JP2001116728A - 回転電機における回転子の検査方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】曲率加工部からの反射エコーと応力集中部から
の反射エコーとを簡便且つ効率良く識別することにあ
る。 【解決手段】ロータティース１及びその内側に存するス
ロット開口部に挿入されたコイル楔３の欠陥の有無を超
音波探触子より発信する超音波により検査する回転電機
における回転子の検査方法において、コイル楔３の外表
面に内部に複数個の圧電素子１１が配列されたアレイ探
触子１０を設置し、このアレイ探触子１０を固定した状
態で圧電素子１１を通して発信する広がりの持った超音
波をコイル楔３の外表面から入射し、その反射エコーを
処理することにより、コイル楔３の応力集中部に生じる
エコーとコイル楔３の形状から生じるエコーとを識別す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばタービン発
電機における回転子の検査方法及び装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばタービン発電機の回転子に
おいて、コイル楔及びロータティースの欠陥の有無を検
査する方法としては、超音波による検査方法がある。

【０００３】図７及び図８はこの超音波による回転子の
検査方法を説明するための概略図を示すものである。

【０００４】図７（ａ）において、１はロータティース
で、このロータティース１の内側に存するスロット内に
はコイル２が納められ、そのスロット開口部には両側面
の一部に曲率加工部、つまりアール（Ｒ）加工部６が施
されているコイル楔３が打込まれている。このＲ加工部
６は、スロット内にコイル楔３を打込むとスロットの開
拡曲げ部に対応する部分に応力集中を受けることから、
この部分の応力を分散させる目的で形成されている。

【０００５】このようなロータティース１及びコイル楔
３の欠陥の有無を検査するには、被検査面であるコイル
楔３の外表面に任意の入射角を有する斜角探触子４を接
触媒質５を塗布して設置し、この斜角探触子４を図示左
右方向に走査しながら超音波を任意の入射角で入射し、
その反射エコーを探索すると共に、これを解析して波形
として表示することにより、コイル楔３の欠陥の有無を
判別している。

【０００６】例えば、いまスロット内に打込まれたコイ
ル楔３のＲ加工部（応力集中部）６に亀裂等の不連続６
１が存在しているものとすると、その検査結果は一般に
図７（ｂ）に示すような波形（基本表示あるいはＡスコ
ープ表示）として表される。

【０００７】この場合、Ｒ加工部分６の形状エコーと不
連続６１からの欠陥エコーは、基本表示でそれぞれｂ１
とｂ２の波形となって表される。

【０００８】また、コイル楔３に不連続６１が存在して
いない場合には、図７（ｃ）に示すようにＲ加工部分の
形状エコーｂ２のみが表れる。

【０００９】一方、図８（ａ）は、スロット開口部の応
力集中部６０にアール（Ｒ）加工部が施されていないコ
イル楔３が打込まれている場合を示すものである。

【００１０】このようなコイル楔３の欠陥の有無を斜角
探触子４を前述同様に走査しながら超音波を任意の入射
角で入射し、その反射エコーを探索すると共に、これを
解析して波形として表示すると、亀裂等の不連続６１が
存在する場合には図８（ｂ）に示すよな波形で、また不
連続６１が存在しない場合には図８（ｃ）に示すような
波形で表される。

【００１１】この場合、コイル楔３にはＲ加工部が存在
しないので、不連続６１の存在の有無については、ｂ１
波形を見ることによって明確に判別できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】このように従来の斜角
探触子を用いた超音波による回転子の検査方法は、Ｒ加
工部の存在しないコイル楔に対しては有効な検査方法で
あるが、Ｒ加工部が存在するコイル楔を検査する場合に
は、不連続６１がＲ加工部を起点として発生することが
殆どであるため、その検査結果について見ると図７
（ｂ）のｂ１波形とｂ２波形のように非常に接近した状
態で表示される。

【００１３】このため、Ｒ加工部６からの反射エコーと
応力集中部６０に発生する欠陥からの反射エコーとを識
別することが困難である。

【００１４】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、曲率加工部からの反射エコーと応力集中部か
らの反射エコーとを簡便に識別することができる回転電
機における回転子の検査方法及び装置を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような方法及び装置により回転電機に
おける回転子の検査を行なうものである。

【００１６】請求項１に対応する発明は、ロータティー
ス及びその内側に存するスロット開口部に挿入されたコ
イル楔の欠陥の有無を超音波探触子より発信する超音波
により検査する回転電機における回転子の検査方法にお
いて、前記コイル楔の外表面に内部に複数個の振動子が
遅延要素として配列されたアレイ探触子を設置し、この
アレイ探触子を固定した状態で前記遅延要素を通して発
信する広がりの持った超音波を前記コイル楔の外表面か
ら入射し、その反射エコーを処理することにより、前記
コイル楔の応力集中部に生じるエコーとコイル楔の形状
から生じるエコーとを識別する。

【００１７】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の回転電機における回転子の検査方法におい
て、前記アレイ探触子が設置されるコイル楔の外表面に
高粘度の接触媒質を塗布して前記コイル楔に超音波を入
射する。

【００１８】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の回転電機における回転子の検査方法におい
て、薄膜中に接触媒質を充填させた被覆物で前記アレイ
探触子の超音波発信面側を覆った状態で超音波を前記コ
イル楔に入射する。

【００１９】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の回転電機における回転子の検査方法におい
て、前記コイル楔の外表面に配設された角度調整部材に
より、前記アレイ接触子をから発信する超音波の入射角
度を調整して超音波を前記コイル楔の外表面から給排気
等の不感帯部分に入射する。

【００２０】請求項５に対応する発明は、請求項４に対
応する発明の回転電機における回転子の検査方法におい
て、超音波の入射角度を変化させる角度調整部材は、こ
の角度調整部材に組込まれた移動機構により前記アレイ
探触子を任意角度に可変調整して前記コイル楔の外表面
から超音波を入射する。

【００２１】請求項６に対応する発明は、ロータティー
ス及びその内側に存するスロット開口部に挿入されたコ
イル楔の欠陥の有無を超音波探触子より発信する超音波
により検査する回転電機における回転子の検査装置にお
いて、前記コイル楔の外表面に設置され、内部に複数個
の振動子が遅延要素として配列して広がりの持った超音
波を発信するアレイ探触子と、このアレイ探触子により
受信された前記コイル楔内からの反射エコーを信号処理
して前記コイル楔の応力集中部に生じるエコーとコイル
楔の形状から生じるエコーとを識別する信号処理手段と
を備えたものである。

【００２２】請求項７に対応する発明は、請求項６に対
応する発明の回転電機における回転子の検査装置におい
て、前記アレイ探触子は超音波発信面側を薄膜中に接触
媒質を充填させた被覆物で覆われた構成としたものであ
る。

【００２３】請求項８に対応する発明は、請求項６に対
応する発明の回転電機における回転子の検査装置におい
て、前記アレイ探触子は前記コイル楔内に入射される超
音波の入射角度が調整可能な傾斜部を有する角度調整部
材に固定されたものである。

【００２４】請求項９に対応する発明は、請求項８に対
応する発明の回転電機における回転子の検査装置におい
て、角度調整部材の傾斜部に前記アレイ探触子を任意角
度に調整可能な移動機構を組込むものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００２６】図１は本発明による回転電機における回転
子の検査方法及び装置を説明するための第１の実施の形
態を示す概略図で、図７と同一部分には同一符号を付し
て示す。

【００２７】図１（ａ）において、１はロータティース
で、このロータティース１の内側に存するスロット内に
は図示しないコイル２が納められ、そのスロット開口部
には応力集中を受ける部分に対応させてＲ加工部が施さ
れたコイル楔３が打込まれている。このＲ加工部は、ス
ロット内にコイル楔３を打込むとスロットの開拡曲げ部
に対応する部分に応力集中を受けることから、この部分
の応力を分散させる目的で形成されている。

【００２８】このようなロータティース１及びコイル楔
３を検査する超音波探触子として、被検査面である例え
ばコイル楔３の外表面にアレイ探触子１０を設置する。
このアレイ探触子１０の内部にはコイル楔３との接触面
側に複数個の圧電素子１１が遅延要素として配列されて
いる。

【００２９】このような状態でコイル楔３の欠陥の有無
を検査するには、アレイ探触子１０をコイル楔３の外表
面に押当てながら超音波１２を発信すると、この超音波
１２は圧電素子１１により時系列的に広がりをもってコ
イル楔３の内部に入射し、その反射エコーをアレイ探触
子１０により受信すると共に、その受信信号を信号処理
装置１３に入力して信号処理し、これを表示装置１４に
画像として表示することにより、コイル楔３の欠陥の有
無を判別している。

【００３０】ここで、コイル楔３にはＲ加工部が形成さ
れているので、このＲ加工部が超音波の反射源となり、
図１（ｂ）の３ａに示すような形状によるエコーが表示
される。仮にこのＲ加工部に亀裂等の不連続が存在する
場合には、そのエコー表示は１０ａに示した像として表
れる。

【００３１】通常、これらの像３ａと１０ａは、明確に
分離されているため、Ｒ加工部の形状と不連続のどちら
であるかを容易に識別することが可能である。さらに、
これらの像３ａと１０ａは、コイル楔３を模擬した像１
１ａにオーバーレイすることが可能であり、コイル楔３
の底面エコー１２ａも同時に表示することが可能であ
る。

【００３２】なお、上記ではコイル楔３の検査について
述べたが、ロータティースについても同様な検査方法が
可能である。

【００３３】図２は本発明による回転電機における回転
子の検査方法を説明するための第２の実施の形態を示す
概略図で、図１と同一部分には同一符号を付して示す。

【００３４】図２においては、図１に示したアレイ探触
子１０をコイル楔３の外表面に高粘度の接触媒質５を塗
布して設置し、このアレイ探触子１０を押当てながら超
音波をコイル楔３の内部に入射して第１の実施の形態と
同様にコイル楔３の欠陥の有無を検査するものである。

【００３５】ここで、図３に示す従来の斜角探触子４と
図２に示す前述したアレイ探触子１０を用いた検査方法
を比較して説明する。

【００３６】直接接触型の超音波探触子を用いる場合、
一般的にはコイル楔３のコイル楔３の外表面に接触媒質
５を塗布する必要がある。しかし、コイル楔３の下部に
はタービン発電機における回転子のコイルとの絶縁を保
つための絶縁体が挿入されており、この部分に一般的に
導電性の良い接触媒質５が混入すると絶縁性の低下を招
く。

【００３７】その理由は、従来の斜角探触子４をコイル
楔３の外表面に接触媒質５を塗布した状態で図示矢印方
向に走査すると、塗布されている接触媒質５が同時に移
動してコイル楔３とロータティース１との隙間等にａ矢
印の方向に流入する恐れがあるためである。

【００３８】これに対して、アレイ探触子１０を用いた
場合は、前述したように被検査面にアレイ探触子１０を
押し当てるのみで探傷が可能なので、接触媒質５が移動
する恐れがない。従って、コイル楔３とロータティース
１との隙間等への接触媒質５の流入を低減することが可
能である。

【００３９】図４は本発明による回転電機における回転
子の検査方法及び装置を説明するための第３の実施の形
態におけるアレイ探触子の構成図である。

【００４０】図４においては、接触媒質５を直接コイル
楔３の被検査面に塗布する代わりに、薄膜１５中に接触
媒質５を充填させたケース１６にアレイ探触子１０の超
音波入射面側を挿入するようにしたものである。

【００４１】このような構成のアレイ探触子１０とすれ
ば、コイル楔３の被検査面に接触するのは薄膜１５であ
り、接触媒質５がコイル楔３に直接接触することはな
い。

【００４２】従って、コイル楔３の被検査面に接触媒質
５を塗布せずに超音波を入射することが可能なため、検
査後に接触媒質５を除去することが不要となる。

【００４３】図５は本発明による回転電機における回転
子の検査方法及び装置を説明するための第４の実施の形
態を示す概略図である。

【００４４】図５（ａ）において、回転子にはコイル楔
３が打込まれたスロット近傍に吸気孔あるいは排気孔と
なる通気孔２０ａが設けられ、この通気孔２０ａはコイ
ル楔３側に対して凹んだ段差部が形成されている。

【００４５】このような通気孔２０ａ部分を前述したア
レイ探触子１０を用いて検査する場合、通気孔２０ａの
形状の関係上、図５（ａ）の２０ｂで示す部分が不感帯
となるため、通気孔２０ａの上部からアレイ探触子１０
を当てて検査することは事実上不可能である。このよう
な部位は従来の探触子を使用しても同様である。

【００４６】そこで、このような通気孔２０ａ部分を検
査するには、図５（ｂ），（ｃ）に示すようにコイル楔
３の外表面に傾斜面を有するシュー１７を設置し、この
シュー１７の傾斜面にアレイ探触子１０を装着する。こ
の場合、シュー１７の傾斜角θは不感帯２０ｂとなる部
分に対し、理想的な角度で超音波が入射するように決め
られ、またアレイ探触子１０はシュー１７の傾斜方向と
アレイ探触子１０内に設けられた圧電素子１１が垂直と
なる方向に装着する。

【００４７】このような状態でアレイ探触子１０から超
音波を発生させることにより、超音波は斜め方向の不感
帯２０ｂ部分に入射できるため、初めて不感帯部分２０
ｂの検査が可能となる。

【００４８】図６は前述した第４の実施の形態において
用いられるシュー１７の構成例を示すものである。

【００４９】上記第４の実施の形態において、吸気側の
コイル楔と排気側のコイル楔とでは超音波の入射点から
応力集中部までのビーム路程距離が異なるため、シュー
１７の傾斜角θを変更する必要があり、これは検査箇所
が変わる度に傾斜角θの大きさを変更する必要がある。

【００５０】そこで、図６に示すようにシュー１７の傾
斜部に半球状の凹部１７ａを設け、この凹部１７ａにこ
れとほぼ合致する大きさの半球状の傾斜角調整体１７ｂ
を球面接触させて回動可能に挿入する構成としたもので
ある。この場合、傾斜角調整体１７ｂの回動に応じた傾
斜角を示す角度目盛り１７ｃが固定部側と回転部側に付
されている。

【００５１】このような構成のシュー１７をコイル楔３
の外表面に設置し、アレイ探触子１０を装着した状態で
傾斜角調整体１７ｂを図示ＣＬ方向に回動すると実際の
傾斜角θは大きくなり、逆にＣＲ方向に回動すると実際
の傾斜角θは小さくなる。

【００５２】従って、超音波の入射点から応力集中部ま
でのビーム路程距離が異なっても、シュー１７の傾斜角
θを変更することが可能となるので、アレイ探触子１０
から発信される超音波を如何なる箇所に対しても入射す
ることが可能となる。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、曲率
加工部からの反射エコーと応力集中部からの反射エコー
とを簡便且つ効率良く識別することができる回転電機に
おける回転子の検査方法及び装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による回転電機における回転子の検査方
法及び装置を説明するための第１の実施の形態を示すも
ので、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は検査結果を示すエ
コー図。

【図２】本発明による回転電機における回転子の検査方
法を説明するための第２の実施の形態を示す概略構成
図。

【図３】同実施の形態の検査方法と比較するための従来
の検査方法を説明するための概略構成図。

【図４】本発明による回転電機における回転子の検査方
法及び装置を説明するための第３の実施の形態を示すア
レイ探触子の構成図。

【図５】本発明による回転電機における回転子の検査方
法及び装置を説明するための第４の実施の形態の概略構
成を示すもので、（ａ）はコイル楔の外表面にシューを
介して装着された状態を示す側面図、（ｂ）は正面図、
（ｃ）はシューとアレイ探触子との関係を示す側面図。

【図６】同実施の形態において用いられるシューの一例
を示す構成図。

【図７】従来の超音波による回転子の検査方法を説明す
るためのもので、（ａ）はＲ加工部の存するコイル楔と
斜角探触子との関係を示す概略構成図、（ｂ）及び
（ｃ）はコイル楔に不連続が存在する場合と存在しない
場合の検査結果をそれぞれ示す波形図。

【図８】従来の超音波による回転子の検査方法を説明す
るためのもので、（ａ）はＲ加工部の存しないコイル楔
と斜角探触子との関係を示す概略構成図、（ｂ）及び
（ｃ）はコイル楔に不連続が存在する場合と存在しない
場合の検査結果をそれぞれ示す波形図。

【符号の説明】

１……ロータティース ２……コイル ３……コイル楔 ５……接触媒質 ６……Ｒ加工部 １０……アレイ探触子 １１……圧電素子 １２……超音波 １３……信号処理装置 １４……表示装置 １５……薄膜 １６……ケース １７……シュー １７ａ……凹部 １７ｂ……傾斜角調整体

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータティース及びその内側に存するス
   ロット開口部に挿入されたコイル楔の欠陥の有無を超音
   波探触子より発信する超音波により検査する回転電機に
   おける回転子の検査方法において、 前記コイル楔の外表面に内部に複数個の振動子が遅延要
   素として配列されたアレイ探触子を設置し、このアレイ
   探触子を固定した状態で前記遅延要素を通して発信する
   広がりの持った超音波を前記コイル楔の外表面から入射
   し、その反射エコーを処理することにより、前記コイル
   楔の応力集中部に生じるエコーとコイル楔の形状から生
   じるエコーとを識別することを特徴とする回転電機にお
   ける回転子の検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の回転電機における回転
   子の検査方法において、前記アレイ探触子が設置される
   コイル楔の外表面に高粘度の接触媒質を塗布して前記コ
   イル楔に超音波を入射することを特徴とする回転電機に
   おける回転子の検査方法。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の回転電機における回転
   子の検査方法において、薄膜中に接触媒質を充填させた
   被覆物で前記アレイ探触子の超音波発信面側を覆った状
   態で超音波を前記コイル楔に入射することを特徴とする
   回転電機における回転子の検査方法。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の回転電機における回転
   子の検査方法において、前記コイル楔の外表面に配設さ
   れた角度調整部材により、前記アレイ接触子をから発信
   する超音波の入射角度を調整して超音波を前記コイル楔
   の外表面から給排気等の不感帯部分に入射するようにし
   たことを特徴とする回転電機における回転子の検査方
   法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の回転電機における回転
   子の検査方法において、超音波の入射角度を変化させる
   角度調整部材は、この角度調整部材に組込まれた移動機
   構により前記アレイ探触子を任意角度に可変調整して前
   記コイル楔の外表面から超音波を入射することを特徴と
   する回転電機における回転子の検査方法。
6. 【請求項６】 ロータティース及びその内側に存するス
   ロット開口部に挿入されたコイル楔の欠陥の有無を超音
   波探触子より発信する超音波により検査する回転電機に
   おける回転子の検査装置において、 前記コイル楔の外表面に設置され、内部に複数個の振動
   子が遅延要素として配列して広がりの持った超音波を発
   信するアレイ探触子と、このアレイ探触子により受信さ
   れた前記コイル楔内からの反射エコーを信号処理して前
   記コイル楔の応力集中部に生じるエコーとコイル楔の形
   状から生じるエコーとを識別する信号処理手段とを備え
   たことを特徴とする回転電機における回転子の検査装
   置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の回転電機における回転
   子の検査装置において、前記アレイ探触子は超音波発信
   面側を薄膜中に接触媒質を充填させた被覆物で覆われた
   構成としたことを特徴とする回転電機における回転子の
   検査装置。
8. 【請求項８】 請求項６に記載の回転電機における回転
   子の検査装置において、前記アレイ探触子は前記コイル
   楔内に入射される超音波の入射角度が調整可能な傾斜部
   を有する角度調整部材に固定されたことを特徴とする回
   転電機における回転子の検査装置。
9. 【請求項９】 請求項８に記載の回転電機における回転
   子の検査装置において、角度調整部材の傾斜部に前記ア
   レイ探触子を任意角度に調整可能な移動機構を組込んだ
   ことを特徴とする回転電機における回転子の検査装置。