DE112020002473T5 - Ultraschall-prüfvorrichtung und prüfverfahren - Google Patents

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Atsushi Sugiura
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Abstract

Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung (100) ist eine Vorrichtung zur Ultraschallprüfung einer Rotorscheibe. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung (100) umfasst: einen Prüfabschnitt (10), der eine Ultraschall-Sonde zum Senden einer Ultraschallwelle zu einer Scheibenoberfläche der Rotorscheibe aufweist, einen ersten Magneten (11), der die Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe bewegbar hält, ein Antriebsrad (12), das bewirkt, dass sich die Ultraschall-Sonde in eine Richtung bewegt, die eine Radialrichtung der Rotorscheibe schneidet, ein Lenkrad (13), das eine Bewegungsrichtung des Antriebsrades (12) einstellt, einen Hubsensor (14), der die radiale Position der relativ zu der Scheibenoberfläche gehaltenen Ultraschallsonde erfasst, und eine Steuervorrichtung, die das Lenkrad (13) auf der Basis von durch den Hubsensor (14) erfassten Informationen derart steuert, dass die radiale Position der Ultraschallsonde in einem vorbestimmten Bereich liegt.

Description

  • [Technisches Gebiet]
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Ultraschall-Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren.
  • [Technischer Hintergrund]
  • Turbinenrotoren von Dampfturbinen in Kraftwerken werden unter Hochtemperaturbedingungen betrieben. Daher kann SRK oder SpRK (Spannungsrisskorrosion, engl.: „SCC - stress corrosion cracking“) an Stellen auftreten, auf die Spannungen wirken, wenn die Turbinenrotoren über längere Zeiträume verwendet werden. Da insbesondere an den Schaufelnutabschnitten von Rotorscheiben, wo die Schaufelfußabschnitte der Laufschaufeln eingebettet sind, große Spannungen wirken, ist das Auftreten von SRK wahrscheinlich. Daher wird eine zerstörungsfreie Prüfung auf SRK, die an den Schaufelnutabschnitten auftritt, durchgeführt. Als ein Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung der Schaufelnutabschnitte kann ein Ultraschall-Fehlererkennungsverfahren in Bezug auf Vielseitigkeit und Handhabung am Einsatzort zufriedenstellend angewendet werden.
  • Die Patentliteratur 1 beschreibt eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zur Ultraschallprüfung eines Schaufeleinbettungsabschnitts einer Rotorscheibe. Die Vorrichtung umfasst eine Sonde und einen Wagen zur relativen Bewegung der Sonde in einer Umfangsrichtung der Rotorscheibe entlang der Rotorscheibe. Der Wagen umfasst eine Vielzahl von Rotorscheibenfahrrollen zum Fahren auf einer Scheibenoberfläche der Rotorscheibe, eine Vielzahl von Rotorwellenlaufrollen zum Fahren auf einer Umfangsoberfläche einer Rotorwelle, die konzentrisch mit der Rotorscheibe vorgesehen ist, eine Halteranordnung, die einen Halter zum Halten der Sonde in einem Zustand umfasst, in dem die Sonde der Scheibenoberfläche zugewandt ist, und mindestens eine Führungsschiene zum Führen des Halters in einer Radialrichtung der Rotorwelle.
  • [Zitierliste]
  • [Patentliteratur]
  • [PTL 1] Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2016-206049
  • [Zusammenfassung der Erfindung]
  • [Technisches Problem]
  • Eine Scheibenoberfläche eines groß dimensionierten Turbinenrotors ist mit einem Flansch versehen, derart, dass eine Dampfströmung von einer Rotor- oder Laufschaufel veranlasst wird, effizient zu einer Leitschaufel (Gehäuse) zu strömen. Daher dient ein Abschnitt, wo der Flansch von den anderen Bereichen vorsteht, als schmaler Abschnitt mit einem engen Zwischenraum zu einer benachbarten Scheibe. Die Vorrichtung in der Patentliteratur 1 umfasst den Wagen, um die Sonde in der Umfangsrichtung der Scheibe zu bewegen, und sie ist daher relativ groß. Daher besteht eine Wahrscheinlichkeit, dass die Fahrt der Sonde in der Umfangsrichtung an dem schmalen Abschnitt aus verschiedenen Gründen instabil wird, beispielsweise durch eine Beeinflussung zwischen der Ultraschall-Prüfvorrichtung und dem benachbarten Turbinenrotor.
  • Auch in einem Fall, in dem die Fehlererfassung an dem Schaufelnutabschnitt von der Scheibenoberfläche ausgeführt wird, wo der Flansch bei der Ultraschallprüfung vorgesehen ist, ist es notwendig, die Ultraschall-Sonde auf der gekrümmten Oberfläche des Flansches anzuordnen. Gemäß der Vorrichtung in der Patentliteratur 1 wird die Anordnung auf der gekrümmten Oberfläche des Flansches nicht berücksichtigt, und es besteht somit eine Wahrscheinlichkeit, dass die Ultraschallwelle nicht effektiv einfallen kann, weil beispielsweise eine Vorrichtung mit der darauf angeordneten Ultraschall-Sonde physisch nicht zwischen den Scheiben der Turbinenrotoren angeordnet werden kann, oder weil eine Luftschicht oder ähnliches zwischen der Ultraschall-Sonde und der gekrümmten Scheibenoberfläche gebildet ist, wenn die Fehlererkennung am Schaufelnutabschnitt von der gekrümmten Oberfläche des Flansches der Scheibenoberfläche ausgeführt wird.
  • Außerdem ist es gemäß der Vorrichtung in der Patentliteratur 1 notwendig, eine Sonde mit einer Elementausrichtung, die der gekrümmten Form folgt, in Übereinstimmung mit der Form (Krümmung) des gekrümmten Abschnitts oder eines Keils oder dergleichen vorzubereiten, die als Zwischenmedium dient, um zu bewirken, dass eine Ultraschallwelle auf die gekrümmte Oberfläche von typischerweise gleichmäßig ausgerichteten Elementen auftrifft, um zu bewirken, dass die Ultraschallwellen auf einen Schaufelnutbereich fokussiert werden, der als ein Fehlererkennungsbereich dient, wenn die Fehlererkennung von der gekrümmten Scheibenoberfläche in der Ultraschallprüfung ausgeführt wird. Daher können die Elemente nicht für mehrere Zwecke verwendet werden, und die Vorbereitung für die Prüfung kann kompliziert werden.
  • Unter derartigen Gesichtspunkten gibt es eine gewisse Wahrscheinlichkeit, dass die Vorrichtung aus der Patentliteratur 1 den groß dimensionierten Turbinenrotor, bei dem die Scheibenoberfläche des Turbinenrotors gekrümmt ist, nicht in geeigneter Weise prüfen kann.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde in Anbetracht solcher Umstände gemacht, und eine Aufgabe davon ist es, eine Ultraschall-Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren bereitzustellen, die einen groß dimensionierten Turbinenrotor, bei dem eine Scheibenoberfläche des Turbinenrotors gekrümmt ist, in geeigneter Weise prüfen können.
  • [Lösung des Problems]
  • Zur Lösung des vorgenannten Problems werden bei einer Ultraschall-Prüfvorrichtung und einem Prüfverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung die folgenden Mittel eingesetzt.
  • Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zur Ultraschallprüfung einer Rotorscheibe, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Ultraschall-Sonde, die eine Ultraschallwelle auf eine Scheibenoberfläche der Rotorscheibe sendet, einen Halteabschnitt, der die Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe bewegbar hält, einen Bewegungsabschnitt, der bewirkt, dass sich die Ultraschall-Sonde in einer Richtung bewegt, die eine Radialrichtung der Rotorscheibe schneidet, einen Einstellabschnitt, der eine Bewegungsrichtung des Bewegungsabschnitts einstellt, einen Positionserfassungsabschnitt, der eine radiale Position der Ultraschall-Sonde erfasst, die relativ zu der Scheibenoberfläche gehalten wird, und einen Steuerabschnitt, der den Einstellabschnitt auf der Basis von Informationen steuert, die von dem Positionserfassungsabschnitt erfasst werden, derart, dass die radiale Position der Ultraschall-Sonde in einem vorbestimmten Bereich liegt.
  • Bei der vorgenannten Konfiguration ist die Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe bewegbar gehalten, und die Ultraschall-Sonde wird durch den Bewegungsabschnitt bewegt. Auf diese Weise bewegt sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung auf der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe. Bei der vorgenannten Konfiguration steuert der Steuerabschnitt den Einstellabschnitt derart, dass die radiale Position der Ultraschall-Sonde in dem vorbestimmten Bereich liegt. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass die radiale Position der Ultraschall-Sonde in der vorbestimmten Richtung liegt, wenn sich die Ultraschall-Sonde in der Richtung bewegt, die die Radialrichtung der Rotorscheibe schneidet. Mit anderen Worten kann die Ultraschall-Sonde bewirkt werden, sich in der Umfangsrichtung zu bewegen, während die vorbestimmte radiale Position beibehalten wird.
  • Auf diese Weise kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung in der genannten Konfiguration in der Umfangsrichtung auf der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe verfahren werden. Im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der beispielsweise ein an einer Rotorwelle befestigter Wagen o.ä. vorgesehen ist, um die radiale Position der Ultraschall-Sonde zu fixieren, kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung durch Weglassen des Wagens o.ä. verkleinert werden. Auf diese Weise kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung selbst bei einer Rotorscheibe mit geringem Abstand von einer benachbarten Rotorscheibe, wie beispielsweise bei einer groß dimensionierten Rotorscheibe, einfach auf der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe angebracht werden.
  • Auch kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen Antriebsabschnitt umfassen, der den Bewegungsabschnitt antreibt.
  • Bei der vorgenannten Konfiguration umfasst die Ultraschall-Prüfvorrichtung den Antriebsabschnitt, der den Bewegungsabschnitt antreibt. Auf diese Weise muss keine Leistung von außen erhalten werden, und die Ultraschall-Prüfvorrichtung kann sich eigenständig auf der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe bewegen. Daher ist eine Verkabelung einer Stromleitung nicht erforderlich, und es kann ein Freiheitsgrad in der Bewegung der Ultraschall-Prüfvorrichtung sichergestellt werden, verglichen mit einer Struktur, bei der die Ultraschall-Prüfvorrichtung Leistung von außen erhält.
  • Da sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung eigenständig bewegt und ein Benutzer die Ultraschall-Prüfvorrichtung nicht manuell bewegen muss, kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung auch zur Prüfung einer groß dimensionierten Rotorscheibe eingesetzt werden, von der ein bestimmter Abschnitt für den Benutzer schwierig zu erreichen ist.
  • Darüber hinaus kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen Magneten umfassen, der an der Scheibenoberfläche haftet, und der Magnet kann von der Scheibenoberfläche getrennt sein.
  • Bei der vorgenannten Konfiguration ist der Magnet von der Scheibenoberfläche getrennt. Auf diese Weise kann ein Bewegungswiderstand verringert werden, wenn sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung bewegt.
  • Darüber hinaus kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen Bewegungsabstand-Erfassungsabschnitt umfassen, der einen Abstand der durch den Bewegungsabschnitt bewirkten Bewegung erfasst.
  • Die vorgenannte Konfiguration umfasst den Bewegungsabstand-Erfassungsabschnitt, der den Abstand der Bewegung erfasst. Auf diese Weise kann die Position der Ultraschall-Prüfvorrichtung in der Umfangsrichtung erfasst werden. Daher kann ein Prüfergebnis der Ultraschall-Sonde der Position in der Umfangsrichtung zugeordnet werden. Dementsprechend kann die Position eines aufgetretenen Schadens in der Rotorscheibe angegeben werden.
  • Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zur Ultraschallprüfung einer Rotorscheibe, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Ultraschall-Sonde, die eine Ultraschallwelle zu einer Scheibenoberfläche der Rotorscheibe sendet, einen sondenseitigen Halter, an dem die Ultraschall-Sonde befestigt ist, einen Verformungsabschnitt, der zwischen der Ultraschall-Sonde und der Scheibenoberfläche vorgesehen ist, der es der Ultraschallwelle ermöglicht, dort hindurchzugehen, und der verformbar ist, indem er gegen die Scheibenoberfläche gedrückt wird, einen rotorscheibenseitigen Halter, der einen an der Scheibenoberfläche haftenden Haftabschnitt umfasst, der näher bei der Rotorscheibe vorgesehen ist als der sondenseitige Halter, und der den Verformungsabschnitt hält, und einen Vorbelastungsabschnitt, der den sondenseitigen Halter zu der Rotorscheibe vorbelastet.
  • Die vorgenannte Konfiguration umfasst den Verformungsabschnitt, der verformt wird, indem er zwischen der Ultraschall-Sonde und der Rotorscheibe gegen die Rotorscheibe gedrückt wird. Auf diese Weise wird der Verformungsabschnitt in Übereinstimmung mit der Oberfläche der Rotorscheibe verformt, indem der Verformungsabschnitt gegen die Rotorscheibe gedrückt wird, eine Luftschicht zwischen der Ultraschall-Sonde und der Rotorscheibe wird auf diese Weise entfernt, und die Ultraschallwelle von der Ultraschall-Sonde kann in geeigneter Weise an die Rotorscheibe abgegeben werden. Daher kann auch eine Rotorscheibe mit einer gekrümmten Scheibenoberfläche, beispielsweise eine groß dimensionierte Rotorscheibe, in geeigneter Weise geprüft werden, indem bewirkt wird, dass der Verformungsabschnitt verformt wird.
  • Außerdem ändert sich bei der vorgenannten Konfiguration der Verformungsabschnitt in Übereinstimmung mit der gekrümmten Form der Scheibenoberfläche, und auf diese Weise kann die Luftschicht in jeder gekrümmten Form entfernt werden. Daher kann sich die gekrümmte Form der Scheibenoberfläche, die ein Prüfziel darstellt, in Übereinstimmung mit einer Bewegung ändern, beispielsweise in einem Fall, in dem sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung bewegt. Selbst in einem derartigen Fall ändert sich der Verformungsabschnitt in Übereinstimmung mit einer Änderung der gekrümmten Form der Scheibenoberfläche. Daher kann in geeigneter Weise eine Prüfung ausgeführt werden, während die Ultraschall-Prüfvorrichtung in Bewegung versetzt wird.
  • Außerdem ist in der vorgenannten Konfiguration der sondenseitige Halter durch den Vorbelastungsabschnitt zur Rotorscheibe vorbelastet. Auf diese Weise kann der Deformationsabschnitt über den sondenseitigen Halter gegen die Rotorscheibe gedrückt werden. Daher kann der Verformungsabschnitt in geeigneterer Weise gegen die Rotorscheibe gedrückt werden. Dementsprechend kann der Verformungsabschnitt in Übereinstimmung mit der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe verformt werden und die Luftschicht entfernen.
  • Ferner kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen Winkeleinstellabschnitt umfassen, der einen Winkel der Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche ändert.
  • Die vorgenannte Konfiguration umfasst den Winkeleinstellabschnitt, der den Winkel der Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe verändert. Auf diese Weise kann die Ultraschallwelle durch die Einstellung des Winkels der Ultraschall-Sonde in geeigneter Weise auf einen Zielort (Prüfzielort) gesendet werden.
  • Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zur Ultraschallprüfung einer Rotorscheibe, wobei die Vorrichtung aufweist: eine erste Ultraschall-Sonde, die eine Ultraschallwelle zu einer Scheibenoberfläche der Rotorscheibe sendet, eine zweite Ultraschall-Sonde, die die Ultraschallwelle zu der Scheibenoberfläche sendet und so vorgesehen ist, dass sie benachbart zu der ersten Ultraschall-Sonde ist, ein erstes Neigungsmittel, das bewirkt, dass die erste Ultraschall-Sonde zu einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Ultraschall-Sonde geneigt ist, und ein zweites Neigungsmittel, das bewirkt, dass die zweite Ultraschall-Sonde zu einer gegenüberliegenden Seite der ersten Ultraschall-Sonde geneigt ist.
  • Die vorgenannte Konfiguration umfasst das erste Neigungsmittel, das die Neigung der ersten Ultraschall-Sonde zu der gegenüberliegenden Seite der zweiten Ultraschall-Sonde bewirkt, und das zweite Neigungsmittel, das die Neigung der zweiten Ultraschall-Sonde zu der gegenüberliegenden Seite der ersten Ultraschall-Sonde bewirkt. Auf diese Weise kann eine von der ersten Ultraschall-Sonde gesendete Ultraschallwelle und eine von der zweiten Ultraschall-Sonde gesendete Ultraschallwelle im Inneren der Rotorscheibe fokussiert werden, indem die Ultraschallwellen von der ersten Ultraschall-Sonde und der zweiten Ultraschall-Sonde in dem Zustand gesendet werden, in dem die erste Ultraschall-Sonde und die zweite Ultraschall-Sonde geneigt sind. Außerdem kann die Tiefe der Fokussierungsposition der Ultraschallwellen (der Abstand von der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe) durch die Einstellung der Neigungswinkel angepasst werden. Daher können die Ultraschallwellen durch die Einstellung der ersten Ultraschall-Sonde und der zweiten Ultraschall-Sonde in Übereinstimmung mit der Form des gekrümmten Abschnitts an einer gewünschten Position fokussiert werden, selbst im Falle einer Turbine mit einer gekrümmten Scheibenoberfläche, wie beispielsweise einer groß dimensionierten Rotorscheibe. Dementsprechend kann die Prüfung einfach ausgeführt werden, da es nicht notwendig ist, ein Element und dergleichen mit einem Brechungswinkel vorzubereiten, der in Übereinstimmung mit der Form (Krümmung) des gekrümmten Abschnitts berechnet wird.
  • Auch kann sich die Fokussierungsposition der Ultraschallwellen an der ersten Ultraschall-Sonde oder an der zweiten Ultraschall-Sonde befinden, indem der Neigungswinkel der ersten Ultraschall-Sonde und der Neigungswinkel der zweiten Ultraschall-Sonde auf verschiedene Neigungswinkel eingestellt werden. Mit anderen Worten befindet sich in einem Fall, in dem der Neigungswinkel der ersten Ultraschall-Sonde größer als der Neigungswinkel der zweiten Ultraschall-Sonde eingestellt ist, die Fokussierungsposition der Ultraschallwellen auf der zweiten Ultraschall-Sonde. Umgekehrt befindet sich in einem Fall, in dem der Neigungswinkel der zweiten Ultraschall-Sonde größer als der Neigungswinkel der ersten Ultraschall-Sonde eingestellt ist, die Fokussierungsposition der Ultraschallwellen auf der ersten Ultraschall-Sonde. Auf diese Weise kann die Ultraschallwelle in einem größeren Bereich fokussiert werden.
  • Ein Prüfverfahren gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Prüfverfahren zur Ultraschallprüfung einer Rotorscheibe unter Verwendung der Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß dem vorgenannten ersten Aspekt, wobei das Verfahren folgendes aufweist: einen Ultraschallwellen-Sendevorgang des Sendens einer Ultraschallwelle von der Ultraschall-Sonde zu der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe, einen Haltevorgang des bewegbaren Haltens der Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche durch den Halteabschnitt, einen Bewegungsvorgang, der bewirkt, dass sich die Ultraschall-Sonde durch den Bewegungsabschnitt in einer Richtung bewegt, die die Radialrichtung der Rotorscheibe schneidet, einen Einstellvorgang des Einstellens einer Bewegungsrichtung des Bewegungsabschnitts durch den Einstellabschnitt, einen Positionserfassungsvorgang des Erfassens einer radialen Position der Ultraschall-Sonde, die relativ zu der Scheibenoberfläche gehalten wird, durch den Positionserfassungsabschnitt, und einen Steuervorgang des Steuerns des Einstellabschnitts auf der Basis von Informationen, die in dem Positionserfassungsvorgang erfasst werden, durch den Steuerabschnitt, derart, dass die radiale Position der Ultraschall-Sonde in einem vorbestimmten Bereich liegt.
  • Bei der vorgenannten Konfiguration kann die Rotorscheibe geprüft werden, während die Ultraschall-Prüfvorrichtung in der Umfangsrichtung auf der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe verfahren wird. Auf diese Weise kann die Größe der Ultraschall-Prüfvorrichtung entsprechend dem Nichtvorsehen eines Wagens und dergleichen im Vergleich zu einer Konfiguration verringert werden, bei der die radiale Position der Ultraschall-Sonde fixiert ist, indem der Wagen und dergleichen beispielsweise an einer Rotorwelle befestigt werden. Auf diese Weise kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung einfach an der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe angebracht werden, und die Prüfung kann selbst im Falle einer Rotorscheibe mit geringem Abstand von einer benachbarten Rotorscheibe, wie beispielsweise einer groß dimensionierten Rotorscheibe, einfach ausgeführt werden.
  • Bei dem Prüfverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann die Ultraschall-Sonde beim Haltevorgang relativ zu einer gekrümmten Oberfläche der Scheibenoberfläche gehalten werden.
  • Bei der vorgenannten Konfiguration kann bewirkt werden, dass die Ultraschall-Sonde an der gekrümmten Oberfläche der Rotorscheibe gehalten wird.
  • Das Prüfverfahren gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann ferner aufweisen: einen Aufzeichnungsvorgang des Aufzeichnens von Prüfdaten, die durch die von der Ultraschall-Sonde gesendete Ultraschallwelle erhalten werden, und einen Bestimmungsvorgang des Bestimmens, ob die Rotorscheibe auf der Basis der in dem Aufzeichnungsvorgang aufgezeichneten Prüfdaten beschädigt worden ist oder nicht.
  • Bei der vorgenannten Konfiguration kann in geeigneter Weise bestimmt werden, ob die Rotorscheibe beschädigt ist oder nicht.
  • [Vorteilhafte Effekte der Erfindung]
  • Es kann in geeigneter Weise ein groß dimensionierter Turbinenrotor geprüft werden, bei dem eine Scheibenoberfläche des Turbinenrotors gekrümmt ist.
  • Figurenliste
    • [1] 1 ist eine vertikale Schnittansicht eines Turbinenrotors und einer Laufschaufel gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [2] 2 ist eine Ansicht einer Scheibenoberfläche einer Rotorscheibe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, betrachtet von einer Vorderseite.
    • [3] 3 ist eine Draufsicht der Rotorscheibe gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [4] 4 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [5] 5 ist eine Seitenansicht der Ultraschall-Prüfvorrichtung aus 4.
    • [6] 6 ist eine perspektivische Ansicht der Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [7] 7 ist eine perspektivische Ansicht der Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ist eine Darstellung, die einen Zustand darstellt, in dem die Ultraschall-Prüfvorrichtung an der Rotorscheibe angebracht ist.
    • [8] 8 ist ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [9] 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Prüfabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [10] 10 ist eine perspektivische Ansicht des Prüfabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und stellt eine Darstellung dar, in dem ein Armabschnitt weggelassen ist.
    • [11] 11 ist eine perspektivische Ansicht des Prüfabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ist eine Darstellung, in dem der Armabschnitt und ein Winkeleinstellabschnitt weggelassen sind.
    • [12] 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Schnitt des Prüfabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • [13] 13 ist eine schematische Darstellung, die einen zweiten Magneten und eine Rolle zeigt, die an dem Prüfabschnitt gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen sind.
    • [14] 14 ist eine schematische Seitenansicht des Prüfabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [15A] 15A ist eine schematische Darstellung, die einen Neigungseinstellmechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
    • [15B] 15B ist eine schematische Darstellung, die den Neigungseinstellmechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • [15C] 15C ist eine schematische Darstellung, die den Neigungseinstellmechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • [15D] 15D ist eine schematische Darstellung, die den Neigungseinstellmechanismus gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
    • [16A] 16A ist eine schematische Darstellung, die eine Modifikation von 15A darstellt.
    • [16B] 16B ist eine schematische Darstellung, die die Modifikation von 15A darstellt.
    • [16C] 16C ist eine schematische Darstellung, die die Modifikation von 15A darstellt.
    • [17] 17 ist eine schematische Seitenansicht des Prüfabschnitts gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • [18] 18 ist ein Flussdiagramm, das ein Prüfverfahren gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • [Beschreibung der Ausführungsformen]
  • Nachfolgend werden eine Ausführungsform einer Ultraschall-Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass in der folgenden Beschreibung die Radialrichtung einer Rotorscheibe auch als X-Richtung, die Plattendickenrichtung der Rotorscheibe auch als Y-Richtung und eine Tangentialrichtung der Rotorscheibe (die Richtung, die die X-Richtung und die Y-Richtung senkrecht schneidet) auch als Z-Richtung bezeichnet wird.
  • 1 ist eine vertikale Schnittansicht einer Dampfturbine. Wie in 1 dargestellt umfasst eine Dampfturbine 1 einen Turbinenrotor 2 und eine am Turbinenrotor 2 befestigte Laufschaufel 3. Der Turbinenrotor 2 umfasst eine Rotorwelle 4 und eine Vielzahl von Rotorscheiben 5, die konzentrisch zur Rotorwelle 4 angeordnet sind. Die Rotorscheiben 5 umfassen eine Vielzahl von Schaufelnutabschnitten 6 mit Außenumfangsabschnitten, an denen die Laufschaufel 3 angebracht ist, wie in 2 dargestellt.
  • Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Vorrichtung, die an einer Scheibenoberfläche 5a jeder Rotorscheibe 5 angebracht wird, um eine Ultraschallprüfung des Schaufelnutabschnitts 6 auszuführen, wie in 1 dargestellt. Insbesondere ist die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 eine Vorrichtung, die prüft, ob ein Schaden wie beispielsweise SRK oder SpRK (Spannungsrisskorrosion) in dem Schaufelnutabschnitt 6 aufgetreten ist oder nicht, indem sie eine Ultraschallwelle zu dem Schaufelnutabschnitt 6 sendet. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beispiel beschrieben, bei dem eine groß dimensionierte Rotorscheibe 5 aus einer Vielzahl von Rotorscheiben 5 als Prüfziel definiert wird.
  • Wie in 1 dargestellt ist die Scheibenoberfläche 5a der groß dimensionierten Rotorscheibe 5 keine ebene Oberfläche. Insbesondere ist die Scheibenoberfläche 5a in der Radialrichtung der Rotorscheibe 5 gekrümmt, ist auch in der Umfangsrichtung der Rotorscheibe 5 gekrümmt und hat eine zweidimensional gekrümmte Oberflächenform. Ein einfacher Ausdruck für die „Radialrichtung“ in der folgenden Beschreibung bedeutet die Radialrichtung der Rotorscheibe 5.
  • Ebenso ist mit dem einfachen Ausdruck „Umfangsrichtung“ die Umfangsrichtung der Rotorscheibe 5 gemeint. Darüber hinaus wird die Krümmung der Scheibenoberfläche 5a in der Radialrichtung auch als „kleiner Durchmesser R“ und die Krümmung in der Umfangsrichtung auch als „großer Durchmesser R“ bezeichnet.
  • Wie in 2 dargestellt ist jeder in der Rotorscheibe 5 ausgebildete Schaufelnutabschnitt 6 eine Nut, die von einer Außenumfangsoberfläche der Rotorscheibe 5 ausgenommen ist und eine sogenannte Seiteneingangsnut (engl.: „side entry-type groove“) ist, die sich von der Scheibenoberfläche 5a auf einer Seite zu der Scheibenoberfläche 5a auf der anderen Seite der Rotorscheibe 5 erstreckt. Eine derartige Seiteneingangsnut erfordert eine Identifikation zwischen intermittierenden Formreflexionsechos und Rissreflexionsechos, die in Übereinstimmung mit den in der Umfangsrichtung gearbeiteten Nutabständen auftreten, und ist im Vergleich zu einer in der Umfangsrichtung verlaufenden Nut schwieriger auszuführen.
  • Außerdem ist jeder Schaufelnutabschnitt 6 eine sogenannte Schrägnut, die derart ausgebildet ist, dass eine lineare Nut relativ zu der Plattendickenrichtung geneigt ist, wie in 3 dargestellt. Die Vielzahl von Schaufelnutabschnitten 6 sind so ausgebildet, dass sie an vorbestimmten Abständen in der Umfangsrichtung ausgerichtet sind. Die Laufschaufel 3 ist eine Laufschaufel von einem Seiteneingangstyp, die einen Schaufelfußabschnitt mit einer sogenannten Tannenbaumform umfasst.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Form jedes Schaufelnutabschnitts 6 nicht auf die Form in der obigen Beschreibung beschränkt ist. Beispielsweise kann jeder Schaufelnutabschnitt 6 so geformt sein, dass er entlang der Plattendickenrichtung (Y-Richtung) gekrümmt ist, oder er kann parallel zu der Plattendickenrichtung (Y-Richtung) geformt sein.
  • Die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 ist an der gekrümmten Oberfläche angebracht, die näher an der Rotorwelle 4 liegt als ein vorstehender Abschnitt, der zwischen dem Schaufelnutabschnitt 6 und der Rotorwelle 4 ausgebildet ist und von der Scheibenoberfläche 5a vorsteht, wie in 1 dargestellt. Außerdem bewegt sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 auf der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 in der Umfangsrichtung der Rotorscheibe 5, wie in 2 dargestellt, wie später im Detail beschrieben wird (siehe den Pfeil in 2).
  • [Ultraschall-Prüfvorrichtung]
  • Als nächstes werden Einzelheiten der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 unter Verwendung der 4 bis 8 beschrieben.
  • Die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 umfasst einen Prüfabschnitt 10, der eine Ultraschallwelle sendet, eine Vielzahl von ersten Magneten (Halteabschnitte) 11, die den Prüfabschnitt 10 relativ zu der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 bewegbar halten, ein Antriebsrad (Bewegungsabschnitt) 12, das bewirkt, dass sich der Prüfabschnitt 10 in eine Richtung bewegt, die die Radialrichtung der Rotorscheibe 5 schneidet, ein Lenkrad (Einstellabschnitt) 13, das eine Fahrtrichtung des Antriebsrades 12 einstellt, zwei Hubsensoren (Positionserfassungsabschnitte) 14, die die Position des Prüfabschnitts 10, der relativ zu der Scheibenoberfläche 5a gehalten wird, in der Radialrichtung erfassen, und eine Steuervorrichtung (Steuerabschnitt) 15, die das Lenkrad 13 auf der Basis von Informationen steuert, die von dem Hubsensor 14 erfasst werden, wie in den 4 und 5 dargestellt ist. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 erfasst Daten (UT-Daten) im gesamten Bereich in der Umfangsrichtung der Rotorscheibe 5 unter Verwendung des Prüfabschnitts 10, während sie auf der Rotorscheibe 5 in der Umfangsrichtung unter Verwendung des Antriebsrades 12 und dergleichen fährt.
  • Außerdem umfasst die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 einen Antriebsrad-Tragabschnitt 16, der das Antriebsrad 12 trägt, und einen Lenkrad-Tragabschnitt 17, der das Lenkrad 13 trägt. Der Antriebsrad-Tragabschnitt 16 und der Lenkrad-Tragabschnitt 17 sind plattenförmige Elemente und sind derart vorgesehen, dass die Plattenoberflächen der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 zugewandt sind. Nachfolgend werden die der Scheibenoberfläche 5a zugewandten Plattenoberflächen des Antriebsrad-Tragabschnitts 16 und des Lenkrad-Tragabschnitts 17 als zugewandte Oberflächen 16a und 17a bezeichnet.
  • Der Prüfabschnitt 10 umfasst eine Ultraschall-Sonde 31, die Ultraschallwellen zu der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 sendet und von dieser empfängt. Der Prüfabschnitt 10 erfasst die von der Ultraschall-Sonde 31 erhaltenen UT-Daten und sendet die UT-Daten an die Steuervorrichtung 15. Der Prüfabschnitt 10 ist zwischen dem Antriebsrad-Tragabschnitt 16 und dem Lenkrad-Tragabschnitt 17 angeordnet. Wie in 6 dargestellt ist der Prüfabschnitt 10 so eingerichtet, dass er relativ zu dem Antriebsrad-Tragabschnitt 16 und dem Lenkrad-Tragabschnitt 17 in einer Rollrichtung (siehe den Pfeil A2 in 6) drehbar ist. Die Rollrichtung ist eine Drehrichtung, wobei die Fahrtrichtung (siehe Pfeil A1 in 6) der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 durch eine zentrale Achsenlinie C1 definiert ist. Insbesondere ein bestimmter Aufbau des Prüfabschnitts 10 wird später beschrieben.
  • Zwei erste Magnete 11 sind an dem Antriebsrad-Tragabschnitt 16 vorgesehen, und die zwei ersten Magnete 11 sind so angeordnet, dass sie in der Radialrichtung ausgerichtet sind. Darüber hinaus sind zwei erste Magnete 11 auch an dem Lenkrad-Tragabschnitt 17 vorgesehen, und die zwei ersten Magnete 11 sind so angeordnet, dass sie in der Radialrichtung ausgerichtet sind. Jeder erste Magnet 11 ist an den zugewandten Oberflächen 16a und 17a des Antriebsrad-Tragabschnitts 16 und des Lenkrad-Tragabschnitts 17 befestigt. Jeder erste Magnet 11 ist so vorgesehen, dass er in der Richtung der Rotorscheibe 5 von den zugewandten Oberflächen 16a und 17a vorsteht. Die vier ersten Magnete 11 halten die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 auf der Scheibenoberfläche 5a, indem sie mit einer magnetischen Kraft an der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 haften. Die vier ersten Magnete 11 sind jedoch angeordnet, um von der Scheibenoberfläche 5a getrennt zu sein. Dies liegt daran, dass das Antriebsrad 12 und das Lenkrad 13 weiter zu der Rotorscheibe vorstehen als die ersten Magnete 11 (siehe 5) .
  • Die Länge jedes ersten Magneten 11, der von den zugewandten Oberflächen 16a und 17a vorsteht, wird durch die Hubsteuervorrichtung 18 eingestellt. Wie in 7 dargestellt werden die Abstände zwischen den ersten Magneten 11 und der Scheibenoberfläche 5a konstant, indem die Hubsteuervorrichtung 18 die vorstehende Länge jedes ersten Magneten 11 zu einer Länge in Übereinstimmung mit der gekrümmten Oberfläche zum Zeitpunkt des Haftens an der gekrümmten Oberfläche einstellt. Auf diese Weise können die ersten Magnete 11 in geeigneter Weise die Scheibenoberfläche 5a anziehen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Hubsteuervorrichtung 18 nicht unbedingt erforderlich ist und die Magnetplatzierungsposition im Voraus auf der Basis von Zeichnungsinformationen derart eingestellt werden kann, dass die Abstände zwischen den ersten Magneten 11 und der Scheibenoberfläche 5a konstant werden.
  • Das Antriebsrad 12 ist an der zugewandten Oberfläche 16a des Antriebsrad-Tragabschnitts 16 vorgesehen. Das Antriebsrad 12 ist angeordnet, um in Kontakt mit der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 zu kommen. Das Antriebsrad 12 wird durch eine Antriebskraft von einem Motor (nicht dargestellt) angetrieben und gedreht. Es sei darauf hingewiesen, dass der Motor in das Antriebsrad 12 integriert oder außerhalb des Antriebsrads 12 vorgesehen sein kann. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 fährt auf der Scheibenoberfläche 5a, indem das Antriebsrad 12 angetrieben und gedreht wird. Ein Geber (Bewegungsabstands-Erfassungsabschnitt) ist in das Antriebsrad 12 eingebaut.
    Der Geber erfasst den Betrag der Bewegung des Antriebsrads 12. Der Geber sendet die erfasste Information an die Steuervorrichtung 15.
  • Das Lenkrad 13 ist an der zugewandten Oberfläche 17a des Lenkrad-Tragabschnitts 17 vorgesehen. Das Lenkrad 13 ist so angeordnet, dass es mit der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 in Kontakt kommt. Das Lenkrad 13 ist von dem Lenkrad-Tragabschnitt 17 derart getragen, dass das Lenkrad 13 um eine zentrale Achslinie C2 drehbar ist, die die zugewandte Oberfläche 17a senkrecht schneidet. Die Fahrtrichtung der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 wird eingestellt, indem das Lenkrad 13 um die zentrale Achsenlinie C2 gedreht wird.
  • An dem Antriebsrad-Tragabschnitt 16 und dem Lenkrad-Tragabschnitt 17 ist jeweils ein Hubsensor 14 vorgesehen.
    Der Hubsensor 14 erfasst den Abstand zwischen einem Referenzabschnitt der Rotorscheibe 5 in der Radialrichtung und der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100. Der Hubsensor 14 sendet die erfasste Information an die Steuervorrichtung 15. In dem Beispiel der 7 wird als Referenzabschnitt in der Radialrichtung ein von der Scheibenoberfläche 5a vorstehender Schulterabschnitt 5b verwendet. Insbesondere wird die Referenzposition durch Einhaken eines Hakenabschnitts, der an einem distalen Ende eines jeden Hubsensors 14 vorgesehen ist, am Schulterabschnitt 5b erfasst. Es sei darauf hingewiesen, dass der Referenzabschnitt nicht unbedingt der Schulterabschnitt 5b sein muss. Der Referenzabschnitt kann jeder Abschnitt sein, der als Referenz in der Radialrichtung dienen kann, und beispielsweise kann eine Außenumfangsoberfläche der Rotorwelle 4 als der Referenzabschnitt verwendet werden.
  • Die Steuervorrichtung 15 ist konfiguriert mit beispielsweise einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU), einem Direktzugriffsspeicher (RAM), einem Festwertspeicher (ROM), einem computerlesbaren Speichermedium und dergleichen. In einem Beispiel sind in dem Speichermedium oder dergleichen eine Reihe von Vorgängen zur Realisierung verschiedener Funktionen in Form eines Programms gespeichert, und die verschiedenen Funktionen werden realisiert, indem die CPU das Programm in dem RAM oder dergleichen liest und eine Informationsverarbeitung und Rechenoperationen ausführt. Es sei darauf hingewiesen, dass eine Betriebsart, in der das Programm im Voraus im ROM oder einem anderen Speichermedium installiert ist, eine Betriebsart, in der das Programm in einem Zustand bereitgestellt wird, in dem das Programm in einem computerlesbaren Speichermedium gespeichert ist, eine Betriebsart, in der das Programm über ein verdrahtetes oder drahtloses Kommunikationsmittel verteilt wird, oder Ähnliches verwendet werden kann. Das computerlesbare Speichermedium ist eine Magnetscheibe, eine magneto-optische Scheibe, eine CD-ROM, eine DVD-ROM, ein Halbleiterspeicher oder ähnliches.
  • Die Steuervorrichtung 15 umfasst einen Speicherabschnitt 21, der einen Wert (Initialwert) des Abstands zwischen der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 und dem Schulterabschnitt (Referenzabschnitt) speichert, wenn die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 an der Scheibenoberfläche 5a angebracht ist, einen Lenkrad-Steuerabschnitt 22, der eine Orientierung des Lenkrads 13 auf der Basis von Informationen steuert, die von dem Hubsensor 14 derart erfasst werden, dass die radiale Position der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 in einem vorbestimmten Bereich liegt, einen Eigenposition-Erfassungsabschnitt (Bewegungsabstands-Erfassungsabschnitt) 23, der die Eigenposition auf der Basis von Informationen von dem Geber erfasst, und einen Schaden-Erfassungsabschnitt 24, der einen Schaden der Rotorscheibe 5 erfasst, wie in 8 gezeigt ist.
  • Der Lenkrad-Steuerabschnitt 22 steuert den Winkel, um den sich das Lenkrad 13 dreht, derart, dass der Abstand zwischen der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 und dem Schulterabschnitt (Referenzabschnitt) auf der Basis von dem im Speicherabschnitt 21 gespeicherten Initialwert und der von dem Hubsensor 14 erfassten Information zum Initialwert wird. Durch eine derartige Steuerung des Lenkrads 13 kann in der Umfangsrichtung gefahren werden, wobei die vorbestimmte radiale Position beibehalten wird.
  • Der Eigenposition-Erfassungsabschnitt 23 berechnet auf der Basis von Informationen des Gebers die Fahrstrecke und erfasst die Eigenposition der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 in der Umfangsrichtung.
  • Der Schaden-Erfassungsabschnitt 24 zeichnet zeitlich synchron die vom Prüfabschnitt 10 erfassten UT-Daten an der Rotorscheibe 5 und die Informationen über die Eigenposition vom Geber auf. Mit anderen Worten sind die UT-Daten und die Position in der Umfangsrichtung, an der die UT-Daten erhalten wurden, miteinander verknüpft. Auf diese Weise kann erfasst werden, welche Art von Schaden aufgetreten ist und an welcher Stelle der Rotorscheibe 5 der Schaden aufgetreten ist.
  • [Prüfabschnitt]
  • Als nächstes werden Einzelheiten des Prüfabschnitts 10 unter Verwendung der 9 bis 13 beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die 4 bis 7 zwar schematisch den Aufbau der Kopplung des Prüfabschnitts 10 mit dem Lenkrad-Tragabschnitt 17 und dem Antriebsrad-Tragabschnitt 16 darstellen, der Prüfabschnitt 10 jedoch mit den in den 9 bis 13 dargestellten Befestigungsarmen 30 mit dem Lenkrad-Tragabschnitt 17 und dem Antriebsrad-Tragabschnitt 16 gekoppelt ist. In der folgenden Beschreibung wird eine Richtung auf der Seite der Rotorscheibe 5 als eine Richtung bezeichnet, und die entgegengesetzte Richtung der einen Richtung wird als die andere Richtung bezeichnet. Außerdem wird ein Endabschnitt auf der Seite der einen Richtung als ein Endabschnitt bezeichnet, und ein Endabschnitt auf der Seite der anderen Richtung wird als der andere Endabschnitt bezeichnet.
  • Der Prüfabschnitt 10 umfasst zwei Ultraschall-Sonden 31, die Ultraschallwellen zu der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 sendet, einen sondenseitigen Halter 32, an dem die Ultraschall-Sonden 31 befestigt sind, einen Weichgelabschnitt (Deformationsabschnitt) 33, der zwischen den Ultraschall-Sonden 31 und der Scheibenoberfläche 5a vorgesehen ist, einen rotorscheibenseitigen Halter 34, der auf der Seite der Rotorscheibe 5 jenseits des sondenseitigen Halters 32 vorgesehen ist und den Weichgelabschnitt 33 hält, einen Vorbelastungsabschnitt 35, der den sondenseitigen Halter 32 zur Rotorscheibe 5 vorbelastet, und einen Winkeleinstellabschnitt 36, der die Winkel der Ultraschall-Sonden 31 relativ zu der Scheibenoberfläche 5a verändert, wie in 9 dargestellt.
  • Jede Ultraschall-Sonde 31 ist eine Vorrichtung, die eine Ultraschallwelle zu der Rotorscheibe 5 sendet. Jede der zwei Ultraschall-Sonden 31 ist über einen Neigungseinstellmechanismus 50 an dem sondenseitigen Halter 32 befestigt. Einzelheiten des Neigungsmechanismus werden später beschrieben. Die zwei Ultraschall-Sonden 31 sind zueinander ausgerichtet angeordnet. Insbesondere sind die Ultraschall-Sonden 31 in einer Richtung (Z-Richtung) ausgerichtet angeordnet, die die Radialrichtung schneidet, wenn die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 an der Rotorscheibe 5 angebracht ist. In der folgenden Beschreibung wird eine von den Ultraschall-Sonden 31 als eine erste Ultraschall-Sonde 31a bezeichnet, während die andere Ultraschall-Sonde 31 als zweite Ultraschall-Sonde 31b bezeichnet wird.
  • Der sondenseitige Halter 32 ist mit einem Paar von Befestigungsarmen 30 verbunden. Der sondenseitige Halter 32 ist über das Paar von Befestigungsarmen 30 mit dem Antriebsrad-Tragabschnitt 16 und dem Lenkrad-Tragabschnitt 17 verbunden. Der sondenseitige Halter 32 und die Befestigungsarme 30 sind über den Winkeleinstellabschnitt 36 und einen Rotationsbefestigungsabschnitt miteinander verbunden. Der Winkeleinstellabschnitt 36 und der Rotationsbefestigungsabschnitt werden später beschrieben.
  • Der sondenseitige Halter 32 umfasst einen ersten sondenseitigen Halter 32a mit dem anderen Endabschnitt, an dem die erste Ultraschall-Sonde 31a befestigt ist, und einen zweiten sondenseitigen Halter 32b mit dem anderen Ende, an dem die zweite Ultraschall-Sonde 31b befestigt ist. Der erste sondenseitige Halter 32a und der zweite sondenseitige Halter 32b haben Formen, die durch symmetrische Teilung eines viereckigen Rahmens in Bezug auf eine zentrale Achsenlinie des Rahmens erhalten werden. Mit anderen Worten bilden der erste sondenseitige Halter 32a und der zweite sondenseitige Halter 32b einen Rahmen mit einer im Wesentlichen viereckigen Form mit einem Raum S1, der im Zentrum gebildet wird, wie in 12 dargestellt, indem die Endabschnitte davon in Kontakt miteinander gebracht werden. Der Raum S1 ist mit dem Weichgelabschnitt 33 gefüllt (siehe 13). Ein Endabschnitt des sondenseitigen Halters 32 bildet eine Ebene und grenzt an den anderen Endabschnitt des rotorscheibenseitigen Halters 34. Die zwei Ultraschall-Sonden 31 sind an dem anderen Endabschnitt des Sonden-Seitenhalters 32 befestigt. Im Folgenden werden der erste sondenseitige Halter 32a und der zweite sondenseitige Halter 32b einfach als sondenseitiger Halter 32 bezeichnet, wenn es nicht notwendig ist, sie getrennt zu beschreiben.
  • Der rotorscheibenseitige Halter 34 ist näher an der Rotorscheibe 5 vorgesehen als der sondenseitige Halter 32. Ein Endabschnitt des rotorscheibenseitigen Halters 34 bildet eine gekrümmte Oberfläche, die einem kleinen Durchmesser R entspricht. Auch der andere Endabschnitt des rotorscheibenseitigen Halters 34 bildet eine Ebene und grenzt an den einen Endabschnitt des sondenseitigen Halters 32. Darüber hinaus hat der rotorscheibenseitige Halter 34 eine viereckige Rahmenform und umfasst einen im Zentrum gebildeten Raum S2. Die Länge des Raums S2 in der Z-Richtung ist auf einer Seite länger als auf der anderen Seite, wie in 12 dargestellt ist. Der Zwischenraum S2 ist über den gesamten Bereich des rotorscheibenseitigen Halters 34 in der Z-Richtung an dem Endabschnitt auf einer Seite ausgebildet und wird in der X-Richtung durch die Abschirmplatte 37 geteilt. Der Zwischenraum S2 steht in Verbindung mit dem im Zentrum des sondenseitigen Halters 32 gebildeten Zwischenraum S1, und S1 und S2 bilden einen Raum S, der mit dem Weichgelabschnitt 33 gefüllt ist.
  • Der rotorscheibenseitige Halter 34 umfasst einen zweiten Magneten (Haftabschnitt) 38, der an der Scheibenoberfläche 5a und den Kugelrollen 39 haftet, wie in 13 dargestellt ist. Der zweite Magnet 38 ist in dem einen Endabschnitt des rotorscheibenseitigen Halters 34 eingebettet. Die Kugelrollen 39 sind so angeordnet, dass der zweite Magnet 38 dazwischen eingefügt ist, wobei ein Teil in den einen Endabschnitt des rotorscheibenseitigen Halters 34 eingebettet ist und ein anderer Teil von dem einen Ende des rotorscheibenseitigen Halters 34 vorsteht. Die Kugelrollen 39 glätten die relative Bewegung des rotorscheibenseitigen Halters 34 und der Scheibenoberfläche 5a, indem sie mit der Scheibenoberfläche 5a in Kontakt kommen.
  • Der Weichgelabschnitt 33 ist ein Element, das eine vorbestimmte Form in einem Zustand beibehält, in dem keine Druckkraft darauf einwirkt, und das verformt wird, wenn der Weichgelabschnitt 33 gedrückt wird. Außerdem ist der Weichgelabschnitt 33 ein Element, das in geeigneter Weise Ultraschallwellen ermöglicht, es zu durchlaufen. Der Raum S ist mit dem Weichgelabschnitt 33 gefüllt. Ein Endabschnitt des Weichgelabschnitts 33 ist gemäß der gekrümmten Form (beispielsweise dem kleinen Durchmesser R) der Scheibenoberfläche 5a geformt, an der die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 angebracht ist. Der eine Endabschnitt des Weichgelabschnitts 33 ist so angeordnet, dass er weiter zu der Rotorscheibe 5 vorsteht als der eine Endabschnitt des rotorscheibenseitigen Halters 34. Auf diese Weise wird der Weichgelabschnitt 33 auch gegen die Scheibenoberfläche 5a gedrückt, indem der rotorscheibenseitige Halter 34 gegen die Scheibenoberfläche 5a gedrückt wird. Der Weichgelabschnitt 33 wird so verformt, dass er durch die Druckkraft in engen Kontakt mit der Scheibenoberfläche 5a kommt.
  • Der Vorbelastungsabschnitt 35 umfasst eine plattenförmige erste Halterung 40, die an dem Befestigungsarm 30 befestigt ist, eine Feder 41 mit dem an der ersten Halterung 40 befestigten anderen Endabschnitt, und eine plattenförmige zweite Halterung 42, die an dem sondenseitigen Halter 32 befestigt ist, wie in den 9 und 11 dargestellt. Ein Endabschnitt der Feder 41 grenzt an die zweite Halterung 42. Auf diese Weise wird eine Vorbelastungskraft der Feder 41 über die zweite Halterung 42 auf den sondenseitigen Halter 32 übertragen, und der sondenseitige Halter 32 ist auf diese Weise zu der einen Endseite (zu der Rotorscheibe 5) vorbelastet.
  • Außerdem ist ein Schieberabschnitt 43 an der ersten Halterung 40 befestigt. Darüber hinaus ist ein Schienenabschnitt 44 an dem sondenseitigen Halter 32 befestigt. Der Schieberabschnitt 43 und der Schienenabschnitt 44 erstrecken sich in der Y-Richtung. Der Schieberabschnitt 43 und der Schienenabschnitt 44 sind konfiguriert, um in Eingriff gebracht werden zu können. Die Bewegung des Befestigungsarms 30 und des sondenseitigen Halters 32 in der X- und der Z-Richtung wird durch den Eingriff zwischen dem Schieberabschnitt 43 und dem Schienenabschnitt 44 eingeschränkt.
  • Außerdem steht ein Endabschnitt der zweiten Halterung 42 über den einen Endabschnitt des sondenseitigen Halters 32 vor. Der vorstehende Teil der zweiten Halterung 42 grenzt an eine Endoberfläche des rotorscheibenseitigen Halters 34 in der X-Richtung an oder liegt nahe daran. Daher schränkt die zweite Halterung 42 die relative Bewegung des sondenseitigen Halters 32 und des rotorscheibenseitigen Halters 34 in der X-Richtung ein.
  • Der Winkeleinstellabschnitt 36 ist zwischen dem sondenseitigen Halter 32 und dem Befestigungsarm 30 vorgesehen, wie in 10 dargestellt ist. Der Winkeleinstellabschnitt 36 ist eingerichtet, um den sondenseitigen Halter 32 um eine sich entlang der zentralen Achslinie C1 (siehe 6) erstreckende Welle (nicht dargestellt) relativ zu dem Befestigungsarm 30 drehen zu können. Daher kann der Prüfabschnitt 10 durch Bewegen eines am Winkeleinstellabschnitt 36 vorgesehenen Hebels 45 auf einen gewünschten Winkel eingestellt werden. Außerdem wird die Drehung des Winkeleinstellabschnitts 36 durch Befestigen einer Drehsicherungsschraube 46, die am Befestigungsarm 30 vorgesehen ist, begrenzt, um zu bewirken, dass ein distales Ende der aus einem Gummimaterial gebildeten Drehsicherungsschraube 46 und die Welle aneinander angrenzen. Auf diese Weise kann der Winkel des Prüfabschnitts 10 fixiert werden.
  • [Neigungseinstellungsmechanismus]
  • Als nächstes wird der Neigungseinstellungsmechanismus 50 unter Verwendung der 14 bis 17 beschrieben.
  • Der Prüfabschnitt 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann bewirken, dass der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a zu der gegenüberliegenden Seite des zweiten sondenseitigen Halters 32b und der zweiten Ultraschall-Sonde 31b unter Verwendung des Neigungseinstellungsmechanismus (ein erstes Neigungsmittel und ein zweites Neigungsmittel) 50, wie in 14 dargestellt ist, um einen gewünschten Winkel geneigt werden. Es kann auch der zweite sondenseitige Halter 32b und die zweite Ultraschall-Sonde 31b unter Verwendung des Neigungseinstellungsmechanismus 50 in einem gewünschten Winkel zu der gegenüberliegenden Seite des ersten sondenseitigen Halters 32a und der ersten Ultraschall-Sonde 31a geneigt werden.
  • Der Neigungseinstellungsmechanismus 50, der bewirkt, dass der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a geneigt werden, und der Neigungseinstellungsmechanismus 50, der bewirkt, dass der zweite sondenseitige Halter 32b und die zweite Ultraschall-Sonde 31b geneigt werden, sind symmetrisch konfiguriert. Daher wird der Neigungseinstellungsmechanismus, der die Neigung des ersten sondenseitigen Halters 32a und der ersten Ultraschall-Sonde 31a bewirkt, unten beschrieben, und die Beschreibung des Neigungseinstellungsmechanismus 50, der bewirkt, dass der zweite sondenseitige Halter 32b und die zweite Ultraschall-Sonde 31b geneigt werden, wird weggelassen.
  • Der Neigungseinstellungsmechanismus 50 umfasst zwei äußere Schrauben 51, die den ersten sondenseitigen Halter 32a und den rotorscheibenseitigen Halter 34 durchdringen, und zwei innere Schrauben 52, wie in 15A und 15B dargestellt. Die Länge der inneren Schrauben 52 ist größer als die Länge der äußeren Schrauben 51. Die distalen Enden der Schrauben sind mit sphärischen Abschnitten 51a und 52a versehen. Die zwei äußeren Schrauben 51 sind so angeordnet, dass die erste Ultraschall-Sonde 31a darin eingefügt ist.
    Die zwei inneren Schrauben 52 befinden sich weiter innen als die äußere Schraube 51 und sind angeordnet, um die erste Ultraschall-Sonde 31a darin einzufügen.
  • In dem ersten sondenseitigen Halter 32a sind zwei äußere Schraubenlöcher 53, durch die die äußeren Schrauben 51 eingesetzt werden, und zwei innere Schraubenlöcher 54, durch die die inneren Schrauben 52 eingesetzt werden, ausgebildet. Sowohl die äußeren Schraubenlöcher 53 als auch die inneren Schraubenlöcher 54, die in dem sondenseitigen Halter 32 ausgebildet sind, durchdringen den sondenseitigen Halter 32.
  • In den äußeren Schraubenlöchern 53 sind in Innenumfangsoberflächen Innengewinde ausgebildet, in die die äußeren Schrauben 51 eingeschraubt werden können. Die inneren Schraubenlöcher 54 sind so ausgebildet, dass ihr Durchmesser ausreichend größer ist als der Durchmesser der Schaftabschnitte der inneren Schrauben 52. Mit anderen Worten werden die inneren Schrauben 52 nicht in die inneren Schraubenlöcher 54 eingeschraubt.
  • In dem rotorscheibenseitigen Halter 34 sind zwei äußere Schraubenlöcher 56, in die die äußeren Schrauben 51 eingesetzt werden, und zwei innere Schraubenlöcher 57, in die die inneren Schrauben 52 eingesetzt werden, ausgebildet. Jedes der inneren Schraubenlöcher 57 und der äußeren Schraubenlöcher 56, die in dem rotorscheibenseitigen Halter 34 ausgebildet sind, hat eine Ausnehmungsabschnitt-Form mit einem Boden. An den Bodenabschnitten der äußeren Schraubenlöcher 56 und der inneren Schraubenlöcher 57 sind sphärische Räume 56a und 57a ausgebildet, in die die sphärischen Abschnitte 51a und 52a eingesetzt werden. Ferner sind die Innenumfangsoberflächen der äußeren Schraubenlöcher 56 und der inneren Schraubenlöcher 57 geneigt, um von dem zweiten sondenseitigen Halter 32b und der zweiten Ultraschall-Sonde 31b derart getrennt zu sein, dass die inneren Schrauben 52 und die äußeren Schrauben 51 geneigt sein können.
  • Außerdem sind auf der anderen Seite jenseits des ersten sondenseitigen Halters 32a Muttern 58 auf die inneren Schrauben 52 geschraubt. Die Positionen, an denen die Muttern verschraubt werden, sind abhängig von einer Anwendung verschieden. In einem Fall, in dem die Muttern 58 so verschraubt werden, dass sie mit dem ersten sondenseitigen Halter 32a in Kontakt kommen, wie in 15B dargestellt, und die äußeren Schrauben 51 und die inneren Schrauben 52 gleichzeitig in Drehung versetzt werden, wie durch die Pfeile in 15B dargestellt, werden beispielsweise der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a von dem rotorscheibenseitigen Halter 34 getrennt, wobei ein paralleler Zustand beibehalten wird, wie in 15C dargestellt.
  • In einem Fall, in dem die Muttern 58 an der proximalen Endseite der inneren Schrauben 52 verschraubt sind, wie in 15D dargestellt, bewegt sich dagegen nur die Innenseite des ersten sondenseitigen Halters 32a und der ersten Ultraschall-Sonde 31a aufgrund der Druckkraft (siehe Pfeil A3) des Weichgels auf die andere Seite. Auf diese Weise werden der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a zu der gegenüberliegenden Seite des zweiten sondenseitigen Halters 32b und der zweiten Ultraschall-Sonde 31b geneigt. Der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a werden an der Position angehalten, an der die Muttern 58 und der erste sondenseitige Halter 32a miteinander in Kontakt kommen, und auf diese Weise kann ein Neigungswinkel Θ1 des ersten sondenseitigen Halters 32a und der ersten Ultraschall-Sonde 31a zu einem gewünschten Winkel eingestellt werden, indem die Position eingestellt wird, an der die Muttern 58 verschraubt sind. Der Neigungswinkel Θ1 ist ein Winkel, der von der einen Endoberfläche des ersten sondenseitigen Halters 32a und der anderen Endoberfläche des rotorscheibenseitigen Halters 34 gebildet wird.
  • Auch in einem Fall, in dem eine Mutter (nicht dargestellt) weiter zwischen dem ersten sondenseitigen Halter 32a und dem rotorscheibenseitigen Halter 34 vorgesehen ist und die Mutter bewirkt wird, mit der einen Endoberfläche des ersten sondenseitigen Halters 32a in Kontakt zu kommen, kann der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a mit der Mutter getragen werden und dadurch der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a in dem gewünschten Neigungswinkel θ1 unabhängig von der Druckkraft des Weichgels gesichert werden.
  • [Modifikation des Neigungseinstellungsmechanismus 50]
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Neigungseinstellungsmechanismus 50 konfiguriert sein kann, wie in den 16A bis 16C dargestellt.
  • Die Konfiguration der Modifikation unterscheidet sich von der in den 15A bis 15D dargestellten Konfiguration dadurch, dass anstelle der äußeren Schrauben 51 ein Scharnier 61 und eine Zugfeder 62 vorgesehen sind. Da die Konfiguration der inneren Schrauben 52 im Wesentlichen die gleiche ist wie die in den 15A bis 15D dargestellte Konfiguration, wird auf eine Beschreibung verzichtet. Das Scharnier 61 ist an der Außenseite des rotorscheibenseitigen Halters 34 in der Z-Richtung befestigt. Außerdem ist das Scharnier 61 über die Zugfeder 62 an der Außenseite des ersten sondenseitigen Halters 32a in der Z-Richtung befestigt. Die Zugfeder 62 belastet den ersten sondenseitigen Halter 32a in der Richtung des rotorscheibenseitigen Halters 34 vor.
  • Bei einer derartigen Konfiguration bewegt sich lediglich die Innenseite des ersten sondenseitigen Halters 32a und der ersten Ultraschall-Sonde 31a aufgrund der Druckkraft (siehe Pfeil A3) des Weichgels auch in einem Fall, in dem die Muttern 58 auf die proximale Endseite der inneren Schrauben 52 aufgeschraubt sind, wie in 16C dargestellt, zu der anderen Seite. Auf diese Weise sind der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a zu der gegenüberliegenden Seite des zweiten sondenseitigen Halters 32b und der zweiten Ultraschall-Sonde 31b geneigt. Da der erste sondenseitige Halter 32a und die erste Ultraschall-Sonde 31a an der Position angehalten werden, an der die Muttern 58 und der erste sondenseitige Halter 32a miteinander in Kontakt kommen, kann der Neigungswinkel Θ1 des ersten sondenseitigen Halters 32a und der ersten Ultraschall-Sonde 31a durch Einstellung der Position, an der die Muttern 58 verschraubt werden, auf einen gewünschten Winkel eingestellt werden.
  • [Prüfverfahren]
  • Nachfolgend wird ein Prüfverfahren der Rotorscheibe 5 der Dampfturbine 1 unter Verwendung der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform anhand des Flussdiagramms in 18 im Detail beschrieben.
  • Zunächst wird, wie in Schritt S1 dargestellt, die Ultraschall-Sonde 31 an dem sondenseitigen Halter 32 befestigt (siehe 9 und 11).
  • Als nächstes wird, wie in Schritt S2 dargestellt, der Winkel θ des Lenkrads 13 in Übereinstimmung mit dem Rotationsradius des Lenkrads 13 eingestellt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein ursprünglicher Winkel θ (der Winkel θ des Lenkrads 13, wenn die Prüfung der Rotorscheibe 5 unter Verwendung der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 gestartet wird) des Lenkrads 13 derart eingestellt, dass sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 gemäß dem Rotationsradius r bewegt und dreht. Insbesondere wird der Winkel θ eingestellt, um die nachfolgende Gleichung (1) zu erfüllen.
  • θ = L / r
    Figure DE112020002473T5_0001
    wobei L eine Bogenlänge (der Trennungsabstand zwischen dem Lenkrad 13 und dem Antriebsrad 12) und r einen Rotationsradius (der Abstand zwischen dem Zentrum der Rotorscheibe 5 und dem Lenkrad 13) bezeichnen.
  • Als nächstes wird, wie in Schritt S3 dargestellt, die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 an der gekrümmten Oberfläche der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 angebracht. Insbesondere wird die Ultraschall-Sonde 31 an der Scheibenoberfläche 5a gehalten, indem jeder erste Magnet 11 an der gekrümmten Oberfläche der Scheibenoberfläche 5a anhaftet, wie in 7 dargestellt (Haltevorgang). Zu diesem Zeitpunkt können die ersten Magnete 11 in geeigneter Weise an der Scheibenoberfläche 5a haften, indem die vorstehende Länge jeder Hubsteuervorrichtung 18 auf die Länge in Übereinstimmung mit der gekrümmten Oberfläche wie oben beschrieben eingestellt wird. Das Lenkrad 13, das Antriebsrad 12 und der Prüfabschnitt 10 (insbesondere der sondenseitige Halter 32) sind an der Scheibenoberfläche 5a angebracht, indem jeder erste Magnet 11 an der Scheibenoberfläche 5a haftet. Außerdem wird der Hakenabschnitt, der am distalen Ende jedes Hubsensors 14 vorgesehen ist, am Schulterabschnitt 5b der Rotorscheibe 5 eingehakt. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Wert des Abstands zwischen der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 und dem Schulterabschnitt 5b als Initialwert in dem Speicherabschnitt 21 gespeichert werden.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Oberfläche, an der die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 angebracht wird, nicht auf die gekrümmte Oberfläche der Scheibenoberfläche 5a beschränkt ist. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 kann auch auf einer ebenen Oberfläche der Scheibenoberfläche 5a angebracht werden.
  • Als nächstes wird, wie in Schritt S4 dargestellt, der Prüfabschnitt 10 manuell in der Rollrichtung gedreht (siehe den Pfeil A2 in 6), um einen Einfallswinkel der von der Ultraschall-Sonde 31 des Prüfabschnitts 10 gesendeten Ultraschallwelle einzustellen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Formecho des Schaufelnutabschnitts 6 bei in der Rollrichtung gedrehtem Prüfabschnitt 10 überprüft, und die Orientierung des Prüfabschnitts 10 wird derart eingestellt, dass der Einfallswinkel der von der Ultraschall-Sonde 31 gesendeten Ultraschallwelle ein geeigneter Winkel wird. Anschließend wird der Prüfabschnitt 10 derart befestigt, dass die Orientierung des Prüfabschnitts 10 zu einer geeigneten Orientierung wird.
  • Als nächstes wird, wie in Schritt S5 dargestellt, die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 veranlasst, sich auf der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 zu bewegen (Bewegungsvorgang). Zu diesem Zeitpunkt bewegt sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 auf der Scheibenoberfläche 5a in der Umfangsrichtung wie oben beschrieben. Zu diesem Zeitpunkt erfasst die Ultraschallprüfvorrichtung 100 die Eigenposition unter Verwendung des Eigenposition-Erfassungsabschnitts 23 (Positionserfassungsvorgang), stellt die Bewegungsrichtung unter Verwendung des Lenkrad-Steuerabschnitts 22 ein (Einstellvorgang) und bewegt sich in der Umfangsrichtung unter Beibehaltung der vorbestimmten radialen Position (Steuervorgang). Außerdem sendet die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 während der Fahrt eine Ultraschallwelle von der Ultraschall-Sonde 31 zu der Rotorscheibe 5 (Ultraschallwellen-Sendevorgang).
  • Die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 kann sich bewegen, indem sie das Antriebsrad 12 unter Verwendung eines Motors oder dergleichen in Drehung versetzt. Mit anderen Worten kann sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 eigenständig bewegen. Außerdem kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 die Prüfung durch manuelles Drücken des sondenseitigen Halters 32 und dergleichen in der Rotationsrichtung ausführen. Mit anderen Worten kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 bewirken, ein halbautomatisches Scannen auszuführen.
  • Als nächstes werden, wie in Schritt S6 dargestellt, Prüfdaten aufgezeichnet (Aufzeichnungsvorgang). Die Prüfdaten können für den gesamten Bereich der Rotorscheibe 5 in der Umfangsrichtung aufgezeichnet werden oder für einen Teil der Rotorscheibe 5 aufgezeichnet werden. Konkret erfasst die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 die Eigenposition in der Umfangsrichtung unter Verwendung des Eigenpositions-Erfassungsabschnitts 23 und zeichnet die Prüfdaten an vorbestimmten Zwischenabständen auf, während sie sich in der Umfangsrichtung bewegt, wobei die vorbestimmte radiale Position unter Verwendung des Lenkrad-Steuerabschnitts 22 beibehalten wird.
  • Als nächstes werden, wie in Schritt S7 dargestellt, 3D-Prüfdaten erzeugt. Insbesondere werden die 3D-Prüfdaten erzeugt, indem die Prüfdaten einer Vielzahl von in Schritt S6 aufgezeichneten Schnitten mit 3D-CAD-Daten zusammengeführt werden. Die 3D-CAD-Daten können in dem Speicherabschnitt 21 gespeichert werden.
  • Als nächstes werden, wie in Schritt S8 dargestellt, die 3D-Prüfdaten analysiert. Insbesondere wird eine Kratz-Echo-Identifikation (engl.: „scratching echo identification“) ausgeführt, indem die in Schritt S7 erzeugten 3D-Prüfdaten mit den 3D-CAD-Daten überlagert und verglichen werden. Mit anderen Worten werden das Formecho und das Rauschen identifiziert. Auf diese Weise wird geprüft, ob eine Beschädigung der Rotorscheibe 5 vorliegt oder nicht (Bestimmungsvorgang). Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den 3D-CAD-Daten als Vergleichsziel um Daten der Rotorscheibe 5 vor der Beschädigung handelt und beispielsweise 3D-CAD-Daten zum Zeitpunkt der Konstruktion sein können.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Kratz-Echo-Identifikation auf der Basis von einer Entscheidung des Benutzers ausgeführt werden kann. Auch kann die Steuervorrichtung 15 mit einem Identifikationsabschnitt versehen sein, um ein Kratzecho zu identifizieren, und das Kratzecho kann durch den Identifikationsabschnitt identifiziert werden. Alternativ kann eine KI (Künstliche Intelligenz), die auf der Basis von gesammelten 3D-Prüfdaten angelernt wurde, die Identifizierung ausführen.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die folgenden Effekte und Vorteile erreicht.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 relativ zu der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 bewegbar gehalten, und die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 bewegt sich unter Verwendung des Antriebsrades 12. Auf diese Weise bewegt sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 auf der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5. Bei der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuervorrichtung 15 den Steuerabschnitt derart, dass die radiale Position der Ultraschallprüfsonde 31 (X-Richtung) die vorbestimmte Position wird. Auf diese Weise kann die radiale Position der Ultraschall-Sonde 31 auf die vorbestimmte Position eingestellt werden, wenn sich die Ultraschall-Sonde 31 in der Richtung (Z-Richtung) bewegt, die die Radialrichtung der Rotorscheibe 5 schneidet. Mit anderen Worten kann die Ultraschall-Sonde 31 in der Umfangsrichtung unter Beibehaltung der vorbestimmten radialen Position bewegt werden.
  • Auf diese Weise kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Umfangsrichtung auf der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 bewegt werden. Auf diese Weise kann die Größe entsprechend dem Nichtvorsehen eines Wagens und dergleichen im Vergleich zu einer Konfiguration verringert werden, bei der die radiale Position der Ultraschall-Sonde 31 festgelegt ist, indem der Wagen und dergleichen beispielsweise an einer Rotorwelle 4 befestigt ist. Daher kann selbst in einem Fall, in dem sich die Rotorscheibe 5 in einem kurzen Abstand von einer benachbarten Rotorscheibe 5 befindet, wie beispielsweise bei einer groß dimensionierten Rotorscheibe 5, eine Interferenz mit der benachbarten Rotorscheibe 5 eingeschränkt werden, und die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 kann einfach an der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 angebracht werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 einen Motor, der das Antriebsrad 12 antreibt. Auf diese Weise muss keine Leistung von der Außenseite erhalten werden und die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 kann sich auf der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 eigenständig bewegen. Daher kann der Aufbau im Vergleich zu einem Aufbau, bei dem die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 Leistung von der Außenseite erhält, vereinfacht werden.
  • Da sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 eigenständig bewegt, muss ein Benutzer die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 nicht manuell bewegen, und es kann auch die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 zur Prüfung einer groß dimensionierten Rotorscheibe 5 eingesetzt werden, die für den Benutzer oder dergleichen nur schwer mit den Händen zu erreichen ist.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Ultraschall-Sonde 31 relativ zu der Scheibenoberfläche 5a gehalten, derart, dass die Ultraschall-Sonde 31 nicht mit der Scheibenoberfläche 5a in Kontakt kommt, wobei die ersten Magnete 11 verwendet werden. Auf diese Weise kann ein Fahrwiderstand verringert werden, wenn sich die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 bewegt.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Geber, der die Bewegungsstrecke erfasst, umfasst. Auf diese Weise kann die Position der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 in der Umfangsrichtung erfasst werden. Somit kann das Prüfergebnis der Ultraschall-Sonde 31 mit der Position in der Umfangsrichtung zugeordnet werden. Dementsprechend kann die Position eines aufgetretenen Schadens an der Rotorscheibe 5 angegeben werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zwischen der Ultraschall-Sonde 31 und der Rotorscheibe 5 der Weichgelabschnitt 33 vorgesehen, der sich durch Andrücken an die Rotorscheibe 5 verformt. Auf diese Weise wird der Weichgelabschnitt 33 in Übereinstimmung mit der Oberfläche der Rotorscheibe 5 verformt, indem der Weichgelabschnitt 33 gegen die Rotorscheibe 5 gedrückt wird, und es kann auf diese Weise eine Luftschicht auf der Oberfläche der Rotorscheibe 5 entfernt werden. Es kann also die Luftschicht zwischen der Ultraschall-Sonde 31 und der Rotorscheibe 5 entfernt werden und dadurch die Ultraschallwelle von der Ultraschall-Sonde 31 in geeigneter Weise an die Rotorscheibe 5 abgegeben werden. Daher kann auch die Prüfung der Rotorscheibe 5 mit der gekrümmten Scheibenoberfläche 5a in geeigneter Weise ausgeführt werden, wie beispielsweise bei einer groß dimensionierten Rotorscheibe 5, indem der Weichgelabschnitt 33 verformt wird.
  • Darüber hinaus verändert sich bei der vorliegenden Ausführungsform der Weichgelabschnitt 33 in Übereinstimmung mit der gekrümmten Form der Scheibenoberfläche 5a, und es kann auf diese Weise die Luftschicht unabhängig von der gekrümmten Form entfernt werden. Wenn also beispielsweise in einem Fall, in dem die Fehlererkennung an einer Vielzahl von Scheibenschaufelnuten in demselben Turbinenrotor ausgeführt wird, gekrümmte Oberflächen von Flanschabschnitten mit ähnlichen Formen in einer vertikalen Schnittansicht in der Scheibenoberfläche vorhanden sind, ändert sich die gekrümmte Form (großer Durchmesser R) der Scheibenoberfläche 5a, die ein Prüfziel darstellt, abhängig von der Durchmesserabmessung an der Position auf der Scheibe, an der die Sonde platziert ist. Der Weichgelabschnitt 33 verformt sich in Übereinstimmung mit der Änderung der gekrümmten Form der Scheibenoberfläche 5a auch in einem derartigen Fall. Daher kann die Prüfung in geeigneter Weise ausgeführt werden, während dieselbe Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 bewegt wird, ohne dass die Sonde und die Halterung für die Flanschabschnitte mit derselben Form verändert werden, selbst wenn die Scheibendurchmesser verschieden sind.
  • Auch bei dieser Ausführungsform ist der sondenseitige Halter 32 durch den Vorbelastungsabschnitt 35 zu der Rotorscheibe 5 vorbelastet. Auf diese Weise kann der Weichgelabschnitt 33 über den sondenseitigen Halter 32 gegen die Rotorscheibe 5 gedrückt werden. Daher kann der Weichgelabschnitt 33 auf geeignetere Weise gegen die Rotorscheibe 5 gedrückt werden. Dementsprechend kann der Weichgelabschnitt 33 in Übereinstimmung mit der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 in geeigneterer Weise verformt und die Luftschicht entfernt werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Winkeleinstellabschnitt 36, der den Winkel der Ultraschall-Sonde 31 relativ zu der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 verändert, umfasst. Auf diese Weise kann die Ultraschallwelle durch die Einstellung des Winkels der Ultraschall-Sonde 31 in geeigneter Weise zu dem Zielort (Prüfzielort) gesendet werden.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform umfasst der Neigungseinstellungsmechanismus 50, der bewirkt, dass die erste Ultraschall-Sonde 31a zu der der zweiten Ultraschall-Sonde 31b gegenüberliegenden Seite geneigt ist, und der Neigungseinstellungsmechanismus 50, der bewirkt, dass die zweite Ultraschall-Sonde 31b zu der der ersten Ultraschall-Sonde 31a gegenüberliegenden Seite geneigt ist. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass die von der ersten Ultraschall-Sonde 31a gesendete Ultraschallwelle und die von der zweiten Ultraschall-Sonde 31b gesendete Ultraschallwelle im Inneren der Rotorscheibe 5 fokussiert werden, indem die Ultraschallwellen von der ersten Ultraschall-Sonde 31a und der zweiten Ultraschall-Sonde 31b in einem Zustand gesendet werden, in dem die erste Ultraschall-Sonde 31a und die zweite Ultraschall-Sonde 31b geneigt sind. Außerdem kann eine Tiefe L (der Abstand von der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5, siehe 13) der Fokussierungsposition der Ultraschallwellen durch Einstellung des Neigungswinkels Θ1 eingestellt werden. Daher kann selbst bei einer Turbine, bei der die Scheibenoberfläche 5a gekrümmt ist, wie beispielsweise bei einer groß dimensionierten Rotorscheibe 5, die Fokussierung der Ultraschallwellen an einer gewünschten Position durch die Einstellung des Neigungswinkels θ1 der ersten Ultraschall-Sonde 31a und der zweiten Ultraschall-Sonde 31b in Übereinstimmung mit der Form des gekrümmten Abschnitts erfolgen. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, ein Element oder dergleichen mit einem Brechungswinkel in Übereinstimmung mit der Form (Krümmung) des gekrümmten Abschnitts vorzubereiten, und es kann auf diese Weise einfach die Prüfung ausgeführt werden.
  • Der Neigungseinstellungsmechanismus 50 kann den Neigungswinkel θ1 auf einen gewünschten Winkel einstellen.
    Es kann auch die Fokussierungsposition der Ultraschallwellen auf die erste Ultraschall-Sonde 31a oder auf die zweite Ultraschall-Sonde 31b gelegt werden, indem der Neigungswinkel der ersten Ultraschall-Sonde 31a und der Neigungswinkel der zweiten Ultraschall-Sonde 31b auf verschiedene Winkel eingestellt werden. Mit anderen Worten befindet sich in einem Fall, in dem der Neigungswinkel der ersten Ultraschall-Sonde 31a größer als der Neigungswinkel der zweiten Ultraschall-Sonde 31b eingestellt ist, eine Fokussierungsposition P' der Ultraschallwellen an der zweiten Ultraschall-Sonde 31b, wie in 17 dargestellt. In einem Fall, in dem der Neigungswinkel der zweiten Ultraschall-Sonde 31b größer als der Neigungswinkel der ersten Ultraschall-Sonde 31a eingestellt ist, befindet sich die Fokussierungsposition der Ultraschallwellen hingegen auf der ersten Ultraschall-Sonde 31a. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass die Ultraschallwellen in einem größeren Bereich konvergieren. Insbesondere können die Ultraschallwellen veranlasst werden, in der Richtung zu konvergieren, in der sich der Schaufelnutabschnitt 6 erstreckt, ohne einen Keil oder ähnliches für den schrägen Schaufelnutabschnitt 6 zu verwenden, wie in 3 dargestellt, und dadurch die Prüfung einfach auszuführen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf jede der vorgenannten Ausführungsformen beschränkt ist und in geeigneter Weise abgeändert werden kann, ohne vom Kern der Sache abzuweichen.
  • Beispielsweise kann die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 ferner eine Trägheitsmessvorrichtung, einen Laserentfernungsmesser, ein Sonar und dergleichen umfassen. Es ist möglich, die Genauigkeit des Steuerns der Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 durch Bereitstellung derartiger Instrumente zu verbessern.
  • Ferner können Oberflächen der ersten Magnete 11 mit einem reibungsarmen Material, beispielsweise einem Gel, abgedeckt werden, und das reibungsarme Material kann mit der Scheibenoberfläche 5a in Kontakt gebracht werden. Durch ein derartiges Verfahren kann der Fahrwiderstand ebenfalls verringert werden.
  • Auch wenn das Beispiel, bei dem die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 an der gekrümmten Oberfläche der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 befestigt ist, in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht darauf begrenzt. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung 100 kann auch an einer ebenen Oberfläche der Scheibenoberfläche 5a der Rotorscheibe 5 befestigt werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dampfturbine
    2
    Turbinenrotor
    3
    Laufschaufel
    4
    Rotorwelle
    5
    Rotorscheibe
    5a
    Scheibenoberfläche
    6
    Schaufelnutabschnitt
    10
    Prüfabschnitt
    11
    erster Magnet (Halteabschnitt)
    12
    Antriebsrad (Bewegungsabschnitt)
    13
    Lenkrad (Einstellabschnitt)
    14
    Hubsensor (Positionserfassungsabschnitt)
    15
    Steuervorrichtung (Steuerabschnitt)
    16
    Antriebsrad-Tragabschnitt
    16a
    zugewandte Oberfläche
    17
    Lenkrad-Tragabschnitt
    17a
    zugewandte Oberfläche
    18
    Hubsteuervorrichtung
    21
    Speicherabschnitt
    22
    Lenkrad-Steuerabschnitt
    23
    Eigenposition-Erfassungsabschnitt (Bewegungsabstand-Erfassungsabschnitt)
    24
    Schaden-Erfassungsabschnitt
    30
    Befestigungsarm
    31
    Ultraschall-Sonde
    31a
    erste Ultraschall-Sonde
    31b
    zweite Ultraschall-Sonde
    32
    sondenseitiger Halter
    32a
    erster sondenseitiger Halter
    32b
    zweiter sondenseitiger Halter
    33
    Weichgelabschnitt
    34
    rotorscheibenseitiger Halter
    35
    Vorbelastungsabschnitt
    36
    Winkeleinstellabschnitt
    37
    Abschirmplatte
    38
    zweiter Magnet
    39
    Kugelrolle
    40
    erste Halterung
    41
    Feder
    42
    zweite Halterung
    43
    Schieberabschnitt
    44
    Schienenabschnitt
    45
    Hebel
    46
    Drehsicherungsschraube
    50
    Neigungseinstellungsmechanismus (erstes Neigungsmittel, zweites Neigungsmittel)
    51
    äußere Schraube
    51a
    sphärischer Abschnitt
    52a
    sphärischer Abschnitt
    52
    innere Schraube
    53
    äußeres Schraubenloch
    54
    inneres Schraubenloch
    56
    äußeres Schraubenloch
    56a
    sphärischer Raum
    57a
    sphärischer Raum
    57
    inneres Schraubenloch
    58
    Mutter
    61
    Scharnier
    62
    Zugfeder
    100
    Ultraschall-Prüfvorrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2016206049 [0004]

Claims (10)

  1. Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zur Ultraschallprüfung einer Rotorscheibe, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Ultraschall-Sonde, die eine Ultraschallwelle zu einer Scheibenoberfläche der Rotorscheibe sendet, einen Halteabschnitt, der die Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe bewegbar hält, einen Bewegungsabschnitt, der bewirkt, dass sich die Ultraschall-Sonde in einer Richtung bewegt, die eine Radialrichtung der Rotorscheibe schneidet, einen Einstellabschnitt, der eine Bewegungsrichtung des Bewegungsabschnitts einstellt, einen Positionserfassungsabschnitt, der eine radiale Position der Ultraschall-Sonde erfasst, die relativ zu der Scheibenoberfläche gehalten wird, und einen Steuerabschnitt, der den Einstellabschnitt auf der Basis von Informationen steuert, die von dem Positionserfassungsabschnitt erfasst werden, derart, dass die radiale Position der Ultraschall-Sonde in einem vorbestimmten Bereich liegt.
  2. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: einen Antriebsabschnitt, der den Bewegungsabschnitt antreibt.
  3. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Halteabschnitt einen Magneten umfasst, der an der Scheibenoberfläche haftet, und der Magnet von der Scheibenoberfläche getrennt ist.
  4. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner aufweist: einen Bewegungsabstand-Erfassungsabschnitt, der einen Abstand der durch den Bewegungsabschnitt bewirkten Bewegung erfasst.
  5. Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zur Ultraschallprüfung einer Rotorscheibe, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Ultraschall-Sonde, die eine Ultraschallwelle zu einer Scheibenoberfläche der Rotorscheibe sendet, einen sondenseitigen Halter, an dem die Ultraschall-Sonde befestigt ist, einen Verformungsabschnitt, der zwischen der Ultraschall-Sonde und der Scheibenoberfläche vorgesehen ist, der es der Ultraschallwelle ermöglicht, dort hindurchzugehen, und der verformbar ist, indem er gegen die Scheibenoberfläche gedrückt wird, einen rotorscheibenseitigen Halter, der einen an der Scheibenoberfläche haftenden Haftabschnitt umfasst, der näher bei der Rotorscheibe vorgesehen ist als der sondenseitige Halter, und der den Verformungsabschnitt hält, und einen Vorbelastungsabschnitt, der den sondenseitigen Halter zu der Rotorscheibe vorbelastet.
  6. Die Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß Anspruch 5, ferner aufweisend: einen Winkeleinstellabschnitt, der einen Winkel der Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche ändert.
  7. Eine Ultraschall-Prüfvorrichtung zur Ultraschallprüfung einer Rotorscheibe, wobei die Vorrichtung aufweist: eine erste Ultraschall-Sonde, die eine Ultraschallwelle zu einer Scheibenoberfläche der Rotorscheibe sendet, eine zweite Ultraschall-Sonde, die die Ultraschallwelle zu der Scheibenoberfläche sendet und so vorgesehen ist, dass sie benachbart zu der ersten Ultraschall-Sonde ist, ein erstes Neigungsmittel, das bewirkt, dass die erste Ultraschall-Sonde zu einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Ultraschall-Sonde geneigt ist, und ein zweites Neigungsmittel, das bewirkt, dass die zweite Ultraschall-Sonde zu einer der ersten Ultraschall-Sonde gegenüberliegenden Seite geneigt ist.
  8. Ein Prüfverfahren zur Ultraschall-Prüfung einer Rotorscheibe unter Verwendung der Ultraschall-Prüfvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Verfahren folgendes aufweist: einen Ultraschallwellen-Sendevorgang des Sendens einer Ultraschallwelle von der Ultraschall-Sonde zu der Scheibenoberfläche der Rotorscheibe, einen Haltevorgang des bewegbaren Haltens der Ultraschall-Sonde relativ zu der Scheibenoberfläche durch den Halteabschnitt, einen Bewegungsvorgang, der bewirkt, dass sich die Ultraschall-Sonde durch den Bewegungsabschnitt in einer Richtung bewegt, die die Radialrichtung der Rotorscheibe schneidet, einen Einstellvorgang des Einstellens einer Bewegungsrichtung des Bewegungsabschnitts durch den Einstellabschnitt, einen Positionserfassungsvorgang des Erfassens einer radialen Position der Ultraschall-Sonde, die relativ zu der Scheibenoberfläche gehalten wird, durch den Positionserfassungsabschnitt, und einen Steuervorgang des Steuerns des Einstellabschnitts auf der Basis von Informationen, die in dem Positionserfassungsvorgang erfasst werden, durch den Steuerabschnitt, derart, dass die radiale Position der Ultraschall-Sonde in einem vorbestimmten Bereich liegt.
  9. Das Prüfverfahren gemäß Anspruch 8, wobei die Ultraschall-Sonde beim Haltevorgang relativ zu einer gekrümmten Oberfläche der Scheibenoberfläche gehalten wird.
  10. Das Prüfverfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, das ferner aufweist: einen Aufzeichnungsvorgang des Aufzeichnens von Prüfdaten, die durch die von der Ultraschall-Sonde gesendete Ultraschallwelle erhalten werden, und einen Bestimmungsvorgang des Bestimmens, ob die Rotorscheibe auf der Basis von den in dem Aufzeichnungsvorgang aufgezeichneten Prüfdaten beschädigt worden ist oder nicht.
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