阅读说明：本技术 核电站低压缸红套转子汽轮机叶片叶根超声相控阵全自动检测方法 (Blade root ultrasonic phased array full-automatic detection method for low-pressure cylinder red-jacket rotor steam turbine of nuclear power station ) 是由 陈帅 卢立刚 潘跃 汪缔洪 张欢 崔文辉 杨列堂 陆自立 刘伯欢 王国栋 桑建军 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明涉及核电站低压缸红套转子汽轮机叶片叶根超声相控阵全自动检测方法,其依据不同检测区域确定相控阵探头的设置和行走区域,将相控阵探头设置在所述叶片根部的外弧侧检测所述叶片根部的内弧侧面、将相控阵探头设置在所述叶片根部的内弧侧检测所述叶片根部的外弧侧面、将相控阵探头设置在所述叶片根部出气侧的外弧侧平台检测所述叶片根部出气侧的内弧和外弧侧面、将相控阵探头设置在所述叶片根部进气侧的外弧侧平台检测所述叶片根部进气侧的内孤和外弧侧面。本发明可以在不吊缸和拆装叶片的情况下对叶片根部进行检测,且操作简单,数据判读精确。(The invention relates to a full-automatic ultrasonic phased array detection method for a blade root of a low-pressure cylinder red sleeve rotor steam turbine of a nuclear power station, which determines the setting and walking areas of a phased array probe according to different detection areas, sets the phased array probe on the outer arc side of the blade root to detect the inner arc side surface of the blade root, sets the phased array probe on the inner arc side of the blade root to detect the outer arc side surface of the blade root, sets the phased array probe on an outer arc side platform on the gas outlet side of the blade root to detect the inner arc side surface and the outer arc side surface of the gas outlet side of the blade root, and sets the phased array probe on an outer arc side platform on the gas inlet side of the blade root to detect the inner arc side surface and the outer arc side surface of the gas inlet side of the blade root. The invention can detect the root of the blade under the conditions of not hanging the cylinder and dismounting the blade, and has simple operation and accurate data interpretation.)

核电站低压缸红套转子汽轮机叶片叶根超声相控阵全自动检 测方法

技术领域

本发明涉及核电站低压缸红套转子汽轮机叶片叶根超声相控阵全自动检测方法，属相控阵超声检查技术领域。

背景技术

汽轮机是电厂发电时必不可少的运行设备，由于高速旋转的叶片产生离心力对叶片根部造成应力集中，经过一定年限的运行后，叶片根部容易形成应力疲劳裂纹，且裂纹都在叶片根部的表面产生，这种裂纹危害性极大，当裂纹扩展到一定程度时，叶片容易飞出厂房造成事故，因此叶片根部的裂纹存在重大安全隐患，因此需要对叶片根部进行检测以确保汽轮机安全运行。

现有检测叶片根部的方法有很多种，比如涡流技术、磁粉技术、 渗透技术和常规超声技术等，但是采用这些技术对叶片根部进行检测都需要先吊缸，然后将叶片从转子上一个个拆除下来进行检测，检测完成后还需要再将叶片装到转子上 ，而拆装叶片的时间几乎等于检测叶片的时间，既消耗了大量时间又影响工作效率。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种核电站低压缸红套转子汽轮机叶片叶根超声相控阵全自动检测方法，采用这种方法可以在不吊缸和拆装叶片的情况下对叶片根部进行检测，且操作简单，数据判读精确。

本发明的技术方案是：核电站低压缸红套转子汽轮机叶片叶根超声相控阵全自动检测方法，包括下列步骤：

内弧侧面检测：将相控阵探头设置在所述叶片根部的外弧侧，检测内弧侧面；

外弧侧面检测：将相控阵探头设置在所述叶片根部的内弧侧，检测外弧侧面；

出气侧检测：将相控阵探头设置在所述叶片根部出气侧的外弧侧平台，检测出气侧的内弧侧面和外弧侧面；

进气侧检测：将相控阵探头设置在所述叶片根部进气侧的外弧侧平台，检测进气侧的内弧侧面和外弧侧面。

对所述各部位的检测均采用下列方式；

1) 将相控阵探头安装在扫查器上，所述相控阵探头的检测信号输出端通过相控阵电缆连接超声相控阵检测仪的检测信号输入端；

2) 将所述扫查器置于叶片根部的相应区域；

3) 控制扫查器在叶片根部上的相应区域内行走，随着所述相控阵探头的行走，同时在所述相控阵探头的行走位置上喷水，在行走过程中对所述叶片根部进行扫描检测；

4) 通过所述相控阵电缆将所述相控阵探头的检测数据传递给超声相控阵检测仪，并将所述检测数据保存在所述超声相控阵检测仪中；

5) 将超声相控阵检测仪中的检测数据导入电脑，进行缺陷判读分析；

6) 在各部位的检测完成后，通过电脑汇总各部位的检测数据和分析结果，形成对 所述叶片根部的检测报告。

各检测步骤的检测区域应相互衔接，形成检测区域的完整检测。

各检测步骤的检测区域允许有重叠部分，当重叠部分有不同检测结果时，可以通过人工介入的方式进行判断，确定正确的检测结果，也可以依据不同步骤检测在相应区域的可信度或准确性选取可信度或准确性明显高的结果，也可以以检测有缺陷的结果为重叠区域的检测结果，当重叠区域的两个检测结果均检测有缺陷且存在不同缺陷时，可以将所有不同缺陷均列入检测结果，以便后续进行适当的处理。

对于不同位置的检测，通常应采用与各检测位置相适应的相控阵探头。

可以采用相同的相控阵探头用于内弧侧面检测和外弧侧面检测，用于内弧侧面检测和外弧侧面检测的相控阵探头的内部设有楔块，所述楔块的物理角度为 35°-55°，所述楔块的斜向上表面上均匀设有若干检测用晶片，例如，优选12 个检测用晶片。

可以采用相同的相控阵探头用于进气侧检测和出气侧检测，用于进气侧检测和出气侧检测的相控阵探头的内部均匀设有若干检测用晶片，例如，优选10个检测用晶片。

检测用的设备通常包括相控阵探头，扫查器、驱动控制装置和喷水系统，所述相控阵探头设置在所述扫查器上，所述扫查器依据所述驱动控制装置发出的扫查器运动指令运动，所述相控阵探头依据所述驱动控制装置发出相控阵探头检测指令进行检测，所述喷水系统设有通过管道依次连接的水槽、水泵和喷水装置，通过水泵将水槽内存储的水打入喷水装置，所述喷水装置将水喷射到叶片根部所述相控阵探头的行走位置上。

用于进气侧检测和出气侧检测的扫查器包括运动承载装置和探头固定装置，所述探头固定装置安装在所述运动承载装置的下端，所述相控阵探头安装在所述探头规定装置的下端，所述运动承载装置设置在叶片安装轨道（简称轨道）上，与所述叶片安装轨道移动连接，能够沿所述叶片安装轨道移动。

所述运动承载装置的主体部分可以为运动承载基架，所述运动承载机架上优选设有与所述叶片安装轨道配合的滚轮机构。

所述滚轮机构中至少一个与所述叶片安装轨道滚动配合（以与所述叶片安装轨道的表面接触且相对于叶片安装轨道滚动的连接方式连接）的滚轮上设有旋转编码器，通过这种编码器的输出，就可以计算出所述运动承载装置相对于轨道的滑动情况或数据（例如，移动距离或实时位置），可以据此确定实时检测位置。

所述旋转编码器可以采用任何适宜的现有技术，例如，光栅式编码器。

所述滚轮机构可以包括上滚轮和下滚轮，所述上滚轮和下滚轮的数量均可以为一个，也可以其中一种滚轮（例如，下滚轮或上滚轮）为一个，另一种滚轮（例如，上滚轮或下滚轮）为多个（例如两个）。由于叶片安装轨道带有弯曲，这种滚轮机构的设置能够适应于轨道状况。

所述叶片安装轨道上可以设有与所述上滚轮配合的槽口朝上的上滚轮槽（通常可以设置在轨道的顶面）和与所述下滚轮配合的槽口朝下的下滚轮槽（通常可以设置在轨道的底面），所述上滚轮的下部和下滚轮的上部分别***所述上滚轮槽和下滚轮槽，沿上滚轮槽和下滚轮槽滚动，由此同时实现了运动承载装置与轨道的移动配合、上滚轮与轨道的滚动配合以及运动承载装置在轨道上的防滑脱，也可以进一步设置其他形式的防滑脱结构，例如，后述的夹持竖向轴承。

所述运动承载装置设有能够带动其相对于所述叶片安装导轨移动的运动承载装置驱动机构，所述运动承载装置驱动机构可以采用任意适宜的现有技术，例如，电动机和带（链条）传动机构，电动机（通常可以为减速电动机，优选设有齿轮减速器的直流伺服电动机，下同）以及带（链条）传动机构的各带轮（链轮）（包括主动轮、从动轮及中间的支撑轮）的轴可以与叶片安装轨道固定连接，具体分布方式依据叶片安装轨道的形状、尺寸等，运动承载装置的主体部分与带（链条）传动机构的传动带（链条）固定连接，电动机转动时，通过传动带（链条）带动运动承载装置沿轨道移动；再如，电动机及驱动轮，所述电动机和驱动轮的轴均固定安装在所述运动承载装置上，其中驱动轮与叶片安装轨道滚动摩擦接触（允许驱动轮相对叶片表面滚动且因相对滚动在相互接触面之间产生的相对运动趋势产生摩擦作用力的连接方式连接），依靠驱动轮与轨道表面的摩擦力形成推动运动承载装置运动的力，由此通过电动机带动运动承载装置沿轨道运动。

所述运动承载装置设有与所述叶片安装轨道配合的防滑脱结构，以防止所述运动承载装置从轨道上滑脱，所述防滑脱机构可以采用任意适宜的现有技术，例如，挡在轨道左右两侧的挡板或竖向延伸的凸块；又如，将轨道夹在中间的竖向夹持轴承装置（轴承的旋转轴线为竖向），所述竖向夹持轴承装置的竖向夹持轴承可以分为前后两组或更多组，每组包括左右两个竖向夹持轴承，两竖向夹持轴承将所述叶片安装轨道夹持在中间，同组竖向夹持轴承的安装轴固定安装同一个夹持轴承支架上，所述夹持轴承支架竖向旋转（旋转轴线为竖向）连接在所述运动承载装置的主体部分上，由此当轨道弯曲时，运动承载装置依然能够稳定且精确地移动。

所述探头固定装置的主体部分可以为探头固定基架，所述探头固定基架的上端与所述运动承载基架的下端优选采用轴孔配合的旋转连接方式连接，并设有锁紧（固定）装置，例如，旋接在所述探头固定基架的上端与所述运动承载基架的下端之间的旋转连接轴两端的锁紧螺母，通过旋紧锁紧螺母，就可以将通过轴孔配合方式旋转连接在一起的所述探头固定基架的上端与所述运动承载基架的下端紧固在一起。这种连接方式，允许调整探头固定基架相对于运动承载基架的角度，以更好地适应于与探头接触的曲面形状。

所述探头的主体部位为探头基架。当采用相控阵探头时，用于组成相控阵的检测用晶片安装在所述探头基架上。

所述探头基架的上端与所述探头固定基架的下端优选采用轴孔配合的旋转连接方式连接，并设有或者不设有锁紧（固定）装置。用于轴孔配合的锁紧装置可以采用任意适宜的现有技术，例如，旋接在所述探头基架的上端与所述探头固定基架的下端之间的旋转连接轴两端的锁紧螺母，通过旋紧锁紧螺母，就可以将通过轴孔配合方式旋转连接在一起的所述探头基架的上端与所述探头固定基架的下端紧固在一起。这种连接方式，允许调整探头基架相对于探头固定基架的角度，以更好地适应于与探头接触的曲面形状。

所述探头基架的上端与所述探头固定基架的下端之间还可以设有将探头推向叶片表面的弹簧推力机构，例如，弹簧推力机构包括套设在所述探头基架的上端与所述探头固定基架的下端之间的旋转连接轴上的螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的一端向外延伸压在或固定在探头固定基架上，另一端向外延伸压在或固定在所述探头基架上，所述螺旋弹簧优选设有预应力（例如，反向扭转产生的弹性力）， 预应力方向为将探头推向叶片表面的方向，适当选择螺旋弹簧的弹力，使得在检测过程中，探头始终与叶片表面保持接触。当设有锁紧装置时，当需要弹簧推力机构发挥作用时，应松开锁紧装置或适当降低锁紧装置的锁紧力度，避免因所述探头基架的上端与所述探头固定基架的下端被锁紧而妨碍弹簧推力机构的作用。

通常，所述弹簧推力机构的螺旋弹簧的数量可以为两个，分别套设在旋转连接轴的左右两侧，且镜像对称设置，由此保证左右两侧弹簧力的均衡。在此情形下，所述探头基架的上端与所述探头固定基架的下端中，一个的连接部位位于左右两个螺旋弹簧的中间，另一个的连接部位分为两部分，分别位于螺旋弹簧的左右外侧（左螺旋弹簧的左侧和右螺旋弹簧的右侧）。

在实际应用中，首先将适宜的叶片安装轨道安装在叶片叶身上，然后将运动承载装置安装在叶片安装轨道上，接着将相控阵探头固定装置安装于运动承载装置的下端面，将相控阵探头通过紧固螺丝安装在相控阵探头固定装置上后，探头便可以贴合于汽轮机叶身部位，实现汽轮机叶片外弧齿根的相控阵检测任务。

本发明的有益效果是：根据不同检测区域设置不同的相控阵探头位置或行走区域，能够有效地进行叶片根部各区域的检测，不仅使检测得以实现，而且还能够获得精确、可靠的检测数据。同时，还开发出能够有效应用于进气侧和出气侧检测的专用扫查器，克服了现有扫查器难以适应于这些特殊区域检测的问题，通过叶片安装轨道引导运动承载装置沿所需路线运动，适应于叶片根部的特殊外形，保证了扫查器行走轨迹的准确性；通过弹簧机构向探头固定装置施以将探头的探测面推向叶片表面的适宜大小的弹簧力，保持相控阵探头在移动过程中耦合的状态；通过运动承载装置的滚轮（滚动轴承）在轨道上运动，提供了有效的移动信号，通过设置记录滚轮转动的编码器采集到的滚轮转动信号，就可以计算出运动承载装置的运动状态特别是在叶片安装轨道上的移动距离，保证相控阵数据的编码记录。

采用本发明进行叶片根部的检测，可以在不吊缸不拆除叶片的基础上完成任务，且操作简单，数据判读精确，明显减少设备停运时间，提高经济效益；通过驱动控制装置对扫查器和相控阵探头的控制可以实现自动检测，使检测过程更加简沽，检测结果更加精确。

附图说明

图1为本发明涉及的用于进气侧和出气侧检测的专用扫查器的正视示意图；

图2为本发明涉及的用于进气侧和出气侧检测的专用扫查器的背视示意图图；

图3为本发明涉及的用于进气侧和出气侧检测的专用扫查器检测方式的示意图。

具体实施方式

本发明依据不同检测区域确定相控阵探头的设置和行走区域，具体为：将相控阵探头设置在所述叶片根部的外弧侧检测所述叶片根部的内弧侧面、将相控阵探头设置在所述叶片根部的内弧侧检测所述叶片根部的外弧侧面、将相控阵探头设置在所述叶片根部出气侧的外弧侧平台检测所述叶片根部出气侧的内弧和外弧侧面、将相控阵探头设置在所述叶片根部进气侧的外弧侧平台检测所述叶片根部进气侧的内孤和外弧侧面。

检测采用的设备可以包括扫查器、相控阵探头、超声相控阵检测仪、驱动控制装置、水泵和水槽，所述相控阵探头可以采用适宜的现有技术安装在所述扫查器上，所述相控阵探头的检测信号输出端可以直接通过相控阵电缆连接所述超声相控阵检测仪的检测信号输入端，所述超声相控阵检测仪内存储有对应于检测所述叶片根部不同位置的设置文件，所述设置文件包括设定及修改所述相控阵探头在所述叶片根部上的行走位置、行走距离及检测范围的程序和将所述相控阵探头检测的所述叶片根部的不同部位的检测数据导入所述超声相控阵检测仪的程序，以便在所述相控阵探头对所述叶片根部进行检测时，设定检测位置、距离和范围及将检测数据导入所述超声相控阵检测仪中，所述驱动控制装置的控制信号输出端可以通过控制电缆连接所述扫查器的控制信号输入端，所述驱动控制装置按照发出的指令控制所述扫查器进行相应运动和所述相控阵探头进行相应的检测 。所述水槽用于存储水，可以通过水管与所述水泵的进水端连接，所述水泵的出水端可以通过水管连接所述相控阵探头，所述水泵的控制信号输入端通过水泵控制电缆连接所述驱动控制装置的水泵控制信号输出端，检测时，可以通过所述驱动控制装置发送所述水泵控制指令，所述驱动装置根据控制指令控制所述水泵的工作，通过连接在相控阵探头上的水管出水端向所述相控阵探头的行走位置喷水，便于检测时耦合。

为便于检测和使检测数据更加精确，对于所述叶片根部的不同位置的检测采用不同的与各检测位置对应的相控阵探头。

对所述叶片根部的内弧侧面和外弧侧面进行检测时，可以采用相同的相控阵探头，所述相控阵探头内部可以设有楔块，所述楔块的物理角度可以为 33°-55°，优选采用40.8°，所述模块的斜向上表面上可以均匀设有12 个检测用晶片，其中垂直方向上位置最低的晶片距所述楔块的底面的距离可以为2mm ，距所述楔块前沿的距离可以为11.73mrn ，所述各晶片的中心间距可以为0 .5mrn ，各晶片之间的间隙可以为0.1mm ，所述12 个晶片的总宽度可以为5mm ，总长度可以为5.9mrn ，所述相控阵探头的工作频率可以为3-5MHz。

对所述叶片根部的出气侧内外弧侧面和进气侧内外弧侧面进行检测时，可以采用相同的相控阵探头，所述相控阵探头的内部可以设有楔块，所述楔块的物理角度可以为35°-55°，优选采用36.2°，所述楔块的斜向上表面上可以均匀设有10个检测用晶片，其中垂直方向上位置最低的晶片距所述楔块的底面的距离可以为1.3mrn ，距所述楔块前沿的距离可以为7.88mm，所述各晶片的中心间距可以为0.5mm，各晶片之间的间距可以为0.1lmm ，所述 10个晶片的总宽度可以为5mrn，总长度可以为4.9mm，所述相控阵探头的工作频率可以为3-5MHz；

为便于对所述叶片根部进行检测，所述各相控阵探头的大小尺寸可以制作成相对于普通检测用探头略小一些。

对于所述叶片根部的各部位的检测均可以采用下列步骤：

1) 将相控阵探头安装在所述扫查器上，所述相控阵探头的检测信号输出端通过相控阵电缆直接连接超声相控阵检测仪的检测信号输入端，在所述超声相控阵检测仪内调用或设置对应于待检测部位的设置文件：

2) 将所述扫查器置于所述叶片根部上与所述相控阵探头的待检测位置相对应的区域；

3) 控制所述扫查器在所述叶片根部上的相应区域内行走，同时随着所述相控阵探头的行走，在所述相控阵探头的行走位置上喷水，在行走过程中对所述叶片根部进行扫描检测，可以通过驱动控制装置控制所述水泵喷水，也可以采用其它适宜的方式喷水；

4) 通过所述相控阵电缆将所述相控阵探头的检测数据传递给所述超声相控阵检测仪，并将所述检测数据保存在所述超声相控阵检测仪中；

5) 将所述超声相控阵检测仪中的检测数据导入电脑，进行缺陷判读分析，对检测数据的缺陷判读分析可以使用相控阵分析软件，也可以使用其它适宜的软件；

6) 在所述各部位的检测完成后，可以通过电脑汇总各部位的检测数据和分析结果，形成对所述叶片根部的检测报告。

当对所述叶片根部的内弧侧面进行检测时，可以将与检测所述叶片根部的内弧侧面对应的所述相控阵探头安装在所述扫查器上，其它检测设备适宜连接，调用所述超声相控阵检测仪内存储的检测所述叶片根部的内弧侧面的设置文件，可以将所述扫查器设置在所述叶片根部的外弧侧叶身上，通过所述驱动控制装置控制所述扫查器行走和所述水泵向所述相控阵探头的行走位置上喷水，对所述叶片根部的内弧侧面进行检测 。

当对所述叶片根部的外弧侧面进行检测时，可以将与检测所述叶片根部的外弧侧面对应的所述相控阵探头安装在所述扫查器上，其它检测设备适宜连接，调用所述超声相控阵检测仪内存储的检测所述叶片根部的外弧侧面的设置文件，可以将所述扫查器设置在所述叶片根部的内弧侧叶身上，通过所述驱动控制装置控制所述扫查器行走和所述水泵向所述相控阵探头的行走位置上喷水，对所述叶片根部的外弧侧面进行检测 。

当对所述叶片根部出气侧的内外弧侧面进行检测时，可以将与检测所述叶片根部出气侧的内外弧侧面对应的所述相控阵探头安装在所述扫查器上，其它检测设备适宜连接，调用所述超声相控阵检测仪内存储的检测所述叶片根部出气侧的内外孤侧面的设置文件，可以将所述扫查器通过平台导向装置设置在所述叶片根部出气侧的外弧侧平台上，通过所述驱动控制装置控制所述扫查器行走和所述水泵向所述相控阵探头的行走位置上喷水，对所述叶片根部出气侧的内外弧侧面进行检测。

当对所述叶片根部进气侧的内外弧侧面进行检测时，可以将与检测所述叶片根部进气侧的内弧侧面对应的所述相控阵探头安装在所述扫查器上，其它检测设备适宜连接，调用所述超声相控阵检测仪内存储的检测所述 叶片根部出气侧的内外孤侧面的设置文件，可以将所述扫查器通过平台导向装置设置在所述叶片根部出气侧的外弧侧平台上，通过所述驱动控制装置控制所述扫查器行走和所述水泵向所述相控阵探头的行走位置上喷水，对所述叶片根部进气侧的内外弧侧面进行检测。

图1-3给出了用于进气侧和出气侧检测的专用扫查器的示例，这种扫查器设有叶片安装轨道1，包括能够叶片安装轨道1上移动的运动承载装置2。在运动承载装置2的下端面安装相控阵探头固定装置3，相控阵探头固定装置3从运动承载装置2下部伸出，使得相控阵探头贴合于叶身表面。

在运动承载装置2和相控阵探头固定装置3之间设置了用于调整探头贴合紧密长度的弹簧结构4。在实际应用中，通过弹簧结构4可使得相控阵探头7紧密的贴合汽轮机叶身表面，从而实现保证探头良好耦合的目的，通过弹簧结构4，相控则探头7能够更好的适应汽轮机叶身表面结构的变，增强了实用性。同时，为了保证相控阵探头移动过程中的稳定性，在叶片安装轨道1和运动承载装置2之间加入了轴承结构5，使得相控阵探头在移动中能够更稳定，以保证其工作性能。

在实际应用中，首先将叶片安装轨道1安装在汽轮机叶片6上，然后通过轴承结构5将运动承载装置2安装在叶片安装轨道1上，接着将已经安装好相控阵探头的相控阵探头固定装置3固定在运动承载装置2下端，使相控阵探头7能够贴合汽轮机叶身6执行汽轮机原位检测任务。

以上实施例仅是对本发明优选实施方式进行的描述，并非对本发明请求保护范围进行的限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域工程技术人员依据本发明的技术方案做出的各种形式的变形，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

本说明书所称轴孔配合的旋转连接方式是指相互连接的两个件中，一个件与旋转连接轴固定连接，另一个件通过其上开设的孔（通孔和/或盲孔）套在旋转连接轴上，与旋转连接轴旋转配合，可以设有用于进行旋转配合的轴承，也可以不设置轴承。

本说明书所称前、后、左、右、上、下等方位词只是根据附图进行的描述，以便于理解，并非对本发明的技术方案以及请求保护范围进行的限制。

本发明公开的各优选和可选的技术手段，除特别说明外及一个优选或可选技术手段为另一技术手段的进一步限定外，均可以任意组合，形成若干不同的技术方案。