應用案例丨風電主軸的實驗檢測
V52 型風電主軸,檢測狀態為未拆卸狀態,因而能夠接觸探頭的部位只有主軸法蘭盤端部和法蘭盤外部收口面。
主軸長度 1730mm,主軸直徑(法蘭盤除外)275~320mm 漸變,主軸中空。
主機: Omniscan MX2 相控陣探傷儀
相控陣探頭:2.25MHz,32 晶片相控陣探頭
設置:縱波扇掃
探頭放置位置:法蘭盤端部靠近中心孔位置,由下圖的聲束模擬可知,放置于法蘭盤端部,聲束基本可以覆蓋整個軸身區域。
(1) V52 型風機上的檢測結果
下圖是原始的檢測數據,經過測量得到底波信號的位置測量值為 1728.54mm,與設計尺寸 1730mm 接近。
能夠看到清晰的底波信號,且測量值與設計尺寸吻合,可以得到以下幾個結論:
1)工件的聲學穿透性能良好,能夠得到清晰的底面回波。
2)工件中該位置沒有斷裂的缺陷,因為如果有斷裂的缺陷,底波會受到阻斷。
3)設置的材料聲速 5890m/s 與實際工件的聲速基本吻合。
將檢測結果與裸軸圖紙對比,通過底面回波和-30~30°的角度范圍的比例調整,使得檢測結果的深度和寬度坐標與實際工件的長度和直徑取得一致,得到如下的結果。
由上面圖中可以看到,超聲相控陣扇形掃查區域與軸身區域的重合區域為關注的區域,其他軸身以外的區域為非關注區域。
而在關注區域比較強烈的信號有四個 A、B、C、D,分別位于 406mm 左右,1156mm 左右和 1729mm 左右。而且 A、B、C 這三個信號在整個 360°掃查結果中均聯系存在,且該主軸為新造主軸,可判斷這三個信號為固有幾何反射信號。
信號 A:在主軸幾何外形上此處無結構突變,且信號主體在軸身以外,因而在后面的分析中進行分析。
信號 B:為主軸結合外形突變引起的回波,且距離和寬度位置均可非常好的與結合外形突變位置吻合。
信號 C:為主軸底面回波。
信號 D:斷續出現,且結合該信號的位置,判斷為軸端部的頂針孔信號。因而此處結論為 A、B、C、D 四個信號均為結構回波信號。
非關心區域信號的出現有可能是聲波在復雜主軸內部多次折射和波形轉換造成的,不作為缺陷判斷的依據。將檢測結果與裝配圖紙結合結果如下:
由裝配圖與掃查圖的結合結果可見,406mm 位置剛好是軸承加載位置,因而該位置的信號有可能是聲波穿過軸承箱以后的信號,且由于這個信號是一直存在,因而也認為是固有幾何回波信號。
(2) V52 型風機主軸檢測結果
由下面的在役主軸檢測結果可見,406mm 附近的 A 信號依然存在,而底波的 C 信號也依然存在。但結構信號 B 和頂針孔信號信號 D 不明顯,可能是由于長期磨損或者油污造成幾何反射減弱。
而在軸身結構內容無明顯缺陷信號,在 830mm 和 930mm 附近的信號,由于不在軸身范圍內,因而不判斷為缺陷信號。
如果將完好主軸信號與在役主軸信號疊加比較,可以得到如下的結果。
兩個檢測信號疊加以后可見,在 830mm 和 930mm 處,完好的主軸也會有兩個信號,只是該信號較弱,也間接輔助判斷 830mm 和 930mm 處的信號可能不是缺陷信號。
通過 B 掃視圖的對比法,也未發現明顯的、獨立的缺陷信號。
使用超聲相控陣技術可以肯定基本可以檢測風機主軸,在完好主軸上采集的數據可以作為基礎樣本,作為參考對比,并確認了哪些信號是固有回波信號。
通過與圖紙的對比,了解哪些信號是非關心區域的信號,排除了一部分干擾信號。同時對比了完好主軸和在役主軸的檢測結果,未發現在役主軸中有異常缺陷信號出現。
以上的檢測結果均基于數據對比方法得到,而按照之前的討論思路,最好能夠提供一根完好主軸進行校準試塊的制備,通過校準試塊上的數據獲取,能夠更加清晰明確地判斷缺陷的存在與否,以及對缺陷進行當量評定。