一种燃气轮机压气机叶轮叶根槽相控阵超声检测探头的制作方法

1.本发明属于超声检测领域，具体涉及一种燃气轮机压气机叶轮叶根槽相控阵超声检测探头。


背景技术：

2.燃气轮机压气机动叶片是压气机对燃气轮机进口气体做功的主要部件，其作为旋转机械在运行过程中需要承受离心应力、气流冲击力、振动应力等载荷的综合作用。压气机动叶片与压气机转子通过压气机叶轮叶根槽来配合，作为把压气机转子力矩传递到压气机动叶片的关键，压气机叶轮叶根槽不仅承受同等或更大的载荷作用，且由于腐蚀、微动磨损等的存在，工作环境更加恶劣，对压气机叶轮叶根槽健康状态的检测对于确保燃气轮机安全稳定运行尤为重要。
3.在燃气轮机启停过程中，压气机叶轮叶根槽前端(上流侧)和后端(下流侧)的锐角处应力最大，经过一定数量的启停循环后，在压气机叶轮叶根槽底部锐角处可能出现裂纹。
4.随着裂纹的扩展，可能会导致叶根槽之间的叶轮轮缘刚度降低，从而导致压气机动叶片松脱。另外，叶根固持刚性的变化可能会影响到压气机动叶片的频率响应，最终引起叶轮叶根槽磨损、叶片裂纹等高周疲劳损坏。裂纹沿轮缘前、后表面的径向扩展有可能进一步导致压气机叶轮断裂，从而造成机组重大事故。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种燃气轮机压气机叶轮叶根槽相控阵超声检测探头，实现对压气机叶轮叶根槽薄弱区域的原位相控阵超声检测，提前发现可能存在的裂纹等缺陷，确保燃气轮机机组的运行安全。
6.本发明采用如下技术方案来实现的：
7.一种燃气轮机压气机叶轮叶根槽相控阵超声检测探头，包括外壳、背衬、电极引线、晶片、匹配层和楔块；
8.外壳上设置有信号传输接口，通过线缆将相控阵超声探头产生的电信号传输到相控阵超声检测仪；背衬与晶片背面直接接触，用于吸收晶片向背面发射和工件反射回的高幅超声波，同时对晶片有止振作用，降低超声脉冲信号宽度，提高轴向分辨力；电极引线自晶片各阵元的背面引出，并汇集到外壳上的信号传输接口；晶片由多个阵元组成，各阵元均能够独立激发并接收超声波；匹配层与晶片直接接触，作为媒介将晶片发射的超声波传到楔块中；楔块通过螺丝与探头外壳连接，楔块的上表面与匹配层之间填充有耦合剂并直接接触，下表面与待检测工件通过耦合剂直接接触。
9.本发明进一步的改进在于，所述外壳材质为金属，上面加工有螺丝固定孔，用于与楔块通过螺丝连接。
10.本发明进一步的改进在于，所述背衬的声阻抗小于晶片的声阻抗，填充在外壳和晶片背面之间，电极引线从中间穿过。
11.本发明进一步的改进在于，所述晶片的阵列形式为平面线阵列，无自聚焦无曲度，阵元数不小于16，阵元间距、阵元宽度均不大于所发射超声波波长的二分之一。
12.本发明进一步的改进在于，所述晶片发射超声波的中心频率为5mhz-7.5mhz，发射的超声波通过楔块折射为横波进入工件。
13.本发明进一步的改进在于，所述匹配层声阻抗小于晶片的声阻抗，厚度为相控阵超声探头所发射超声波波长的四分之一。
14.本发明进一步的改进在于，所述楔块的材质为聚苯乙烯、聚酰亚胺或有机玻璃，折射角度为40-50
°
，有注水孔、夹持孔和防磨螺钉。
15.本发明进一步的改进在于，所述楔块通过耦合剂与待检测压气机叶轮叶根槽直接耦合。
16.本发明至少具有如下有益的技术效果：
17.本发明提供的一种燃气轮机压气机叶轮叶根槽相控阵超声检测探头，通过对探头类型、阵列类型、阵元间距、楔块材质等进行合理设置，使探头发射的超声波能准确聚焦于裂纹缺陷位置，并能对不同位置和走向的压气机叶轮叶根槽裂纹缺陷全覆盖，实现了对压气机叶轮叶根槽裂纹的有效检测。
附图说明
18.图1为本发明一种燃气轮机压气机叶轮叶根槽相控阵超声检测探头示意图；
19.图2为本发明一种燃气轮机压气机叶轮叶根槽相控阵超声检测示意图。
20.附图标记说明：
21.1-外壳，2-背衬，3-电极引线，4-晶片，5-匹配层，6-楔块，7-相控阵超声检测仪，8-超声波，801-一次波，802-二次波，9-压气机叶轮叶根槽，901-叶根槽锐角处，902-裂纹缺陷。
具体实施方式
22.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
23.参照图1，本发明提供的一种燃气轮机压气机叶轮叶根槽相控阵超声检测探头，包括外壳1、背衬2、电极引线3、晶片4、匹配层5以及楔块6。
24.其中，外壳1上有相应的信号传输接口，可通过线缆将相控阵超声探头产生的电信号传输到相控阵超声检测仪；背衬2与晶片4背面直接接触，可吸收晶片4向背面发射和工件反射回的高幅超声波，同时对晶片有止振作用，降低超声脉冲信号宽度，提高轴向分辨力；电极引线3自晶片4各阵元的背面引出，并汇集到外壳1上的信号传输接口；晶片4由多个阵元组成，各阵元均可独立激发并接收超声波，是相控阵超声探头中最为核心的部分；匹配层5与晶片4直接接触，作为媒介将晶片4发射的超声波传到楔块6中；楔块6通过螺丝与探头外壳1连接，上表面与匹配层5之间填充有耦合剂并直接接触，下表面与待检测工件通过耦合
剂直接接触。
25.外壳1材质为金属，上面加工有螺丝固定孔，用于与楔块6通过螺丝连接。
26.背衬2的声阻抗小于晶片4的声阻抗，填充在外壳和晶片背面之间，电极引线3从中间穿过。
27.晶片4的阵列形式为平面线阵列，无自聚焦无曲度，阵元数不小于16，阵元间距、阵元宽度均不大于所发射超声波波长的二分之一。
28.晶片4发射超声波的中心频率为5mhz-7.5mhz，发射的超声波通过楔块6折射为横波进入工件。
29.匹配层5声阻抗小于晶片4的声阻抗，厚度约为相控阵超声探头所发射超声波波长的四分之一。
30.楔块6的材质为聚苯乙烯、聚酰亚胺和有机玻璃等，折射角度为40-50
°
，有注水孔、夹持孔和防磨螺钉。
31.楔块6通过耦合剂与待检测压气机叶轮叶根槽直接耦合。
32.参照图1、图2，对本发明作进一步的说明：
33.来自相控阵超声检测仪7的激励信号通过电极引线3激发晶片4，晶片4基于压电效应将电能转化为振动的机械能，在晶片4中产生超声波8并通过匹配层5和楔块6传入待检测的压气机叶轮叶根槽9内部。在超声波8扫查到裂纹缺陷902时就会反射超声波8，使其通过楔块6和匹配层5进入晶片4中，基于逆压电效应，晶片4将振动的机械能转化为电能并通过电极引线3将电信号传到相控阵超声检测仪7，实现对裂纹缺陷902波形的显示和识别。
34.需要说明的是，采用扇形扫查方式对压气机叶轮叶根槽9进行检测，扇形扫查的折射角范围在30
°‑
70
°
之间。因此在扇形扫查过程中，通过前后移动探头，超声一次波801和二次波802都能扫查到叶根槽锐角处901，实现对不同位置和走向裂纹缺陷902的检测。
35.上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。