CN1680811A - 用于自动涡轮部件探伤的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

在典型实施例中，一种探伤系统(40)包括至少两个彼此间隔分开的基座构件(42)、安装在每一个基座构件上的支撑臂(48)、由支撑臂支撑并且在支撑臂之间延伸的线性轨道(52)，以及连接到线性轨道的传送构件(58)。传送构件可沿线性轨道移动。系统还包括可枢转地连接到传送构件上的换能器支撑臂(82)，以及连接到换能器支撑臂的换能器组件(88)。

Description

用于自动涡轮部件探伤的设备和方法
技术领域
本发明整体涉及自动的超声波和涡电流探伤系统，更具体地说，涉及涡轮和发电机转子及轮的自动探伤系统。
背景技术
多年来一直用转子锻件以及相关部件的人工探伤来探伤锻件内的裂纹。因为人工超声波和涡电流测试的难度和不准确性，通常在转子上进行两次单独的人工测试来增加探伤的可靠性。
转子锻件的人工超声波探伤包括从转子锻件周边指向锻件中心的径向测试。探伤员观测超声波测试仪器，以寻找反射物。操作员随后使反射物达到峰值并且记录其位置和幅度。由于瞬间的分心、错误的设置以及单调和厌烦，粗心的探伤员容易遗漏指示。
在一些实例中，使用半自动系统来探伤转子锻件。此系统捕获探伤波形，并且允许探伤员识别位于转子内的可能裂纹指示。探伤员随后回到识别的区域，并进行人工超声波探伤来确认裂纹指示，以及确定指示的峰值幅度。峰值幅度用于确定内嵌裂纹的尺寸。半自动系统需要人工检验来核实缺陷幅度和位置。
发明内容
一方面，提供了一种探伤系统。探伤系统包括至少两个彼此间隔的基座构件、安装在每一个基座构件上的支撑臂、由支撑臂支撑并且在支撑臂之间延伸的线性轨道、以及连接到线性轨道的传送构件。传送构件可沿线性轨道移动。探伤系统还包括可枢转地连接到传送构件上的换能器支撑臂，以及连接到换能器支撑臂的换能器组件。
另一方面，提供一种探伤金属物件的探伤系统。探伤系统包括基座构件、安装到基座构件的支撑臂、安装到支撑臂的线性轨道、以及连接到线性轨道的传送构件。传送构件可沿线性轨道移动。探伤系统还包括可枢转地连接到传送构件上的换能器支撑臂，以及连接到换能器支撑臂的换能器组件。
另一方面，提供一种探伤金属物件的方法。该方法包括邻近金属物件放置探伤设备，以及利用探伤设备来探伤金属物件。探伤设备包括至少两个彼此间隔的基座构件、安装在每一个基座构件上的支撑臂、由支撑臂支撑并且在支撑臂之间延伸的具有第一侧面和第二侧面的线性轨道、连接到线性轨道并且可沿线性轨道移动的传送构件、可枢转地连接到传送构件上的换能器支撑臂、以及连接到换能器支撑臂的换能器组件。
附图说明
图1是一个示范蒸汽涡轮的部分剖视的透视图。
图2是根据本发明示范实施例的探伤系统的正视图。
图3是图2中显示的探伤系统的侧视图。
图4是图2中显示的探伤系统和板形锻件的顶部示意图。
图5是图2中显示的探伤系统和盘形锻件的侧面示意图。
具体实施方式
一种用于金属物件的超声波和/或涡电流探伤的自动探伤系统，金属物件如以下详细描述的涡轮锻件。此系统是便携式的，可以移动到各种位置，用于转子、轮、或盘形锻件的探伤。探伤系统能够被动地监测平移和旋转运动，并且能够在盘形、空心圆柱体、实心圆柱体和/或板形锻件上使用。被动的位置监测允许使用现有的部件处理设备，例如车床、镗床和相对于测试部件的探头运动的X-Y运动系统。对于圆柱体或盘形锻件，使用现有部件处理设备来相对于探头移动部件，以便部件表面上的探头路径依据锻件形状呈现螺旋状或螺线形模式。同时，对于任何特殊的机械加工设备，运动控制源的被动监测允许探伤系统在各种没有特定构造的机器上使用。以下相对于蒸汽涡轮转子锻件对系统进行描述，然而，相对于燃气涡轮、发电机和其他旋转机器的锻件，也可以使用此系统。
参考附图，图1是示范蒸汽涡轮10的部分剖视的透视图，蒸汽涡轮包含转子12，转子包括轴14和若干涡轮级16。涡轮转子12包括若干轴向间隔的转子轮18。在一典型实施例中，转子轮18由加工成所需形状的锻件构成。若干叶片20机械地连接到每一个转子轮18上。更准确地说，叶片20排列成行，围绕每一个转子轮18圆周向延伸。若干固定喷嘴22围绕轴14圆周向延伸，并且在叶片20的相邻行之间轴向定位。喷嘴22配合叶片20形成每个涡轮级16，并且限定了部分通过涡轮10的蒸汽流路径。轴14由若干轴承23和24支撑和引导旋转。
运转中，蒸汽25进入涡轮10的入口26，并且导入通过喷嘴22。喷嘴22引导蒸汽25下行，对准叶片20。蒸汽25经过其余级16，在叶片20上施加力，这导致转子12旋转。至少涡轮10的一端可以远离转子12轴向延伸，并且可以接附到负载或机器(未示出)，例如但不限于发电机和/或另一个涡轮。因此，大的蒸汽涡轮设备实际可以包括几个涡轮，这些涡轮全部共轴地连接到同一轴14上。例如，这样的设备可包括连接到中压(IP)涡轮的高压(HP)涡轮，中压涡轮连接到低压(LP)涡轮。在一个实施例中，蒸汽涡轮10是从纽约州Schenectady的General Electric Power Systems市场上可得到的。
图2是自动探伤系统40的典型实施例的正视图，而图3是探伤系统40的侧视图。参考图2和3，探伤系统40包括彼此间隔的基座构件42。每一个基座构件42包括可调的支撑脚44和支撑梁46，支撑梁连接到支撑脚44上并且在支撑脚44之间延伸。支撑臂48通过托架50安装到支撑梁46上，托架允许支撑臂48枢动到存储位置51，以便运送，存储位置在图2中用虚线表示。线性轨道52在支撑臂48之间延伸，并且安装到支撑臂48的端部54上。线性轨道52由首尾相连的线性轨道段56构成。
传送构件58连接到线性轨道52上，并且可沿轨道52移动。传送构件58包括与接附在轨道52上的齿条62尺寸匹配的直齿轮60。驱动马达64位于传送构件外壳66内，并且可操作地连接到直齿轮60上。引导滚子68和70从传送构件58的基座部分72延伸。引导滚子68定位成与轨道52的第一侧面74接合；引导滚子70定位成与轨道52的第二侧面76接合。引导滚子68和70成形为分别骑在轨道52的第一和第二侧面74和76的凹槽78和80中。当直齿轮60开始驱动传送构件58时，引导滚子68和70允许传送构件58沿轨道52移动。在可替代实施例中，传送构件58包括沿轨道52运动的其他装置，例如驱动链、驱动缆索以及一个或多个驱动轮。
换能器支撑臂82通过转环86连接到传送构件58的顶部84上。换能器组件88连接到换能器支撑臂82上。换能器组件88包括在第一端92处连接到换能器支撑臂82上的接附构件90。支撑轮94连接到接附构件90的第二端96上。链环臂98也接附到接附构件90的第二端96上。换能器保持器100彼此连接，同时也与链环臂98连接。在每一个换能器保持器100内安装超声波换能器探头102。在另一个实施例中，在每一个保持器100内安装涡电流探头。换能器保持器100首尾相连放置，并且彼此可枢转地连接，从而允许对各种形状和尺寸的锻件进行探伤。
为了探伤转子锻件104，邻近锻件104放置探伤系统40。更明确地说，基座构件42放置在地106上，并且通过调节支撑脚44达到水平状态。线性轨道52安装在接附在每一个基座42上的支撑臂48上。传送构件58位于轨道52上，使得直齿轮60与齿条62配合以及引导滚子68和70与轨道52的凹槽78和80接合。线性轨道52定向在需要的超声波探头102的运动轴线上。传送构件58沿轨道52移动，并且移入邻近锻件104的位置，以便靠近锻件104定位换能器支撑臂88，并且超声波换能器探头102和轮94接触到锻件104的表面。当探头102扫描锻件104时，使用现有锻件处理设备(未示出)来转动转子锻件104。通过数据采集系统(未示出)收集扫描数据。当第一位置传感器106确定检查完了锻件104的完全旋转时，沿轨道52移动传送构件58，从而使超声波换能器探头102复位，以便扫描锻件104的相邻部分。第二位置传感器108监控传送构件58沿线性轨道52的线性运动。重复这些步骤直至探伤完全部体积的锻件104。在可替换实施例中，使用涡电流探头来探伤锻件104，而不是用超声波换能器探头。
图4是探伤板形锻件110的探伤系统40的顶部示意图。为了探伤板形锻件110，靠近锻件110放置探伤系统40。线性轨道52定向在需要的超声波探头102的运动轴线上。传送构件58沿轨道52移动并且移入邻近锻件110的位置，以便靠近锻件110放置换能器支撑臂88，超声波换能器探头102接触到锻件110的表面。当探头102扫描锻件110时，使用现有锻件处理设备(未示出)沿X轴移动锻件110。通过数据采集系统(未示出)收集扫描数据。当第一位置传感器106确定探头102已经横过锻件110时，沿轨道52在Y轴上移动传送构件58，从而使超声波换能器探头102复位，以便扫描锻件110的相邻部分。第二位置传感器108监控传送构件58沿线性轨道52的线性运动。重复这些步骤直至探伤完全部体积的锻件110。在可替换实施例中，使用涡电流探头来探伤锻件110，而不是用超声波换能器探头。
图5是探伤盘形锻件120的探伤系统40的侧面示意图。为了探伤盘形锻件120，靠近锻件120放置探伤系统40。线性轨道52定向在需要的超声波探头102的运动轴线上。传送构件58沿轨道52移动，并且移入邻近锻件120的位置，以便靠近锻件120放置换能器支撑臂88，超声波换能器探头102接触到锻件120的表面。当探头102扫描锻件120时，使用现有锻件处理设备(未示出)旋转锻件120。通过数据采集系统(未示出)收集扫描数据。当第一位置传感器106确定已经检查了锻件120的完全旋转时，沿轨道52移动传送构件58，从而使超声波换能器探头102复位，以便按螺旋形形式扫描锻件120的相邻部分。第二位置传感器108监控传送构件58沿线性轨道52的线性运动。在可替换实施例中，使用涡电流探头来探伤锻件120，而不是用超声波换能器探头。
在图2和3中说明的典型实施例中，线性轨道52安放在大致水平的方向上，即大致平行于地板。然而，在其他实施例中，线性轨道52可以安放在其他方向上，例如倾斜方向或垂直方向。
虽然根据各种特定实施例描述了本发明，本领域的普通技术人员应该认识到：在权利要求书的精神和范围内，可以对本发明实行改动。
部件列表
蒸汽涡轮10
转子12
轴14
涡轮级16
转子轮18
叶片20
喷嘴22
轴承23、24
蒸汽25
入口26
超声波探伤系统40
基座构件42
支撑脚44
支撑梁46
支撑臂48
托架50
存储位置51
线性轨道52
端部54
轨道段56
牵引机58
直齿轮60
齿条62
马达64
牵引机外壳66
引导滚子68、70
牵引机基座部分72
轨道第一侧74
轨道第二侧76
凹槽78、80
换能器支撑臂82
牵引机顶部部分84
转环86
换能器组件88
接附构件90
第一端92
轮94
第二端96
链环臂98
换能器保持器100
超声波换能器探头102
转子锻件104
第一位置传感器106
第二位置传感器108

Claims (10)

1.一种探伤系统(40)，其包括：
至少两个基座构件(42)，所述基座构件彼此间隔分开；
安装到每一个所述基底构件的支撑臂(48)；
由所述支撑臂支撑并且在支撑臂之间延伸的线性轨道(52)，所述轨道包括第一侧(74)和第二侧(76)；
连接到所述线性轨道上的传送构件(58)，所述传送构件可沿所述线性轨道移动；
可枢转地连接到所述传送构件上的换能器支撑臂(82)；以及
连接到所述换能器支撑臂的换能器组件(88)。
2.根据权利要求1所述的探伤系统(40)，其特征在于，所述传送构件(58)包含直齿轮(60)，所述线性轨道(52)包含齿条(62)，所述直齿轮成形为可操作地连接到所述齿条上，从而沿所述轨道移动所述传送构件。
3.根据权利要求2所述的探伤系统(40)，其特征在于，所述传送构件(58)包括若干引导滚子(68)、(70)，这些引导滚子定位成与所述轨道的所述第一和第二侧(74)、(76)接合。
4.根据权利要求1所述的探伤系统(40)，其特征在于，所述线性轨道(52)包括若干轨道段(56)。
5.根据权利要求1所描述的探伤系统(40)，其特征在于，所述换能器组件(88)包括：
在第一端(92)处连接到所述换能器支撑臂(82)上的接附构件(90)；
连接到所述接附构件的第二端(96)上的支撑轮(94)；
连接到所述接附构件的所述第二端上的链环臂(98)；
至少一个连接到所述链环臂上的换能器保持器(100)；以及
安装在每一个所述换能器保持器(100)内的超声波换能器(102)和涡电流换能器(102)中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的探伤系统(40)，其特征在于，所述换能器组件(88)包括至少两个换能器保持器(100)，所述换能器保持器首尾线性排列，并且彼此可枢转地接附。
7.根据权利要求1所述的探伤系统(40)，还包括第一位置编码器(106)和第二位置编码器(108)，所述第一位置编码器配置为确定第一轴线定位，并且所述第二位置编码器配置为确定径向或第二轴线定位。
8.一种探伤金属物件的方法，所述方法包括：
邻近金属物件安放探伤设备(40)，以及
利用超声波探伤设备探伤金属物件；
此探伤设备包括：
至少两个基座构件(42)，所述基座构件彼此间隔分开；
安装到每一个基底构件的支撑臂(48)；
由支撑臂支撑并且在支撑臂之间延伸的线性轨道(52)，轨道包括第一侧(74)和第二侧(76)；
连接到线性轨道上的传送构件(58)，传送构件可沿所述线性轨道移动；
可枢转地连接到所述传送构件上的换能器支撑臂(82)；以及
连接到所述换能器支撑臂的换能器组件(88)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述传送构件(58)包括若干引导滚子(68)、(70)以及直齿轮(60)，线性轨道(52)包括齿条(62)，该直齿轮成形为可操作地连接到齿条上，从而沿所述线性轨道移动所述传送构件，所述探伤金属物件包括通过沿线性轨道移动传送构件来使换能器组件复位。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述换能器组件(88)包括：
在第一端(92)处连接到换能器支撑臂上的接附构件(90)；
连接到接附构件的第二端(96)上的支撑轮(94)；
连接到所述接附构件的第二端上的链环臂(98)；
至少一个连接到所述链环臂上的换能器保持器(100)；以及
安装在每一个换能器保持器内的超声波换能器(102)和涡电流换能器(102)中的至少一个；
超声波探伤系统还包括第一位置编码器(106)和第二位置编码器(108)，所述第一位置编码器配置为确定第一轴线定位，并且所述第二位置编码器配置为确定径向或第二轴线定位，所述探伤金属物件还包括：
相对于换能器组件移动金属物件，以及
相对于每一个换能器，用第一和第二位置编码器来确定金属物件的位置。
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