汽機葉片接合區之在役檢測技1

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汽機葉片接合區之在役檢測技術開發 蕭祝螽 吳永豪 工業材料研究所 工業技術研究院 低壓汽機盤緣區常因高應力與溼熱的作用而發生應力腐蝕破裂,雖然電廠在定期維 修期間早已視情況採用不同的非破壞檢測法來執行在役檢測 (In-service Inspection, ISI),但是由於汽機的安全顧慮高,且盤緣區的檢測受到結構上的空間限制,現行的檢 測法還是需要進一步改進以提高檢測的可靠度。 有鑑於此,我們分別開發了掃描器輔助式的超音波檢測法與自動化渦電流檢測法。 從實物模擬上及現場實測的檢測結果顯示,超音波法可檢出盤緣區直徑2mm之平底洞、 1mm深之凹槽和3mm長之真實端面裂縫,由於超音波檢測用之掃描器及探頭在設計上考 慮了足夠的彈性,因此可以同時涵蓋6R7R兩級盤緣上內外側缺陷的檢測需求。另一 方面,自動化渦電流檢測法所用之掃描裝置則以汽機本身的結構為軌道與定位依據,實 驗證實葉根處1mm以下之真實端面裂縫可以檢出,而檢測一支葉片所需的時間僅約5左右。 一、前 汽機(steam turbine)是電廠中的核心設備之一,其主結構包含許多交錯排列的定子 (stator)和轉子(rotor),可以將來自反應器的高壓/高溫蒸汽作連續的膨脹減壓以將熱能轉 換成機械能來帶動發電機。由於轉子的轉速極高,離心力大,再加上振動、疲勞、腐蝕、 材料劣化等影響,很容易在一些特定的部位,例如盤緣(disk rim)與葉根(blade root)處產 生裂縫,甚至引起斷裂,造成意外災害或跳機而減低發電效率,因而導致為數可觀的營 運損失,所以,如何適當地採用非破壞檢測技術以定期確認機件的完整性,便是確保汽 機安全運轉以及避免不必要的組件替換之必要手段。 對於盤緣及葉根之檢測,目前國內常用的方法包括:磁粒檢測法(MT) 、液滲檢測法 (PT)以及渦電流檢測法(ET)等,雖然渦電流檢測法的靈敏度較前兩者為高[1,2],且表面 清潔度度的要求較不高,但由於待測區的汽機葉盤間隙狹窄,檢測人員必須手持長柄式 的渦電流探頭在葉根附近掃描,其困難度不難想像,不但易因人為疏失而漏檢,並且檢 測結果之重現性不高,因此我們發展自動化渦電流檢測系統來解決此缺失,而渦電流檢 測法僅能檢測極近表面之裂縫,為了在不拆卸葉片的情況下檢出內藏式的裂縫,於是我 們也同時發展超音波檢測法(UT)來配合檢測渦電流檢測法不易檢出之裂縫。 二、盤緣及葉片根部裂縫之超音波檢測法 最初,我們主要是希望藉超音波檢測法來檢出鋸齒狀區域間之內藏式裂縫,然而, 事後我們證實此法亦可檢出渦電流及磁粒檢測法所能檢出之外露式裂縫。欲使用超音波 -1-

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1. (In-service Inspection,ISI)2mm1mm3mm6R7R1mm5 (steam turbine)(stator)(rotor)/(disk rim)(blade root)(MT)(PT)(ET)[1,2](UT) -1- 2. (1)(2)(3)(disk rim, steeple, fir treedovetail)(Stress Corrosion Cracking, SCC)(1)(95%)III[3-5](1) ISteepleSide-Of-the-Groove, SOG(2)IIRimBottom-Of-the-Groove, BOGSteeple(3)IIISteeple III II I 1 3 ( 6R 7R ) (mock-up)(2)72mm4mm1mm(3)5mm1235mm(4)-2- 3. NotchFBH2 3(6R7R ) NotchFBH 36R()7R() 4 -3- 4. AEAMicroplusB-scanRF(encoder)B-scan 0.2mmA-scan5MHz3450mm75mm110mm110mm705MHz(5) 5 B-scan63mm -4- 5. (skew angle) 76770~80K.K. KB-A5MHz/0.25 706dB64~74767(LD=5mm5mm)2mmB-scan11mm5mm(8)A A B EE Notch AA FBHC D EBottom Serration Crack7 67 Top B-scan 6 /7R) ( /6R) B-scan-5- 6. Notch 18Notch8 B-scan ()A-scan () MTMT-6- 7. MTET13mm0.15mm0.3mm2.5mm9L-29 RohmannELOTEST-B12mm2MHz -7- 8. (10)10 11(a)342MHz11(b)(3040)(power roller)1mm-8- 9. 11(a) UNIWEST US-686 2.0 MHz X/Y15/15 dB 183 deg.11(b) ()()3mm6mmB-scan -9- 10. 36R/7R1mm DL=2mm5mm11mmDL=5mm5mm 1. Nondestructive Examination of Steam Turbine Blades: An assessment, Reinhard & Associates, Inc., EPRI CS-3675, Project RP 1266-24, Final Report, Nov. 1984.2. Hussein M. Sadek, Eddy Current Inspection of Steam Turbine Components, Materials Evaluation, Vol. 46, 1988, pp. 442-446.3. Steam Turbine Disk Cracking Experience, EPRI NP-2429-LD, Project 1398-5, Final Report, June 1982.4. G. P. Singh, G. A. Lamping, G. M. Light, M. J. Kolar, S. N. Liu, Nondestructive Examination of Low-pressure Steam Turbine Rotors, Proceedings of the 6th International Conference on NDE in the Nuclear Industry, 1982, pp. 739-749.5. G. P. Singh, R. A. Cervantes, and R. L. Spinks, Ultrasonic NDE Technique for the Examination of Low-pressure Turbine Disk Rims, Materials Evaluation, Vol. 41, No. 13, December 1983, pp. 1511-1516.-10-