汽轮机转子叶片叶根相控阵检测技术研究
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完成单位:中电华创电力技术研究有限公司
登记编号:-
登记年份:2021
发布时间:2021-06-25
成果主要完成人
初 希、欧阳权、俞卫新、张广兴、代 真、陶康宁、孙 健、李 伟、王 彦、申伟伟、周建中、曾 勇
项目概况
1.技术难度
汽轮机转子叶片是发电机组的关键部件之一,其作为高速转动部件,受力状况复杂,极其容易发生因制造缺陷、运行损伤等引起的断裂事故。此类具有复杂结构空间或材质特殊的部件,目前的常规超声检测由于其探头体积、反射回波的检测原理等局限性,其检测状态基本上是“缺陷小时检测不到、扩展至大缺陷时随时面临失效风险”,错过了在缺陷扩展前的窗口期内检出缺陷的最佳时机,将会导致叶片飞脱、机毁人亡。因此,针对发电厂汽轮机转子叶片的复杂结构空间或特殊材质等应用场景的检测技术和工艺便成为发电生产的迫切需要。因此,研发相控阵技术在叶片制造阶段(叶片毛坯)和运行阶段(装配叶片)等应用场景下的相应检测工艺不失为一种探求之法。
2.创新性
(1)本项目针对制造阶段的叶片毛坯料钢材的材质特点和缺陷的萌芽状态,开发出了钢材的微小缺陷相控阵检测工艺,专项检测铸件毛坯、方钢毛坯、模锻毛坯、轧制毛坯等钢材的微小缺陷。授权发明专利1项、实用新型专利1项。
(2)本项目针对运行阶段的装配件叶片的空间结构特征,采用将相控阵探头的阵元晶片镶嵌布置于柔性材质内的方法,研发出了相控阵柔性探头,专项检测运行阶段装配件叶片的窄间隙空间结构。
(3)本项目设计并研制出了相控阵检测调校装置,用于专项调校检测工艺和缺陷定位比例。授权实用新型专利3项、发表核心期刊3篇。
3.经济社会效益
(1)经济效益
以单台600MW机组计,可节约1900万元/台的经济费用:
转子叶片叶根位置存在微缺陷时,此位置受力最高、且常规方法难以检测(一是空间限制探头放不进去,二是即使特制小探头放进去也由于灵敏度低导致缺陷漏检),如果在运行中开裂,即使不考虑可能造成的人员伤害,将会增加经济成本1928万元:
①维修成本损失:更换叶片、人工成本等,直接损失约200万元。
②发电量损失:以修复或更换管道的时间约为20天、负荷率60%、发电利润按0.1元/KWH计算,可损失发电量17280万KWH,损失经济效益约1728万元。
(2)社会效益
当一片叶片叶根开裂更换备件后,而无法确认其他叶片叶根是否有缺陷且暂时无法更换全部叶片又需要立即启机时,为了保障安全将会降低参数运行时,则将会每年增加如下排放:①每年多燃用6750吨煤;②直接经济损失270万元;③每年增加二氧化碳排放量19000吨。(按设计供电煤耗为310g/kwh,BMCR工况、主汽和再热温度降温15℃运行,供电煤耗将增加2.25g/ kwh,如果年运行时间为5000小时,电煤价格按照400元/吨计算)