高速水轮发电机转子磁极磁轭t尾槽的检测方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法及装置，检测方法通过磁铁磁化磁极磁轭T尾槽，当存在裂纹时阻断了通过T尾槽表面的磁力线，使磁路中的磁通发生畸变，导致部分磁通逸出T尾槽表面，在空间形成漏磁场，利用磁敏元件获取漏磁信号，并通过漏磁检测仪对漏磁信号进行检测。装置包括裂纹探头检测装置、导向支架和漏磁检测仪，裂纹探头检测装置安装在导向支架上，裂纹探头检测装置通过信号传输线与漏磁检测仪连接；所述裂纹探头检测装置包括经弹性件固定在导向支架上的П形磁铁A和三维霍尔探头，所述三维霍尔探头通过信号放大及数模转换电路经信号端子与信号传输线连接。
【专利说明】高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种T尾槽的检测方法及其装置，特别是一种高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法及其装置。
【背景技术】
[0002]T尾槽是水轮发电机磁级和磁轭的一种联接结构，由4_厚度硅钢叠片层叠而成，启停过程中承受了较大的交变应力，特别是其内转角位置应力值最大，易萌生疲劳裂纹，曾发生过因此更换全部发电机磁级磁轭的事故，直接、间接损失巨大。为保证高转速(500r/min)水轮发电机磁极与磁轭联接T尾槽在长期频繁启停工况中的安全，需要对磁极磁轭的T尾槽进行裂纹检测。而检测裂纹的常规无损检测方法有涡流检测(ET)、磁粉检测(MT)和渗透检测(PT)，三种方法均能检出非多孔性工件表面的裂纹。常规的涡流检测裂纹时，虽然不使用检测液，无残留问题，但由于层叠硅钢片对涡流信号产生强烈的“边界效应”，使得裂纹涡流信号淹没在本底涡流干扰中，信噪比极低，无法检测出裂纹。常规的磁粉检测，则必须使用水基或油基磁悬液，检测过程中磁悬液会进入叠片间隙，且检测后无法清出，不仅降低磁级磁轭的绝缘还将造成污染。常规的渗透检测裂纹时，除无法解决检测后渗透剂清除问题外，叠片间隙内残留渗透剂的回渗还将大大降低检测灵敏度，造成裂纹的漏检，同样无法应用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于，提供一种高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的无损检测方法及其装置。本发明不仅实现了对磁极磁轭叠片结构T尾槽进行无污染、无残留和不降低绝缘检测的要求，而且灵敏度高、准确性好，完全符合大型水轮发电机组严格的电气和金属安全规定，提高了发电设备运行的可靠性，是水轮发电机运行安全的重要保证。
[0004]本发明的技术方案:高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法，其特征在于:通过磁铁磁化磁极磁轭T尾槽，当存在裂纹时阻断了通过T尾槽表面的磁力线，使磁路中的磁通发生畸变，导致部分磁通逸出T尾槽表面，在空间形成漏磁场，利用磁敏元件获取漏磁信号，并通过漏磁检测仪对漏磁信号进行检测。
[0005]前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法中，通过探头导向支架将探头送至检测位置，并利用恒力结构使探头紧贴受检面，Π形磁铁A磁化检测部位的铁磁性叠片，产生感应磁场，当激发的磁力线在T尾槽被检位置上遇到裂纹时，将在裂纹处形成漏磁场，漏磁场被探头中的磁敏元件接收并转化为数字信号，通过漏磁检测仪对裂纹漏磁场进行信号处理和显示，从而判定被检T尾槽是否存在裂纹。
[0006]前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法中，所述判定被检T尾槽是否存在裂纹的方法是，将三维霍尔探头通过导向支架置于检测部位，三维霍尔探头中的霍尔元件Z与磁极磁轭叠片平面平行，使三维霍尔探头的X、Y、Z三个方向信号均置零；当X方向信号与Z方向信号强度之比大于等于25:1时或Y方向信号与Z方向信号强度之比大于等于50:1时，则判断被检测部位的叠片表面存在异常。
[0007]前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法中，再通过磁粉检测方法对存在异常磁场的部位进行复检；磁粉检测方法按下述步骤进行:
[0008]清擦漏磁检测中信号异常部位表面；
[0009]打开磁粉检测装置电源；
[0010]将磁粉检测装置的探头置于异常部位表面；
[0011]轻微晃动磁悬液喷壶,均勻喷洒磁悬液在异常部位表面；
[0012]通过漏磁场吸附施加在表面的磁粉，在365nm波长的紫外线光照下形成目视可见的磁痕，从而确定被检测磁极磁轭T尾槽存在裂纹。
[0013]前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法中，所述的磁悬液由以下重量份的原料混合而成:71-73份乙醇、16-18份乙酸乙酯、2.5-3.5份三氯甲烷、1.5-2.5份丙酮、0.15-0.25份荧光磁粉；荧光磁粉粒度为350目。
[0014]实现前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽检测方法的检测装置，其特征在于:包括裂纹探头检测装置、导向支架和漏磁检测仪，裂纹探头检测装置安装在导向支架上，裂纹探头检测装置通过信号传输线与漏磁检测仪连接；所述裂纹探头检测装置包括经弹性件固定在导向支架上的Π形磁铁A和三维霍尔探头，三维霍尔探头布置在Π形磁铁A的开口处两极之间，且向前伸出至Π形磁铁A两脚斜面延伸的顶端，所述三维霍尔探头通过信号放大及数模转换电路经信号端子与信号传输线连接。
[0015]前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测装置中，所述的三维霍尔探头为三维磁敏霍尔元件阵列，由x、Y、z三个相互垂直的片状霍尔元件组成，三个霍尔元件T形布置，能同时测量XYZ三个方向上的磁场大小和方向。
[0016]前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测装置中，所述导向支架上设有手柄，用于移动导向支架。
[0017]前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测装置中，所述Π形磁铁Α，为钕镍钴型永磁体，用于对被检部位进行磁化，开口两极脚成45°斜面状，分别与T尾槽内转角两侧面贴合
[0018]前述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测装置中，还包括裂纹磁粉检测装置；裂纹磁粉检测装置包括Π形磁铁B，为钕镍钴型永磁体，用于对被检部位进行磁化，开口两极脚成45°斜面状，分别与T尾槽内转角两侧面贴合；
[0019]中心波长为365nm的微型LED型紫外灯，固定在Π形磁铁B开口处两级之间，用于激发荧光磁粉；
[0020]电源端子，安装在Π形磁铁B上，连接微型LED型紫外灯；
[0021]带开关及关断显示的直流电源，内置电池，为紫外线灯提供电源；
[0022]阻燃性电源线，用于连接直流电源和电源端子。
[0023]与现有技术相比，本发明通过可对高速水轮发电机磁极磁轭的T尾槽裂纹进行检测，及时发现工件在运行中产生的危险裂纹，避免其扩展开裂，威胁机组的安全运行。本发明不仅实现了对磁极磁轭叠片结构T尾槽进行无污染、无残留和不降低绝缘检测的要求，而且灵敏度高、准确性好，完全符合大型水轮发电机组严格的电气和金属安全规定，提高了发电设备运行的可靠性，是水轮发电机运行安全的重要保证。
[0024]本发明采用T尾槽专用裂纹漏磁检测探头，集磁化和三维磁场检测功能为一体，可对磁极磁轭叠片裂纹进行灵敏、快速的检测，且对工件的电气性能无任何影响。
[0025]通过XYZ三方向裂纹漏磁信号的特征比对，实现了裂纹信号与磁极叠片间隙信号的鉴别，解决了常规漏磁方法无法检出叠片裂纹的难题。
[0026]为保证漏磁探头检测过程中的位置的准确和稳定，设计了特制的探头支架向及导向装置，此支架还支持探头的快速更换以兼顾荧光磁粉检测。
[0027]T尾槽专用裂纹荧光磁粉检测探头，及不降低工件绝缘性能的无残留荧光磁粉配方，并制定了相应的检测工艺，实现裂纹的复检，提高了裂纹检测的高可靠性。
[0028]本发明可对高速水轮发电机磁极磁轭的T尾槽裂纹进行检测，及时发现工件在运行中产生的危险裂纹，以避免其扩展开裂，威胁机组的安全运行。本发明能准确可靠判断T尾槽中裂纹的存在及当量深度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是本发明的结构示意图；
[0030]图2是裂纹探头检测装置的结构示意图；
[0031]图3是三维霍尔探头的结构示意图；
[0032]图4是裂纹漏磁检测状态示意图；
[0033]图5是裂纹磁粉检测装置的结构示意图。
[0034]附图中的标记为:1-漏磁检测仪，2-信号传输线，3-手柄，4-导向支架，5-裂纹探头检测装置，6-弹性件，7-磁极磁轭，8-T尾槽，9-Π形磁铁A，10-信号端子，11_信号放大及数模转换电路，12-三维霍尔探头，13-Π形磁铁B，14-电源端子，15-微型LED型紫外灯，16-阻燃性电源线，17-直流电源。
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
[0036]实施例。高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法，通过探头导向支架将探头送至检测位置，并利用恒力结构使探头紧贴受检面，Π形磁铁A磁化检测部位的铁磁性叠片，产生感应磁场，当激发的磁力线在T尾槽被检位置上遇到裂纹时，将在裂纹处形成漏磁场，漏磁场被探头中的磁敏元件接收并转化为数字信号，通过漏磁检测仪对裂纹漏磁场进行信号处理和显示，从而判定被检T尾槽是否存在裂纹。
[0037]所述判定被检T尾槽是否存在裂纹的方法是，如图4所示，将三维霍尔探头通过导向支架置于检测部位，三维霍尔探头中的霍尔元件Z与磁极磁轭叠片平面平行；使三维霍尔探头的X、Y、Z三个方向信号均置零；当X方向信号与Z方向信号强度之比大于等于25:1时或Y方向信号与Z方向信号强度之比大于等于50:1时,贝U判断被检测部位的叠片表面存在异常。
[0038]再通过磁粉检测方法对存在异常磁场的部位进行复检；磁粉检测方法按下述步骤进行:
[0039]清擦漏磁检测中信号异常部位表面；
[0040]打开磁粉检测装置电源；
[0041]将磁粉检测装置的探头置于异常部位表面；
[0042]轻微晃动磁悬液喷壶,均勻喷洒磁悬液在异常部位表面；
[0043]通过漏磁场吸附施加在表面的磁粉，在365nm波长的紫外线光照下形成目视可见的磁痕，从而确定被检测磁极磁轭T尾槽存在裂纹。
[0044]所述的磁悬液由以下重量份的原料混合而成:71-73份乙醇、16-18份乙酸乙酯、
2.5-3.5份三氯甲烷、1.5-2.5份丙酮、0.15-0.25份荧光磁粉；荧光磁粉粒度为350目。磁悬液沸点低于80°C，一经施加，常温下将在短时间内迅速挥发，无液体残留。使用过程如下:该磁悬液应在使用前5分钟内配置，装入密闭压力喷壶，在裂纹试板上Imm线槽上校验灵敏度，磁悬液有效期不得超过30分钟。在紫外线灯下观察被检出是否存在裂纹磁痕(吸附了荧光磁粉的裂纹，在365nm波长紫外线的照射下，将显现出明亮的黄绿色荧光)。比较好的是，所述磁悬液由以下重量份的原料混合而成:72.8份乙醇、17份乙酸乙酯、3份三氯甲烷、2份丙酮、0.2份荧光磁粉。
[0045]采用磁极磁轭叠片裂纹对比试板
[0046]试板材质:娃钢片；试板厚度:5mm
[0047]试板尺寸:240mmX 225mm
[0048]人工缺陷:线槽(模拟裂纹)；加工方法:电火花加工
[0049]#1试块:线槽尺寸:深1.0mm ;长4mm ;开口宽度0.25mm
[0050]#2试块:线槽尺寸:深2.0mm ;长4mm ;开口宽度0.25_
[0051]#3试块:线槽尺寸:深3.0mm ;长4mm ;开口宽度0.25mm
[0052]裂纹对比试板的使用:
[0053]以试板上的线槽模拟实际裂纹，如检测装置测出实际裂纹的信号强度，与试板上某深度线槽信号一致，则以此线槽深度作为实际裂纹的当量深度。
[0054]漏磁检测前，在试板上对漏磁检测装置进行灵敏度校验和标定；
[0055]裂纹检测后，对在检测中发现的裂纹信号进行比对测量，以确定裂纹的当量深度。
[0056]检测过程中，可随时对漏磁及磁粉检测系统灵敏度进行验证和校核。
[0057]裂纹的质量评定和处理:
[0058]评定:
[0059]裂纹当量深度为Imm?2mm时，定为I级；
[0060]裂纹当量深度为2mm?3mm时，定为II级；
[0061]裂纹当量深度大于3mm时，定为III级；
[0062]处理:
[0063]I级缺陷，打磨消除；
[0064]II级缺陷，打磨消除并将该处修为C型；
[0065]III级缺陷，更换该叠片或对此裂纹实施挖补。
[0066]所有缺陷处理后，应对修补处重新进行检测，合格后方可投入使用。
[0067]实现上述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽检测方法的检测装置，构成如图1-5所示，包括裂纹探头检测装置5、导向支架4和漏磁检测仪1，裂纹探头检测装置5安装在导向支架4上，裂纹探头检测装置5通过信号传输线2与漏磁检测仪I连接；所述裂纹探头检测装置5包括经弹性件6固定在导向支架4上的Π形磁铁A9和三维霍尔探头12，三维霍尔探头12布置在Π形磁铁A9的开口处两极之间，且向前伸出至Π形磁铁A9两脚斜面延伸的顶端，所述三维霍尔探头12通过信号放大及数模转换电路11经信号端子10与信号传输线2连接。所述三维霍尔探头12能够对被检部位进行磁化，同时检测XYZ三个维度上的磁场强度；信号放大及数模转换电路11可同步将三维霍尔探头12产生的三组信号整形转换并放大，通过信号端子与信号传输线相接，将检测信号传输至漏磁检测仪主机。导向支架可将裂纹探头检测装置固定于检测位置，并向裂纹探头检测装置施加恒力支持，避免移动检测时探头产生过大的跳动和摆动。
[0068]所述的三维霍尔探头12为三维磁敏霍尔元件阵列，由X、Y、Z三个相互垂直的片状霍尔元件组成，三个霍尔元件T形布置，能同时测量XYZ三个方向上的磁场大小和方向。
[0069]所述导向支架4上设有手柄3,用于移动导向支架。
[0070]所述Π形磁铁Α9，为钕镍钴型永磁体，用于对被检部位进行磁化，开口两极脚成45°斜面状，分别与T尾槽内转角两侧面贴合
[0071]还包括裂纹磁粉检测装置；裂纹磁粉检测装置包括Π形磁铁Β13，为钕镍钴型永磁体，用于对被检部位进行磁化，开口两极脚成45°斜面状，分别与T尾槽内转角两侧面贴合；
[0072]中心波长为365nm的微型LED型紫外灯15，固定在Π形磁铁B13开口处两级之间，用于激发突光磁粉；
[0073]电源端子14，安装在Π形磁铁B13上，连接微型LED型紫外灯15 ；
[0074]带开关及关断显示的直流电源17，内置电池，为微型LED型紫外灯15提供电源；
[0075]阻燃性电源线16，用于连接直流电源17和电源端子14。
[0076]本发明的基本原理:当磁极磁轭的T尾槽被磁化时，裂纹将阻断通过工件表面的磁力线，使磁路中的磁通发生畸变，导致部分磁通逸出工件表面，在空间形成漏磁场，利用磁感应元件(探头)获取该信号，并通过检测仪对漏磁信号的处理，判定裂纹的尺寸与深度。
【权利要求】
1.高速水轮发电机转子磁极磁轭τ尾槽的检测方法，其特征在于:通过磁铁磁化磁极磁轭T尾槽，当存在裂纹时阻断了通过T尾槽表面的磁力线，使磁路中的磁通发生畸变，导致部分磁通逸出T尾槽表面，在空间形成漏磁场，利用磁敏元件获取漏磁信号，并通过漏磁检测仪对漏磁信号进行检测。
2.根据权利要求1所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法，其特征在于:通过探头导向支架将探头送至检测位置，并利用恒力结构使探头紧贴受检面，Π形磁铁A磁化检测部位的铁磁性叠片，产生感应磁场，当激发的磁力线在T尾槽被检位置上遇到裂纹时，将在裂纹处形成漏磁场，漏磁场被探头中的磁敏元件接收并转化为数字信号，通过漏磁检测仪对裂纹漏磁场进行信号处理和显示，从而判定被检T尾槽是否存在裂纹。
3.根据权利要求2所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法，其特征在于:所述判定被检T尾槽是否存在裂纹的方法是，将三维霍尔探头通过导向支架置于检测部位，三维霍尔探头中的霍尔元件Z与磁极磁轭叠片平面平行；使三维霍尔探头的X、Y、Z三个方向信号均置零；当X方向信号与ζ方向信号强度之比大于等于25:1时或Υ方向信号与Ζ方向信号强度之比大于等于50:1时，则判断被检测部位的叠片表面存在异常。
4.根据权利要求3所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭Τ尾槽的检测方法，其特征在于，再通过磁粉检测方法对存在异常磁场的部位进行复检；磁粉检测方法按下述步骤进行: 清擦漏磁检测中信号异常部位表面； 打开磁粉检测装置电源； 将磁粉检测装置的探头置于异常部位表面； 轻微晃动磁悬液喷壶，均勻喷洒磁悬液在异常部位表面； 通过漏磁场吸附施加在表面的磁粉，在365nm波长的紫外线光照下形成目视可见的磁痕，从而确定被检测磁极磁轭T尾槽存在裂纹。
5.根据权利要求4所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测方法，其特征在于，所述的磁悬液由以下重量份的原料混合而成:71-73份乙醇、16-18份乙酸乙酯、2.5-3.5份三氯甲烷、1.5-2.5份丙酮、0.15-0.25份荧光磁粉；荧光磁粉粒度为350目。
6.实现权利要求1-4任一项所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽检测方法的检测装置，其特征在于:包括裂纹探头检测装置(5)、导向支架(4)和漏磁检测仪(1)，裂纹探头检测装置(5)安装在导向支架(4)上，裂纹探头检测装置(5)通过信号传输线(2)与漏磁检测仪(1)连接；所述裂纹探头检测装置(5)包括经弹性件￠)固定在导向支架(4)上的Π形磁铁A (9)和三维霍尔探头(12)，三维霍尔探头(12)布置在Π形磁铁A (9)的开口处两极之间，且向前伸出至Π形磁铁A(9)两脚斜面延伸的顶端，所述三维霍尔探头(12)通过信号放大及数模转换电路(11)经信号端子(10)与信号传输线(2)连接。
7.根据权利要求6所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测装置，其特征在于:所述的三维霍尔探头(12)为三维磁敏霍尔元件阵列，由X、Y、Z三个相互垂直的片状霍尔元件组成，三个霍尔元件Τ形布置，能同时测量ΧΥΖ三个方向上的磁场大小和方向。
8.根据权利要求6所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭Τ尾槽的检测装置，其特征在于:所述导向支架(4)上设有手柄(3)，用于移动导向支架。
9.根据权利要求6所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭Τ尾槽的检测装置，其特征在于:所述Π形磁铁A(9)，为钕镍钴型永磁体，用于对被检部位进行磁化，开口两极脚成45°斜面状，分别与T尾槽内转角两侧面贴合。
10.根据权利要求6所述的高速水轮发电机转子磁极磁轭T尾槽的检测装置，其特征在于:还包括裂纹磁粉检测装置；裂纹磁粉检测装置包括Π形磁铁B (13)，为钕镍钴型永磁体，用于对被检部位进行磁化，开口两极脚成45°斜面状，分别与T尾槽内转角两侧面贴合； 中心波长为365nm的微型LED型紫外灯(15)，固定在Π形磁铁B (13)开口处两级之间，用于激发突光磁粉； 电源端子(14)，安装在Π形磁铁B (13)上，连接微型LED型紫外灯(15)； 带开关及关断显示的直流电源(17)，内置电池，为微型LED型紫外灯(15)提供电源； 阻燃性电源线(16)，用于连接直流电源(17)和电源端子(14)。
【文档编号】G01N27/83GK104458894SQ201410741134
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】严晓东, 李浩良, 孔令华, 游光华, 楼勇, 曾辉, 张书友 申请人:国家电网公司, 国网新源控股有限公司, 华东天荒坪抽水蓄能有限责任公司