CN112285161B - 一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法，包括仿形基座、行程模块、超声枪、红外热像仪、采集系统。其中仿形基座与行程模块的Z轴导轨连接，超声枪和红外热像仪均与行程模块的Y轴连接，内弧面仿形体和背弧面仿形体内部为变截面曲面结构，与动叶片叶身形状完全吻合。该方法包括：安装仿形基座；调节导轨位置，将超声枪与所检叶片接触；给超声枪施加预紧力；启动超声枪和红外热像仪开始检测，采集数据。本发明可在机组临停或检修期间进行压气机叶片原位超声红外热像检测，该装置及方法简单易操作，与叶片结构耦合性好，可实现叶片裂纹缺陷的快速、有效检测，为机组的安全稳定运行提供技术保障。

Description

一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体是一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法。

背景技术

压气机叶片是燃气轮机的核心部件之一，其在服役过程中须经受复杂的循环应力作用，极易在叶身典型部位(如近出气边、叶身与叶根倒圆处、背弧面中部、叶顶等)产生裂纹缺陷，严重影响机组的安全稳定运行。目前，国内已发生过多起因压气机叶片在运行中突然断裂而导致燃气轮机损伤的重大故障。因此，对在役压气机叶片的质量与健康状况的判断，需要通过细致有效的检测来提供技术参考依据。目前，一般采用荧光渗透或超声检测的方法进行压气机叶片叶身检测。荧光渗透对叶身表面清洁度要求较高，检测干扰因素较多，且只能检测表面开口宽度较大的裂纹。超声法具有现场适应性强、检测结果准确度高、重复性好等优点，是压气机叶片叶身检测的优选可靠方法，但在检测叶片叶身和叶根倒圆区域时由于叶根平台倒角回波信号与该区域的裂纹回波信号声程较接近，极易造成该区域裂纹信号的漏检或误判。同时，超声法需要在同一片叶片上进行多道扫查，检测时间较长，效率较低。另外，由于超声检测需通过波形特征来判断叶片是否存在裂纹，其检测技术较复杂，对检测人员的经验水平要求较高且检测结果直观性较差。超声红外热像技术是一种新型无损检测技术，其基本原理是利用高强度超声脉冲激发被测对象内部产生高频振动，引起缺陷区域产生热量并传导至被测对象表面，通过热像仪捕捉到被测对象表面温度场变化以实现缺陷检测。其具有检测速度快、结果直观等优点，尤其对于表面垂直取向的窄间隙裂纹缺陷(如疲劳裂纹)具有非常高的检测灵敏度，非常适合疲劳裂纹高发的燃气轮机压气机叶片的现场快速高效检测。但该技术需使用超声枪对被检对象进行接触式振动激励，因此，使用时需配合使用超声枪固定装置，但目前公开的固定装置基本为实验室使用的台式结构或简易的户外便携式杆状结构，均无法在燃气轮机压气机叶片不拆卸的检修条件下使用，特别是无法用于在机组临停期间不揭缸体的情况下对压气机叶片进行检测。

发明内容

本发明的目的是针对目前相关装置及方法无法用于在压气机叶片不拆卸的现场检修条件下对叶片进行有效可靠的超声红外热像检测的局限性，提供一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法，该装置简单易操作，与叶片结构耦合性好，可在机组临停或检修期间进行压气机叶片原位超声红外热像检测，实现叶片裂纹缺陷的快速、有效检测，为机组的安全稳定运行提供技术保障。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置，包括仿形基座、行程模块、超声枪、红外热像仪和采集系统；

仿形基座包括内弧面仿形体、背弧面仿形体、转轴、螺栓锁扣和吸力磁铁；行程模块包括X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨、第一支架和第二支架；超声枪包括依次连接的耦合体、变辐杆、换能器和预紧器；其中仿形基座与行程模块的Z轴导轨连接，超声枪和红外热像仪分别通过第二支架和第一支架与行程模块的Y轴导轨连接，内弧面仿形体和背弧面仿形体内部为变截面曲面结构，与动叶片叶身形状完全吻合，弧面仿形体和背弧面仿形体通过吸力磁铁设置于所检叶片叶根平台上，弧面仿形体和背弧面仿形体的一端通过转轴连接，另一端通过可拆卸的螺栓锁扣连接；Y轴导轨能够沿着Z轴导轨上下移动，X轴导轨能够沿着Y轴导轨左右移动。

本发明进一步的改进在于，所述螺栓锁扣为内六角螺栓结构。

本发明进一步的改进在于，吸力磁铁为手动旋钮型磁铁。

本发明进一步的改进在于，所述X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨均为T型导轨，表面均设置刻度标记，导轨滑块侧面均设置定位螺栓。

本发明进一步的改进在于，所述第一支架能够更换不同高度支撑杆且顶部设置旋转装置。

本发明进一步的改进在于，所述第二支架为前后双支架结构，或者为单支架双轴旋转结构。

本发明进一步的改进在于，所述耦合体为可更换式结构，表面与所检叶片表面曲面仿形，材质为缓冲式结构。

本发明进一步的改进在于，所述预紧器为液压或螺杆结构，顶部设有压力传感器，能够实时测量所加预紧力的数值。

本发明进一步的改进在于，所述红外热像仪为单台热像仪采集信号，能够在所检叶片的内弧侧设置另外1台热像仪组成双台热像仪采集信号。

一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测方法，该方法基于所述的一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置，包括以下步骤：

第一步：将内弧面仿形体和背弧面仿形体置于所检叶片叶根平台上，拧紧螺栓锁扣，打开吸力磁铁；

第二步：将超声枪置于第二支架上，将红外热像仪置于第一支架上，调节X轴导轨、Y轴导轨、Z轴导轨滑块位置，将超声枪的耦合体置于所需检测部位；

第三步：通过预紧器施加合适的预紧力于超声枪的端部；

第四步：启动超声枪和红外热像仪，超声枪产生高频振动能量并传输于所检叶片上，红外热像仪同步采集叶片表面温度场信息，采集信号同步传输于采集系统，供检测人员分析判断。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法，克服了目前相关装置及方法无法在叶片不拆卸的条件下进行叶片超声红外热像检测的局限性，可在机组临停或检修期间进行压气机叶片原位超声红外热像检测，该装置及方法简单易操作，与叶片结构耦合性好，可实现叶片裂纹缺陷的快速、有效检测，为机组的安全稳定运行提供技术保障。

附图说明

图1是本发明一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法中装置的正视图。

图2是本发明一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法中装置的俯视图。

图3是本发明一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法中装置的安装图。

图4是本发明一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置及方法中第二支架的备选结构图。

附图标记说明：

1、仿形基座，2、行程模块，3、超声枪，4、红外热像仪，5、采集系统；101、内弧面仿形体，102、背弧面仿形体，103、转轴，104、螺栓锁扣，105、吸力磁铁；201、X轴导轨，202、Y轴导轨，203、Z轴导轨，204、第一支架，205、第二支架；301、耦合体，302、变辐杆，303、换能器，304、预紧器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合参照附图，对本发明进一步详细说明。

参照附图1、附图2、附图3和附图4，本发明提供一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置，包括仿形基座1、行程模块2、超声枪3、红外热像仪4、采集系统5。

仿形基座1包括内弧面仿形体101、背弧面仿形体102、转轴103、螺栓锁扣104、吸力磁铁105；行程模块2包括X轴导轨201、Y轴导轨202、Z轴导轨203、第一支架204和第二支架205，三轴导轨设计可实现超声枪3的自由移动，保证所检叶片全叶身任意区域的有效检测；超声枪3包括耦合体301、变辐杆302、换能器303、预紧器304。其中仿形基座1与行程模块2的Z轴导轨203连接，超声枪3和红外热像仪4均与行程模块2的Y轴导轨202连接，内弧面仿形体101和背弧面仿形体102内部为变截面曲面结构，与动叶片叶身形状完全吻合，可保证工装与所检叶片的牢固安装，牢固基座可有效提高超声枪3的能量输入率，同时可避免检测时超声枪3振动导致的工装松动问题。

参照附图1和附图3，提供一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测方法，包括以下步骤：

第一步：将内弧面仿形体101和背弧面仿形体102置于所检叶片叶根平台上，拧紧螺栓锁扣104，打开吸力磁铁105；

第二步：将超声枪3置于第二支架205上，将红外热像仪4置于第一支架204上，调节X轴导轨201、Y轴导轨202、Z轴导轨203滑块位置，将超声枪3的耦合体301置于所需检测部位；

第三步：通过预紧器304施加合适的预紧力于超声枪3的端部；

第四步：启动超声枪3和红外热像仪4，超声枪3产生高频振动能量并传输于所检叶片上，红外热像仪4同步采集叶片表面温度场信息，采集信号同步传输于采集系统5，供检测人员分析判断。

所述螺栓锁扣104为内六角螺栓结构，吸力磁铁105为手动旋钮型磁铁，方便现场检测时工装的快速拆装。

所述X轴导轨201、Y轴导轨202、Z轴导轨203均为T型导轨，表面均设置刻度标记，刻度标记可实现叶片所检测区域的精确定位，有利于制定规范性标准或导则，导轨滑块侧面均设置定位螺栓，用于位置的固定。

所述第一支架204可更换不同高度支撑杆且顶部设置旋转装置，可实现红外热像仪4变换不同高度和角度对叶片表面温度进行采集，保证检测结果可靠性和全面性。

所述第二支架205为前后双支架结构，也可为单支架双轴旋转结构，单支架双轴旋转结构可实现超声枪3与叶片叶身部位的有效贴合，实现超声枪3能量输入的最大化，提高检测灵敏度。

所述耦合体301为可更换式结构，表面与所检叶片表面曲面仿形，材质为缓冲式结构，仿形耦合体设计也可实现超声枪3与叶片叶身部位的有效贴合，实现超声枪3能量输入的最大化，提高检测灵敏度，采用双支架仿形体设计或单支架双轴旋转结构均可达到上述结果。

所述预紧器304为液压或螺杆结构，顶部设有压力传感器，可实时测量所加预紧力的数值，可读压力设计有效克服了超声红外热像检测结果易受耦合力大小影响的缺点，保证检测结果的稳定性和重复性。

所述红外热像仪4为单台热像仪采集信号，也可在所检叶片的内弧侧设置另外1台热像仪组成双台热像仪采集信号，双台热像仪增加了工装的复杂度，但可提高检测结果的可靠性和全面性。

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。

Claims (4)

1.一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置，其特征在于，包括仿形基座(1)、行程模块(2)、超声枪(3)、红外热像仪(4)和采集系统(5)；

仿形基座(1)包括内弧面仿形体(101)、背弧面仿形体(102)、转轴(103)、螺栓锁扣(104)和吸力磁铁(105)；行程模块(2)包括X轴导轨(201)、Y轴导轨(202)、Z轴导轨(203)、第一支架(204)和第二支架(205)；超声枪(3)包括依次连接的耦合体(301)、变辐杆(302)、换能器(303)和预紧器(304)；其中仿形基座(1)与行程模块(2)的Z轴导轨(203)连接，超声枪(3)和红外热像仪(4)分别通过第二支架(205)和第一支架(204)与行程模块(2)的Y轴导轨(202)连接，内弧面仿形体(101)和背弧面仿形体(102)内部为变截面曲面结构，与动叶片叶身形状完全吻合，弧面仿形体(101)和背弧面仿形体(102)通过吸力磁铁设置于所检叶片叶根平台上，弧面仿形体(101)和背弧面仿形体(102)的一端通过转轴(103)连接，另一端通过可拆卸的螺栓锁扣(104)连接；Y轴导轨(202)能够沿着Z轴导轨(203)上下移动，X轴导轨(201)能够沿着Y轴导轨(202)左右移动；

所述X轴导轨(201)、Y轴导轨(202)和Z轴导轨(203)均为T型导轨，表面均设置刻度标记，导轨滑块侧面均设置定位螺栓；

所述第二支架(205)为前后双支架结构，或者为单支架双轴旋转结构；

所述耦合体(301)为可更换式结构，表面与所检叶片表面曲面仿形，材质为缓冲式结构；

所述预紧器(304)为液压或螺杆结构，顶部设有压力传感器，能够实时测量所加预紧力的数值；

所述红外热像仪(4)为单台热像仪采集信号，能够在所检叶片的内弧侧设置另外1台热像仪组成双台热像仪采集信号。

2.根据权利要求1所述的一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置，其特征在于，所述螺栓锁扣(104)为内六角螺栓结构。

3.根据权利要求1所述的一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置，其特征在于，吸力磁铁(105)为手动旋钮型磁铁。

4.一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测方法，其特征在于，该方法基于权利要求1至3中任一项所述的一种燃机压气机叶片原位超声红外热像检测装置，包括以下步骤：

第一步：将内弧面仿形体(101)和背弧面仿形体(102)置于所检叶片叶根平台上，拧紧螺栓锁扣(104)，打开吸力磁铁(105)；

第二步：将超声枪(3)置于第二支架(205)上，将红外热像仪(4)置于第一支架(204)上，调节X轴导轨(201)、Y轴导轨(202)、Z轴导轨(203)滑块位置，将超声枪(3)的耦合体(301)置于所需检测部位；

第三步：通过预紧器(304)施加合适的预紧力于超声枪(3)的端部；

第四步：启动超声枪(3)和红外热像仪(4)，超声枪(3)产生高频振动能量并传输于所检叶片上，红外热像仪(4)同步采集叶片表面温度场信息，采集信号同步传输于采集系统(5)，供检测人员分析判断。