JP2005300544A - 自動化タービン部品検査装置及び自動化タービン部品検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、タービン、発電機のロータ及びホイールを検査する自動化検査システムに関する。
【解決手段】 一実施形態においては、検査システム（４０）は、互いに離間して配置された少なくとも２つのベース部材（４２）と、各ベース部材に装着された支持アーム（４８）と、支持アームの間に延出し且つ支持アームにより支持された直線軌道（５２）と、直線軌道に結合された搬送部材（５８）とを含む。搬送部材は、直線軌道に沿って移動自在である。検査システムは、搬送部材に回動自在に結合された変換器支持アーム（８２）と、変換器支持アームに結合された変換器アセンブリ（８８）とを更に含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、一般に、自動化超音波検査システム及び自動化渦電流検査システムに関し、特に、タービン、発電機のロータ及びホイールを検査する自動化検査システムに関する。

ロータの鍛造部品のキズを検査する目的で、鍛造部品及びそれらに関連する部品の検査は、長年にわたり、手動操作により行われてきた。手動操作によって超音波試験及び渦電流試験を実施することには困難が伴い、誤りが起こることもあるため、通常は、ロータに対して、２回の手動操作試験を別個に実施し、それにより、検査の信頼性を向上させる。

手動操作によるロータ鍛造部品の超音波検査は、ロータ鍛造部品の周囲部分から、鍛造部品の中心に向かう半径方向試験を含む。検査担当者は、反射波を求めて、超音波試験用機器を注視する。その後、担当者は、反射波のピークを判定し、その場所と振幅を記録する。不注意な担当者であれば、瞬間的な気のゆるみや、セットアップの誤りにより、また、単調で退屈な作業に飽きて、容易に標識を見逃してしまう。
米国特許６，４７７，４７３号公報

場合によっては、ロータ鍛造部品を検査するために、半自動化システムが使用されることもある。このシステムは、検査波形を捕捉し、それに基づいて、担当者は、ロータ内部に位置する可能性があるキズの標識を識別できる。この後、担当者は、識別された領域に目を戻し、キズの標識を確認すると共に、標識のピーク振幅を判定するために、手動操作により超音波検査を実行する。ピーク振幅は、埋没しているキズの大きさを判定するために使用される。半自動化システムは、欠陥の振幅及び場所を検証するために、手動操作による検査を必要とする。

１つの面においては、検査システムが提供される。検査システムは、互いに離間して配置された少なくとも２つのベース部材と、各々のベース部材に装着された支持アームと、支持アームの間に延出し且つ支持アームにより支持された直線軌道と、直線軌道に結合された搬送部材とを含む。搬送部材は、直線軌道に沿って移動自在である。検査システムは、搬送部材に回動自在に結合された変換器支持アームと、変換器支持アームに結合された変換器アセンブリとを更に含む。

別の面においては、金属物品を検査するための検査システムが提供される。検査システムは、ベース部材と、ベース部材に装着された支持アームと、支持アームに装着された直線軌道と、直線軌道に結合された搬送部材とを含む。搬送部材は、直線軌道に沿って移動自在である。検査システムは、搬送部材に回動自在に結合された変換器支持アームと、変換器支持アームに結合された変換器アセンブリとを更に含む。

更に別の面においては、金属物品を検査する方法が提供される。方法は、金属物品に隣接させて、検査装置を位置決めすることと、検査装置を利用して、金属物品を検査することとを含む。検査装置は、互いに離間して配置された少なくとも２つのベース部材と、各々のベース部材に装着された支持アームと、支持アームの間に延出し且つ支持アームにより支持され、第１の側面及び第２の側面を有する直線軌道と、直線軌道に結合され、直線軌道に沿って移動自在である搬送部材と、搬送部材に回動自在に結合された変換器支持アームと、変換器支持アームに結合された変換器アセンブリとを含む。

例えば、タービンの鍛造部品などの金属物品の超音波検査及び／又は渦電流検査を実行するための自動化検査システムを、以下に、詳細に説明する。システムは搬送自在であり、ロータ、ホイール又はディスクの鍛造部品の検査のために、様々な場所へ移動できる。検査システムは、並進運動及び回転運動を受動的に監視することが可能であり、円板形、中空円筒形、中実円筒形及び／又は板状の部品に対して使用される。位置監視が受動的に実行されるので、試験される部品に対して検査プローブを運動させるために、旋盤、ボーリングミル及びＸ‐Ｙ運動システムなどの既存の部品操作装置を使用できる。円筒形又は円板形の鍛造部品の場合、部品の表面に沿った検査プローブの経路が、鍛造部品の形状に応じて、螺旋形又は渦巻形のパターンを描くように、検査プローブに対して部品を移動させるために、既存の部品操作装置が使用される。また、運動制御源の受動的な監視により、特定の機械加工装置に合わせた特定の構成を必要とせずに、様々な機械装置に対して検査システムを使用できる。以下、蒸気タービンのロータ鍛造部品に関連して、システムを説明するが、ガスタービン、発電機及び他の回転機械の鍛造部品に対しても、システムの使用が可能である。

図面を参照すると、図１は、蒸気タービン１０の一例の部分切り欠き斜視図である。タービン１０は、ロータ１２を含む。ロータ１２は、軸１４と、複数のタービン段１６とを含む。タービンロータ１２は、軸方向に互いに離間して配置された複数のロータホイール１８を含む。一実施形態では、ロータホイール１８は、所望の形状になるまで機械加工された鍛造品から形成される。各ロータホイール１８に、複数のバケット２０が機械的に結合される。特に、バケット２０は、各ロータホイール１８の周囲に沿って延出する列を成して配列される。複数の固定ノズル２２は、軸１４の周囲に沿って延出し、バケット２０の隣接する列の間に軸方向に配置される。ノズル２２は、バケット２０と協働して、各タービン段１６を形成すると共に、タービン１０を通る蒸気流路の一部を規定する。軸１４は、複数の軸受２３及び２４により、回転自在に支持され且つ案内される。

動作中、蒸気２５はタービン１０の入口２６から入り、ノズル２２を通る。ノズル２２は、蒸気２５を下流側のバケット２０に向けて放出する。蒸気２５は、後続するタービン段１６を通過し、バケット２０に力を加える。この力によって、ロータ１２は回転される。タービン１０の少なくとも一方の端部は、ロータ１２から離間して軸方向に延出する。この端部は、発電機及び／又は別のタービンなどの負荷又は機械装置（図示せず）に装着されてもよい。尚、タービンが装着されるのは、発電機及び／又は別のタービンに限定されない。従って、大型蒸気タービンユニットは、実際には、同じ軸１４に全て同軸に結合された、いくつかのタービンを含む場合もある。そのようなユニットは、例えば、中間圧力（ＩＰ）タービンに結合された高圧（ＨＰ）タービンを含んでいてもよい。ＩＰタービン自体は、低圧（ＬＰ）タービンに結合される。一実施形態では、蒸気タービン１０は、ゼネラル・エレクトリック社（ニューヨーク州スケネクタディ）から市販されているタービンである。

図２は、自動化検査システム４０の一実施形態の正面図であり、図３は、検査システム４０の側面図である。図２及び図３を参照すると、検査システム４０は、互いに離間して配置されたベース部材４２を含む。各ベース部材４２は、複数の調整自在の支持脚部４４と、支持ビーム４６とを含む。支持ビーム４６は、支持脚部４４の間に延出し、支持脚部４４に結合される。支持アーム４８は、ブラケット５０により、支持ビーム４６に装着される。ブラケット５０により装着されるため、支持アーム４８は、図２に点線により示される輸送時の保管位置５１まで回動できる。支持アーム４８の間に延出する直線軌道５２は、支持アーム４８の一端部５４に装着される。直線軌道５２は、端と端を合わせて配置された複数の直線軌道部分５６により形成される。

搬送部材５８は、直線軌道５２に結合され、直線軌道５２に沿って移動自在である。搬送部材５８は、直線軌道５２に装着されたラック６２とかみ合うような大きさに規定された平歯車６０を含む。搬送部材ハウジング６６の内部に配置された駆動モータ６４は、平歯車６０に動作自在に結合される。ガイドローラ６８及び７０は、搬送部材５８の底部分７２から延出する。ガイドローラ６８は、直線軌道５２の第１の側面７４と係合するように位置決めされ、ガイドローラ７０は、直線軌道５２の第２の側面７６と係合するように位置決めされる。ガイドローラ６８は、直線軌道５２の第１の側面７４に形成された溝７８に乗るように構成される。ガイドローラ７０は、直線軌道５２の第２の側面７６に形成された溝８０に乗るように構成される。搬送部材５８を駆動するために、平歯車６０が回転するにつれて、ガイドローラ６８及び７０は、搬送部材５８を直線軌道５０に沿って移動させる。別の実施形態では、搬送部材５８は、直線軌道５０に沿って移動するための他の手段を含む。この手段は、例えば、駆動チェーン、駆動ケーブル及び１つ以上の駆動ホイールなどである。

変換器支持アーム８２は、回動ブラケット８６により、搬送部材５８の上部８４に結合される。変換器アセンブリ８８は、変換器支持アーム８２に結合される。変換器アセンブリ８８は、第１の端部９２で変換器支持アーム８２に結合された装着部材９０を含む。支持ホイール９４は、装着部材９０の第２の端部９６に結合される。装着部材９０の第２の端部９６には、リンクアーム９８も結合される。変換器ホルダ１００は互いに結合されると共に、リンクアーム９８にも結合される。各変換器ホルダ１００に、超音波変換器プローブ１０２が装着される。別の実施形態では、各変換器ホルダ１００に、渦電流プローブが装着される。様々な形状及び大きさの鍛造部品を検査可能とするために、変換器ホルダ１００は、端と端を合わせて配置され且つ互いに回動自在に結合される。

ロータの鍛造部品１０４を検査するときには、検査システム４０は、鍛造部品１０４に隣接して位置決めされる。特に、ベース部材４２は、床面１０６上に位置決めされ、更に、支持脚部４４を調整することにより、水平になるように調整される。直線軌道５２は、各ベース部材４２に装着された支持アーム４８上に装着される。平歯車６０がラック６２とかみ合い且つガイドローラ６８及び７０が直線軌道５２の溝７８及び８０にそれぞれ係合する状態で、搬送部材５８は、直線軌道５２上に位置決めされる。直線軌道５２は、超音波変換器プローブ１０２の所望の運動軸に合わせて向きを定められる。超音波変換器プローブ１０２及び支持ホイール９４が鍛造部品１０４の表面と接触する状態で、変換器支持アーム８８が鍛造部品１０４に隣接して位置決めされるように、搬送部材５８は、直線軌道５２に沿って移動され、鍛造部品１０４に隣接する位置に到達する。既存の鍛造部品操作装置（図示せず）を使用して、ロータ鍛造部品１０４が回転される間に、変換器プローブ１０２は、鍛造部品１０４を走査する。走査データは、データ収集システム（図示せず）により収集される。鍛造部品１０４が完全に１回転し、検査が完了したことを第１の位置センサ１０６が判定すると、搬送部材５８は、鍛造部品１０４の隣接する部分を走査するように、直線軌道５２に沿って移動し、超音波変換器プローブ１０２を再度位置決めする。第２の位置センサ１０８は、直線軌道５２に沿った搬送部材５８の直線運動を監視する。これらの過程は、鍛造部品１０４の全ボリュームの検査が完了するまで、繰り返される。別の実施形態では、鍛造部品１０４を検査するために、超音波変換器プローブではなく、渦電流プローブが使用される。

図４は、板状鍛造部品１１０を検査する検査システム４０の概略平面図である。板状鍛造部品１１０を検査するときには、検査システム４０は、鍛造部品１１０に隣接して位置決めされる。直線軌道５２は、超音波変換器プローブ１０２の所望の運動軸に合わせて向きを定められる。超音波変換器プローブ１０２が鍛造部品１１０の表面に接触する状態で、変換器支持アーム８８が鍛造部品１１０に隣接して位置決めされるように、搬送部材５８は、直線軌道５２に沿って移動され、鍛造部品１０４に隣接する位置に到達する。既存の鍛造部品操作装置（図示せず）を使用して、鍛造部品１１０がＸ軸に沿って移動される間に、超音波変換器プローブ１０２は、鍛造部品１１０を走査する。走査データは、データ収集システム（図示せず）により収集される。超音波変換器プローブ１０２が鍛造部品１１０に沿って１回分の走査を完了したことを第１の位置センサ１０６が判定すると、搬送部材５８は、鍛造部品１１０の隣接する部分を走査するように、直線軌道５２に沿って、Ｙ軸方向に移動され、超音波変換器プローブ１０２を再度位置決めする。第２の位置センサ１０８は、直線軌道５２に沿った搬送部材５８の直線運動を監視する。これらの過程は、鍛造部品１１０の全ボリュームの検査が完了するまで、繰り返される。別の実施形態では、鍛造部品１１０を検査するために、超音波変換器プローブではなく、渦電流プローブが使用される。

図５は、円板形の鍛造部品１２０を検査している検査システム４０の概略側面図である。円板形の鍛造部品１２０を検査するときには、検査システム４０は、鍛造部品１２０に隣接して位置決めされる。直線軌道５２は、超音波変換器プローブ１０２の所望の運動軸に合わせて方向を定められる。超音波変換器プローブ１０２が鍛造部品１２０の表面に接触する状態で、変換器支持アーム８８が鍛造部品１２０に隣接して位置決めされるように、搬送部材５８は、直線軌道５２に沿って移動され、鍛造部品１２０に隣接する位置に到達する。超音波変換器プローブ１０２が鍛造部品１２０を走査する間、鍛造部品１２０は、既存の鍛造部品操作装置（図示せず）を使用して、回転される。走査データは、データ収集システム（図示せず）により収集される。鍛造部品１２０が完全に１回転し、検査が完了したことを第１の位置センサ１０６が判定すると、搬送部材５８は、渦巻形パターンに従って、鍛造部品１２０の隣接する部分を走査するように、直線軌道５２に沿って移動され、超音波変換器プローブ１０２を再度位置決めする。第２の位置センサ１０８は、直線軌道５２に沿った搬送部材５８の直線運動を監視する。別の実施形態では、鍛造部品１２０を検査するために、超音波変換器プローブではなく、渦電流プローブが使用される。

図２及び図３に示される実施形態においては、直線軌道５２は、ほぼ水平の向きに、すなわち、床面とほぼ平行に位置決めされる。しかし、他の実施形態では、直線軌道５２を別の向きで位置決めすること、例えば、傾斜した向き又は垂直の向きで位置決めすることが可能である。

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲の趣旨の範囲内で、変形を伴って本発明を実施できることは、当業者には認識されるであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

蒸気タービンの一例の部分切り欠き斜視図。 本発明の一実施形態に従った検査システムの正面図。 図２に示される検査システムの側面図。 図２に示される検査システム及び板状鍛造部品の概略平面図。 図２に示される検査システム及び円板形鍛造部品の概略側面図。

符号の説明

４０…自動化検査システム、４２…ベース部材、４８…支持アーム、５２…直線軌道、５６…直線軌道部分、６０…平歯車、６２…ラック、６８、７０…ガイドローラ，８２…変換器支持アーム、８８…変換器アセンブリ、９０…装着部材、９４…支持ホイール、９８…リンクアーム、１００…変換器ホルダ、１０２…超音波変換器プローブ、１０４…鍛造部品、１０６…第１の位置センサ、１０８…第２の位置センサ、１１０…鍛造部品、１２０…鍛造部品

Claims (10)

1. 互いに離間して配置された少なくとも２つのベース部材（４２）と；
   前記ベース部材の各々に装着された支持アーム（４８）と；
   前記支持アームの間に延出し且つ前記支持アームにより支持され、第１の側面（７４）及び第２の側面（７６）を具備する直線軌道（５２）と；
   前記直線軌道に結合され、前記直線軌道に沿って移動自在である搬送部材（５８）と；
   前記搬送部材に回動自在に結合された変換器支持アーム（８２）と；
   前記変換器支持アームに結合された変換器アセンブリ（８８）とを具備する検査システム（４０）。
2. 前記搬送部材（５８）は、平歯車（６０）を具備し、前記直線軌道（５２）は、ラック（６２）を具備し、前記搬送部材を前記直線軌道に沿って移動させるために、前記平歯車は、前記ラックに動作自在に結合するように構成される請求項１記載の検査システム（４０）。
3. 前記搬送部材（５８）は、前記直線軌道の前記第１の側面（７４）及び前記第２の側面（７６）に係合するように位置決めされた複数のガイドローラ（６８）、（７０）を具備する請求項２記載の検査システム（４０）。
4. 前記直線軌道（５２）は、複数の軌道部分（５６）を具備する請求項１記載の検査システム（４０）。
5. 前記変換器アセンブリ（８８）は、
   第１の端部（９２）で、前記変換器支持アーム（８２）に結合された装着部材（９０）と；
   前記装着部材の第２の端部（９６）に結合された支持ホイール（９４）と；
   前記装着部材の前記第２の端部に結合されたリンクアーム（９８）と；
   前記リンクアームに結合された少なくとも１つの変換器ホルダ（１００）と；
   前記変換器ホルダ（１００）の各々に装着された超音波変換器（１０２）及び渦電流変換器（１０２）のうちの少なくとも一方とを具備する請求項１記載の検査システム（４０）。
6. 前記変換器アセンブリ（８８）は、少なくとも２つの変換器ホルダ（１００）を具備し、前記変換器ホルダは、端と端を合わせて直線状に配置され且つ互いに回動自在に装着される請求項５記載の検査システム（４０）。
7. 第１の位置符合器（１０６）及び第２の位置符合器（１０８）を更に具備し、前記第１の位置符合器は、第１の軸位置決めを判定するように構成され、前記第２の位置符合器は、半径方向位置決め又は第２の軸位置決めを判定するように構成される請求項１記載の検査システム（４０）。
8. 金属物品を検査する方法において、
   金属物品に隣接させて、検査装置（４０）を位置決めすることと；
   前記超音波検査装置を利用して、金属物品を検査することとから成り、
   前記検査装置は、
   互いに離間して配置された少なくとも２つのベース部材（４２）と；
   前記ベース部材の各々に装着された支持アーム（４８）と；
   前記支持アームの間に延出し且つ前記支持アームにより支持され、第１の側面（７４）及び第２の側面（７６）を具備する直線軌道（５２）と；
   前記直線軌道に結合され、前記直線軌道に沿って移動自在である搬送部材（５８）と；
   前記搬送部材に回動自在に結合された変換器支持アーム（８２）と；
   前記変換器支持アームに結合された変換器アセンブリ（８８）とを具備する方法。
9. 前記搬送部材（５８）は、複数のガイドローラ（６８）、（７０）と、平歯車（６０）とを具備し、前記直線軌道（５２）は、ラック（６２）を具備し、前記平歯車は、前記搬送部材を前記直線軌道に沿って移動するために、前記ラックに動作自在に結合するように構成され、前記金属物品を検査することは、前記直線軌道に沿って前記搬送部材を移動させることにより、前記変換器アセンブリを再度位置決めすることを含む請求項８記載の方法。
10. 前記変換器アセンブリ（８８）は、
    第１の端部（９２）で、前記変換器支持アーム（８２）に結合された装着部材（９０）と；
    前記装着部材の第２の端部（９６）に結合された支持ホイール（９４）と；
    前記装着部材の前記第２の端部に結合されたリンクアーム（９８）と；
    前記リンクアームに結合された少なくとも１つの変換器ホルダ（１００）と；
    前記変換器ホルダ（１００）の各々に装着された超音波変換器（１０２）及び渦電流変換器（１０２）のうちの少なくとも一方とを具備し、
    前記超音波検査システムは、第１の位置符合器（１０６）及び第２の位置符合器（１０８）を更に具備し、前記第１の位置符合器は、第１の軸位置決めを判定するように構成され、第２の位置符合器は、半径方向位置決め又は第２の軸位置決めを判定するように構成され、前記金属物品を検査することは、
    前記金属物品を前記変換器アセンブリに対して移動させることと；
    各変換器に対する前記金属物品の位置を、前記第１の位置符合器及び前記第２の位置符合器によって判定することとを更に含む請求項８記載の方法。

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