在役機組汽輪機葉片超聲檢測的應用

陜西省特種設備檢驗檢測研究院 陜西 西安 710048

1 引言

汽輪機葉片是汽輪機的關鍵零件，也是汽輪機當中最為重要的零件之一。蒸汽氣流通過汽輪機當中的葉片將自身的動能轉換成為汽輪機轉子的動能，并通過發電機組將動能轉換為電能。汽輪機葉片主要分為動葉片和靜葉片兩大類型[1]。火力發電機組汽輪機葉片長期受高溫高壓蒸汽的作用，工作中承受著較大的彎矩，高速運轉中的動葉片還要承受很高的離心力，處于濕蒸汽汽區的葉片，特別是末級葉片，要經受電化學腐蝕及水滴沖蝕，動葉片還要承受很復雜的激振力，這些都是造成葉片斷裂的原因，應力較大時再附加一定的振動，極易引起葉片的損傷，此外葉片長期運行過程中，在介質、應力、溫度等的綜合作用下，葉片的表面狀態及葉片組織性能會逐漸惡化，就會導致葉片在葉根或葉身部位發生開裂甚至斷裂事故。

2 超聲檢測在葉片檢測中的優勢

超聲波在介質中傳播時，在不同質界面上具有反射的特性，如遇到缺陷，缺陷的尺寸等于或大于超聲波波長時，則超聲波在缺陷上反射回來，探傷儀可將反射波顯示出來；如缺陷的尺寸甚至小于波長時，聲波將繞過缺陷而不能反射。表面波是一種沿固體近表面(兩倍波長深度內)傳播的超聲波，當在傳播過程中遇到裂紋等缺陷時，表面波一部分會以原來波形與路徑反射回來被探頭所接收，因此表面波超聲檢測對于較薄的葉片來說是一種很有效的檢測裂紋方法。

3 超聲檢測在葉片檢測中的應用

3.1 葉片超聲檢測參數的選擇 檢測標準或依據:DL/T 714-2011《汽輪機葉片超聲波檢驗技術導則》[2]。

探頭選擇:對于表面光潔度較好葉片，多采用頻率為較高的5MHz探頭，以保證足夠的靈敏度；但對于表面存在油污、水垢和晶粒粗大造成表面波嚴重衰減的葉片，應采用頻率較低的2.5MHz探頭，如果發現可疑反射信號時，打磨信號兩側部位至光滑，應采用5MHz探頭在信號兩側分別檢測以確定是否為缺陷反射波。

晶片尺寸:大尺寸晶片的指向性能好、能量集中，對近表面缺陷的檢測具有較高靈敏度，在滿足接觸面積的前提下，可采用較大晶片的探頭，如晶片尺寸為13×13mm；對于較小葉片或檢測位置有限時，應選取短前沿、晶片較小的探頭，如晶片尺寸為6×6mm。

試塊選擇:對比試塊應選取實際檢測葉片，自由端約成90°的葉片對儀器和探頭進行調校。

掃描速度:在實際檢測葉片上，將掃描速度調節為1:1，以便于對缺陷定位。

基準靈敏度:將表面波探頭放置在葉片上，選擇一片自由端約成90°的葉片，探頭對準自由端，前沿距端頭40mm，轉動探頭使葉片端頭回波達到最大，然后調節衰減器使回波達到滿屏80%，將衰減器增益20dB。

掃查方式:對葉片進行表面波探傷時，每次掃查都應左右略微轉動探頭，以達到檢測更大范圍的目的。為提高分辨率，降低表面波在傳播過程中的衰減，每次檢測的長度不宜太大，如果是表面光潔度較好的葉片可以選擇檢測范圍為200mm左右；如表面光潔度較差，存在水垢、氧化皮的葉片應以實際情況選擇100mm～150mm的檢測范圍，保證足夠的檢測靈敏度。檢測葉身部位時，將表面波探頭置于葉片出汽邊，平行于葉片邊沿掃查，同時探頭略作左右擺動，掃查方式見圖1；

3.2 超聲檢測在葉片檢測中的應用 經過對多臺在役機組汽輪機葉片的表面波超聲檢測，發現某發電廠600MW超臨界機組A、B低壓轉子末二級多只葉片反射波超標，砂紙打磨后無法用滲透檢出，后經磁粉檢測，發現存在線性顯示磁痕，見圖2、3。最后電廠對存在問題的葉片進行了處理，防止了重大事故的發生。

圖1 葉身部位探傷示意圖

圖2 汽輪機葉片缺陷形貌

圖3 汽輪機葉片缺陷形貌

3.3 葉片超聲檢測注意事項

(1)對汽輪機葉片進行超聲檢測時，應選用透聲性能好、不會對葉片有腐蝕的耦合劑，一般選用甘油；(2)對汽輪機葉片進行超聲檢測前，葉片表面的油污應清除干凈，不能在檢測之前先把耦合劑涂上，防止表面波的大大衰減及耦合劑剛好覆蓋住缺陷以至于無法檢出；(3)對汽輪機葉片進行超聲檢測時，如發現可疑反射信號，先判斷是否為油污、小的凹坑或是別的原因造成，如不是以上原因應從信號位置兩側進行檢測，然后打磨掉露出金屬光澤再用滲透或磁粉進行復檢；即使滲透或磁粉未發現缺陷顯示的也應按照標準對該葉片進行處理。(4)當檢測到接近葉根處時結構比較復雜，儀器接收反射回來的表面波增多不好判斷時，可以用手指在探頭前面進行按壓，以確定反射波的位置。

4 結語

汽輪機葉片為火力發電機組極為重要的部件，一旦發生問題就會造成嚴重后果，采用表面波超聲檢測對汽輪機葉片缺陷檢測具有十分強烈的敏感性，可以達到檢出細小缺陷的目的，防止了缺陷的漏檢，可有效避免因葉片斷裂導致的停機事故，確保機組的安全經濟運行。