汽轮机叶片叶身及围带的涡流检测

刘金秋，夏晓涛，冯翌轩，尚伟

（华电电力科学研究院山东分院，济南　250014）

汽轮机叶片叶身及围带的涡流检测

刘金秋，夏晓涛，冯翌轩，尚伟

（华电电力科学研究院山东分院，济南250014）

针对汽轮机叶片检测的特殊性（如形状不规则、检测空间限制、检测比例低、检测方法少等特点），采用笔式单探头和指套式单探头进行涡流检测试验。模拟裂纹对比试样试验表明，2种探头均可有效检出缺陷，便于操作的指套式单探头灵敏度相量幅度比笔式单探头低50％左右，边缘或拉筋孔的检测需开发专用探头或工装来保障探头移动平稳。现场应用表明，涡流检测叶身及围带有一定优势，是常规检测方法的有效补充。

汽轮机；叶片；涡流检测；试样；围带

0　引言

发电厂汽轮机转子叶片是汽轮机关键部件之一，其结构的完整性是保证汽轮机安全运行的重要因素。如果叶片断裂，不仅会损坏其他叶片，还可能因为断裂叶片卡阻而破坏转子的动平衡，导致轴系失稳，成为重大事故的诱发因素。汽轮机叶片损坏的因素主要有设计、制造、安装和使用等，有时是这些因素的综合结果［1］。叶片的工作阶段按照转速可以分为启动、稳定转动、停机3个阶段。在启动、停机过程中，叶片会经受很大的离心变幅载荷以及同步的稳态汽动载荷，属于低周疲劳；在高速稳定运转过程中，叶片会因汽流扰动产生的激振力而振动，幅值较小但频率很高，属于高周疲劳。叶片的启动、停机过程是裂纹萌生和稳态扩展的主要阶段［2］。对叶身和围带疲劳裂纹的检测一直是机组检修和金属监督的重点。机组检修时，要求对转子叶片进行原位探伤，实际检测中常采用磁粉法，受空间位置限制，只能检验低、中压转子的末两、三级叶片，而超声法、渗透法等检测方法也受各种因素的制约较少应用。尺寸较小的转子叶片检测空间较小，一直存在检测的难题，实际工作中往往只进行宏观检测。本文采用涡流检测法，选用笔式探头和指套式探头来克服空间的制约。

1　对比试样制作

涡流检测常用的对比试块刻槽深度多为0.2，0.5，1.0mm，仪器参数调节极为方便，但被检测工件材质或形状稍微变化时，其阻抗图变化较大，因此宜选用同材质、同形状的工件制作对比试样。利用模拟裂纹对比试样，对缺陷尺寸和阻抗信号的关系进行试验研究并确定试验参数［3］。

选择一片与被检汽轮机叶片材料相同的2Cr13叶片，用电蚀法在其叶身上刻5个槽，在自带围带上刻1个槽，位置分别在出汽侧、叶背侧、拉筋孔处和围带外侧，缺陷位置如图1所示。表1为刻槽的尺寸及鉴定结果，检测用量具、工具包括平板（0级）、精密台钳、百分表、数显标尺、测量深度工装、塞尺、读数显微镜及数显卡尺，形位公差参考GB/T23905—2009《无损检测超声检测用试块》［4］。

图1　6处模拟裂纹刻槽位置

2　检测试验

仪器，爱德森2004+涡流检测仪；探头，笔式单探头、指套式单探头（如图2所示）；频率，50kHz左右。

考虑到叶身空间有限，选用绝对式单探头进行检测。检测前，采用对比试块进行仪器的调试，通过调节激励频率使缺陷信号和提离信号的相位尽量垂直，再将探头提离信号调至水平，并调整合适的信号幅度。检测时探头移动速度不宜过快，并尽量保持探头稳定。

图2　试验用单探头

表1　刻槽的尺寸及鉴定结果mm

检测试验结果如下。

（1）笔式探头和指套式探头对#1，#5模拟缺陷均未有效检出。

（2）笔式探头对#2，#3，#4，#6模拟缺陷可有效检出，如图3所示。

（3）指套式探头对#2，#3，#4，#6模拟缺陷可有效检出，如图4所示。

（4）指套式单探头灵敏度相量幅度比笔式单探头低50％左右。

图3　模拟缺陷检测信号（笔式探头检测结果）

3　现场应用

某电厂对#1机组汽轮机转子进行金属监督检验时，发现中压转子存在2处疑似裂纹（如图5所示），分别进行磁粉检验和渗透检验。渗透检验未发现缺陷，而磁粉检验的磁痕不致密，因此电厂方和汽轮机制造厂家人员认为不是裂纹缺陷，可能是运行初期形成的冲蚀沟槽或制造时遗留的机加工痕迹，无需处理。考虑到汽轮机转子高速转动时任何缺陷都可能造成极其严重的后果，采用涡流检测方法进行检测。选用笔式单探头，该部位阻抗图显示相量幅度达40％（如图6所示），可定性为裂纹缺陷。选取一处磨开后进行渗透检验，显示裂纹深2 mm，长6mm。随后对另一处开裂也进行了裂纹打磨及补焊处理。

图4　模拟缺陷检测信号（指套式探头检测结果）

图5　磁粉检测出的2处裂纹

图6　2处裂纹的涡流阻抗图

由于转子围带比叶片的受力状态好，因此检验中不够重视。电厂方及厂家技术人员之所以认为不是裂纹缺陷，主要是因为裂纹本身形态和裂纹周边形貌隐藏和掩盖了裂纹：一方面，此次磁粉检测发现的围带开裂裂纹在冷态下呈紧密闭合状，磁痕比较分散，且开裂几乎均为直线方向，没有弯曲，开裂端部也没有弯曲和变细迹象，磁痕显示的形态与常见的裂纹形态差别极大；另一方面，开裂走向与转子运行中形成的冲蚀沟槽平行，裂纹形貌很容易被冲蚀沟槽所掩盖，造成了电厂方和厂家人员的误判。而涡流检测对这类缺陷的检测几乎不受缺陷形貌影响，易于检测和评判。

4　结论

（1）涡流检测笔式单探头和指套式单探头均未能检测出#1，#5模拟裂纹缺陷，边缘部位检测的稳定性是检测灵敏度保障的关键，需开发专用探头或工装来保障探头移动平稳。

（2）涡流检测笔式单探头和指套式单探头均可检测出#2，#3，#4，#6模拟裂纹缺陷，其信号幅度与模拟裂纹尺寸对应。

（3）采用涡流法检测叶身和围带的方案是可行的，探头小，可检测空间狭小部位的叶身，是常规检测方法的有效补充。

［1］曹淑珍，胡志忠.汽轮机叶片损坏原因分析［J］.汽轮机技术，1997，39（6）：368-369.

［2］OAKLEYSY，NOWELLD.Predictionofthecombinedhigh andlow-cyclefatigueperformanceofgasturbinebladesafter foreignobjectdamage［J］.Internationaljournaloffatigue，2007，29（1）：69-80.

［3］邵泽波，宋树波.汽轮机叶片的涡流检测［J］.无损检测，2002，24（10）：444-445.

［4］无损检测超声检测用试块：GB/T23905—2009［S］.

（本文责编：刘芳）

TK263.3

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1674-1951（2016）09-0036-02

2014-02-11；

2016-07-25

刘金秋（1979—），男，山东潍坊人，高级工程师，工学硕士，从事电站特种设备检验、失效分析、无损检测等方面的研究（E-mail：13031747845@163.com）。