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      用染料滲透無損檢測技術檢測燃氣壓縮機渦輪轉子盤DOI: 10.1134/S1061830908080044

      用染料滲透無損檢測技術檢測燃氣壓縮機渦輪轉子盤

      摘要—摘要針對采用染料滲透探傷法檢測的Eia-10-4燃氣壓氣機渦輪盤,分析了其診斷的特點。結果表明,圓盤葉片必須經過仔細的機械清洗,對圓盤上產生裂紋等缺陷的部位進行分析,從而減少搜索和檢測時間。

      DOI: 10.1134/S1061830908080044


      Eia-10-4由Nevskii機械制造工廠(NZL)開發和生產,用于壓縮通過天然氣主管道(GMPs)輸送的天然氣,由燃氣輪機設備(GTF)和氣體噴射器組成。Eia-10-4 GTF由兩個機械個體所-渦輪機:高壓渦輪(HPT)的驅動氣體注入器和低壓渦輪(LPT)氣體泵驅動,一個空氣壓縮機,燃燒室,一個空氣加熱器(熱活化槽),啟動渦輪放大器,和潤滑,調優,保護和控制系統,提供正常。歌劇院和服務設置[1]。生產的Eia-10 ,GCUs總量約為1020臺。目前,在俄羅斯有超過700臺GMPs設備在運行,其中一半以上已經運行了100000小時,有些已經運行了170000小時。

      HPTs和LPTs的盤固定在相應的主軸的懸臂上,在一個普通的情況下安裝兩個軸承(軸頸和軸向軸承)旋轉。圓盤材料為馬氏體鋼428 (2012Ccai);經認證的布氏硬度在245-285 HB范圍內。

      在對運行時間為100000小時的Eia-10-4型汽輪機進行技術檢查時,首先要注意高溫pt和低溫pt轉子盤,因為高溫機械應力大,開采時間超過標準。用于固定弓狀葉片的間隙突起區域內的椎間盤脊是GTS中受應力最大的部分[2-5]。隨著操作時間的增加,危險的開采因素,例如高溫度和靠近用于固定手術刀片的人字槽的椎間盤輪輞的應力水平,可能會導致:

      圓盤材料的性能惡化,由于材料耐久性的疲憊而形成裂縫;

      (i)圓盤材料的脆化和由于性能退化而產生的冷脆性趨勢(較高的脆化-韌性轉變溫度);

      (ii)光盤材料軟化,特別是由于過熱;

      (iii)盤材表面區域的腐蝕性破壞和性能惡化。

      圖1顯示了在 Tyumentransgaz HPT (a)和LPT (b)進行的染色滲透無損檢測(DPNDT)檢測到裂紋的圓盤的總體視圖。

      操作葉片由耐熱鎳合金893制成,安裝在圓盤上:90個葉片安裝在HPT上,68個葉片安裝在LPT上。葉片固定在人字形的槽中,與HPT軸成角,并與LPT軸平行。HPT和LPT圓盤的直徑分別為1034-0.066 mm和940-0.056 mm。高頂區圓盤邊緣脊的厚度為60毫米,高頂區圓盤邊緣脊的厚度為73毫米。

      轉子的旋轉速度是4800轉/分(調節從3300到5040轉/分)。名義變形溫度 780 ℃; HPT 之前在渦輪 是 507 ℃. 后面金屬表面的平均表面溫度在HPT盤正常冷卻; 不得超過515℃, LPT 盤是 492 ℃.


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      圖 1. 用染料筆無損檢測檢測出的含有裂紋的Eia-10-4燃氣輪機(a)高鉑和(b)低鉑圓盤的照片。


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      圖 2. 用DPNDT在一臺éí?-10-4燃氣輪機的HPT和LPT盤上檢測到的指示裂紋痕跡的照片。 

       

      如圖2所示,采用DPNDT技術在間隙突起區域對圓盤進行檢測時,長時間開采后最容易看到裂紋的指示痕跡[6,7]。

      如圖2a所示,從借助鏡子拍攝的照片中可以看到,在第一齒下的槽中人字形槽的內表面上有指示痕。

      從圖2b中可以看出,裂紋穿過并穿透到鎖定板下的梯形切口表面,首先在梯形的各個角處,然后穿過切口的整個表面(圖2c)。

      圖2d顯示了裂紋穿透到閥瓣對接表面的指示痕跡。

      圖2e顯示了脊金屬裂紋和碎片的發展,包括一個間隙突起兩側的缺陷(在左右沿氣體燃燒產物的運動)。

      為了可靠地檢測光盤的命名缺陷,需要采用不同的技術進行無損檢測,首先是基于OST (Branch Standard) 108.004.101.80、RD 153-34.1-17.461-00、PNAE G-7-018-89和GOST (State Standard) 18442-80的DPNDT[6-8]。

      由下列工藝程序組成,對有效試驗提出必要的要求。

      (1)強制拆卸椎間盤的葉片,以檢測最常發現裂紋的人字骨槽的內表面。

      (2)為準備測試,機械地清除間隙突起的內表面和端面上的燃燒產物沉積、垢和其他污染物,這些可能掩蓋DPNDT缺陷。在長度為120 - 140mm、寬度為8 - 10mm的纖維基底上,用研磨帶清洗鎖具凹槽的梯形表面方便。第一、二齒下凹槽內的人字槽表面可手動用圓拉刀銼或磨紙進行清洗,也可使用尖如樞軸的鉆頭,鉆頭內固定60 - 75 mm寬的磨紙進行清洗。

      (3)將被測表面用有機溶劑、汽油或丙酮除油,然后用光滑的布擦拭。脫脂可以用5%的合成洗衣粉(SWP)水溶液進行。然后,除去機械清洗后,灰塵仍然存在。準備測試對象的目的是使缺陷腔免受任何阻止滲透液體接觸表面的物質,并通過指示液體提供最佳的潤濕。

      (4)將紅色指示的滲透劑用刷子、海綿、霧化器等置于準備的測試表面,在表面上保持不少于5分鐘,不按滲透劑使用說明干燥。

      (5)然后,用一套無損檢測材料(滲透劑、清潔劑、顯影劑)中沾濕的光滑濕布、海綿等將滲透劑從表面去除。5%的水洗水溶液可作為清洗劑使用。為了避免從缺陷腔內清洗滲透劑,在用水清除滲透劑時,與表面接觸的強度和時間應盡量減少。另一方面,未完全從表面去除的滲透劑會造成較強的背景,從而阻礙對真實缺陷的檢測,或者在開發過程中檢測出錯誤的指示痕跡。

      (6)不使用霧化器的顯影劑(搖動2-3分鐘后)噴成薄層,薄層應覆蓋金屬表面,以防止透射。太厚的顯影層是不可接受的,因為這樣會防止細微瑕疵的檢測。干燥通常采用自然干燥法。

      (7) 開發的缺陷用于從缺陷腔中提取滲透劑,以便檢測裂紋或其他缺陷,并在白色背景中形成彩色對比圖案。顯影劑變干后5到20分鐘目視觀察顯影劑在顯影過程中被測試的圓盤表面。應該使用一個小鏡子和手電筒的局部照明,因為很難到達人字槽凸出的第一和第二齒下方的空腔內表面(圖2a、2b)??梢允褂梅糯笪宓狡弑兜溺R頭。首先,指示跡接近缺陷形狀,然后,由于額外從腔中提取滲透劑,顏色跡變寬。與實際缺陷的寬度相比,該跡線可擴大10- 20倍,可用于檢測開口為1 um或更小的缺陷.

      (8)如對指示劑痕跡的可靠性有疑問(因其體積小或有后臺),應按上述標準文件重復試驗,并增加表面清潔。

      (9)為了在測試時能正常進入每個人字槽,必須將轉子固定在易于旋轉的滾輪上。

      敏感類通常測試光盤的材料進行無損檢測是根據 GOST II 18442 –80, 提供檢測缺陷的空缺 1 –10 um.被測表面的粗糙度應為Ra < 2.5–5, Rz < 20 mm 根據 GOST 2789–73.


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      Fig. 3. éí?-10-4型燃氣輪機盤片在開發過程中間隙突起產生裂紋的通用方案。.

       

      當使用DPNDT技術進行測試時,不可能用其他公司的組件替換缺陷檢測集合中的某些組件,因為集合中的組件必須兼容(GOST 18442-80)以提供聲明的敏感性類。根據缺陷檢測材料組標準(滲透劑、清洗劑和顯像劑)使用的材料的可接受性在計量檢定的基準塊[8]上進行檢驗。

      截至2008年初,有113臺Eia-10-4氣體壓縮機在壓縮機站檢修期間進行了測試;這相當于OAO Gazprom開發的Eia-10-4設施園區的16%。用DPNDT技術對221個不同操作次數的檢測盤進行了試驗,其中22%的盤檢出了200處裂紋(其中27% HPT, 21% LPT),字槽下面的空腔的內表面的第一顆牙突出和表面的梯形槽鎖板(圖2)。幾個裂紋穿透到盤的端表面和一個裂紋穿透到第二齒附近的表面被檢測到(圖2f)。對試驗數據的分析表明,在開采15077到170266小時的不同操作時間內,發現了圓盤上的裂紋。環境影響評價,通常測試éí?-10-4臺運行時間為100000小時的設備。圓盤的操作時間可能與設備的操作時間不同,因為在以前的檢修中,轉子已經被備用或修理的部件替換(有時交付的操作時間未知)。還應注意的是,以前只在圓盤的端表面檢測到裂紋,而在開始采用所提議的技術進行染料滲透無損檢測后,大多數裂紋檢測到的是在齒槽凸出處的第一齒以下。

       

      DPNDT檢測到的圓盤間隙內裂紋的位置和數量的分析表明,大大縮短了搜索時間[6,7]。圖3顯示了圓盤裂紋的一般方案。

      在LPT圓盤中,在鎖定位置的區域內,只有在氣體流動時,在第一齒以下的左側發現了裂紋,裂紋相對于梯形切口對稱;在高壓壓片上,當氣體流動時,發現在鎖定位置的左側和未鎖定位置的右側都有裂紋。

      在氣體燃燒產物的進口和出口兩側,可以觀察到裂紋在高溫高壓圓盤端面的滲透。此外,有時在一個間隙突起的兩側(當氣體流動時左右)可以觀察到裂紋的擴展。這可能是由于將手術刀片安裝在高鈦礦和高鈦礦圓盤上的結構有限元分析造成的。在所述HPT圓盤中,葉片頂在與軸成一定角度的人字槽中;在LPT磁盤,他們是平行的渦輪軸。

      LPT的初始裂紋發生在間隙突起的第一齒以下區域(圖3a)。隨后,裂紋穿透到距離鎖定處5 mm處的梯形缺口表面(圖3b)。第一顆牙齒下面的裂縫在鎖的缺口平面下面5毫米,位于中心,與邊緣對稱,通常尺寸為5 - 20毫米,最大的開口在中心部分。

      在HPT的圓盤中,裂紋的產生更為復雜。

      首先,它與HPT磁盤的情況是相同的一代,然后穿透到梯形缺口的表面(圖3a、3b),但相對于氣體流動,在左側和右側有典型的變異。如前所述,當氣體流動時,有時裂紋從一個間隙突起的左右兩側傳播(圖3f)。

      第二,裂紋可能是對稱的或不對稱的,并向氣體進口或出口移動,可以滲透到進口或出口的一個端面(圖3d, 3e)或同時滲透到兩者(圖3f),長度在10-15毫米至60毫米之間。

      第三,在端面上,通過裂紋也可以在山脊的上表面傳播到梯形缺口(圖3e)。

      第四,裂紋的形核可以從端面的第一齒下開始(圖3c);然后,在梯形槽口內發展,包括山脊的上部(圖3d, 3e)。

      第五,如果穿透裂縫的數量增加,圓盤脊的上部可能會發生剝落,如圖2e所示。

      圓盤中裂紋成核的可能原因相當復雜[2,5,9]。這可以是不相容的人字槽的幾何盤,分別操作葉片的屁股,或濃度的增加引起的內應力的切口鎖,過于密集的鎖在固定刀片,接觸腐蝕槽,升高的溫度在圓盤邊緣由于空氣冷卻系統的效率低下,和振動出現在泵的軸流式壓縮機。

      采用DPNDT技術檢測高pt和低pt椎間盤的優點是,穿透技術可以檢測復雜形狀的物體,如人字槽內表面、間隙突出的第一、二齒下方以及鎖定板的梯形缺口。測試數據的高可靠性和可視化比較簡單,增強了滲透測試的優勢。在準備測試對象期間,大量的手工工作是一個缺點。檢測結果很大程度上取決于無損檢測專家的經驗、技能和責任心。


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