[發明專利]一種渦輪發動機轉子內部缺陷擴展在線超聲檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 201910304006.0
• 申請日: 2019-04-16
• 公開（公告）號: CN110174464B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 吳英龍;郭小軍;宣海軍;單曉明
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N29/22;G01N29/275
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 鄭海峰

本發明公開了一種渦輪發動機轉子內部缺陷擴展在線超聲檢測裝置及其方法，裝置主要包括探頭安置蓋、超聲檢測子系統、高速滑環、工控機四大部分。其中，相控陣全聚焦探頭和校準用相控陣全聚焦探頭通過螺紋安裝在探頭安置盤上。采用內部缺陷在線超聲檢測技術，實現了在旋轉狀態下進行渦輪發動機轉子內部缺陷在線檢測，克服了需使工件處于靜止狀態、移下試驗系統、拆解后再檢測的問題；壓縮了檢測工作量及對試驗進度的影響；解決了合理制定檢測周期問題；達到高效識別內部缺陷、裂紋及其變化的目的。本專利涉及的發明在渦輪發動機轉子內部缺陷在線檢測方法具有內部缺陷掃查效率高、識別能力強的特點，解決了現有內部缺陷無損檢測技術不足之處。

技術領域

本發明屬于用于指示或測量工件特性的技術領域，具體為一種渦輪發動機轉子內部缺陷擴展在線無損檢測方法。

背景技術

渦輪發動機轉子轉速高、溫度高，安全性要求高；同時渦輪發動機轉子通常含有微裂紋和微孔洞等缺陷，易成為疲勞源源，大幅縮減疲勞壽命，嚴重威脅航空發動機的安全可靠性。因此，需對其內部缺陷及其擴展開展高精度的檢測工作，為渦輪發動機轉子的裂紋擴展研究與損傷容限研究提供支撐。渦輪發動機轉子停機時，內部缺陷造成的裂紋發生閉合，具有檢測信號弱、不易識別的特點。

現有的內部缺陷擴展無損檢測方法主要有射線法、超聲波法。傳統的射線法、超聲波法需讓試驗件停機，移下試驗系統，拆解，進行移位檢測；或讓試驗件保持低速運動、超聲檢測探頭保持靜止；或者讓試驗件保持靜止，通過設置轉動軸帶動探頭旋轉、提升。在用于渦輪發動機轉子時上述方法存在以下問題：移位檢測方式需要拆除工裝，嚴重影響試驗進度，工作量大，進而導致試驗的檢測周期長，輪盤破裂前的檢測過程往往不能發現裂紋，同時，由于檢測時工件不受載，裂紋處于閉合狀態，裂紋檢出率低；試驗件保持低速運動、超聲檢測探頭保持靜止的方式則受限于工裝遮擋渦輪發動機轉子盤心等關鍵部位、中心孔或偏心孔尺寸小，不能觀察到缺陷部位，受限于楔塊與試驗件間存在摩擦、磨損，不能應用于渦輪發動機轉子的旋轉試驗，受限于其轉動方式其只能對輪心部位進行定角度檢測，且很難均勻地給探頭施加壓力保證探頭的良好耦合。因而，對于渦輪發動機轉子內部缺陷，這些方法都或多或少存在掃查效率低、掃查效果差的問題。

發明內容

為解決上述技術背景中提出的渦輪發動機轉子內部缺陷擴展無損檢測效率低、效果差的問題，本發明提供了一種基于在線檢測的超聲波無損檢測方法。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案是：

渦輪發動機轉子內部缺陷擴展在線超聲檢測裝置包括探頭安置蓋、探頭、楔塊、超聲收發儀、高速滑環、工控機、芯軸和高速柔性軸；待測渦輪發動機轉子通過鎖緊螺母緊固，與芯軸、探頭安置蓋、下蓋形成一個整體；所述的探頭安置蓋上開有第一螺栓孔，第一螺栓孔內安放相控陣全聚焦探頭；所述第一螺栓孔靠渦輪發動機轉子端設置第一凹槽，第一凹槽內放置第一楔塊；所述探頭安置蓋在關于第一螺栓孔的對稱位置開有第二螺栓孔，第二螺栓孔內安放校準用相控陣全聚焦探頭，所述第二螺栓孔靠渦輪發動機轉子端設置第二凹槽，第二凹槽內放置第二楔塊；所述相控陣全聚焦探頭和校準用相控陣全聚焦探頭通過螺紋安裝在各自的螺栓孔內；所述第一楔塊和第二楔塊通過探頭安置盤和渦輪發動機轉子的壓緊作用固定；

芯軸中心開設中空安裝部用于安裝和固定超聲收發儀；超聲收發儀通過數據線與相控陣全聚焦探頭相連；芯軸與高速柔性軸同軸安裝，高速柔性軸的端部連接高速滑環；超聲收發儀通過貫穿高速柔性軸的數據線與高速滑環的動環接線端相連，高速滑環的靜環接線端通過導線與工控機相連。

優選的，所述探頭采用頻率大于5MHz、64晶片、耐高速旋轉的線陣或面陣相控陣全聚焦探頭。

優選的，所述高速滑環采用高速滑環引電器，對旋轉狀態下探頭超聲波測試數據進行傳輸；如可以采用CX-24-20000RPM型高速滑環引電器，其滑環通道數為24個；在需要時，也可采用更高通道數的高速滑環引電器。