据检测程序对轴瓦进行100的扫查,相邻两次扫查应有至少10%的重复扫查重叠区。对于脱层缺陷的面积范围使用6dB法(半波高度法)进行测定。

若有下列波型显示,则有脱层缺陷存在。

(1)若无轴瓦底波,只有缺陷波多次彼连,则该区域为完全脱层。

(2)若缺陷波多次彼连,轴瓦底波下降,则该区域为不完全脱层。

案例分析

(1)综合检测试验

按《无损检测渗透检测》标准进行渗透检测,按JB/T4272《汽轮机锡基金轴瓦技术条件》标准进行验收。

检测部位:对轴瓦结合面边沿进行渗透检验,具体渗透检验位置如图1所示:

图1 渗透检测位置

(2)渗透剂:选用DPT-5着色探伤剂。渗透检测方法:采用溶剂去除型C-d渗透检测方法。渗透检测工序:首先将轴瓦结合面部位清洗干净,使用A型灵敏度试块检查其灵敏度是否符合要求。

检验工序为前处理→预清洗→施加渗透剂→清洗表面多余渗透剂→施加显像剂→干燥→观察→后处理。

超声波检测按DL/T297《汽轮发电机合金轴瓦超声波检测》标准进行超声波检测,按JB/T4272标准进行验收。

检测方法选用纵波直探头法。

检测部位:将直探头置于轴瓦锡基合金层表面进行检测,如图2所示:

图2 轴瓦超声波检测检验位置

(3)检测仪:选用数字探伤仪。由于轴瓦的检测面为弧形,为减少耦合损失,保证检测灵敏度,选用频率2.5MHz约10mm探头,其系统性能符合JB/T9214标准的要求。检测灵敏度:轴瓦超声波检测参考试块制作较为复杂,所以此次轴瓦检测中,利用轴瓦底波来调节检测灵敏度。

将底波调至满幅度的80%作为基准灵敏度,再增益20dB作为探伤灵敏度。

超声波检测方法:依据DL/T297标准对轴瓦进行100%的扫查,相邻两次扫查应有不少于10%的扫查重叠区。

对脱层缺陷的面积范围采用6dB法(即半波法)进行测定,如有下列波型存在,则有脱层缺陷存在:

若无底波,只有缺陷波多次反射,则该区域为完全脱层。若底波降低,且缺陷波有多次反射,则该区域为不完全脱层。

结语

综上所述,渗透检测主要是检验轴瓦乌金复合层边缘开口性脱层缺陷,而这也是制造轴瓦时最易产生的缺陷,所以在实际检验中发现,渗透检验时,合格的轴瓦,在超声波检验时常常也是合格的轴瓦。渗透检验是检验轴瓦的边缘开口性脱层缺陷,无法进行准确的定量。

超声波检测则是发现较深的边缘脱层和内部脱层缺陷,其灵敏度高,准确性好,并且可定量地检出脱层缺陷大小。

利用渗透检验和超声波检验进行综合检验可全面地检测轴瓦质量。

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