专利名称：无损检测方法及其装置的制作方法
发明范围本发明总的涉及无损检测方法和装置，尤其涉及用涡流探头检测涡轮盘，尤其是涡轮盘内的槽表面区的方法和装置。
背景技术：
现在已用各种无损检测(NDE)技术对物件进行无损检测。例如，公开的美国专利No.4706020，6426622和6545467所公开的涡轮零件的涡流探头检测法，这些专利所涉及的涡流探头结构、操作、及其应用已列入本文作为参考。一种引人注目的零件是安装叶片的工业燃气涡轮盘。在燃气涡轮的恶劣的工作环境中，处于涡轮区内的涡轮盘的结构完整性是至关重要的，因为涡轮盘要在高温下连续承受高的机械应力。涡轮盘的用于安装叶片的槽(通常是燕尾槽的形状)的区域被认为是可能意外产生裂纹的区域，因此，必需对涡轮盘的这些区域实施监控。在一些涡轮盘的结构中，例如通用电气公司的7FA燃气涡轮的1、2和3级涡轮盘的结构中，叶片和涡轮盘缘的冷却是借助于设置在盘缘附近且被燕尾槽伸入的冷却槽。在涡轮盘的苛刻的工作条件下长期工作，就可能在燕尾槽与冷却槽相交处形成的公共边缘上出现裂纹。为了尽早发现裂纹而避免涡轮盘的灾难性破坏，最好能够检测长度短至60密耳(约1.5mm)甚至更短的裂纹。
虽然涡轮转子可以完全分解而成为单独的涡轮盘，但是检测技术最好仅要求少量分解，以便最大限度地减少停机时间，例如，仅在发电工业所用燃气涡轮的停机时间表的范围内停机。由于在检验时通常要卸去叶片，所以，若仅仅卸去叶片就能检查尾燕槽和冷却槽就最好不过了。然而，进入冷却槽很受限制，使用涡流探头的任何检测技术都一定要解决将探头送到稳定的靠近受检表面之处的困难。
本发明概述本发明提出一种检查涡轮盘的方法和装置，所述涡轮盘具有多个沿其周边分布的可与安装到盘缘的叶片件相匹配的轴向槽和一个与轴向槽相交的环形槽。上述的方法和装置使用至少一个涡流探头，该探头的尺寸和结构使之能安置在环形槽内，以电磁法检查环形槽和轴向槽内表面上是否有裂纹。
本发明的检测装置通常包括一个具有涡流探头的探头组件，所述探头的尺寸和结构使之能安置在环形槽内。探头组件还包括一个用于连接环形槽和轴向槽中的一个的构件，以便在使涡流探头穿过环形槽时，保持涡流探头与环形槽的表面之间有一个固定的距离。检测组件还包括使涡流探头沿涡轮盘圆周方向穿过环形槽以便使涡流探头能按电磁法检查环形槽和至少一个轴向槽的构件。本发明的方法通常包括将一个结构如上面所述的涡流探头置入环形槽内的步骤，探头一旦安置在适当位置，就使它沿涡轮盘的圆周方向穿过环形槽并以电磁法检查环形槽。
涡流探头可以单个地插入环形槽，对环形槽紧邻表面进行检查，或者使互相连接在一起作为一个连续单元的多个涡流探头中的一个穿过环形槽对其表面进行检查。从任何一个实施例都可以看到，本发明提供的方法能够检查带有与环形冷却槽相交的燕尾槽的涡轮盘，特别是检查冷却槽的表面。按照本发明的一个优选实施例，涡流探头的尺寸和结构使之可安置在通过一个燕尾槽的冷却槽内，这样，便可在从燕尾槽卸去叶片后进入到冷却槽进行检查，而不需要进一步分解涡轮盘。
从下面的详细说明将会更加明白本发明的其他目的和优点。
附图简述
图1是本发明第一实施例的涡流探头组件的透视图。
图2和3是两个从图1所示探头组件的不同角度看去的透视图，所述探头组件按照本发明第一实施例置入涡轮盘的冷却槽内检查靠近冷却槽的燕尾槽。
图4是涡轮盘的轴向视图，示出按本发明第一实施例移动图1的探头使之通过冷却槽的机构。
图5和6是本发明第二实施例的涡流探头的侧视图。
图7是涡轮盘的局部轴向视图，示出按本发明第二实施例置于涡轮盘冷却槽内的图5和6所示的探头。
图8是按本发明第三实施例的涡流探头组件的透视图。
图9是图8的探头组件的支承块的平面视图。
图10是涡轮盘的局部轴向视图，示出按本发明第三实施例置于涡轮盘冷却槽内的图8的探头组件。
本发明详细说明图1示出一种按本发明第一实施例的用于对图2和3所示的涡轮盘12进行无损检测(NDE)的涡流探头组件10，该组件10具有一个探头14，在其沿纵向的相对两端分别与缆绳16相连接，所述的缆绳16必须足够地结实以便用于牵拉探头14通过在涡轮盘12的轴向面上形成的环形冷却槽18(见图2和3)。因此，每根缆绳16可以是单股绳、编织绳、或者是导电缆绳，后者也用来与合适的仪器(未示出，它通常包括一种电桥，例如惠斯登电桥)实行电连接。冷却槽18是从径向向内延伸的燕尾槽20而径向向内的，上述的燕尾槽20沿涡轮盘12的圆周隔开分布，这在工业燃气涡轮的涡轮盘中是常见的。而且，每个燕尾槽20的轮廓通常包含与相对的凸齿之轮廓相符的围道曲面，每个燕尾槽20的对称面并不平行于涡轮盘12的轴线，而是呈一定的锐角偏离涡轮盘轴线。上述各图中所示的具体结构是通用电气公司的7FA燃气涡轮的1级涡轮盘的结构，但是，本发明范围也包括其他涡轮盘的结构。燕尾槽20与冷却槽18在它们的径向在内的端部相交，因此，通过冷却槽18的冷却气流可从安装在燕尾槽20内的叶片(示未出)导出热量。
从图2可以清楚地看出，任何通过冷却槽18沿圆周方向施加在缆绳16上的拉力都会产生一个沿径向向内方向向着涡轮盘12的轴线的分力，从而会迫使探头14通过槽18的径向内侧相对的槽口22而脱离冷却槽18。因此，探头组件10需要一个可将探头14支承在冷却槽18内的构件，这种构件(如图2所示)可以是形状如板片52那样的(图2示出其局部)构件，该板片52做成至少可盖住槽22的足以将探头14支承在冷却槽18内的部分。在一个优选实施例中，板片52是圆环形的，其尺寸做成可与形成槽22之一半和冷却槽18的轴向外侧壁28的凸缘26适宜地配合。上述板片52可用各种材料制成，例如厚度约为0.005-0.010英寸(约为127-254微米)的不锈钢片。
如图1和2所示，缆绳16可通过安装在探头14两端上形成的U形环之间的销钉34与探头14相连接。缆绳16除了牵拉探头14通过冷却槽18之外，通过缆绳16施加在探头14上的反向的拉力也可以将探头14稳定地保持在冷却槽18内的适当位置上。为了加强稳定性，最好根据冷却槽18的大小来决定探头14的尺寸，使冷却槽18的侧壁30和28可保持探头14在冷却槽18内的取向，而板片52则可使探头14相对于冷却槽18的径向在外的壁32定位。这样，在检测过程中通过缆绳16使探头14移动时，缆绳16的牵拉和探头14与冷却槽18之间的紧配合便有利于控制探头14的移动。
探头14的本体36用耐用的塑料或金属制成，其优选的材料应是不会擦伤或者说损伤冷却槽18的内壁28、30和32的材料。探头14的尺寸部分地取决于冷却槽18的横截面尺寸和曲率半径。就应用于通用电气公司的7FA燃气涡轮的1级涡轮盘而言，探头14的合适长度约为1.1cm。探头本体36含有一些用来安置检测线圈(未示出)的孔穴38，所述的线圈可以是任何型式的适用于涡流检测的线圈，例如可从Staveley NDT技术公司购得的铁素体屏蔽的探头线圈，其直径约为0.110英寸(约2.8mm)。如上所述，可通过一根或两根电缆16实施检测线圈的电连接。在图1所示的结构中，检测线圈呈交错式二维排列状态。上述检测线圈可按任何合适的方式工作，例如同步地脉动，或多路传输以模拟通过冷却槽18的沿圆周方向的移动。如图3所示那样，使检测线圈在探头本体36内合适地定向，便可用探头14检测冷却槽18的所有内壁28、30和32。图1-4的实施例最好使用标准线圈，这些线圈最好安置在探头14内，当然，将它们在外面安置在一个接线盒(未示出)内也是可以的。
由于通过保持探头与被检表面之间的接触可使涡流探测的电输出信号最强(从而使发射噪音减至最小)，所以最好将探头14偏压至与冷却槽18的外壁32相接触。保持探头14与外壁32之间相接触的另一个优点是可提高探头14的稳定性，从而减小探头14的输出信号中的检测颤动噪音。为了保持上述的接触，图1所示的探头14具有一对可通过弹簧(未示出)或其他机构将探头本体36向外偏压在其上的销钉40，该销钉40对着板片52，从而使销钉40与板片52的面向冷却槽18的表面54之间形成滑动接触。为了使销钉40与板片表面54之间的摩擦减至最小，销钉40可采用硅树脂或热固性基体甲含有石墨的复合材料制成，当然，其他的各种材料也可用作销钉材料。探头本体36的与销钉40相背的表面42要与冷却槽18的外壁32形成紧密的面接触，为此，接触表面42的曲率半径最好大致等于槽外壁32的曲率半径。
在图1-3的实施例中，可用缆绳16牵拉一个或多个探头14通过冷却槽18的整个周长。例如，探头14可通过缆绳16与驱动马达(未示出)相连接，它可藉助于图4所示的支承块56和安装块58穿过两个不同的燕尾槽20。安装块58吊住穿过支承块56并与滑轮62连接的轴60，滑轮62在冷却槽18内的位置靠轴60来调节，使探头14处于最佳的径向位置。用一根缆绳牵拉探头14，同时用另一根通过一个与上述驱动马达相对抗的第二马达来保持缆绳16内的拉力。若采用在运动控制系统中常见的电控装置，例如可从Parker Hannifin公司的计算机分公司购得的装置，便可精确地控制缆绳16中的拉力和探头14通过冷却槽18的速度。通过监控缆绳16的位置，可以检测、记录和监控探头14在冷却槽18内的位置，从而弄清所检测出的任何裂纹在冷却槽18内的什么位置。为此，可用电脑装置遥控探头14的移动，并记录探头14的位置和涡流信号。优选的装置包含可用于控制、运算和分析涡流数据的分析软件，并有合适的显示器。探测作业可以对数组运算或在其子集内单路或多路传输。也可以多通道平行作业。还可预见到，将电池组、机动摩擦驱动器、涡流检测线圈、涡流标准线圈、测量仪器及机上控制器、和遥控通讯的无线接口相组合，便可使单个探头14或多个互相连接的探头14形成完全的遥控作业。
在图5、6和7所示的本发明的第二实施例中，具有一个不需要板片52并省去第一实施例的缆绳16而能遥控地进行检测作业的检测组件110。该检测组件110不采用缆绳而采用图7所示的多个可转动地互相连接的探测片段114，图5和6示出了其中一个。与图1-3的探头14相类似，每个探测片段114的外表面是弧形的，以便可与冷却槽18的弧面相匹配。同样地，探测片段114也装有设置在其侧壁上的空穴138内的检测线圈(未示出)。如同图1-4所示实施例那样，第二实施例最好也使用可设置在探测片段114内或设置在机外的标准线圈。从每个探测片段114的相对侧壁上突起一对凸块140，有助于探测片段114在冷却槽18内沿轴向对准排列。
每个探测片段114的长度、宽度和形状要选择成能使之通过叶片燕尾槽20而安置在冷却槽18上。相邻的探测片段114用销子或夹子134首尾相连地连接在一起。采用这种方法可将任意数目的探测片段114相连接，例如，将足够数目的探测片段114组合起来环绕冷却槽18的整个360°。在由多个探测片段114构成的探头组件110中，可从一些探测片段114中省去检测线圈，从而使这些不起作用的片段114仅用于增强探头组件110的机械稳定性。但是，本发明的范围也包括那些全部探测片段114都装有检测线圈从而是作为有用的涡流探头而工作的装置。将互相连接的探测片段114通过一个燕尾槽20插入冷却槽18内，并藉助于一种通过相邻燕尾槽20插入的标准三叉头柔性夹具夹紧第一个探测片段，以牵拉探测装置110通过冷却槽18。又将一根柔性缆绳(未示出)固定到探头组件110上，帮助该组件110在冷却槽18内定位。所述的缆绳也可用作将组件110与合适的仪器(未示出)实行电连接的导线管。
为了保持每个探测片段114与冷却槽18的外壁32相接触，用支轴144对探测片段114施加径向向外的机械力。如图7所示，在支轴144的下端安装一个轴承支件156，该支件156在探测片段114的在燕尾槽20内露出的那部分的下方伸出来。探测片段114的两凸块140之间的空间提供了一个让轴144可以穿过而到达片段114的径向在内的表面的间隔。通过弹簧148与拧在支轴144上的螺帽150相组合可将支轴144保持着沿径向向外的方向。上述弹簧148被偏压在支承轴152上，该支承块152的轮廓部分154至少与燕尾槽几何轮廓24的一部分相互补，这样就可将支承块152沿轴向插入燕尾槽20，这情况类似于在燕尾槽20安装叶片的情况。弹簧加载的支轴144和支承块152可保证探测片段114与冷却槽18的外壁32相接触，而支件156则以可允许探测片段114沿冷却槽18的圆周方向移动的方式支承着探测片段114。由于有弹簧对支轴144加载，故操作者的手就不用搜索通过冷却槽18的探头组件110，而操作涡流探头组件110的仪器。
从上面所述可以清楚地看出，图5-7所示实施例可以仔细检查冷却槽18的紧接支承探头组件110的燕尾槽20附近的区域。可以在探测片段114上设置轴承而不把轴承固定在轴144上，以便减少探测片段114、支件156与被检表面之间的滑动摩擦。采用基本上与图1-4的实施例所示相同的方法，可以实现检测操作的机动遥控作业。
作为一个对上述实施例的弹簧加载轴144的替代方案，可在一个或多个探测片段114上装设一个弹簧或其他偏压件(未示出)来施加偏压力，为此，可组装一种多段探头组件110而形成一个完整的圈，在此圈内，由一个或多个探测片段114产生的圆周偏压力会使整个组件110沿径向向外膨胀而与冷却槽18的外表面相接触。另一个替代方案是用一个线性作动器来替代一个或多个探测片段114。由于支轴114通过在探测片段114与冷却槽18的一个壁之间由片段114上的凸块140(图7)所形成的间隔而伸出在探测片段114的下方，故上述凸块140会阻碍组装成一个整圈的多段探头组件110的完全圆周移动。因此，为了实现较好的移动，在检测冷却槽18的过程中可视需要而移开凸块140，或者完全去掉凸块140。再一个替代方案是用一个绕杆链轮(未示出)代替上述的凸块，所述的链轮提供支撑，并允许轴144推过链轮。
图8、9和10示出一种较简单的探头组件210，该组件210可用于检查冷却槽18，并可紧紧包围燕尾槽20的安置探头组件210的表面区。探头组件210具有一个安装在轴244上的探头214，在该探头214上形成的空穴238内设置检测线圈，并用导线将检测线圈与安装在轴244的另一端的连接块240相连接。在轴244上拧上一个调节环242，该调节环242可相对于由支承轴252支承探头组件210的燕尾槽20沿径向调节探头214的位置。与第二实施例的支承块152相类似，上述支承块252的轮廓部分254与燕尾槽的一部分几何轮廓24互补，所以，支承块252可沿轴向插入燕尾槽20内。从图9更容看出(图9示出从探头组件210全部分离出来的支承块252)，支承块252是通过将轴244滑移通过在支承块252之一端形成的槽234而装配到轴244上的。上述的槽234沿平行于轴244的方向看去时是大致为T形的，所以，一旦轴244置入槽234内，便可沿槽234的横向凸轮部分256移动。如图10所示，支承块252固定住整个探头组件210，并在相对于冷却槽18和燕尾槽20控制探头214的位置时确立定位基准。
在调节环242与支承块252之间安置一个滑块236，该滑块236由调节环242固定到支承块252上，并在支承块252的上表面上对着凸肩258加工成凸轮。凸肩258设置成与轴线方向呈一个与槽234的凸轮部分256相同的角度，这样，滑动块236和轴244便可沿相同的角度滑动。滑动块236和轴244的上述滑动允许探头214通过冷却槽18的有限的双向扫描。凸轮部分256与凸肩258的角度偏离要适应燕尾槽20相对于涡轮盘12的轴线的角度。在通用电气公司的7FA燃气涡轮的一级涡轮盘中，上述的角度大约为74.5°。
从图8可以看出，安置检测线圈的最上部空穴238与其他的空穴238大约成45°夹角，所以其检测线圈可检测冷却槽的最靠近涡轮盘的径向平面的内圆角。连接块240设置有多个交错排列的用于安置涡流装置的标准线圈的空穴246，所述标准线圈最好像涡流传感器排列一样工作，如同差动探测装置中常见的那样。另一部分是将标准线圈安置在靠近探头组件210的电缆束(未示出)的仪器端处，这样做的好处是减小了电缆束在其连接探头组件210之部位的尺寸。一旦标准线圈安装在其合适的部位，便可通过用薄板盖住线圈来调节标准线圈排列的性能，所述的薄板是用制造涡轮盘相同的合金制成的。标准线圈隐藏在各自的空穴258内时最好与上述薄板隔开一定距离，该距离等于在探头214的检测线圈与正在检查的表面28、30和32之间存在的平均间隙。
虽然上面根据具体实施例阐述了本发明，但是很显然，熟悉本技术的人们可以按其他形式应用本发明。例如，探头组件10、110和210和待检涡轮盘12的具体结构可以不同于上面所示的结构。因此，本发明的范围仅仅受限于下述的权利要求书。
图中标号名称10 探头组件114 涡流探头(片段)12 涡轮盘 134 夹子14 涡流探头138 空穴16 缆绳140 凸块18 环形槽(冷却槽) 144 轴20 轴向槽(燕尾槽) 148 弹簧22 冷却槽开口 150 螺帽24 燕尾槽几何轮廓 152 安装件(支承块)26 凸缘154 轮廓部分28 环形槽壁表面156 支件30 环形槽壁表面210 探头组件32 环形槽壁表面214 涡流探头34 销钉234 槽36 探头本体236 滑块38 空穴238 空穴40 销钉140 连接块42 接触表面242 调节环52 安装件(板片)244 轴54 表面246 空穴56 支承块 252 安装件(支承块)58 安装块 254 轮廓部分60 支承轴 256 凸轮部分62 滑轮258 凸肩110 探头组件
权利要求
1.一种检查涡轮盘(12)的方法，所述的涡轮盘(12)具有一些沿其周边的轴向槽(20)和一条与这些轴向槽(20)相交的环形槽(18)，轴向槽(20)的几何轮廓(24)被做成与装在涡轮盘(12)周边上的一些翼面叶片件相匹配，并将这些翼面叶片件固定在涡轮盘周边上，上述的检查方法包含如下步骤将探头组件(10，110，210)的涡流探头(14，114，124)置入上述的环形槽(18)内，上述探头组件(10，110，210)具有一个安装涡流探头(14，114，214)的安装件(52，152，252)，和一个用于与环形槽(18)和轴向槽(20)中的至少一个相接合的构件(54，154，254)，以便使涡流探头(14，114，214)穿过环形槽(18)时使涡流探头(14，114，214)与环形槽(18)的表面(28，30，32)保持一个固定的距离；和使涡流探头(14，114，214)沿涡轮盘(12)的圆周方向穿过环形槽(18)，并用电磁方法检查环形槽(18)和至少一条轴向槽(20)是否有表面裂纹。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，藉助于穿过环形槽(18)并固定在涡流探头(14，114，214)的相对两端的第一和第二柔性缆绳(16)使涡流探头(14，114，214)穿过环形槽(18)，该步骤包含在保持第二柔性缆绳(16)拉紧的同时，用第一柔性缆绳(16)将涡流探头(14，114，214)拉过环形槽(18)。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，上述的环形槽(18)具有一个环形开口(22)，上述的安装件(52，152，252)具有一个环形构件(52)，该方法还包含如下步骤将环形构件(52)安装在涡轮盘(12)上，用其表面(54)盖住上述的环形开口(22)。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于，还包含下列步骤偏压涡流探头(14，114，214)使其离开环形构件(52)，并将其压向环形槽(18)的对置的表面(32)。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其特征在于，上述的涡流探头(114)是多个互相连接的涡流探头(114)中的一个，在该步骤中，使多个探头(114)中的每一个移过环形槽(18)。
6.根据权利要求5的方法，其特征在于，多个涡流探头(114)互相连接，限定一个延伸到环形槽(18)整个周长的涡流探头(114)的连续环形排列。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，安装件(52，152，252)的接合件(54，154，254)是安装件(152)的一个与任何一条轴向槽(20)的几何轮廓(24)接合的轮廓部分(154)，该置入步骤包含将安装件(152)沿轴向插入一条轴向槽(20)内，使安装件(152)的轮廓部分(154)与一条轴向槽(20)的几何轮廓(24)相接合，该方法还包含将涡流探头(114)向安装件(152)偏压。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其特征在于，安装件(52，152，252)的接合件(54，154，254)是安装件(152，252)的一个与任一条轴向槽(20)的几何轮廓(24)相接合的轮廓部分(154，254)，该置入步骤包含将安装件(152，252)沿轴向插入一条轴向槽(20)内，使安装件(152，252)的轮廓部分(154，254)与该条轴向槽(20)的几何轮廓(24)相接合，该方法还包含将涡流探头(114，214)向安装件(52，152，252)偏压。
9.根据权利要求1-8中任一项的方法，其特征在于，将涡流探头(14，114，214)经一条轴向槽(20)置入环形槽(18)内。
全文摘要
检查涡轮盘(12)的方法和装置，所述涡轮盘(12)沿其周边具有多个可与装在盘缘的叶片件相匹配并将之固定于盘缘上的轴向槽(20)和一个与上述轴向槽(20)相交的环形槽(18)。上述的方法和装置可用一个或多个安置在环形槽(18)内的涡流探头(114)，以电磁法检查环形槽(18)和至少一个轴向槽(20)，看其表面是否有裂纹。上述探头(14，114，214)是探头组件(10，110，210)的一个零件，探头组件还包括一个连接环形槽(18)和轴向槽(20)中的至少一个的安装件(52，152，252)。当探头(14，114，214)穿过环形槽(18)时，探头组件(10，110，210)可以动作以保持探头(14，114，214)与环形槽(18)的表面相隔一个固定的距离。
文档编号G01N27/82GK1800844SQ200510133879
公开日2006年7月12日 申请日期2005年12月22日 优先权日2004年12月22日
发明者J·R·M·维尔特尔 申请人:通用电气公司