一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声聚焦方法与流程

1.本发明属于超声检测领域，具体涉及一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声聚焦方法。


背景技术：

2.燃气轮机各级透平轮盘一般通过周向拉杆螺栓固定在一起，作为透平转子的主体并传递由透平叶片产生的扭矩。拉杆螺栓不仅要承受来自透平转子本身的重力产生的拉力以及预紧力，还要承受运行过程气流冲击力、振动应力等，使拉杆螺栓始终处于较高水平的应力状态。而拉杆螺栓的应力主要由拉杆螺栓螺母与透平轮盘沉孔部位结合面承受，因此造成透平轮盘沉孔部位应力高度集中，特别是拉杆螺栓沉孔的倒圆位置应力状态最为恶劣，容易在透平轮盘沉孔位置产生裂纹等破坏透平轮盘结构完整性的危害性缺陷。
3.对于拉杆螺栓沉孔倒圆处的裂纹，一般优先采用精度更高的相控阵超声检测方法。由于耦合位置受限，相控阵超声探头耦合面只能为透平轮盘外表面。以透平轮盘外表面作为耦合面进行对拉杆螺栓沉孔倒圆处进行扫查时，由于要保证相控阵超声探头声束的聚焦深度始终在拉杆螺栓沉孔倒圆位置处以及入射方向始终在拉杆螺栓沉孔倒圆法向面内以获得最高的检测灵敏度、更高的定量精度，对相控阵超声聚焦方法提出了极高的要求。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是，克服现有聚焦方法中聚焦深度和声束入射方向不能随扫查位置变化而不断调整的不足，提供一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声聚焦方法，提高检测灵敏度和定量精度。
5.本发明采用如下技术方案来实现的：
6.一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声聚焦方法，包括以下步骤：
7.(1)将相控阵超声探头固定在编码式扫查工装上，将相控阵超声探头耦合在透平轮盘外表面，并以拉杆螺栓沉孔中心与透平轮盘中心的连接线所对应的透平轮盘外表面位置为起点；
8.(2)计算相控阵超声探头的聚焦深度和横向偏转角；
9.(3)设置相控阵超声探头不同横向移动距离对应的聚焦深度和横向偏转角，并作为聚焦法则输入相控阵超声检测仪中；
10.(4)沿着透平轮盘外表面周向扫查过程中，扫查速度与聚焦法则的切换速度相匹配，同时根据相控阵超声探头聚焦深度的近场区限制和偏转角度的能量衰减规律，确定相控阵超声探头的横向移动范围。
11.本发明进一步的改进在于，步骤(2)中，通过透平轮盘外表面半径、拉杆螺栓沉孔中心与透平轮盘中心偏心距、相控阵探头的横向移动距离和拉杆螺栓沉孔半径参数，计算获得相控阵超声探头的聚焦深度和横向偏转角。
12.本发明进一步的改进在于，保证相控阵超声探头沿着透平轮盘外表面周向扫查过
程中，相控阵超声探头声束始终聚焦在拉杆螺栓沉孔倒圆处，相控阵超声探头声束始终在拉杆螺栓沉孔倒圆法向面内。
13.本发明进一步的改进在于，考虑到相控阵超声探头的聚焦深度和声束横向偏转角在检测过程中在不断变化，需通过以下计算实时获得每一扫查位置处的相控阵超声探头聚焦深度和横向偏转角：
14.步骤a、计算相控阵超声探头聚焦深度d
[0015][0016]
式中，r为透平轮盘外表面半径，s为拉杆螺栓沉孔中心与透平轮盘中心偏心距，p为相控阵探头横向移动距离，r为拉杆螺栓沉孔半径；
[0017]
步骤b、计算相控阵超声探头声束横向偏转角θ
[0018][0019]
本发明进一步的改进在于，如相控阵超声探头耦合位置在起点右侧，所计算的相控阵超声探头声束偏转角为向左偏转的角度。
[0020]
本发明进一步的改进在于，步骤(3)中，在检测过程中，通过编码式扫查工装记录的相控阵超声探头横向移动距离实时激发相控阵超声检测仪中存储的相应聚焦法则。
[0021]
本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0022]
本发明为减小相控阵超声检测过程中聚焦深度和声束入射方向的变化对检测灵敏度和缺陷定量精度的影响，提出了一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声聚焦方法，确保了相控阵超声探头声束的聚焦深度始终在拉杆螺栓沉孔倒圆位置处以及入射方向始终在拉杆螺栓沉孔倒圆法向面内，提高了检测灵敏度和缺陷定量精度。
附图说明
[0023]
图1为本发明一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声检测装置示意图；
[0024]
图2为本发明一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声聚焦方法计算示意图。
[0025]
附图标记说明：
[0026]
1-相控阵超声检测仪，2-相控阵超声探头，3-编码式扫查工装，4-拉杆螺栓沉孔，5-透平轮盘。
[0027]
图2中各符号：r-透平轮盘外表面半径，s-拉杆螺栓沉孔中心与透平轮盘中心偏心距，p-相控阵探头横向移动距离，r-拉杆螺栓沉孔半径，d-相控阵超声探头聚焦深度，θ-相控阵超声探头声束横向偏转角。
具体实施方式
[0028]
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。
[0029]
如图1所示，燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声检测装置包括相控阵超声检测仪1、相控阵超声探头2、编码式扫查工装3和燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔4。在考虑相控阵超声聚焦方法的前提下计算出各个扫查位置处的聚焦深度d和声束横向偏转角θ，通过相控阵超声检测仪1设置相应的聚焦法则并激励相控阵超声探头2，通过编码式扫查工装3传回的位置信息实时激发相应位置处的聚焦法则实现对拉杆螺栓沉孔4的实时准确聚焦。
[0030]
具体步骤如下：
[0031]
(1)将相控阵超声探头2固定在编码式扫查工装3上，将相控阵超声探头2耦合在透平轮盘外表面，并以拉杆螺栓沉孔4中心与透平轮盘5中心的连接线所对应的透平轮盘5外表面位置为起点；
[0032]
(2)计算相控阵超声探头2的聚焦深度和横向偏转角。通过透平轮盘外表面半径、拉杆螺栓沉孔中心与透平轮盘中心偏心距、相控阵探头的横向移动距离、拉杆螺栓沉孔半径等参数，计算获得相控阵超声探头的聚焦深度和横向偏转角，保证相控阵超声探头沿着透平轮盘外表面周向扫查过程中，相控阵超声探头声束始终聚焦在拉杆螺栓沉孔倒圆处，相控阵超声探头声束始终在拉杆螺栓沉孔倒圆法向面内；
[0033]
考虑到相控阵超声探头2的聚焦深度和声束横向偏转角在检测过程中在不断变化，需通过以下计算实时获得每一扫查位置处的相控阵超声探头2聚焦深度和横向偏转角：
[0034]
步骤a、计算相控阵超声探头聚焦深度d
[0035][0036]
式中，r为透平轮盘外表面半径，s为拉杆螺栓沉孔中心与透平轮盘中心偏心距，p为相控阵探头横向移动距离，r为拉杆螺栓沉孔半径。
[0037]
步骤b、计算相控阵超声探头声束横向偏转角θ
[0038][0039]
应注意，如相控阵超声探头2耦合位置在起点右侧，所计算的相控阵超声探头2声束偏转角为向左偏转的角度；
[0040]
(3)设置相控阵超声探头2不同横向移动距离对应的聚焦深度和横向偏转角，并作为聚焦法则输入相控阵超声检测仪1中。在检测过程中，通过编码式扫查工装3记录的相控阵超声探头2横向移动距离实时激发相控阵超声检测仪1中存储的相应聚焦法则；
[0041]
(4)沿着透平轮盘5外表面周向扫查过程中，扫查速度应与聚焦法则的切换速度相匹配，同时应根据相控阵超声探头2聚焦深度的近场区限制和偏转角度的能量衰减规律，合理确定相控阵超声探头2的横向移动范围。
[0042]
本发明的具体实施例：
[0043]
本发明提供的一种燃气轮机透平轮盘拉杆螺栓沉孔相控阵超声聚焦方法，可提高检测灵敏度和定量精度。以国外某型f级燃气轮机为例，该型燃气轮机透平轮盘外表面半径为800mm，拉杆螺栓沉孔中心与透平轮盘中心偏心距为740mm，拉杆螺栓沉孔半径为50mm。某公司生产的相控阵超声检测仪及相控阵超声探头，相控阵超声检测仪具有扇形扫查和线性
扫查模式，相控阵超声探头为二维矩阵相控阵超声探头，可在纵向和横向两个方向均实现声束聚焦。依据本发明提供的相控阵超声聚焦方法，根据以上参数计算不同扫查位置处的相控阵超声探头聚焦深度和声束横向偏转角。
[0044]
步骤a、计算相控阵超声探头聚焦深度d
[0045][0046]
式中，r＝800mm，s＝740mm，r＝50mm。以透平轮盘外表面起始位置o点为零点，定义此时的相控阵超声探头横向移动距离为0，从零点位置向左扫查时，相控阵超声探头位置与零点之间的弧长为相控阵超声探头横向移动距离p。
[0047]
取不同的横向移动距离，以5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的横向移动距离为例，计算的聚焦深度如表1所示。
[0048]
表1相控阵超声探头聚焦深度
[0049][0050]
步骤b、计算相控阵超声探头声束横向偏转角θ
[0051][0052]
取不同的横向移动距离，以5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm、50mm的横向移动距离为例，计算的声束横向偏转角如表2所示。
[0053]
表2相控阵超声探头声束横向偏转角
[0054][0055]
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因
此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。