渦輪發電機端環的缺陷檢測方法
2023-06-02 13:21:26 1
專利名稱：渦輪發電機端環的缺陷檢測方法
技術領域：
本發明涉及通過超聲測試的渦輪發電機端環缺陷檢測方法。
背景技術：
渦輪發電機端環的超聲測試用於檢測缺陷，例如在端環表面上出現的 應力腐蝕裂紋。端環超聲測試是在不拆卸端環的裝配狀態下進行。斜射技 術通常應用於端環超聲測試。在釆用斜射技術的超聲測試中，使用斜射探 頭來掃描端環表面的缺陷。通過檢測缺陷回波來確定檢測部位，其中缺陷 回波是從缺陷反射回來的回波。
圖11是示出在採用斜射技術的超聲測試中斜射探頭的超聲波發射/接
收狀態的示意圖。圖12是示出斜射探頭的接收輸入和在採用斜射技術的超 聲測試中超聲波傳播時間之間的關係的波形圖。在圖12中，縱軸表示斜射 探頭的接收輸入，橫軸表示超聲波的傳播時間(束徑長度(beam path length))。艮卩，圖12在A-掃描中顯示。在直流(DC)表示中示出圖12。 對於如圖11或圖12中的那些相同的部件標記相同的參考標號並省略了其 詳細描述。類似地，下面省略了詳細描述。
斜射探頭2安裝在端環1的外圓周表面的表面上。在端環1的內圓周 表面存在缺陷4的情況下，當超聲波束3從斜射探頭2入射時，超聲波束3 被缺陷4反射。通過缺陷4反射的反射波通過斜射探頭2接收。例如，缺 陷4是應力腐蝕裂紋。這時，如圖12所示，在A-掃描屏幕中顯示傳輸脈衝 5和缺陷回波6。
在端環1的內圓周表面沒有缺陷4的情況下，即使超聲波束3從斜射 探頭2入射，斜射探頭2也不會接收到在內圓周表面上反射的反射波。這 是因為在作為底部的端環內圓周表面上沒有反射體。因此，在不存在缺陷4 的情況下，在A-掃描屏幕中僅顯示傳輸脈衝5，而不顯示缺陷回波6。
在這種方式中通過使用採用斜射技術的超聲測試，能夠容易地檢測到缺陷4。然而，當檢査渦輪發電機端環的缺陷時，應當對偽回波的檢測加以 注意。
參照圖13至16描述了在採用斜射技術的超聲測試中檢測到偽回波的 實例。圖13是示出檢測由軸收縮裝配部分7引起的偽回波8的示意圖。圖 14是檢測由軸收縮裝配部分7引起的偽回波8在A-掃描DC表示中的波形 圖。圖15是示出檢測由端環1的短路環9接合部分引起的偽回波8的示意 圖。圖16是檢測由端環1的短路環9接合部分引起的偽回波8在A-掃描 DC表示的波形圖。
如圖13所示，在端環1內圓周表面上提供軸收縮裝配部分7。軸收縮 裝配部分7通常具有與端環1接觸的基本呈矩形的切面。如圖15所示，沿 著圓周方向在端環1內圓周表面上設置短路環9。短路環9通常通過分割為 多個部分來在圓周方向上設置。因此，分割的短路環9中的一部分的邊緣 成為與分割的短路環9中的另一部分的短路環接合部分。
如果當端環1的內圓周表面上存在軸收縮裝配部分7的邊緣或短路環9 的接合部分時進行採用斜射技術的超聲測試，則將發生以下情況。
從斜射探頭2入射的超聲波束3被作為反射體的軸收縮裝配部分7的 邊緣或短路環9的接合部分反射。由反射體反射的反射波被斜射探頭2接 收。如圖14和16所示，反射波成為偽回波8。當在A-掃描中顯示時，難 於從圖12中所示的缺陷回波6中區分出偽回波8。
特開號No.ll-287790的日本專利申請中描述的方法公知為一種從偽回 波中區分出缺陷回波的方法。在根據本技術的方法中，首先通過深度掃描 來進行採用斜射技術的超聲測試。接著，對根據超聲測試得到的測試信號 執行裂縫光譜處理(SSP: split spectrum process)來確定指示長度。基於該 指示長度來解析指示是缺陷回波還是偽回波。
然而，上述解析方法適用於奧氏體不鏽鋼。奧氏體不鏽鋼相比鐵氧體 材料具有更大的晶粒。奧氏體不鏽鋼的晶粒通常在悍接邊緣或類似位置處 變得更大。該解析方法旨在解析由在這種奧氏體不鏽鋼的焊接邊緣附近入 射的超聲波被反射、折射或散射生成的偽回波。相反地，當檢測到渦輪發 電機端環的缺陷時產生的偽回波並不由材料晶粒的尺寸所致。如圖13至16 所示，渦輪發電機端環的偽回波由比如在端環1的內圓周表面上存在的軸收縮裝配部分7或短路環9接合部分這樣的結構所致。因此，通過使用在 KOKAI公開號No.ll-287790的日本專利申請或類似的申請中描述的解析方 法，難於從渦輪發電機端環的缺陷回波中區分出偽回波。
因此，通過以下方式對渦輪發電機端環1的缺陷進行解析。如果在採 用斜射技術的超聲測試中顯示指示回波，那麼還參考內部結構圖。如果在 顯示指示回波的部分出存在例如軸收縮裝配部分7或短路環9接合部分這 樣的結構，則認為指示回波是偽回波。如果不存在這種結構，則認為該指 示回波是缺陷回波。然而，該解析方法不能充分地檢測渦輪發電機端環尤 其是內部結構附近的缺陷。
發明內容
本發明目的在於提供一種渦輪發電機端環的缺陷檢測方法，其能識別 通過渦輪發電機端環的超聲測試所檢測到的缺陷回波或偽回波。
根據本發明的一方面，渦輪發電機端環的缺陷檢測方法包括第一超 聲測試步驟，採用斜射技術對渦輪發電機端環進行超聲測試；第二超聲測 試步驟，如果通過第一超聲測試步驟檢測到指示回波，則採用聚焦直射技 術對渦輪發電機端環中檢測到指示回波的部分進行超聲測試；以及解析步 驟，基於通過第二超聲測試步驟的測試結果來解析該指示回波是缺陷回波 還是偽回波。
圖1是示出根據本發明第一實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法的 過程的流程圖2是示出根據第一實施例的採用聚焦直射技術的超聲測試中聚焦直 射探頭的超聲波發射/接收狀態的示意圖3是示出根據第一實施例採用聚焦直射技術的超聲測試中超聲波接 收在A-掃描DC表示中的波形圖4是放大圖3中渦輪發電機端環的底部波形在A-掃描RF表示中的 波形圖5是示出根據本發明第二實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法的流程圖6是示出根據第二實施例採用SPOD技術的超聲測試中探頭的超聲 波發射/接收狀態的示意圖7是示出根據第二實施例採用SPOD技術的超聲測試中超聲波接收 在A-掃描RF表示中的波形圖8是示出當存在軸收縮裝配部分時根據第二實施例採用SPOD技術 的超聲測試中探頭的超聲波發射/接收狀態的示意圖9是示出當存在短路環接合部分時根據第二實施例採用SPOD技術 的超聲測試中探頭的超聲波發射/接收狀態的示意圖IO是示出根據第二實施採用SPOD技術的超聲測試中超聲波接收在 A-掃描中的波形圖11是示出採用斜射技術的超聲測試中斜射探頭的超聲波發射/接收 狀態的示意圖12是示出採用斜射技術的超聲測試中超聲波接收在A-掃描DC表示 中的波形圖13是示出採用斜射技術的超聲測試中檢測由軸收縮裝配部分引起的 偽回波的示意圖14是示出採用斜射技術的超聲測試中檢測由軸收縮裝配部分引起的 偽回波在A-掃描DC表示中的波形圖15是示出採用斜射技術的超聲測試中檢測由端環的短路環接合部分 引起的偽回波的示意圖16是示出採用斜射技術的超聲測試中檢測由端環的短路環接合部分 引起的偽回波在A-掃描DC表示中的波形圖。
具體實施例方式
下面將通過參考附圖對本發明實施例進行描述。 (第一實施例)
圖1是示出根據本發明第一實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法的 過程的流程圖。
如圖1所示，根據以下過程來應用根據第一實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法。
首先，操作員採用斜射技術對渦輪發電機端環進行超聲測試(步驟
101)。操作員確定通過採用斜射技術的超聲測試是否檢測到指示回波(步 驟102)。如果操作員確定沒有檢測到指示回波，那麼操作員判斷該端環通 過了該測試(渦輪發電機端環沒有缺陷)(步驟102為否)。如果操作員確 定檢測到指示回波(步驟102為是)，那麼操作員採用聚焦直射技術對渦輪 發電機端環中檢測到指示回波的部分進行超聲測試(步驟103)。操作員根 據採用聚焦直射技術的超聲測試結果來解析該指示回波是缺陷回波還是偽 回波(步驟105)。如果操作員確定該指示回波為缺陷回波作為解析結果， 則操作員確定渦輪發電機端環具有缺陷。如果操作員確定渦輪發電機端環 具有缺陷，則操作員對缺陷深度進行測量。
參考圖2至圖4對採用聚焦直射技術的超聲測試(圖1中步驟103)以 及回波解析(圖1中步驟105)的細節進行描述。這裡所描述的缺陷檢測方 法對渦輪發電機端環的內圓周表面上的缺陷進行檢測。
圖2示出了聚焦直射探頭10的超聲波發射/接收狀態。圖3示出了在 A-掃描DC表示中採用聚焦直射技術的超聲測試所接收的超聲波3的波形。 圖4通過A-掃描射頻(RF)表示放大了圖3中渦輪發電機端環的底部波形。
採用聚焦直射技術的超聲測試是一種適於對末梢分叉到多個部分的密 集缺陷進行檢測的方法。根據該方法，可捕捉到密集缺陷的一個分裂末梢。 因此，能夠對在應力腐蝕裂紋中常見的密集缺陷進行有效檢測。
如圖2所示，通過利用聚焦直射探頭10接收從聚焦直射探頭10入射 的入射超聲波3的反射波，來進行採用聚焦直射技術的超聲測試。
聚焦直射探頭10安裝在端環1的外圓周表面的表面上。如果在端環1 的內圓周表面上存在缺陷4，當從聚焦直射探頭10入射超聲波束3時，聚 焦直射探頭10接收由缺陷4的邊緣反射的反射波(缺陷末梢回波12)。例 如，缺陷4是應力腐蝕缺陷或疲勞斷裂。然後，聚焦直射探頭10接收由端 環l內圓周表面反射的反射波(底部回波ll)。因此，如圖3和圖4所示， 在A-掃描屏幕中顯示傳輸脈衝5、缺陷末梢回波12和底部回波11 。通過檢 測缺陷末梢回波12和底部回波11之間的光束長度差能夠確定缺陷4的深 度。如果在端環1的內圓周表面上不存在缺陷4，則當從聚焦直射探頭10 入射超聲波束3時，聚焦直射探頭IO僅接收到由端環1內圓周表面反射的 反射波。在這種情況下，在A-掃描屏幕上只顯示傳輸脈衝5和底部回波11， 而不顯示缺陷末梢回波12。例如，如果在端環1內圓周表面上存在軸收縮 裝配部分7或短路環9接合部分，就不會產生類似缺陷末梢回波12的偽回 波。這時，在A-掃描屏幕上只顯示底部回波11。因此，操作員可以確定端 環1沒有缺陷。
根據本實施例，能夠實現如下所述的操作效果。
如圖3和圖4所示，在採用聚焦直射技術的超聲測試中，當存在缺陷4 時得到的缺陷末梢回波12小於底部回波11。因此，對於採用聚焦直射技術 的超聲測試而言，難於像採用斜射技術的超聲測試一樣通過廣泛地移動探 頭進行掃描來檢測缺陷4。這種超聲測試需要操作員的精通。
根據本實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法是採用斜射技術的超聲 測試與採用聚焦直射技術的超聲測試的結合。根據本缺陷檢測方法，採用 聚焦直射技術對在採用斜射技術的超聲測試中獲得指示回波的部分進行超 聲測試。通過採用聚焦直射方法的超聲測試來確定指示回波是由缺陷4所 致還是偽回波。根據該方法，操作員能夠便捷可靠地僅檢測缺陷4。採用聚 焦直射技術的超聲測試能捕捉密集缺陷的一個分裂末梢。因此，如果缺陷4 是在應力腐蝕裂紋中常見的密集缺陷，則本缺陷檢測方法能夠有效地檢測 缺陷。
本缺陷檢測方法不僅能通過採用聚焦直射技術對在採用斜射技術的超 聲測試中得到指示回波的部分進行超聲測試來確定存在/不存在缺陷，還可 以測量缺陷的深度。
採用斜射技術的超聲測試具有高檢測靈敏度。然而，當應用採用斜射 技術的超聲測試時，將會出現偽回波。另一方面，採用聚焦直射技術的超 聲測試具有低檢測靈敏度。然而，當應用採用聚焦直射技術的超聲測試時， 將不會出現偽回波。因此，根據本檢測方法，首先應用具有高檢測靈敏度 的採用斜射技術的超聲測試。接著，對接收到指示回波的部分繼續應用不 會出現偽回波的採用聚焦直射技術的超聲測試。因此，操作員可以利用少 量時間和精力在不需端環內部結構圖的情況下可靠地檢測渦輪發電機端環1的缺陷4。
因此，即使由於在類似渦輪發電機端環這樣的端環的內圓周表面上提 供的內部結構而產生了偽回波，操作員也能夠在不需端環內部結構圖的情 況下通過採用本缺陷檢測方法來從偽回波中區分出缺陷回波。因此，操作 員能夠有效地檢測渦輪發電機端環缺陷。
另外，可在沒有拆卸渦輪發電機轉子的情況下應用本缺陷檢測方法。 因此，根據本缺陷檢測方法的測試可以在安裝渦輪發電機的工作現場進行。 因此，操作員能縮短進行這種測試所需的時間。 (第二實施例)
圖5是示出根據本發明第二實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法的 過程的流程圖。
根據本實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法是通過以採用短路徑衍 射技術(SPOD)的超聲測試(步驟104)取代根據圖1所示第一實施例的 渦輪發電機端環缺陷檢測方法中採用聚焦直射技術的超聲測試(圖1中的 步驟103)而得到的。在其它方面，根據本實施例的缺陷檢測方法與根據第 一實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法的過程一樣。
如圖5所示，根據下面的過程進行根據本實施例的渦輪發電機端環缺 陷檢測方法。
首先，操作員採用斜射技術對渦輪發電機端環進行超聲測試(步驟 101)。操作員確定通過採用斜射技術的超聲測試是否檢測到指示回波(步 驟102)。如果操作員確定沒有檢測到指示回波，則操作員判斷端環通過了 測試(渦輪發電機端環沒有缺陷)(步驟102中為否)。如果操作員確定檢 測到指示回波(步驟102中為是)，則操作員採用SPOD技術對渦輪發電機 端環中檢測到指示回波的部分進行超聲測試(步驟104)。操作員根據採用 SPOD技術的超聲測試結果來解析指示回波是缺陷回波還是偽回波(步驟 105)。如果操作員確定指示回波是缺陷回波作為解析的結果，則操作員確 定渦輪發電機端環具有缺陷。如果操作員確定渦輪發電機端環具有缺陷， 則操作員對缺陷深度進行測量。
參考圖6和圖7對採用SPOD技術的超聲測試(圖5中步驟104)以及 回波解析(圖5中步驟105)的細節進行描述。這裡所描述的缺陷檢測方法對渦輪發電機端環內圓周表面上的缺陷進行檢測。
圖6示出了探頭13/14的超聲波發射/接收狀態。圖7示出了在A-掃描 RF表示中採用SPOD技術的超聲測試所接收的超聲波3的波形。
採用SPOD技術的超聲測試是一種適於對末梢閉合的缺陷進行檢測的 方法。根據該測試，能夠對在疲勞斷裂中常見的末梢閉合的缺陷(定向缺 陷)進行有效檢測。
如圖6所示，通過由接收直射探頭14接收從發射斜射探頭13入射的 入射超聲波3的反射波，來進行採用SPOD技術的超聲測試。
發射斜射探頭13安裝在端環1外圓周表面的表面上。接收直射探頭14 安裝在端環1外圓周表面直接位於缺陷4上方的表面上。如果在端環1的 內圓周表面上存在缺陷4，當從發射斜射探頭13入射超聲波束3時，直射 探頭14接收到由缺陷4的邊緣反射的反射波(缺陷末梢回波12)。例如， 缺陷4是應力腐蝕裂紋或疲勞斷裂。然後，接收直射探頭14接收由端環1 內圓周表面反射的反射波(底部回波ll)。因此，如圖7所示，在A-掃描 屏幕中顯示了缺陷末梢回波12和底部回波11。通過檢測缺陷末梢回波12 和底部回波11之間的光束長度差來確定缺陷4的深度。
參考圖8至圖IO對採用SPOD技術的超聲測試(圖5中的步驟104) 以及回波解析(圖5中的步驟105)的細節進行描述。這裡所描述的缺陷檢 測方法對渦輪發電機端環內圓周表面上的缺陷進行檢測。
圖8示出了當在端環1內圓周表面上存在軸收縮裝配部分7時探頭 13/14的超聲波發射/接收狀態。圖9示出了當在端環1內圓周表面上存在短 路環9的接合部分時探頭13/14的超聲波發射/接收狀態。圖10示出了在 A-掃描RF表示中採用SPOD技術的超聲測試所接收的超聲波3的波形。
如果在端環1的內圓周表面上沒有缺陷4，當從發射斜射探頭13入射 超聲波束3時，接收直射探頭14僅接收由端環1內圓周表面反射的反射波。 在這種情況下，如圖10所示，在A-掃描屏幕上只顯示底部回波11，而不 顯示缺陷末梢回波12。即使存在圖8中所示的軸收縮裝配部分7或圖9中 所示的短路環9接合部分，也不會產生與圖7中所示缺陷末梢回波12相對 應的偽回波。即，如果由於軸收縮裝配部分7或短路環9接合部分而產生 了指示回波，在A-掃描屏幕上就只顯示偽回波8 (底部回波ll)。因此，操作員能夠確定端環l沒有缺陷。
根據本實施例，能夠實現如下所述的操作效果。
根據本實施例的渦輪發電機端環缺陷檢測方法是採用斜射技術的超聲
測試與採用SPOD技術的超聲測試的結合。如圖7所述，在採用SPOD技 術的超聲測試中，與根據第一實施例的採用聚焦直射技術的超聲測試一樣， 當缺陷4存在時得到的缺陷末梢回波12小於底部回波11。因此，對於採用 SPOD技術的超聲測試而言，難於通過廣泛地移動探頭進行掃描來檢測缺陷 4。因此，在本缺陷檢測方法中，與第一實施例一樣，採用SPOD技術對通 過採用斜射技術的超聲測試接收到指示回波的部分進行超聲測試。通過採 用SPOD技術的超聲測試來確定指示回波是由於缺陷4所致還是偽回波。 根據本方法，操作員能夠便捷可靠地僅檢測缺陷4。採用SPOD技術的超聲 測試能夠有效地檢測在疲勞斷裂中常見的末梢閉合的缺陷4。如圖8至圖 IO所示，當使用採用SPOD技術的超聲測試時，在存在內部結構時僅得到 底部回波8。因此，操作員能夠可靠地解析缺陷回波和偽回波。
本缺陷檢測方法不僅能夠通過採用SPOD技術對在採用斜射技術的超 聲測試中得到指示回波的部分進行超聲測試來確定存在/不存在缺陷，還可 以測量缺陷的深度。
採用斜射技術的超聲測試具有高檢測靈敏度。然而，當應用採用斜射 技術的超聲測試時，將會出現偽回波。另一方面，採用SPOD技術的超聲 測試具有低檢測靈敏度。然而，當應用採用SPOD技術的超聲測試時，將 不會出現偽回波。因此，根據本檢測方法，首先應用具有高檢測靈敏度的 採用斜射技術超聲測試。接著，對接收到指示回波的部分繼續採用不會出 現偽回波的採用SPOD技術的超聲測試。因此，操作員可以利用少量時間 和精力在不需端環內部結構圖的情況下可靠地檢測渦輪發電機端環1的缺 陷4。
另外，在採用SPOD技術的超聲測試中允許接收直射探頭14自由地移 動而將發射斜射探頭13定位在檢測到缺陷回波或偽回波的位置。因此，操 作員能夠通過搜索將被解析的波形的峰值而使解析更容易。相反地，在採 用衍射時差技術(TOFD)的超聲測試中，例如，需將發射探頭和接收探頭 設置為關於被解析的指示兩側對稱。因此，使用採用TOFD技術超聲測試的缺陷檢測方法不能獲得上述採用SPOD技術超聲測試的效果，因為發射 探頭和接收探頭的位置是固定的。
因此，即使由於類似渦輪發電機端環這樣的端環的內圓周表面上的內 部結構而產生了偽回波，操作員能夠在不需要端環內部結構圖的情況下通 過使用本缺陷檢測方法來從偽回波中區分出缺陷回波。因此，操作員能有 效地檢測渦輪發電機端環的缺陷。
另外，可在沒有拆卸渦輪發電機轉子的情況下應用本缺陷檢測方法。 因此，根據本缺陷檢測方法的測試可以在安裝有渦輪發電機的現場進行。 從而，操作員能縮短進行這種測試所需的時間。
另外，在各個實施例中，採用了聚焦直射技術和SPOD技術中的一種 技術，但是可以應用聚焦直射技術和SPOD技術這兩種技術。在這種情況 下，可以首先進行一種技術或另一種技術的測試。
對於本領域技術人員而言，將會想到其它優點和修改。因此，本發明 在更大範圍內並不局限於上述具體細節和代表性實施例。因此，在不偏離 由所附權利要求及其等價體所定義的一般性發明原理的精神和範圍的情況 下可以進行各種修改。
權利要求
1、一種渦輪發電機端環的缺陷檢測方法，包括第一超聲測試步驟(101)，採用斜射技術對渦輪發電機端環(1)進行超聲測試；第二超聲測試步驟(103)，當通過所述第一超聲測試步驟(101)檢測到指示回波時，則採用聚焦直射技術對所述渦輪發電機端環(1)中檢測到所述指示回波的部分進行超聲測試；以及解析步驟(105)，基於所述第二超聲測試步驟(103)的測試結果來解析所述指示回波是缺陷回波(12)還是偽回波(8)。
2、 一種渦輪發電機端環的缺陷檢測方法，包括第一超聲測試步驟(101)，採用斜射技術對渦輪發電機端環(1)進行 超聲測試；第二超聲測試步驟(104)，當通過所述第一超聲測試步驟(101)檢測 到指示回波B寸，則採用短路徑衍射技術(SPOD)對所述渦輪發電機端環(1) 中檢測到所述指示回波的部分進行超聲測試；以及解析步驟(105)，基於所述第二超聲測試步驟(104)的測試結果來解 析所述指示回波是缺陷回波(12)還是偽回波(8)。
3、 根據權利要求1或2所述的渦輪發電機端環的缺陷檢測方法，還包 括缺陷深度測量步驟，當所述解析步驟的解析結果是缺陷回波(12)時， 則測量所述缺陷回波的缺陷深度。
全文摘要
一種渦輪發電機端環的缺陷檢測方法，包括第一超聲測試步驟(101)，用於採用斜射技術對渦輪發電機端環進行超聲測試；第二超聲測試步驟(103)，用於當通過第一超聲測試步驟(101)檢測到指示回波時，則採用聚焦直射技術對渦輪發電機端環中檢測到指示回波的部分進行超聲測試；以及解析步驟(105)，用於基於第二超聲測試步驟(103)的測試結果來解析指示回波是缺陷回波還是偽回波。
文檔編號G01B17/00GK101419193SQ20081017997
公開日2009年4月29日 申請日期2008年10月10日 優先權日2007年10月12日
發明者鯉沼宏明 申請人:株式會社東芝