在役汽輪發(fā)電機(jī)合金軸瓦無損檢測(cè)

王磊，熊詩昊

（武漢市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究所，武漢 430040）

在役汽輪發(fā)電機(jī)合金軸瓦無損檢測(cè)

王磊，熊詩昊

（武漢市鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究所，武漢 430040）

對(duì)在役常用汽輪發(fā)電機(jī)合金軸瓦的無損檢測(cè)方法進(jìn)行探討。根據(jù)軸瓦的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合缺陷的特征，分別論述了超聲檢測(cè)和滲透檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)劣和在軸瓦檢測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用。

汽輪發(fā)電機(jī)；合金軸瓦；超聲波檢測(cè)；滲透檢測(cè)

0 引言

巴氏合金是最廣為人知的軸承材料，其組織特點(diǎn)是在軟相基體上均勻分布著硬相質(zhì)點(diǎn)，軟相基體使合金具有非常好的嵌藏性、順應(yīng)性和抗咬合性。磨合后軟基體內(nèi)凹硬質(zhì)點(diǎn)外凸：滑動(dòng)面之間形成微小間隙，成為貯油空間和潤(rùn)滑油通道，利于減摩；上凸的硬質(zhì)點(diǎn)起支承作用，有利于承載。巴氏合金除用于制造滑動(dòng)軸承外，因其質(zhì)地軟、強(qiáng)度低，常將其絲或粉噴涂在鋼等基體上制成軸瓦。巴氏合金軸瓦通常為錫基合金與鉛基合金，由于鉛基合金的強(qiáng)度和硬度比錫基合金低，耐蝕性也差，所以錫基合金以其優(yōu)良的機(jī)械性能和耐腐蝕性能在新建電站汽輪發(fā)電機(jī)中廣泛應(yīng)用。

軸瓦是汽輪發(fā)電機(jī)的重要組成部分，對(duì)轉(zhuǎn)子起支撐和保護(hù)作用。然而，在相對(duì)惡劣的工況下，汽輪發(fā)電機(jī)處于高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速（3 000 r/min）的狀態(tài)，轉(zhuǎn)子和高壓氣體會(huì)對(duì)軸瓦帶來極大的沖擊，如果軸瓦穩(wěn)定性不高，安裝和維護(hù)出現(xiàn)質(zhì)量問題，極易發(fā)生軸瓦脫胎、變形，給汽輪發(fā)電機(jī)帶來嚴(yán)重的安全隱患［1］。由此可見，定期對(duì)巴氏合金軸瓦進(jìn)行檢測(cè)是保證整個(gè)機(jī)組安全、有效、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。本文采用超聲波檢測(cè)和滲透檢測(cè)兩種方法對(duì)巴氏合金軸瓦進(jìn)行綜合檢測(cè)，結(jié)合大量檢測(cè)數(shù)據(jù)分析缺陷特征，有效幫助檢測(cè)人員區(qū)分真?zhèn)稳毕?，避免缺陷的錯(cuò)判與漏判，從而保障汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦質(zhì)量，確保設(shè)備安全運(yùn)行。

1 軸瓦的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與缺陷分析

1.1 軸瓦結(jié)構(gòu)

目前，國內(nèi)汽輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)用的軸瓦可分為無燕尾槽式軸瓦與燕尾槽式軸瓦兩類，如圖1、圖2所示。早期發(fā)電機(jī)組大多采用燕尾槽式軸瓦，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組功率小、載荷低，認(rèn)為燕尾槽可以增強(qiáng)鋼基與合金的結(jié)合強(qiáng)度，即使在鋼基與合金結(jié)合不良的情況下，燕尾槽有牽制合金的作用，從而延長(zhǎng)軸瓦的壽命［2］。隨著澆鑄巴氏合金工藝技術(shù)的進(jìn)步，近幾年新建大功率機(jī)組多采用無燕尾槽式軸瓦，這種軸瓦能夠滿足高速、重載等工況，保證汽輪發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行。

圖1 無燕尾槽式軸瓦

圖2 燕尾槽式軸瓦

1.2 缺陷分析

檢修汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦時(shí)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)燒損、脫胎等現(xiàn)象，主要原因如下。

（1）軸瓦原始缺陷。汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦在制造或加工時(shí)存在質(zhì)量問題，如軸瓦的巴氏合金層澆鑄時(shí)存在氣孔、黏合不良等缺陷，運(yùn)行中導(dǎo)致軸瓦損壞。

（2）安裝維修原因。安裝和檢修時(shí)軸瓦間隙不符合要求、軸系中心偏移等原因?qū)е缕啺l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與軸瓦發(fā)生摩擦，造成軸瓦損壞。

（3）潤(rùn)滑油原因。正常運(yùn)行或啟停過程中，由于軸承潤(rùn)滑油突然中斷或油質(zhì)惡化，使軸承油膜無法建立或被破壞，導(dǎo)致軸瓦損壞。

2 檢驗(yàn)方法與缺陷識(shí)別

2.1 超聲波檢測(cè)

在對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦進(jìn)行超聲波檢測(cè)之前，檢測(cè)人員應(yīng)結(jié)合軸瓦的合金層厚度、曲率半徑和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等來選擇探頭的種類、基準(zhǔn)靈敏度和掃查方式。傳統(tǒng)檢測(cè)中通常選用單晶直探頭或雙晶直探頭，雙晶直探頭在焦點(diǎn)深度上掃查靈敏度最理想，但由于軸瓦的合金層厚度多變，所以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢驗(yàn)中使用并不方便，本文推薦優(yōu)先選用直探頭。同時(shí)，由于軸瓦存在一定曲率，為了更好地與合金層耦合，晶片尺寸越小越好，因此，推薦使用5P?6單晶直探頭。

基準(zhǔn)靈敏度選擇是將探頭放置在軸瓦結(jié)合良好的部位，界面波調(diào)至滿屏幕的80%，增益4～6 dB。

掃查方式應(yīng)優(yōu)先選用沿軸瓦周向平行掃查，掃查速度不超過100mm/s，探頭重疊區(qū)域大于10%。這種掃查方式在燕尾槽式軸瓦應(yīng)用較多，考慮到燕尾槽式軸瓦合金層厚度在徑向反復(fù)變化，如果采用徑向方向掃查，超聲波屏幕顯示的界面波忽高忽低，基準(zhǔn)靈敏度不準(zhǔn)，遇到合金層結(jié)合不良處時(shí)，由于不同厚度的界面波高低不同，檢測(cè)人員難以區(qū)分界面波是否異常，影響判斷。

在對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦進(jìn)行超聲波檢測(cè)時(shí)，主要是通過界面波的波形變化來評(píng)判合金層結(jié)合是否優(yōu)良，以下3種為常見界面波波形［3］：（1）汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦合金層厚度小于2mm時(shí)，合金層結(jié)合良好處波形與不良處波形如圖3所示；（2）軸瓦合金層厚度為4～5mm時(shí)，合金層結(jié)合良好處波形與不良處波形如圖4所示；（3）軸瓦合金層厚度大于10mm時(shí)，合金層結(jié)合良好處波形與不良處波形如圖5所示。

圖3 合金層厚度小于2mm的界面波波形

圖4 合金層厚度為4～5mm的界面波波形

在軸瓦邊緣、油孔和油槽邊緣，受側(cè)壁反射等因素的影響，超聲波無法對(duì)邊緣的淺層缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確的探測(cè)，此時(shí)需要采用滲透檢測(cè)對(duì)軸瓦邊緣進(jìn)行輔助檢查。

圖5 合金層厚度大于10mm的界面波波形

2.2 滲透檢測(cè)

滲透檢測(cè)主要是檢測(cè)軸瓦巴氏合金表面劃痕、開裂和邊緣開口性缺陷。表面劃痕、開裂往往是由于潤(rùn)滑油過濾不凈，潤(rùn)滑油中存在雜質(zhì)，高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中雜質(zhì)劃傷巴氏合金與汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，如圖6所示。這種類型的缺陷通常宏觀檢測(cè)時(shí)就可以發(fā)現(xiàn)，但應(yīng)用滲透檢測(cè)能更加直觀和精確地將缺陷顯示出來，幫助檢測(cè)人員定量定位。

圖6 巴氏合金軸瓦劃痕

對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦邊緣進(jìn)行滲透檢測(cè)發(fā)現(xiàn)開口性缺陷時(shí)，由于軸瓦長(zhǎng)時(shí)間浸泡在潤(rùn)滑油中，軸瓦邊緣開口部位不能完全吸收滲透劑，所以顯像時(shí)顯像劑吸附出來的并不完全是紅色的著色劑，而是伴有黃色的潤(rùn)滑油，有的甚至顯示出的完全是黃色的潤(rùn)滑油，如圖7、圖8所示。

圖7 邊緣脫胎

圖8 結(jié)合面脫胎

有些軸瓦邊緣脫胎特征是不連續(xù)的，缺陷呈現(xiàn)斷續(xù)點(diǎn)狀，如圖9所示。在記錄缺陷時(shí)，這種不連續(xù)脫胎特征可以合并算作1個(gè)，以方便后續(xù)返修處理，防止缺陷漏判。

圖9 斷續(xù)點(diǎn)狀脫胎特征

3 結(jié)束語

汽輪發(fā)電機(jī)軸瓦的基體和合金層結(jié)合不良的情況時(shí)有發(fā)生，滲透檢測(cè)的主要目的是檢測(cè)邊緣開口性脫胎缺陷，通過觀察顯像劑吸附出的圖像來辨別是否結(jié)合不良，但無法對(duì)開口深度和面積進(jìn)行定量。超聲波檢測(cè)靈敏度高，準(zhǔn)確性好，檢驗(yàn)人員要結(jié)合軸瓦結(jié)構(gòu)和合金層厚度多變的特點(diǎn)選用適當(dāng)?shù)奶筋^、掃查方式及基準(zhǔn)靈敏度，能有效發(fā)現(xiàn)較深的邊緣脫胎和內(nèi)部脫胎缺陷。因此，利用滲透檢測(cè)和超聲波檢測(cè)進(jìn)行綜合檢驗(yàn)可提高軸瓦的檢測(cè)質(zhì)量，保證設(shè)備安全運(yùn)行。

［1］賈國華.熱力發(fā)電站汽輪機(jī)軸瓦無損檢測(cè)技術(shù)研究［J］.黑龍江科學(xué)，2015，6（2）：53.

［2］何吉?dú)g，周麗霞，林國材.無燕尾槽的巴氏合金瓦［J］.設(shè)備管理與維修，1996（5）：16-17.

［3］魏忠瑞，王維東.發(fā)電廠汽輪發(fā)電機(jī)合金軸瓦超聲波檢測(cè)工藝方法研究［C］//中國機(jī)械工程學(xué)會(huì).第10屆全國無損檢測(cè)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2013.

（本文責(zé)編：劉芳）

TG 115.28

B

1674-1951（2016）11-0004-03

王磊（1987—），男，遼寧沈陽人，助理工程師，從事鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)以及無損檢測(cè)方法的研究（E-mail：wl210105＠sina.com）。

2016-08-31；

2016-09-18

熊詩昊（1988—），男，湖北武漢人，助理工程師，從事鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)以及無損檢測(cè)方法的研究。