防振條位置的渦流檢測

代勤龍

(東方電氣(廣州)重型機器有限公司， 廣州 511455)

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防振條位置的渦流檢測

代勤龍

(東方電氣(廣州)重型機器有限公司， 廣州 511455)

蒸汽發(fā)生器在制造、安裝和運行過程中，防振條與U形熱交換管的相對位置可能由于二次側(cè)水流或者外力等作用而改變，而失去防振作用。運用渦流檢測的手段，可以獲得防振條與U形管相對位置的信息。水壓后防振條位置的檢測，可作為蒸發(fā)器運行過程中監(jiān)測的基準(zhǔn)，對整個蒸發(fā)器的安全有效運行起著重要的作用。該方法解決了已完工的蒸汽發(fā)生器防振條與換熱管相對位置如何測量的問題。

渦流檢測;蒸汽發(fā)生器;U形管;防振條(AVB)

蒸汽發(fā)生器的設(shè)計中，防振條(AVB)的主要作用在于減少U形熱交換管彎管區(qū)的振動，避免管子之間以及管子和管子支撐板之間的碰撞和摩擦，從而降低熱交換管壁厚減薄或破損的風(fēng)險。在蒸發(fā)器安裝完成后，由于二次側(cè)管束區(qū)域可達(dá)性的限制，往往無法通過常規(guī)的方法測量或監(jiān)測防振條的位置。

在蒸汽發(fā)生器的制造和運行過程中，常使用渦流檢測的方法[1]對熱交換管質(zhì)量進(jìn)行檢驗。渦流檢測使用內(nèi)穿探頭穿過整個熱交換管長度，記錄各個位置渦流信號的響應(yīng)，以發(fā)現(xiàn)和定位缺陷。渦流檢測頻率與渦流信號滲入深度成反比，由于熱交換管管壁較薄，較低頻率的渦流信號能夠穿透熱交換管；位于熱交換管外的金屬結(jié)構(gòu)，如管板、管子支撐板、防振條或含有金屬碎屑的泥渣等能產(chǎn)生一定的響應(yīng)。因此通過合理地選擇渦流檢測的頻率，使用具有軸向編碼器定位功能的渦流儀，可以獲得較為精確的防振條位置信息。

1　檢測描述

在蒸發(fā)器的制造、安裝和運行中，防振條的移動主要有兩種：一種是沿?fù)Q熱管弧線方向偏移，另一種是沿?fù)Q熱管豎直方向縱深移動。文章主要討論第二種移動情況，即防振條豎直方向移動過大(按蒸發(fā)器立式放置)而導(dǎo)致防振條底部中心偏離其安裝時的理論位置，對其底部附近或最外側(cè)的U形管段失去限制，或同一管子兩側(cè)防振條豎直位置相差過大，僅能從一側(cè)限制管子的振動，如圖1所示。當(dāng)測得的防振條底部中心位置相對其理論位置高于Dmax或低于Dmin時，即認(rèn)為該防振條失效，需引起關(guān)注。

圖1　防振條底部位置升降示意

2　理論建模

通過數(shù)學(xué)建模，將問題簡化為兩種情況(見圖2)。使用渦流探頭可以測出防振條與換熱管交點之間的弧長，然后用三角函數(shù)進(jìn)行計算，從而得出防振條底部中心的實際位置與U形管中心線之間的距離d。

圖2　防振條升降位置計算模型

(1) 情況1(底部圓弧段接觸)時：

(1)

當(dāng)同一側(cè)兩個接觸區(qū)域之間的展開距離大于下述值時(注：防振條直段與圓弧段相切),使用情況2公式計算：

(2)

(2) 情況2(直段接觸)時：

(3)

(4)

圖3　測量方法的固有不確定度

對防振條和U形管尺寸的不確定度，如原材料廠有詳細(xì)的每根實際的測量值，則計算時可直接采用每根U形管和防振條的實際值進(jìn)行計算，該項不確定度可以不予考慮。如無實際測量數(shù)據(jù)或其尺寸已經(jīng)不可追溯，則可采用采購圖中的名義尺寸進(jìn)行計算，并將其公差作為不確定度的最大估計。

3　檢測方法

該項檢測采用旋轉(zhuǎn)探頭(MRPC)渦流檢測方法，使用具有軸向編碼器功能和自動推拔器的渦流儀(如ZETEC的MIZ-80iD)采集與防振條底部接觸的換熱管的渦流信號，即安裝防振條時防振條中心軸線與換熱管中心軸線在頂點重合。對于某SG列編號為3、15、30 和 56的U形管；其兩側(cè)各有一根防振條(見圖4)，使用普通軸繞式內(nèi)穿探頭(BOBBIN)無法區(qū)分兩側(cè)的防振條信號，故使用MRPC探頭(電機驅(qū)動的可繞軸向旋轉(zhuǎn)的放置式探頭)進(jìn)行檢測。MRPC探頭上的Pancake線圈在前進(jìn)的同時繞探頭軸向旋轉(zhuǎn)，編碼器記錄探頭軸向前進(jìn)及線圈旋轉(zhuǎn)的周向位置，可建立熱交換管內(nèi)表面渦流信號強度的三維圖，進(jìn)而得到防振條與管子接觸區(qū)域的位置信息，如圖4所示。

圖4　防振條與管子接觸區(qū)域的渦流信號示意

由于防振條表面(平面)與管子圓周(近似圓柱面)接觸區(qū)域為一平面曲線，其渦流信號的最大值位置為防振條的中心位置，如圖5所示。

圖5　防振條表面與管子圓周接觸區(qū)域示意

圖6　對比樣管的渦流數(shù)據(jù)

在對換熱管采集數(shù)據(jù)前，采集如圖6所示的對比樣管渦流數(shù)據(jù)，以建立軸向編碼器脈沖信號數(shù)與距離的對應(yīng)關(guān)系。在一段直管上，垂直管子軸線方向放置3根防振條，兩防振條間的間距分別為100，300 mm。

主要檢測工藝參數(shù)如下：

(1) 檢測儀器：MIZ80-iD多頻渦流儀器，內(nèi)置軸向位置編碼器。

(2) 渦流探頭：Pancake探頭加上90 in(1 in=25.4 mm)的延長線。因該探頭能探測各方向信號，無方向盲區(qū)。也可使用陣列探頭，數(shù)據(jù)采集速度更快，效果與MRPC探頭相差無幾。

(3) 探頭頻率：因需探測到換熱管外防振條信號，故外部支撐檢測頻率定為100 kHz。

(4) 采集速度設(shè)定：在探頭回收時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)并設(shè)置探頭軸向移動速度和轉(zhuǎn)速，使其螺距為1 mm 最小，2 mm 最大。螺旋速度取決于電機類型。并且，應(yīng)核查轉(zhuǎn)速，其變化應(yīng)保持在10 rpm之內(nèi)。

經(jīng)多次試驗，陣列探頭速度為200 mm·s-1時誤差最小。

(5) 數(shù)據(jù)分析方法：數(shù)據(jù)分析前，應(yīng)開啟軸向編碼器菜單，并利用對比樣管對軸向編碼器進(jìn)行標(biāo)定。如防振條1與防振條2之間有1 000個編碼器脈沖信號，每個脈沖對應(yīng)的距離為0.1 mm；然后用防振第1與防振條3之間的脈沖信號驗證標(biāo)定，計算出間距，誤差小于0.5%則認(rèn)為標(biāo)定正確。

數(shù)據(jù)分析時，顯示所使用通道的水平和數(shù)值條狀圖以及李薩茹圖，并打開三維掃描數(shù)據(jù)分析窗口(見圖7)。

圖7　三維掃描數(shù)據(jù)分析窗口圖

將光標(biāo)移動至第一個防振條渦流信號的中心，初始化軸向編碼器，然后將光標(biāo)移動至第二個防振條渦流信號的中心，記錄軸向編碼器數(shù)值，獲得此兩個信號之間的距離。通過同一個防振條的兩接觸點相應(yīng)的渦流信號，可以確定防振條的下沉位置。渦流信號通常為2×2(成對出現(xiàn)，一側(cè)會有兩個信號)，故可用來區(qū)分是管子哪一側(cè)的防振條產(chǎn)生的信號，與信號的周向坐標(biāo)相關(guān)。可通過三維視圖窗口(見圖7)找出區(qū)別來。

當(dāng)熱交換管任一側(cè)的防振條信號出現(xiàn)以下情況時，應(yīng)在同一排半徑更大的一列換熱管進(jìn)行采集：① 無防振條信號顯示。② 防振條信號疊加，不能夠顯示出任一接觸點。

圖8　驗證試驗中防振條和換熱管的擺放位置示意

4　試驗驗證

用兩根同規(guī)格防振條和一根換熱管模擬在蒸汽發(fā)生器管束中的位置擺放，使它們的空隙剛好能放入一根寬度為30 mm的鋼直尺(見圖8)。通過上述檢測方法，測得防振條與換熱管交點間的弧長分別為171.59,173.12mm。換熱管半徑R為239.5 mm，防振條半徑為130 mm，角度32°18′。通過公式計算后得到d值分別為44.22，45.06 mm，不確定度為1.4 mm。實際值為30+6+19.05/2=45.525mm，可見測量結(jié)果與實際是吻合的。

5　結(jié)語

利用上述渦流檢測方法以及獲得的關(guān)鍵參數(shù)，對某項目2號機組蒸汽發(fā)生器在水壓后的防振條位置進(jìn)行檢測。檢測結(jié)果表明：該蒸發(fā)器U形管的自由段長度以及防振條豎直方向的位置均在設(shè)計文件的要求范圍之內(nèi)，防振條的安裝質(zhì)量較高，管束受到了有效的保護(hù)。

[1]《國防科技工業(yè)污水檢測 資格鑒定與認(rèn)證培訓(xùn)教材》編審委員會編.渦流檢測[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

Eddy Current Testing of AVB Position

DAI Qin-long

(Dong Fang (Guang Zhou) Heavy Machinery Co., Ltd., Guangzhou 511455, China)

In the process of manufacture, installation and operation of steam generator, the relative position of the anti-vibration bar and the U-shaped heat exchange tubes may be changed due to secondary side effect such as water or outside force, thus possibly resulting to its failure. Using eddy current testing method, the information on the relative location of anti-vibration bar of U-tube can be obtained. The position detection of anti-vibration bar after the hydraulic test can be used as a benchmark during the steam generator operation, which may play an important role for the safe and effective operation of the evaporator. The application of this type of eddy current testing has solved the problem of how to measure the relative position of heat exchange tube and anti-vibration bar for the existing steam generators.

Eddy current testing; Steam Generator; U-tube; Anti-vibration bar(AVB)

2016-06-22

代勤龍(1982-)，男，本科，工程師,主要從事核島主設(shè)備蒸汽發(fā)生器和反應(yīng)堆壓力容器制造過程中的無損檢測。

代勤龍，E-mail: daiqinlong_dfhm@163.com。

10.11973/wsjc201610005

TG115.28

A

1000-6656(2016)10-0018-03