Transcript Badanie wałów wirników turbin parowych z otworami i bez otworów
TurboCare Sp. z o.o. Badanie wałów wirników turbin parowych z otworami i bez otworów centralnych
Paweł Bobrowski
Wirniki turbin - badania
Konstrukcja wirnika a metodyka badań
Wirniki z otworem centralnym (zazwyczaj turbiny akcyjne) 2.
Wirniki bez otworu centralnego 1.
Pełnokute (turbiny akcyjne i reakcyjne) Bębnowe, spawane obwodowo (turbiny reakcyjne) Metodyka badań • Badanie wału od strony otworu centralnego – metoda RBE • Badanie pow. zewn. wału: zmiany średnic, strefy uszczelnień, czopy, sprzęgła – metody VT, PT, MT, UT, repliki • Badanie tarcz integralnych i nasadzanych – VT, PT, MT, UT, repliki • Badanie łopatek - VT, PT, MT, ET, UT •Badanie bandaży i nitów - VT, PT, MT, ET, UT •Badanie wrębów łopatkowych w tarczach wirnika: a.
Bez demontażu łopatek – Phased Array (ultradźwiękowe) b. Po demontażu łopatek – VT, MT, ET oraz Phased Array • Badanie stopek łopatek: d.
Bez demontażu łopatek – Phased Array (warunkowo ogr) e. Po demontażu łopatek - VT, MT, ET oraz Phased Array Privileged & Confidential – Page 2 Metodyka badań • Badanie wału od strony pow. zewn. – metoda „Volumetric UT” • Badanie wału z zewnątrz, zmiany średnic, strefy uszczelnień, czopy, sprzęgła – metody VT, PT, MT, UT, repliki • Badanie tarcz integralnych i nasadzanych (jeżeli występują) – VT, PT, MT, UT, repliki • Badanie łopatek - VT, PT, MT, ET, UT •Badanie bandaży i nitów - VT, PT, MT, ET, UT •Badanie spoin obwodowych beczki wirnika – UT, PAUT, TOFD •Badanie wrębów łopatkowych w tarczach lub bębnie wirnika: a.
Bez demontażu łopatek – Phased Array (ultradźwiękowe) b. Po demontażu łopatek – VT, MT, ET oraz Phased Array • d.
Badanie stopek łopatek: Bez demontażu łopatek – Phased Array (warunkowo ogr) e. Po demontażu łopatek - VT, MT, ET oraz Phased Array
Wirniki z otworem centralnym - badania Geneza i historia badań otworów centralnych wirników turbin Potrzebę badań i ich rozwój wymusiła seria katastrofalnych uszkodzeń lub rozerwań wirników
Poniżej zestawienie największych katastrof w elektrowniach od roku 1950 do 1974:
• 1950 Holandia, El. Nijmijen - Wirnik NP, przyczyna: pękanie kruche • 1951 Niemcy, turbina Siemens - Wirnik NP, przyczyna: pękanie kruche • 1954 Stany Zjednoczone, El. Ridgeland TG4 - Wirnik NP, przyczyna: pękanie kruche • 1970 Japonia, turbina Mitsubishi - Wirnik NP, przyczyna: pękanie kruche • 1972 Japonia, El. Kainan TG 3 - Wirnik NP, przyczyna: słaba izolacja + rezonans • 1974 Stany Zjednoczone, El. Gallation TG2 - Wirnik SP-NP, przyczyna: zmęczenie pełzaniowe i pęknięcie zainicjowane w grupie hutniczych wtrąceń niemetalicznych Przyspieszenie rozwoju badań wałów od strony otworu centralnego nastąpiło po katastrofalnym rozerwaniu wirnika SP NP w El. Gallation w USA w 1974 roku jak poniżej: Privileged & Confidential – Page 3
Wirniki z otworem centralnym - badania Jeden z fragmentów rozerwanego wirnika SP-NP w El. Gallation Privileged & Confidential – Page 4
Wirniki z otworem centralnym - badania
Względy technologiczne i konstrukcyjne wiercenia otworów centralnych w wirnikach turbin
Usunięcie wad pojawiających się w początkowej fazie produkcji wału jakim jest odlewanie – wady hutnicze zalegają głównie w rejonie osi wału Średnica otworu jest zoptymalizowana ze względu na aspekty wytrzymałościowe i jednocześnie konieczność usunięcia jak największej ilości wad Otwór centralny w wale wirnika daje nam lepsze możliwości przebadania objętości wału przy pomocy ultradźwięku, niż badanie od powierzchni zewnętrznej ze względu na jednorodną geometrię powierzchni wewnętrznej Dodatkowa korzyść z faktu wiercenia otworu, to uzyskanie próbek do sprawdzenia rzeczywistych własności materiału wału metodami badań niszczących Efektem negatywnym istnienia otworu jest wzrost naprężeń obwodowych w strefie przy powierzchni otworu centralnego w porównaniu do wału bez otworu a tym samym mniejsza tolerancja na istniejące wady metalurgiczne lub wady zainicjowane eksploatacyjnie Obecnie – od dekady lat 70-tych – większość producentów odkuwek na wały wirników stosuje odlewanie w próżni, zapewniające znacznie skuteczniejsze „odessanie” niepożądanych zanieczyszczeń z wlewka i w związku z tym nie ma konieczności wykonywania otworów centralnych Privileged & Confidential – Page 5
Wirniki z otworem centralnym - badania
Zakres badań odkuwki wału od strony otworu centralnego metodą RBE (Rotor Bore Examination):
1.
2.
Demontaż zaślepek otworu Wstępne czyszczenie otworu 3.
4.
Przegląd wizualny powierzchni otworu przy pomocy boroskopu Pomiar średnicy otworu przed honowaniem średnicówką gwiaździstą 5. Honowanie i polerowanie powierzchni otworu – przygotowanie do badań 6. Badanie wizualne po honowaniu – kwalifikacja przygotowania powierzchni 7. Badanie magnetyczno - proszkowe 8.
Pomiar średnicy otworu po honowaniu – określenie grubości zdjętej warstwy 9. Czyszczenie otworu po badaniu magnetycznym 10.
Badanie ultradźwiękowe systemem sterowanym komputerowo 11.
Wstępna analiza zarejestrowanych wskazań 12.
Zamontowanie zaślepek otworu 13.
Analiza wyników badania i obliczenie żywotności resztkowej wału wirnika Privileged & Confidential – Page 6
Wirniki z otworem centralnym - badania honowanie szlifowanie korekta kształtu w miejscu koncentracji naprężeń Główne elementy zakresu przygotowania otworu centralnego do badań Privileged & Confidential – Page 7
Wirniki z otworem centralnym - badania Privileged & Confidential – Page 8 Proces honowania otworu centralnego wirnika turbiny
Wirniki z otworem centralnym - badania kąt odległość Okular Idea badań wizualnych przy pomocy boroskopu optycznego Privileged & Confidential – Page 9 Głowica pryzmatyczna z oświetleniem
Wirniki z otworem centralnym - badania badany obszar głowica spryskująca centralny przewodnik defektoskop prądowy 0 - 4000 A z możliwością rozmagnesowywania Schemat badań magnetyczno-proszkowych powierzchni otworu centralnego Privileged & Confidential - Page 10
Wirniki z otworem centralnym - badania Poglądowy model - przekrój wirnika w płaszczyźnie prostopadłej do osi z zaznaczonymi kierunkami wiązek obwodowych (na czerwono) Privileged & Confidential - Page 11
Wirniki z otworem centralnym - badania Poglądowy model - przekrój wirnika w płaszczyźnie prostopadłej do osi z zaznaczonymi kierunkami wiązek obwodowych (na czerwono) Privileged & Confidential - Page 11
Wirniki z otworem centralnym - badania Privileged & Confidential - Page 12 Grupa wiązek ultradźwiękowych o kierunku osiowym
Wirniki z otworem centralnym - badania Privileged & Confidential - Page 12 Grupa wiązek ultradźwiękowych o kierunku osiowym
Wirniki z otworem centralnym - badania Privileged & Confidential - Page 13
Wirniki z otworem centralnym - badania Privileged & Confidential - Page 13
Wirniki turbin - badania Głowice ultradźwiękowe w ramionach manipulatora
Kierunki wiązek ultradźwiękowych i zakresy poszczególnych kanałów skanujących dla skanowania obwodowego i osiowego
50-60 o 50-60 o SC 1 - CH 2 SC 1 - CH 1 45 o SC 2 - CH 2 45 o SC 2 - CH 1 SC 2 - CH 3 40 - 200 mm SC 1 - CH 3 2.5 - 45 mm Privileged & Confidential - Page 14 Zespół napędowy głowic zainstalowany na wirniku Defektoskop ultradźwiękowy wielokanałowy i komputer sterujący procesem skanowania
Wirniki z otworem centralnym - badania Prezentacja i interpretacja danych pomiarowych Reprezentacja wskazań ultradźwiękowych w postaci punktów w układzie odległość – głębokość Reprezentacja wskazań ultradźwiękowych w postaci punktów w układzie odległość – kąt Zrzutowane wskazania przedstawione we współrzędnych biegunowych Privileged & Confidential - Page 15
Wirniki z otworem centralnym - badania Prezentacja i interpretacja danych pomiarowych Wskazania ultradźwiękowe reprezentujące pęknięcia osiowe wału wirnika Wizualizacja 3D wskazań ultradźwiękowych z badania otworu centralnego przedstawionych w wersji 2D na rysunku powyżej Privileged & Confidential - Page 16
Wirniki z otworem centralnym - badania Prezentacja i interpretacja danych pomiarowych (nowa generacja urządzeń pomiarowych) Privileged & Confidential - Page 16
Wirniki z otworem centralnym - badania Schemat blokowy procesu analizy, obliczeń żywotności wału i naprawy Privileged & Confidential - Page 17
Wirniki z otworem centralnym - badania
Geometryczna i wytrzymałościowa analiza interakcji między wskazaniami
Privileged & Confidential - Page 16
Wirniki z otworem centralnym - badania
Geometryczna i wytrzymałościowa analiza interakcji między wskazaniami
Privileged & Confidential - Page 16
Wirniki z otworem centralnym - badania Projekt naprawy wirnika przez wytoczenie butli i analiza naprężeń Privileged & Confidential - Page 18
Wirniki turbin - badania Badania wirników z otworem centralnym – przykład różnych możliwości naprawy wału wirnika, jeżeli zarejestrowane zostały wady w materiale wału zone of metallurgical and operational deep defects area of operational surface defects repair by bottle - boring or dimpling Privileged & Confidential – Page 19 repair by deep honing up to 1 mm (0.040”)
Wirniki bez otworu centralnego – badania wału Badanie objętości wału metodami ultradźwiękowymi (UT Volumetric Test)
Geneza: katastroficzne pęknięcie wirnika NP bez otworu centralnego (1987) w Irshing – Niemcy wskutek propagacji wady znajdującej się w osi wirnika
Możliwości, ograniczenia i utrudnienia w wykonaniu badań: połączenie klasycznych metod ultradźwiękowych i ultradźwiękowej techniki Phased Array skomplikowana geometria powierzchni zewnętrznej - niedostatek miejsc odpowiednich do przyłożenia głowicy Zasięg i rozległość penetracji ultradźwiękowej zależna od konstrukcji – geometrii wirnika badanie ultradźwiękowe wirnika od strony zewnętrznej wymaga przygotowania specjalnych głowic i podkładek dopasowanych do istniejących na wirniku krzywizn powierzchni i średnicy wału – indywidualne przygotowania do danego typu wirnika Przy zastosowaniu techniki Phased Array bardzo wygodnymi powierzchniami przyłożenia są powierzchnie tarcz Mimo wielu utrudnień związanych z przygotowaniem i wykonaniem tego typu badań, pojawia się rosnące nimi zainteresowani, ponieważ nie ma innej alternatywy dla wirników, w których nie ma otworu centralnego Privileged & Confidential – Page 20
Wirniki turbin - badania Badania wirników bez otworu centralnego – przykład skanowania obwodowego głowicami Phased Array - objętościowe badanie ultradźwiękowe Privileged & Confidential - Page 21
VOLUMETRIC UT TEST
Położenie wiązki ultradźwiękowej w przekroju wirnika
Wirniki turbin - badania Badania wirników bez otworu centralnego – przykład skanowania obwodowego głowicami ultradźwiękowymi normalnymi - kąt 0 stopni, fala podłużna Położenie wiązki ultradźwiękowej w przekroju wirnika Przykład zarejestrowanego skanu obwodowego – brak wskazań ultradźwiękowych Privileged & Confidential – Page 22
Wirniki turbin - badania Badania wirników bez otworu centralnego – przykład skanowania obwodowego głowicami ultradźwiękowymi kątowymi – kąt 45 stopni, fala poprzeczna Położenie wiązki ultradźwiękowej w przekroju wirnika Przykład zarejestrowanego skanu obwodowego – brak wskazań ultradźwiękowych Privileged & Confidential – Page 23
Wirniki turbin - badania Podsumowanie:
• system przygotowanie + badania + analiza • oprogramowanie i bazy danych – WEROLE • analiza możliwości i projekt naprawy • dedykowane badania ultradźwiękowe z powierzchni zewnętrznych jako odpowiednik badania otworu centralnego • dwa systemy w Polsce (oprogramowanie WEROLE - jedno w Europie) • badamy 600% objętości wirnika
Privileged & Confidential – Page 24
Wirniki turbin - badania Privileged & Confidential – Page 24