专利名称：汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法及相控阵换能装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种超声成像检测方法及相控阵换能装置，尤其涉及一种汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法及相控阵换能装置。
背景技术：
目前，汽轮机转子叶片作为重要的受监金属部件，除了承受巨大的交变应力和扭矩之外，还要承受高温高速汽体的冲击，叶片菌型根部是叶片与轮缘相连接的部分，为了保证在任何运行条件下叶片都能牢靠地固定在叶轮上，叶片菌型根部埋藏在叶轮内部。若叶片菌型根部存在缺陷而不能及时发现，将会叶片在转动过程中出现飞脱现象，造成严重的生产事故。因此，对叶片菌型根部进行预防性检查是消除设备隐患、确保机组安全运行的重要手段。叶片菌型根部在超超临界发电机组中大量应用，以某600丽发电机组汽轮机为例，其高压转子二级动叶片、中压转子末三级动叶片和低压转子前五级动叶片均为叶片菌型根部。叶片菌型根部的形状如图1所示，其中，Dl为75mm，D2为45. 5mm, D3为17mm，D4为25mm，D5为33. 5mm，夹角A为24. 8°。叶片菌型根部结构复杂，应力集中部位较多，缺陷多存在于菌型齿弧面部位。目前的现有技术中，对叶片菌型根部检测多采用常规超声检测，常规超声检测主要采用纵波、横波的一次脉冲反射法，仅能检测到叶片菌型根部第一齿弧面位置，其余部分几乎全部处于失检状态。并且，检测过程中存在干扰因素多的缺点，对检测人员要求很高，检测准确性不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法及相控阵换能装置，具有良好的声束可达性，能够对复杂几何形状的叶片菌型根部进行全面准确地成像检查。本发明采用下述技术方案一种汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法，包括以下步骤A :选用具备成像功能的相控阵检测仪与相控阵换能器连接，所述的相控阵换能器中心频率为5MHz-10MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为O.阵元长度为8mm-10mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器基体内，偏转角范围为15° -75。；B :在叶片菌型根部进汽侧肩台与出汽侧肩台部位刷涂耦合剂；C :将相控阵换能器固定在第一楔块上，在叶片菌型根部进汽侧肩台和出汽侧肩台对叶片菌型根部进行扇形扫查，以叶片菌型根部的第一槽前侧圆弧面、第一齿后侧圆弧面和第二槽前侧圆弧面的反射回波为特征回波进行定位，所述的第一楔块底部前切割角为24.8° ;将相控阵换能器固定在第二楔块上，在叶片菌型根部出汽侧肩台和出汽侧肩台对叶片菌型根部进行扇形扫查，以叶片菌型根部的第三槽前弧面、第三齿端面和叶片菌型根部端面的反射回波为特征回波进行定位，所述的第二楔块底部后切割角为24.8°，所述的第一楔块和第二楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s ；D :利用相控阵换能器将采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，并判读缺陷信息；E:对受检叶片菌型根部进行质量评定并记录。所述的C步骤中，按照预设的顺序依次激发阵元晶片，形成扇形扫查，扇形扫查起始角度为15° -45°，终止角度为60° -75。。所述的C步骤中，扇形扫查时，扇形扫查起始角度为30°，终止角度为70°。所述的D步骤中，利用相控阵换能器将采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，调取叶片菌型根部工件轮廓图，调节工件图形尺寸，使工件图形相应位置对应至反射波位置，反射波即可视为实际反射，同时调整第一齿弧面反射波高至满屏80%，扫差灵敏度为基准反射波增益10dB，通过最终生产的图像判读缺陷信息。所述的第一楔块和第二楔块顺声束方向设置有消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块和第二楔块本体结合，第一楔块和第二楔块通过螺纹孔与换能器螺栓连接。所述的相控阵检测仪工作频率范围为IMHz-lOMHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8%。所述的相控阵换能器为倒T形，长28mm,宽15mm,高24mm。一种相控阵换能装置，包括相控阵换能器和楔块，所述的相控阵换能器中心频率为5MHz-10MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为O.阵元长度为8mm-10mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器基体内，偏转角范围为15° -75。，所述的楔块包括底部前切割角为24.8°的第一楔块和底部后切割角为24. 8°的第二楔块，第一楔块和第二楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。所述的第一楔块和第二楔块顺声束方向设置有消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块和第二楔块结合，第一楔块和第二楔块通过螺纹孔与换能器螺栓连接。所述的相控阵换能器为倒T形,长28mm,宽15mm,高24mm。本发明采用的超声相控阵检测方法及换能器具有良好的声束可达性，通过使用楔块改变超声发射声束，使该声束能入叶片菌型根部内部覆盖所有重点检测部位能对复杂几何形状的工件进行全面成像检查，在不移动或少移动探头的情况下，优化控制焦点尺寸，焦区深度和声束方向，在检测速度，范围，分辨率，信噪比和灵敏度等方面均得到提高，并且成像直观，缺陷反射回波可迅速准确定位。
图1为叶片菌型根部的结构示意图；图2为本发明所述相控阵换能器的结构示意图；图3、图4为本发明所述第一楔块的结构示意图；图5、图6为本发明所述第二楔块的结构示意图；图7为相控阵换能器配合第一楔块时声束覆盖模拟效果图；图8为相控阵换能器配合第二楔块时声束覆盖模拟效果图。
具体实施例方式本发明所述的汽轮机叶片菌型根部3超声成像检测方法包括以下步骤第一步选用具备成像功能的相控阵检测仪与相控阵换能器I连接，所述的相控阵检测仪工作频率范围为IMHz-lOMHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8% ；所述的相控阵换能器I为倒T形，长28mm，宽15mm，高24mm，相控阵换能器I的中心频率为5MHz-10MHz,阵元数目为16-32个，阵元间距为O.阵元长度为8_-10_，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器I基体内，偏转角范围为15° -75。。第二步在叶片菌型根部3进汽侧肩台与出汽侧肩台部位刷涂耦合剂。第三步将相控阵换能器I通过螺纹孔与第一楔块2固定，按照预设的顺序依次激发阵元晶片，在叶片菌型根部3进汽侧肩台和出汽侧肩台对叶片菌型根部3进行扇形扫查，扇形扫查起始角度为15° -45°，终止角度为60° -75。，最佳角度为起始角度30°，终止角度70° ;扫查时，以叶片菌型根部3的第一槽前侧圆弧面、第一齿后侧圆弧面和第二槽前侧圆弧面的反射回波为特征回波进行定位；将相控阵换能器I通过螺纹孔与第二楔块4固定，按照预设的顺序依次激发阵元晶片，在叶片菌型根部3进汽侧肩台和出汽侧肩台对叶片菌型根部3进行扇形扫查，扇形扫查起始角度为15° -45°，终止角度为60° -75。，最佳角度为起始角度30°，终止角度70° ;扫查时，以叶片菌型根部3的第三槽前弧面、第三齿端面和叶片菌型根部3端面的反射回波为特征回波进行定位。所示的第一楔块2和第二楔块4上设置有与换能器连接的螺纹孔，第一楔块2底部前切割角为24. 8°，第二楔块4底部后切割角为24.8°，第一楔块2和第二楔块4采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s ;第一楔块2和第二楔块4顺声束方向设置有消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块2和第二楔块4本体结合。第四步利用相控阵换能器I将采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，调取叶片菌型根部3工件轮廓图，调节工件图形尺寸，使工件图形相应位置对应至反射波位置，反射波即可视为实际反射，同时调整第一齿弧面反射波高至满屏80%，扫差灵敏度为基准反射波增益10dB，通过最终生产的图像判读缺陷信息。第五步对受检叶片菌型根部3进行质量评定并记录。本发明所述的相控阵换能装置，包括相控阵换能器I和楔块，所述的相控阵换能器I为倒T形，长28mm，宽15mm，高24mm ;相控阵换能器I中心频率为5MHz-10MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为O.阵元长度为8mm-10mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵兀以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器I基体内，偏转角范围为15° -75。，所述的楔块包括底部前切割角为24.8°的第一楔块2和底部后切割角为24. 8°的第二楔块4，第一楔块2和第二楔块4采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。第一楔块2和第二楔块4顺声束方向设置有用于吸收界面反射声波、减小回波干扰的消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块2和第二楔块4结合,第一楔块2和第二楔块4通过螺纹孔与换能器螺栓连接。现有的相控阵换能器I使用时，声场分布除了主瓣外还会出现副瓣和较高的旁瓣。栅瓣是产生伪像的主要原因之一，但旁瓣的出现会降低主瓣的能量和系统的对比度分辨力，同时也可能会造成伪像。由于系统的横向分辨力主要取决于主瓣的宽度，所以减少主瓣宽度即可提高系统的横向分辨力，综上所述，本发明所述相控阵换能器I的设计主要原则即为最优化波束指向性，抑制旁瓣，消除栅瓣。换能器涉及的主要参数为阵元数量为N，阵元中心间距为d，阵元宽度为α，中心波长为入。为更好描述波束指向性起见，引入一个参数Π，其定义为方向锐角与η的比值，公式如下
权利要求
1.一种汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法，其特征在于包括以下步骤 A :选用具备成像功能的相控阵检测仪与相控阵换能器连接，所述的相控阵换能器中心频率为5MHz-10MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为O.阵元长度为8_-10_，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器基体内，偏转角范围为15° -75。； B :在叶片菌型根部进汽侧肩台与出汽侧肩台部位刷涂耦合剂； C :将相控阵换能器固定在第一楔块上，在叶片菌型根部进汽侧肩台和出汽侧肩台对叶片菌型根部进行扇形扫查，以叶片菌型根部的第一槽前侧圆弧面、第一齿后侧圆弧面和第二槽前侧圆弧面的反射回波为特征回波进行定位，所述的第一楔块底部前切割角为24.8° ;将相控阵换能器固定在第二楔块上，在叶片菌型根部出汽侧肩台和出汽侧肩台对叶片菌型根部进行扇形扫查，以叶片菌型根部的第三槽前弧面、第三齿端面和叶片菌型根部端面的反射回波为特征回波进行定位，所述的第二楔块底部后切割角为24.8°，所述的第一楔块和第二楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s ； D :利用相控阵换能器将采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，并判读缺陷信息； E:对受检叶片菌型根部进行质量评定并记录。
2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法，其特征在于所述的C步骤中，按照预设的顺序依次激发阵元晶片，形成扇形扫查，扇形扫查起始角度为15° -45°，终止角度为 60° -75°。
3.根据权利要求1或2所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法，其特征在于所述的C步骤中，扇形扫查时，扇形扫查起始角度为30°，终止角度为70°。
4.根据权利要求3所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法，其特征在于所述的D步骤中，利用相控阵换能器将采集到的反射声波信号转换成电信号，送入相控阵检测仪保存成像，调取叶片菌型根部工件轮廓图，调节工件图形尺寸，使工件图形相应位置对应至反射波位置，反射波即可视为实际反射，同时调整第一齿弧面反射波高至满屏80%，扫差灵敏度为基准反射波增益10dB，通过最终生产的图像判读缺陷信息。
5.根据权利要求4所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法，其特征在于所述的第一楔块和第二楔块顺声束方向设置有消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块和第二楔块本体结合，第一楔块和第二楔块通过螺纹孔与换能器螺栓连接。
6.根据权利要求5所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法，其特征在于所述的相控阵检测仪工作频率范围为IMHz-lOMHz，水平线性误差不大于2%，垂直线性误差不大于8%。
7.根据权利要求6所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法，其特征在于所述的相控阵换能器为倒T形,长28mm,宽15mm,高24mm。
8.一种相控阵换能装置，包括相控阵换能器和楔块，其特征在于所述的相控阵换能器中心频率为5MHz-10MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为O.阵元长度为8mm-10mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器基体内，偏转角范围为15° -75。，所述的楔块包括底部前切割角为24.8°的第一楔块和底部后切割角为24. 8°的第二楔块，第一楔块和第二楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。
9.根据权利要求8所述的相控阵换能装置，其特征在于所述的第一楔块和第二楔块顺声束方向设置有消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块和第二楔块结合，第一楔块和第二楔块通过螺纹孔与换能器螺栓连接。
10.根据权利要求9所述的相控阵换能装置，其特征在于所述的相控阵换能器为倒T形，长28臟，宽15臟，高24臟。
全文摘要
本发明公开了一种汽轮机叶片菌型根部超声成像检测方法和一种相控阵换能装置，本发明采用的超声相控阵检测方法及换能器具有良好的声束可达性，通过使用楔块改变超声发射声束，使该声束能入叶片菌型根部内部覆盖所有重点检测部位能对复杂几何形状的工件进行全面成像检查，在不移动或少移动探头的情况下，优化控制焦点尺寸，焦区深度和声束方向，在检测速度，范围，分辨率，信噪比和灵敏度等方面均得到提高，并且成像直观，缺陷反射回波可迅速准确定位。
文档编号G01N29/06GK103018334SQ20131000776
公开日2013年4月3日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者杨旭, 汪毅, 李世涛 申请人:河南省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司