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用染料渗透无损检测技术检测燃气压缩机涡轮转子盘DOI: 10.1134/S1061830908080044

用染料渗透无损检测技术检测燃气压缩机涡轮转子盘

摘要—摘要针对采用染料渗透探伤法检测的Eia-10-4燃气压气机涡轮盘,分析了其诊断的特点。结果表明,圆盘叶片必须经过仔细的机械清洗,对圆盘上产生裂纹等缺陷的部位进行分析,从而减少搜索和检测时间。

DOI: 10.1134/S1061830908080044


Eia-10-4由Nevskii机械制造工厂(NZL)开发和生产,用于压缩通过天然气主管道(GMPs)输送的天然气,由燃气轮机设备(GTF)和气体喷射器组成。Eia-10-4 GTF由两个机械个体所-涡轮机:高压涡轮(HPT)的驱动气体注入器和低压涡轮(LPT)气体泵驱动,一个空气压缩机,燃烧室,一个空气加热器(热活化槽),启动涡轮放大器,和润滑,调优,保护和控制系统,提供正常。歌剧院和服务设置[1]。生产的Eia-10 ,GCUs总量约为1020台。目前,在俄罗斯有超过700台GMPs设备在运行,其中一半以上已经运行了100000小时,有些已经运行了170000小时。

HPTs和LPTs的盘固定在相应的主轴的悬臂上,在一个普通的情况下安装两个轴承(轴颈和轴向轴承)旋转。圆盘材料为马氏体钢428 (2012Ccai);经认证的布氏硬度在245-285 HB范围内。

在对运行时间为100000小时的Eia-10-4型汽轮机进行技术检查时,首先要注意高温pt和低温pt转子盘,因为高温机械应力大,开采时间超过标准。用于固定弓状叶片的间隙突起区域内的椎间盘脊是GTS中受应力最大的部分[2-5]。随着操作时间的增加,危险的开采因素,例如高温度和靠近用于固定手术刀片的人字槽的椎间盘轮辋的应力水平,可能会导致:

圆盘材料的性能恶化,由于材料耐久性的疲惫而形成裂缝;

(i)圆盘材料的脆化和由于性能退化而产生的冷脆性趋势(较高的脆化-韧性转变温度);

(ii)光盘材料软化,特别是由于过热;

(iii)盘材表面区域的腐蚀性破坏和性能恶化。

图1显示了在 Tyumentransgaz HPT (a)和LPT (b)进行的染色渗透无损检测(DPNDT)检测到裂纹的圆盘的总体视图。

操作叶片由耐热镍合金893制成,安装在圆盘上:90个叶片安装在HPT上,68个叶片安装在LPT上。叶片固定在人字形的槽中,与HPT轴成角,并与LPT轴平行。HPT和LPT圆盘的直径分别为1034-0.066 mm和940-0.056 mm。高顶区圆盘边缘脊的厚度为60毫米,高顶区圆盘边缘脊的厚度为73毫米。

转子的旋转速度是4800转/分(调节从3300到5040转/分)。名义变形温度 780 ℃; HPT 之前在涡轮 是 507 ℃. 后面金属表面的平均表面温度在HPT盘正常冷却; 不得超过515℃, LPT 盘是 492 ℃.


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图 1. 用染料笔无损检测检测出的含有裂纹的Eia-10-4燃气轮机(a)高铂和(b)低铂圆盘的照片。


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图 2. 用DPNDT在一台Éíä-10-4燃气轮机的HPT和LPT盘上检测到的指示裂纹痕迹的照片。 

 

如图2所示,采用DPNDT技术在间隙突起区域对圆盘进行检测时,长时间开采后最容易看到裂纹的指示痕迹[6,7]。

如图2a所示,从借助镜子拍摄的照片中可以看到,在第一齿下的槽中人字形槽的内表面上有指示痕。

从图2b中可以看出,裂纹穿过并穿透到锁定板下的梯形切口表面,首先在梯形的各个角处,然后穿过切口的整个表面(图2c)。

图2d显示了裂纹穿透到阀瓣对接表面的指示痕迹。

图2e显示了脊金属裂纹和碎片的发展,包括一个间隙突起两侧的缺陷(在左右沿气体燃烧产物的运动)。

为了可靠地检测光盘的命名缺陷,需要采用不同的技术进行无损检测,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]。

由下列工艺程序组成,对有效试验提出必要的要求。

(1)强制拆卸椎间盘的叶片,以检测最常发现裂纹的人字骨槽的内表面。

(2)为准备测试,机械地清除间隙突起的内表面和端面上的燃烧产物沉积、垢和其他污染物,这些可能掩盖DPNDT缺陷。在长度为120 - 140mm、宽度为8 - 10mm的纤维基底上,用研磨带清洗锁具凹槽的梯形表面方便。第一、二齿下凹槽内的人字槽表面可手动用圆拉刀锉或磨纸进行清洗,也可使用尖如枢轴的钻头,钻头内固定60 - 75 mm宽的磨纸进行清洗。

(3)将被测表面用有机溶剂、汽油或丙酮除油,然后用光滑的布擦拭。脱脂可以用5%的合成洗衣粉(SWP)水溶液进行。然后,除去机械清洗后,灰尘仍然存在。准备测试对象的目的是使缺陷腔免受任何阻止渗透液体接触表面的物质,并通过指示液体提供最佳的润湿。

(4)将红色指示的渗透剂用刷子、海绵、雾化器等置于准备的测试表面,在表面上保持不少于5分钟,不按渗透剂使用说明干燥。

(5)然后,用一套无损检测材料(渗透剂、清洁剂、显影剂)中沾湿的光滑湿布、海绵等将渗透剂从表面去除。5%的水洗水溶液可作为清洗剂使用。为了避免从缺陷腔内清洗渗透剂,在用水清除渗透剂时,与表面接触的强度和时间应尽量减少。另一方面,未完全从表面去除的渗透剂会造成较强的背景,从而阻碍对真实缺陷的检测,或者在开发过程中检测出错误的指示痕迹。

(6)不使用雾化器的显影剂(摇动2-3分钟后)喷成薄层,薄层应覆盖金属表面,以防止透射。太厚的显影层是不可接受的,因为这样会防止细微瑕疵的检测。干燥通常采用自然干燥法。

(7) 开发的缺陷用于从缺陷腔中提取渗透剂,以便检测裂纹或其他缺陷,并在白色背景中形成彩色对比图案。显影剂变干后5到20分钟目视观察显影剂在显影过程中被测试的圆盘表面。应该使用一个小镜子和手电筒的局部照明,因为很难到达人字槽凸出的第一和第二齿下方的空腔内表面(图2a、2b)。可以使用放大五到七倍的镜头。首先,指示迹接近缺陷形状,然后,由于额外从腔中提取渗透剂,颜色迹变宽。与实际缺陷的宽度相比,该迹线可扩大10- 20倍,可用于检测开口为1 um或更小的缺陷.

(8)如对指示剂痕迹的可靠性有疑问(因其体积小或有后台),应按上述标准文件重复试验,并增加表面清洁。

(9)为了在测试时能正常进入每个人字槽,必须将转子固定在易于旋转的滚轮上。

敏感类通常测试光盘的材料进行无损检测是根据 GOST II 18442 –80, 提供检测缺陷的空缺 1 –10 um.被测表面的粗糙度应为Ra < 2.5–5, Rz < 20 mm 根据 GOST 2789–73.


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Fig. 3. Éíä-10-4型燃气轮机盘片在开发过程中间隙突起产生裂纹的通用方案。.

 

当使用DPNDT技术进行测试时,不可能用其他公司的组件替换缺陷检测集合中的某些组件,因为集合中的组件必须兼容(GOST 18442-80)以提供声明的敏感性类。根据缺陷检测材料组标准(渗透剂、清洗剂和显像剂)使用的材料的可接受性在计量检定的基准块[8]上进行检验。

截至2008年初,有113台Eia-10-4气体压缩机在压缩机站检修期间进行了测试;这相当于OAO Gazprom开发的Eia-10-4设施园区的16%。用DPNDT技术对221个不同操作次数的检测盘进行了试验,其中22%的盘检出了200处裂纹(其中27% HPT, 21% LPT),字槽下面的空腔的内表面的第一颗牙突出和表面的梯形槽锁板(图2)。几个裂纹穿透到盘的端表面和一个裂纹穿透到第二齿附近的表面被检测到(图2f)。对试验数据的分析表明,在开采15077到170266小时的不同操作时间内,发现了圆盘上的裂纹。环境影响评价,通常测试Éíä-10-4台运行时间为100000小时的设备。圆盘的操作时间可能与设备的操作时间不同,因为在以前的检修中,转子已经被备用或修理的部件替换(有时交付的操作时间未知)。还应注意的是,以前只在圆盘的端表面检测到裂纹,而在开始采用所提议的技术进行染料渗透无损检测后,大多数裂纹检测到的是在齿槽凸出处的第一齿以下。

 

DPNDT检测到的圆盘间隙内裂纹的位置和数量的分析表明,大大缩短了搜索时间[6,7]。图3显示了圆盘裂纹的一般方案。

在LPT圆盘中,在锁定位置的区域内,只有在气体流动时,在第一齿以下的左侧发现了裂纹,裂纹相对于梯形切口对称;在高压压片上,当气体流动时,发现在锁定位置的左侧和未锁定位置的右侧都有裂纹。

在气体燃烧产物的进口和出口两侧,可以观察到裂纹在高温高压圆盘端面的渗透。此外,有时在一个间隙突起的两侧(当气体流动时左右)可以观察到裂纹的扩展。这可能是由于将手术刀片安装在高钛矿和高钛矿圆盘上的结构有限元分析造成的。在所述HPT圆盘中,叶片顶在与轴成一定角度的人字槽中;在LPT磁盘,他们是平行的涡轮轴。

LPT的初始裂纹发生在间隙突起的第一齿以下区域(图3a)。随后,裂纹穿透到距离锁定处5 mm处的梯形缺口表面(图3b)。第一颗牙齿下面的裂缝在锁的缺口平面下面5毫米,位于中心,与边缘对称,通常尺寸为5 - 20毫米,最大的开口在中心部分。

在HPT的圆盘中,裂纹的产生更为复杂。

首先,它与HPT磁盘的情况是相同的一代,然后穿透到梯形缺口的表面(图3a、3b),但相对于气体流动,在左侧和右侧有典型的变异。如前所述,当气体流动时,有时裂纹从一个间隙突起的左右两侧传播(图3f)。

第二,裂纹可能是对称的或不对称的,并向气体进口或出口移动,可以渗透到进口或出口的一个端面(图3d, 3e)或同时渗透到两者(图3f),长度在10-15毫米至60毫米之间。

第三,在端面上,通过裂纹也可以在山脊的上表面传播到梯形缺口(图3e)。

第四,裂纹的形核可以从端面的第一齿下开始(图3c);然后,在梯形槽口内发展,包括山脊的上部(图3d, 3e)。

第五,如果穿透裂缝的数量增加,圆盘脊的上部可能会发生剥落,如图2e所示。

圆盘中裂纹成核的可能原因相当复杂[2,5,9]。这可以是不相容的人字槽的几何盘,分别操作叶片的屁股,或浓度的增加引起的内应力的切口锁,过于密集的锁在固定刀片,接触腐蚀槽,升高的温度在圆盘边缘由于空气冷却系统的效率低下,和振动出现在泵的轴流式压缩机。

采用DPNDT技术检测高pt和低pt椎间盘的优点是,穿透技术可以检测复杂形状的物体,如人字槽内表面、间隙突出的第一、二齿下方以及锁定板的梯形缺口。测试数据的高可靠性和可视化比较简单,增强了渗透测试的优势。在准备测试对象期间,大量的手工工作是一个缺点。检测结果很大程度上取决于无损检测专家的经验、技能和责任心。


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