[發(fā)明專利]用于渦輪機(jī)葉片邊緣缺陷的超聲導(dǎo)波檢測裝置和方法

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• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111678986A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳會明;唐志峰;張夢茹;張鵬飛;楊斌
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州浙達(dá)精益機(jī)電技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/22;G01N29/24;G01N29/44
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種用于渦輪機(jī)葉片邊緣缺陷的超聲導(dǎo)波檢測裝置和方法。兩個超聲導(dǎo)波換能器組合成一組，共有兩組，每組導(dǎo)波換能器分別安裝在渦輪機(jī)葉片的邊緣，每個換能器分時檢測，激勵產(chǎn)生的導(dǎo)波可沿著渦輪葉片的邊緣聚焦并沿著邊緣傳播，當(dāng)遇到缺陷，通過兩組超聲導(dǎo)波換能器接受導(dǎo)波回波實(shí)現(xiàn)渦輪葉片缺陷的檢測與定位。本發(fā)明的檢測方法不僅消除了傳統(tǒng)導(dǎo)波檢測在對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的渦輪機(jī)葉片檢測時的葉片本身的異形結(jié)構(gòu)以及凸起導(dǎo)致信號混雜的現(xiàn)象，提高了葉片檢測的信噪比和可靠性，而且可以通過兩組換能器組合消除檢測盲區(qū)。且使用本發(fā)明的磁致伸縮換能裝置對渦輪葉片的邊緣進(jìn)行檢測時，可實(shí)現(xiàn)在渦輪機(jī)不拆卸情況下的快速檢測，適用性強(qiáng)且操作簡單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種渦輪機(jī)葉片邊緣缺陷無損檢測方法，特別涉及一種基于超聲導(dǎo)波的渦輪葉片邊緣微小型缺陷的檢測裝置和方法，屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

渦輪機(jī)是一種在工業(yè)生產(chǎn)中常用的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，作為動力設(shè)備，發(fā)揮著舉足輕重的作用。而葉片又是渦輪機(jī)的核心部件，主要起著能量交換的作用，所以在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中葉片承受著復(fù)雜的沖擊載荷，容易發(fā)生疲勞破壞和裂紋故障等問題，嚴(yán)重時，裂紋的擴(kuò)展可能會導(dǎo)致葉片的斷裂和脫落，進(jìn)而損壞整個渦輪機(jī)的正常運(yùn)行，導(dǎo)致嚴(yán)重的生產(chǎn)事故，甚至危及人身和財(cái)產(chǎn)安全同時渦輪機(jī)葉片由于其邊緣受到離心力以及應(yīng)力集中，因此大多數(shù)的疲勞裂紋或者損傷裂紋都是從葉片的邊緣開始產(chǎn)生的，然后在渦輪機(jī)在后續(xù)旋轉(zhuǎn)工作的過程中，原本的微小型裂紋極易向外擴(kuò)張形成大裂紋繼而導(dǎo)致斷裂的發(fā)生。因此對渦輪機(jī)葉片進(jìn)行檢測時主要需要對其邊緣進(jìn)行檢測，目前的無損檢測方式主要有超聲檢測和漏磁檢測，但是這些檢測都是“點(diǎn)對點(diǎn)”的檢測，無法對葉片進(jìn)行快速且全面的檢測。同時，渦輪機(jī)的葉片大多外有殼體獲框架結(jié)構(gòu)的保護(hù)，因此傳統(tǒng)的渦輪機(jī)葉片邊緣缺陷檢測方法比如采用超聲波探傷儀對螺旋焊管進(jìn)行逐點(diǎn)檢測時，需要進(jìn)行外殼和框架的一系列輔助工序，并且由于渦輪機(jī)的安裝結(jié)構(gòu)還有可能會存在檢測的盲區(qū)，導(dǎo)致效率低下且費(fèi)用昂貴，難以滿足目前大量渦輪機(jī)無需拆卸的無損檢測需要。此外傳統(tǒng)的渦輪機(jī)葉片檢測方法不具備實(shí)現(xiàn)在線檢測的潛力。

超聲導(dǎo)波技術(shù)是一種長距離大范圍的無損檢測技術(shù)，具有檢測距離遠(yuǎn)，檢測效率高且可以實(shí)現(xiàn)周向掃查等優(yōu)點(diǎn)，近年來在各類結(jié)構(gòu)的無損檢測領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

由于壓電換能器可以激勵出純凈的Lamb導(dǎo)波，所以在以往的平板結(jié)構(gòu)導(dǎo)波檢測研究中，Lamb得到了廣泛的應(yīng)用。但是根據(jù)導(dǎo)波的頻散曲線得知，SH導(dǎo)波在低頻范圍內(nèi)的波速一直保持恒定，因此無頻散現(xiàn)象，使得回波信號的波包和振型更加完整，有利于缺陷的檢出。仿真和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Lamb和SH導(dǎo)波在葉片邊緣被激勵后，激勵的導(dǎo)波信號將會聚焦在邊緣向前傳播，而遇到缺陷后產(chǎn)生的缺陷回波也會聚焦在邊緣向換能器方向傳播。由于此時大量的能量集中在邊緣且被缺陷反射回來，因此對葉片的邊緣檢測將會得到很高的信噪比和靈敏度。對于無法手動安裝換能器的渦輪機(jī)葉片，也可使用設(shè)計(jì)的夾具實(shí)現(xiàn)檢測。

發(fā)明內(nèi)容

為解決背景技術(shù)中存在的問題，針對現(xiàn)有的檢測方法難以對渦輪機(jī)葉片的邊緣微小型缺陷實(shí)現(xiàn)快速有效的檢測，且檢測的結(jié)果會受到葉片上的臺階和凸起等固有結(jié)構(gòu)的影響，本發(fā)明提出了一種使用超聲導(dǎo)波的邊緣微小型缺陷的檢測裝置和方法。

本發(fā)明通過在渦輪葉片的側(cè)邊邊緣激勵出超聲導(dǎo)波，超聲導(dǎo)波的能量將集中在葉片的邊緣，并沿著葉片的邊緣向前傳播，克服了渦輪葉片其他路徑上的本身的結(jié)構(gòu)變化對導(dǎo)波檢測得到干擾，且由于能量的集中現(xiàn)象，大大提高了渦輪機(jī)葉片邊緣微小型缺陷的檢出率和信噪比。且使用該檢測裝置和方法，可以減少外殼框架的剝離，僅需要很小的安裝空間即可實(shí)現(xiàn)檢測，使葉片的檢測更加的方便高效；同時，對于無法手動安裝換能器的渦輪機(jī)葉片，也可以使用設(shè)計(jì)的夾具實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程布置換能器和導(dǎo)波的激勵和接收。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一、一種用于渦輪機(jī)葉片邊緣缺陷的超聲導(dǎo)波檢測裝置：