Способ оценки состояния металла ротора турбины и прогнозирование его остаточного ресурса

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к диагностике металла с имеющимися процессами высокотемпературной ползучести и прогнозированию его остаточного ресурса, и может быть использовано в теплоэнергетике. Повышение точности оценки и прогнозирования остаточного ресурса роторов турбин и снижение трудозатрат достигается за счет того, что направляют поверхностную ультразвуковую волну вдоль осевого канала ротора при постоянной базе между излучателем и приемником и по периметру его поперечного сечения. Измеряют время распространения этих волн на исследуемом и эталонном участках ротора, определяют скорость распространения ультразвуковых поверхностных волн. Оценку состояния металла и прогнозирование остаточного ресурса проводят по величине остаточной деформации и по зависимости изменения скорости ультразвуковых поверхностных волн от плотности микропор ползучести. Измерение времени распространения ультразвуковых поверхностных волн вдоль осевого канала ротора и по периметру его поперечного сечения производят после удаления окалины. Эталоном является холодная часть ротора. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к диагностике металла с имеющимися процессами высокотемпературной ползучести и прогнозированию его остаточного ресурса, и может быть использовано в теплоэнергетике.

Известен способ определения остаточной деформации ползучести ротора со стороны его осевого канала, заключающийся в том, что измеряют диаметр осевого канала и сравнивают его значение (Д) в наиболее теплонапряженной зоне со значением диаметра (До) в холодной зоне ротора.

Разность этих диаметров, отнесенная к значению диаметра в холодной зоне и выраженная в процентах, служит мерой остаточной деформации ползучести металла ротора: Оценка состояния металла ротора производится по величине остаточной деформации ползучести и скорости ее изменения (Методические указания о порядке проведения работ при оценке индивидуального ресурса паровых турбин и продлении срока их эксплуатации сверх паркового ресурса, РД.34. 17. 440-96. Москва, 1996 г.) Недостатком данного технического решения является невысокая точность определения остаточного ресурса. Это объясняется тем, что в процессе эксплуатации в высокотемпературной зоне ротора на поверхности осевого канала образуется окалина, которая имеет больший удельный объем (объем единицы массы), чем металл, из которого она образовалась.

Поэтому образование окалины уменьшает диаметр канала. А это значит, что в измерениях диаметра, в оценке состояния металла и величины прогнозируемого остаточного ресурса присутствует систематическая ошибка: оценка состояния металла смещается в сторону лучшего состояния, а величина прогнозируемого остаточного ресурса увеличивается, т.е. происходит "недобраковка".

Кроме того, по данному способу для определения скорости изменения деформации приходится определять величину деформации несколько раз. Например, после наработки 100 тыс. часов, затем но достижению паркового ресурса, а при необходимости еще несколько раз. Все это требует больших трудозатрат.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, - повышение точности оценки и прогнозирования остаточного ресурса роторов турбин, снижение трудозатрат.

Для решения поставленной задачи по известному способу оценки состояния металла роторов турбин и прогнозированию его остаточного ресурса, заключающемуся в определении величины остаточной деформации, направляют поверхностную ультразвуковую волну вдоль осевого канала ротора при постоянной базе между излучателем и приемником и по периметру его поперечного сечения измеряют время ее распространения вдоль осевого канала ротора и по периметру его поперечного сечения на исследуемом и эталонном участках ротора определяют скорость распространения ультразвуковой поверхностной волны, а оценку состояния металла и прогнозирование его остаточного ресурса проводят по величине остаточной деформации и по ранее установленной зависимости изменения скорости ультразвуковых поверхностных волн от плотности микропор ползучести.

Измерение времени распространения ультразвуковой поверхностной волны вдоль осевого канала ротора и по периметру его поперечного сечения проводят после удаления окалины.

Эталоном является холодная часть ротора.

Реализуется предлагаемый способ следующим образом.

Измеряют диаметр осевого канала в теплонапряженной зоне ротора - Д и его холодной зоне - Д_о. Разность этих диаметров, отнесенная к значению диаметра в холодной зоне и выраженная в процентах, служит мерой остаточной деформации ползучести металла ротора Проводят оценку состояния металла по величине остаточной деформации.

Затем с помощью акустического блока, состоящего из двух датчиков, скрепленных постоянной базой, измеряют время распространения ультразвуковой поверхностной волны вдоль осевого канала ротора на его исследуемом участке в холодной зоне ротора. Определяют скорости распространения волн на этих участках, находят относительное изменение скорости.

Затем с помощью раздельно-совмещенного датчика поверхностных волн, у которого источник и приемник волн имеет одну общую точку ввода, измеряют время распространения ультразвуковой поверхностной волны по периметру осевого канала ротора в исследуемой и холодной частях ротора, нутромером измеряют диаметр осевого канала, определяют скорости их распространения (по приведенным ниже формулам) и находят относительное изменение скорости. При этом все измерения производят после удаления окалины где V, V_о- скорость соответственно в исследуемой и холодной частях ротора,
D, D_о- диаметры соответственно исследуемой и холодной частей ротора,
t, t_о - время распространения ультразвуковой поверхностной волны соответственно в исследуемой и холодной частях ротора.

По полученным величинам и по заранее установленной зависимости изменения скорости от плотности микропор ползучести определяют состояние металла и его остаточный ресурс.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность оценки и достоверность прогноза, так как для этого используются три независимых параметра - деформация ползучести, скорость поверхностных волн вдоль осевого канала и по периметру его поперечного сечения.

Кроме того, при измерении скорости поверхностных волн исключается систематическая погрешность, вносимая окалиной, так как измерения времени распространения волн производят после ее удаления с поверхности канала.

Применение предлагаемого способа позволяет значительно сократить трудозатраты, так как нет необходимости производить оценку по скорости изменения измеряемых параметров, поскольку используется заранее установленная зависимость скорости поверхностных волн от плотности микропор ползучести.

Формула изобретения

1. Способ оценки состояния металла ротора турбины и прогнозирование его остаточного ресурса, заключающийся в определении величины остаточной деформации, отличающийся тем, что направляют поверхностную ультразвуковую волну вдоль осевого канала ротора при постоянной базе между излучателем и приемником и по периметру его поперечного сечения, измеряют время распространения этих волн на исследуемом и эталонном участках ротора, определяют скорость распространения ультразвуковых поверхностных волн, а оценку состояния металла и прогнозирование остаточного ресурса проводят по величине остаточной деформации и по зависимости изменения скорости ультразвуковых поверхностных волн от плотности микропор ползучести.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение времени распространения ультразвуковых поверхностных волн вдоль осевого канала ротора и по периметру его поперечного сечения производят после удаления окалины.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что эталоном является холодная часть ротора.