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金属磁记忆的汽轮机叶片检测

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《宁夏电力杂志》2014年第六期

1磁记忆检测对象及方法

在宁夏某电厂1号机大修期间,对机组汽轮机励磁侧及汽侧末一、末二级叶片进行金属磁记忆检测。叶片属于变截面扭叶片,材质为0Cr17Ni4Cu4Nb-T6,其简化图如图2所示。采用俄罗斯动力诊断公司开发的TSC-1M-4型应力集中指示仪进行检测。检测方法为将载有探头的小车平放在叶片上,用手推动小车,使小车以不超过500mm/s的速度从叶顶向叶根移动(如图2中虚线所示),此时仪表将检测到金属表面的自有漏磁场强度H,并以曲线的形式在仪表显示屏上显示,手动存储检测数据。将数据导入与该设备配套的MM-system软件中进一步分析,获得评价应力集中大小的重要参数———自有漏磁场梯度dH/dx。叶片是否存在应力集中及应力集中大小的判定依据为:当小车经过叶片某一部位,该部位磁场法向分量经过零值点,即符号由负变正或相反,且自有漏磁场梯度具有很大的值时,认为该部位存在应力集中[7];反之则认为叶片不存在应力集中。采用HS500型数字式超声波探伤仪对存在应力集中的叶片进行复检,确认是否存在缺陷。

2数据采集及分析

随机选择10根励磁侧末一级叶片作为检测对象,发现励磁侧末一级叶片普遍存在自有漏磁场强度H突变的现象。以编号为Z6-03和Z6-22的叶片为例分析,图3为编号Z6-03叶片的金属磁记忆检测结果。图3(a)为叶片表面自有漏磁场强度图,观察发现,叶片表面自有漏磁场强度H在距离叶端220mm处(拉筋处)发生突变且过零点;图3(b)为叶片漏磁场梯度图,观察发现漏磁场梯度值dH/dx在自有漏磁场强度发生突变的位置明显提高,达到7×103A/mm2,远大于其他部位的1×103A/mm2。分析认为叶片在此处存在一定程度的应力集中。图4为编号Z6-22叶片的自有漏磁场强度及梯度图,观察发现在距离叶端600mm的位置(叶根)同样存在应力集中,且漏磁场梯度值dH/dx达到17×103A/mm2,应力集中程度更严重。在汽侧末一级随机选择10根叶片进行检测,以U6-03为例分析。图5所示分别为汽侧末一级叶片U6-03的自有漏磁场强度图和漏磁场梯度图,观察发现,自有漏磁场强度曲线平缓,自有漏磁场梯度dH/dx只有2×103A/mm2,分析认为叶片不存在严重的应力集中。其它被检叶片检测结果与该叶片基本一致。分别在励磁侧末二级和汽侧末二级叶片中随机选择5根叶片进行检测。图6和图7分别为励磁侧末二级编号为D4-42叶片和汽侧末二级编号为L4-50叶片的检测结果,观察发现自有漏磁场强度曲线过渡平缓,无突变,虽有多处磁场强度过零点,但最大自有漏磁场梯度dH/dx仅为2×103A/mm2。其他被检叶片的检测结果均显示自有漏磁场强度无突变,自有漏磁场梯度不大于2×103A/mm2。表明励磁侧及汽侧末二级叶片均无应力集中区。对所有被检测叶片自有漏磁场强度H突变情况和自有漏磁场梯度dH/dx大小进行统计,结果如表1所示。表1结果显示,励磁侧末一级的所有被检叶片均表现出不同程度的漏磁场强度突变,且自有漏磁场梯度dH/dx较其他叶片大的多。此外,同侧叶片的自有漏磁场梯度dH/dx相比较,末一级更大。为了进一步验证金属磁记忆检测到的应力集中区是否已发展为成型缺陷,检测人员对应力集中较严重的励磁侧末一级叶片做了超声波检测,结果表明无成型缺陷存在。

3磁记忆诊断结果

对利用磁记忆设备采集到的数据进行对比分析,认为励磁侧末一级叶片存在一定程度的应力集中,这与其所处的工作环境和位置密不可分。在机组运行过程中,腐蚀、水蚀以及接触疲劳等原因共同影响叶片的性能,尤其在拉筋和叶根等截面发生突变的部位,受到外力时更容易产生应力集中。此外,检测结果显示,同侧叶片相比较,末一级叶片应力集中程度远大于末二级叶片,这可能是由两方面的因素造成的,一方面,末一级叶片所处位置蒸汽温度更低,湿度更大,服役条件更差;另一方面,相比末二级叶片,末一级叶片长度更长,且有拉筋,结构更复杂。因此,末一级叶片更容易产生应力集中。超声波检测结果显示,在励磁侧末一级叶片拉筋处的磁场突变仅为应力集中,暂没有发展成为危害严重的成型缺陷。但在接下来的运行中,应将励磁侧末一级叶片作为监督重点,防止事故的发生。

4结论

(1)对宁夏某电厂低压转子末一、二级叶片进行金属磁记忆检测,发现励磁侧末一级叶片在拉筋处(个别在叶片根部)普遍存在应力集中,其他叶片无明显应力集中。(2)对励磁侧末一级叶片做超声波检测,结果显示无明显裂纹,表明应力集中暂未发展为成型缺陷。(3)应在今后的机组运行过程中将励磁侧末一级叶片作为重点监督对象,以防事故的发生。(4)本次检测结果表明金属磁记忆技术作为一种新型检测手段对汽轮机叶片的早期诊断有良好效果。

作者:杨伟东李岩徐贤李亮李喆杨浩常伟单位:宁夏电力能源科技有限公司国电科学技术研究院

宁夏电力杂志责任编辑:编辑经理    阅读:人次