汽輪機葉片樅樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種汽輪機葉片樅樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置,包括相控陣換能器和楔塊,相控陣換能器陣元數(shù)目為16-32個,陣元間距為0.5mm-1mm,陣元寬度為4mm-10mm,多個條形壓電陶瓷晶片陣元平行排列且嵌于相控陣換能器基體內(nèi),入射角范圍為30°-70°;楔塊斜面上設置有相控陣換能器插槽,相控陣換能器插槽底面與楔塊底面的夾角范圍為31°至41°;楔塊內(nèi)沿聲束方向設置有阻抗橡膠。本實用新型具有良好的聲束可達性,通過使用楔塊改變超聲發(fā)射聲束,使該聲束能進入葉片樅樹型根部內(nèi)部覆蓋所有重點檢測部位能,對復雜汽輪機葉片樅樹型根部進行全面成像檢查。
【專利說明】汽輪機葉片樅樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種超聲成像檢測相控陣換能裝置,尤其涉及一種汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置。
【背景技術】
[0002]目前,汽輪機轉(zhuǎn)子葉片作為重要的受監(jiān)金屬部件,除了承受巨大的交變應力和扭矩之外,還要承受高溫高速汽體的沖擊,葉片揪樹型根部是葉片與輪緣相連接的部分,為了保證在任何運行條件下葉片都能牢靠地固定在葉輪上,葉片揪樹型根部埋藏在葉輪內(nèi)部。若葉片揪樹型根部存在缺陷而不能及時發(fā)現(xiàn),將會葉片在轉(zhuǎn)動過程中出現(xiàn)飛脫現(xiàn)象,造成嚴重的生產(chǎn)事故。因此,對葉片揪樹型根部進行預防性檢查是消除設備隱患、確保機組安全運行的重要手段。
[0003]葉片揪樹型根部在超超臨界發(fā)電機組中大量應用,以某600MW發(fā)電機組汽輪機為例,其低壓轉(zhuǎn)子末二級動葉片均為揪樹型葉根。葉片揪樹型根部結(jié)構(gòu)復雜,應力集中部位較多,缺陷多存在于第一齒弧根部位。目前的現(xiàn)有技術中,對葉片揪樹型根部檢測多采用常規(guī)超聲檢測,常規(guī)超聲檢測主要采用表面波或其它表面探傷方法對葉根兩端表面進行檢測,葉根內(nèi)部幾乎全部處于失檢狀態(tài)。并且,檢測過程中存在干擾因素多的缺點,對檢測人員要求很高,檢測準確性不佳。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型的目的是提供一種汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置,具有良好的聲束可達性,能夠?qū)碗s幾何形狀的葉片揪樹型根部進行全面準確、迅速直觀地成像檢查,解決現(xiàn)有檢測法檢測范圍小、失檢區(qū)域大的問題。
[0005]本實用新型采用下述技術方案:
[0006]一種汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置,包括相控陣換能器和楔塊,所述的相控陣換能器陣元數(shù)目為16-32個,陣元間距為0.陣元寬度為4mm-10mm,多個條形壓電陶瓷晶片陣元平行排列且嵌于相控陣換能器基體內(nèi),入射角范圍為30° -70° ;所述的楔塊縱截面為五邊形,五邊形包括依次連接的頂邊、斜邊、右側(cè)邊、底邊和左側(cè)邊,頂邊和底邊水平設置,左側(cè)邊和右側(cè)邊豎直設置,斜邊與頂邊和右側(cè)邊斜交;頂邊、斜邊、右側(cè)邊、底邊和左側(cè)邊所在的面分別為頂面、斜面、右側(cè)面、底面和左側(cè)面,斜面上設置有相控陣換能器插槽,相控陣換能器插槽底面與楔塊底面的夾角范圍為31°至41° ;楔塊內(nèi)沿聲束方向設置有阻抗橡膠,阻抗橡膠以鋸齒方式與楔塊結(jié)合,楔塊頂面和右側(cè)面設置有螺紋孔,螺紋孔內(nèi)設置有相控陣換能器頂緊螺栓。
[0007]所述的相控陣換能器陣元間隙為0.5mm,陣元數(shù)目為16個,陣元寬度為6mm。
[0008]所述的相控陣換能器插槽底面與楔塊底面的夾角為36°。
[0009]所述的楔塊采用有機玻璃或聚丙乙烯制成,內(nèi)部聲速為2337m/s。
[0010]所述的楔塊底面長度為38.53mm,寬度為16mm。[0011]本實用新型所述的汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置具有良好的聲束可達性,通過使用楔塊改變超聲發(fā)射聲束,使該聲束能進入葉片揪樹型根部內(nèi)部覆蓋所有重點檢測部位能,對復雜幾何形狀的工件進行全面成像檢查,在不移動或少移動探頭的情況下,優(yōu)化控制焦點尺寸、焦區(qū)深度和聲束方向,在檢測速度、范圍、分辨率、信噪比和靈敏度等方面均得到提高,并且成像直觀,缺陷反射回波可迅速準確定位。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型所述相控陣換能器和楔塊組合狀態(tài)示意圖;
[0013]圖2為本實用新型所述楔塊的結(jié)構(gòu)示意圖;
[0014]圖3為直接使用相控陣換能器時聲束覆蓋模擬效果圖;
[0015]圖4為相控陣換能器配合楔塊時聲束覆蓋模擬效果圖。
【具體實施方式】
[0016]如圖1、圖2所示,本實用新型所述的相控陣換能裝置包括相控陣換能器7和楔塊8。所述的相控陣換能器7中 心頻率為5MHz-9MHz,陣元數(shù)目為16-32個,陣元間距為
0.5mm-lmm,陣元寬度為陣元采用條形壓電陶瓷晶片陣元,多個條形壓電陶瓷晶片陣元平行排列且嵌于相控陣換能器7基體內(nèi),入射角范圍為30° -70°,從而保證對揪樹型葉片根部第一、二齒根內(nèi)外弧部位的全覆蓋檢查;所述的楔塊8縱截面為五邊形,五邊形包括依次連接的頂邊、斜邊、右側(cè)邊、底邊和左側(cè)邊,頂邊和底邊水平設置,左側(cè)邊和右側(cè)邊豎直設置,斜邊與頂邊和右側(cè)邊斜交;頂邊、斜邊、右側(cè)邊、底邊和左側(cè)邊所在的面分別為頂面1、斜面2、右側(cè)面3、底面和左側(cè)面,斜面2上設置有相控陣換能器7插槽4,相控陣換能器7插槽4底面與楔塊8底面的夾角范圍為31°至41° ;楔塊8內(nèi)沿聲束方向設置有用于吸收界面反射聲波、減小回波干擾的阻抗橡膠5,阻抗橡膠5以鋸齒方式與楔塊8結(jié)合,楔塊8頂面I和右側(cè)面3設置有螺紋孔6,螺紋孔6內(nèi)設置有相控陣換能器7頂緊螺栓。楔塊8采用有機玻璃或聚丙乙烯制成,內(nèi)部聲速為2337m/s。楔塊8底面長度為38.53mm,寬度為16_。
[0017]由于現(xiàn)有的相控陣換能器7在使用時,無法針對汽輪機葉片揪樹型根部形狀選用合適參數(shù)的探頭,導致聲場分布除了主瓣外還會出現(xiàn)副瓣和較高的旁瓣。柵瓣是產(chǎn)生偽像的主要原因之一,旁瓣的出現(xiàn)一方面降低了主瓣的能量和系統(tǒng)的對比度分辨力,同時可能會造成偽像。由于系統(tǒng)的橫向分辨力主要取決于主瓣的寬度,所以減少主瓣寬度即可提高系統(tǒng)的橫向分辨力,綜上所述,相控陣換能器7的設計主要原則即為最優(yōu)化波束指向性,抑制旁瓣,消除柵瓣。
[0018]相控陣換能器7涉及的主要參數(shù)為:陣元數(shù)量為N,陣元中心間距為d,陣元寬度為a.,中心波長為Λ。
[0019]據(jù)分析可知,增加陣元數(shù)量N,減小波長<4,波束可獲得較好的指向性,同時還可抑制第一級旁瓣幅值,但實際制作中,雖然陣元數(shù)量N越多相控陣形成的聲束性能越好,焦點比較明顯,但會導致電路復雜,成本提高。因此,本實用新型中,陣元數(shù)量N為16。增加陣元間距d可改善波束的指向性,陣元間距d越大聲束性能越好,但陣元間距d過大會出現(xiàn)較多旁瓣,因此需要選擇一個既無有害柵瓣又保持良好波束指向性的最佳陣元間距d??紤]到晶片制作工藝的限制,可以取0.本實用新型中,換能器陣元間隙為0.5mm。增加陣
元寬度《可抑制柵瓣的幅值,且當陣元數(shù)量N較多時,陣元寬度α對旁瓣峰值的影響也很微弱。陣元寬度《越大則主瓣能量越集中,有利于檢測。本實用新型所述換能器取陣元寬度為6mm。
[0020]根據(jù)上述分析過程,本實施例中,相控陣換能器7中心頻率為7.5MHz,取陣元間隙為0.5mm、陣元數(shù)目為16個、陣元寬度為6mm,可以保證聲束指向性良好,聲場分布集中。相控陣換能器7插槽4底面與楔塊8底面的夾角為36°,一方面能夠保證在葉片根部內(nèi)完全為橫波聲場,有效地提高葉片根部裂紋的檢測靈敏度,另一方面通過控制激勵延遲時間,提高對揪樹型葉片根部第一、二齒根內(nèi)外弧部位的聚焦效果,保證對其進行全覆蓋檢查。
[0021]在使用本實用新型進行汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測法時,按照以下步驟執(zhí)行:
[0022]A:選用具備成像功能的相控陣檢測儀與本實用新型所述的相控陣換能器7連接;
[0023]B:在葉片揪樹型根部進汽側(cè)肩臺與出汽側(cè)肩臺部位刷涂耦合劑;
[0024]C:將相控陣換能器7直接放置在葉片揪樹型根部進汽側(cè)肩臺、出汽側(cè)肩臺以及葉身靠近葉片揪樹型根部區(qū)域的內(nèi)弧表面平臺上,激發(fā)橫波,對內(nèi)外弧靠近兩端的區(qū)域和外弧面葉根內(nèi)部區(qū)域進行扇形掃查,扇形掃查的起始角度為-20°至-40°,終止角度為20°至40° ;其中,最佳起始角度為_30°,最佳終止角度為30°。進行扇形掃查時,對多個環(huán)形壓電陶瓷晶片陣元不同時給予脈沖激勵,使施加到各陣元晶片的激勵脈沖存在適當?shù)臅r間差,就可以在一定角度范圍內(nèi)使合成波束發(fā)生偏轉(zhuǎn)。直接使用相控陣換能器7時聲束覆蓋模擬效果圖如圖3所示;
[0025]D:利用相控陣換能器7將步驟C中采集到的反射聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號,送入相控陣檢測儀保存成像,調(diào)取葉片揪樹型根部工件輪廓圖,調(diào)節(jié)工件圖形尺寸,使工件圖形相應位置對應至反射波位置,反射波即可視為實際反射,同時調(diào)整弧面反射波高至滿屏80%,掃差靈敏度為基準反射波增益IOdB ;然后判讀缺陷信息;
[0026]E:將相控陣換能器7插入楔塊8上的相控陣換能器7插槽4內(nèi),并用頂緊螺栓對相控陣換能器7進行定位,相控陣換能器7與楔塊8之間通過耦合劑進行耦合;將楔塊8放置在葉身外弧面與葉根連接處,激發(fā)橫波,對葉根內(nèi)弧中間區(qū)域進行扇形掃查,扇形掃查起始角度設為20°至40°,終止角度設為60°-80° ;其中,最佳起始角度為30°,最佳終止角度為70° ;進行扇形掃查時,對陣元晶片不同時給予脈沖激勵,使施加到各陣元晶片的激勵脈沖存在適當?shù)臅r間差,就可以在一定角度范圍內(nèi)使合成波束發(fā)生偏轉(zhuǎn);相控陣換能器7和楔塊8配合時聲束覆蓋模擬效果圖如圖4所示;
[0027]F:利用相控陣換能器7將步驟C中采集到的反射聲波信號轉(zhuǎn)換成電信號,送入相控陣檢測儀保存成像,調(diào)取葉片揪樹型根部工件輪廓圖,調(diào)節(jié)工件圖形尺寸,使工件圖形相應位置對應至反射波位置,反射波即可視為實際反射,同時調(diào)整弧面反射波高至滿屏80%,掃差靈敏度為基準反射波增益IOdB ;然后判讀缺陷信息;
[0028]G:對受檢葉片揪樹型根部進行質(zhì)量評定并記錄。
【權利要求】
1.一種汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置,其特征在于:包括相控陣換能器和楔塊,所述的相控陣換能器陣元數(shù)目為16-32個,陣元間距為0.陣元寬度為4mm-10mm,多個條形壓電陶瓷晶片陣元平行排列且嵌于相控陣換能器基體內(nèi),入射角范圍為30° -70° ;所述的楔塊縱截面為五邊形,五邊形包括依次連接的頂邊、斜邊、右側(cè)邊、底邊和左側(cè)邊,頂邊和底邊水平設置,左側(cè)邊和右側(cè)邊豎直設置,斜邊與頂邊和右側(cè)邊斜交;頂邊、斜邊、右側(cè)邊、底邊和左側(cè)邊所在的面分別為頂面、斜面、右側(cè)面、底面和左側(cè)面,斜面上設置有相控陣換能器插槽,相控陣換能器插槽底面與楔塊底面的夾角范圍為31°至41° ;楔塊內(nèi)沿聲束方向設置有阻抗橡膠,阻抗橡膠以鋸齒方式與楔塊結(jié)合,楔塊頂面和右側(cè)面設置有螺紋孔,螺紋孔內(nèi)設置有相控陣換能器頂緊螺栓。
2.根據(jù)權利要求1所述的汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置,其特征在于:所述的相控陣換能器陣元間隙為0.5mm,陣元數(shù)目為16個,陣元寬度為6mm。
3.根據(jù)權利要求2所述的汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置,其特征在于:所述的相控陣換能器插槽底面與楔塊底面的夾角為36°。
4.根據(jù)權利要求3所述的汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置,其特征在于:所述的楔塊采用有機玻璃或聚丙乙烯制成,內(nèi)部聲速為2337m/s。
5.根據(jù)權利要求4所述的汽輪機葉片揪樹型根部超聲成像檢測相控陣換能裝置,其特征在于:所述的楔塊底面長度為38.53mm,寬度為16mm。
【文檔編號】G01N29/22GK203798776SQ201320840206
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權日:2013年12月19日
【發(fā)明者】汪毅, 牛保獻, 李亞飛, 劉文生, 賈少威, 江野, 李世銘, 張武能 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河南省電力公司電力科學研究院