JP2012047184A - Turbine moving blade - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a turbine moving blade having a fork type blade embedding part suitable for ultrasonic flaw detection.SOLUTION: Assuming a point at which an ultrasonic wave oscillated from an ultrasonic sensor 55 enters a smooth surface 15C as an oscillation reference point P1c, an area on a blade installation surface adjacent to a projecting image of an outer fork 10a onto the blade installation surface 13 as a sensor arranging area D2, a width of the outer fork as a fork width (W3), a distance up to the oscillation reference point from an inflection point P3 of expanding the outer fork as the ultrasonic wave passing depth (H4), a point at which a straight line of contacting with a pinhole of the outer fork by passing through the inflection point from the oscillation reference point, reaches an end surface of the outer fork as an ultrasonic wave arrival point P2c, and a distance up to the oscillation reference point from the ultrasonic wave arrival point as an ultrasonic wave arrival distance (Hc), the sensor arranging area D2 is formed so that a width (W4) in the rotary axis direction satisfies "W4=H4*W3(Hc-H4)", and the smooth surface is arranged so that the oscillation reference point is positioned in the sensor arranging area D2.

Description

本発明はフォーク型の翼植込部を有するタービン動翼に関する。   The present invention relates to a turbine blade having a fork-type blade implantation portion.

図1の斜視図に示すように、タービンは、ディスク1と、タービン動翼(動翼)2と、ピン3を備えている。   As shown in the perspective view of FIG. 1, the turbine includes a disk 1, a turbine blade (blade) 2, and a pin 3.

ディスク1は、回転軸の外周側に取り付けられた円盤状の部材であり、ディスクフォーク4と、ピン穴5を有している。なお、図1(a)は、ディスク1の一部のみを示しており、ディスク1の部分的な断面形状を示している。   The disk 1 is a disk-shaped member attached to the outer peripheral side of the rotating shaft, and has a disk fork 4 and a pin hole 5. FIG. 1A shows only a part of the disk 1 and shows a partial cross-sectional shape of the disk 1.

ディスク1は、動翼2の翼植込部7(後述)と係合するように設けられた複数のフォーク6を備えている。ディスク4のフォーク6は、翼植込部7のフォーク10(後述)の間隔に対応する間隔で、ディスク1の外縁部上にロータ軸方向に沿って配置されている。   The disk 1 includes a plurality of forks 6 provided so as to engage with a blade implantation portion 7 (described later) of the moving blade 2. The forks 6 of the disk 4 are arranged along the rotor axial direction on the outer edge of the disk 1 at intervals corresponding to the intervals of forks 10 (described later) of the wing implantation portion 7.

ピン穴5は、動翼2をディスク1に固定するためのピン3が挿入されるものである。このピン穴5は、動翼2のピン穴11(後述)と中心と直径が同一となるよう製作されている。また、応力を分散して耐久性を向上するため、ピン穴5は複数設けられている。   The pin hole 5 is for inserting a pin 3 for fixing the rotor blade 2 to the disk 1. The pin hole 5 is manufactured to have the same diameter as the center of the pin hole 11 (described later) of the rotor blade 2. A plurality of pin holes 5 are provided in order to disperse stress and improve durability.

動翼2は、フォーク型の翼植込部(翼フォーク)7と、翼取付部8と、翼部9を備えている。   The moving blade 2 includes a fork-type blade implantation portion (wing fork) 7, a blade attachment portion 8, and a blade portion 9.

翼植込部7は、動翼2をディスク1に取り付けた姿勢(翼取付姿勢)においてディスク1側に位置する部分であり、複数のフォーク10とピン穴11を有している。   The blade implantation portion 7 is a portion located on the disk 1 side in a posture (blade attachment posture) in which the moving blade 2 is attached to the disk 1, and has a plurality of forks 10 and pin holes 11.

フォーク10は、翼取付姿勢においてロータ径方向の内側に突出した部材であり、ロータ軸方向に沿って複数配列されている。また、フォーク10は、ディスク1のフォーク6と係合するように設けられており、複数のピン穴11を有している。   The forks 10 are members that protrude inward in the rotor radial direction in the blade mounting posture, and a plurality of forks 10 are arranged along the rotor axial direction. The fork 10 is provided so as to engage with the fork 6 of the disk 1 and has a plurality of pin holes 11.

ピン穴11は、動翼2をディスク1に固定するためのピン3が挿入されるもので、翼植込部7の複数のフォーク10をロータ軸方向から貫通するように設けられている。   The pin hole 11 is for inserting a pin 3 for fixing the rotor blade 2 to the disk 1 and is provided so as to penetrate through the plurality of forks 10 of the blade implantation portion 7 from the rotor axial direction.

翼取付部8は、ロータ径方向に所定の厚みを有する部分であって、翼植込部7と一体に取り付けられている。翼取付部8のロータ径方向外側の翼取付面13には翼部9が取り付けられている。また、翼取付部8は、ロータ軸方向の両端に張出部12を有している。張出部12は、翼取付姿勢における翼植込部7のロータ軸方向の両端面と比較して、ロータ軸方向の端面が突出するように設けられた部分である。   The blade attachment portion 8 is a portion having a predetermined thickness in the rotor radial direction, and is attached integrally with the blade implantation portion 7. A blade portion 9 is attached to a blade attachment surface 13 on the outer side in the rotor radial direction of the blade attachment portion 8. The blade attachment portion 8 has overhang portions 12 at both ends in the rotor axial direction. The overhanging portion 12 is a portion provided such that the end surface in the rotor axial direction protrudes compared to both end surfaces in the rotor axial direction of the blade implantation portion 7 in the blade mounting posture.

この種のタービンでは、タービンの回転に伴ってピン穴10に応力がかかるため、亀裂(以下、欠陥)が生じることがある。このため、供用中の動翼の信頼性を確認するために、フォーク10の欠陥検査が重要視されている。   In this type of turbine, stress is applied to the pin hole 10 as the turbine rotates, so that a crack (hereinafter referred to as a defect) may occur. For this reason, in order to confirm the reliability of the moving blade in service, the defect inspection of the fork 10 is regarded as important.

フォーク10の欠陥検査には、従来、図10に示す磁粉探傷試験(MT(Magnetic particle Testing))が利用されていた。MTとは、検査対象40にN磁極41とS磁極42で磁場をかけた際に欠陥44から漏洩する磁束を検出する手法であって、欠陥の漏洩磁束に集積される蛍光物質を塗布した磁性金属粉43に紫外線を照射し、その磁性金属粉43の集積の有無を蛍光の発光として観察することで欠陥を検出する手法である。しかし、MTによる欠陥検査ではピンを抜いてディスクと動翼を分解する必要があるため、検査に時間がかかるという問題があった。   Conventionally, the magnetic particle testing (MT) shown in FIG. 10 has been used for defect inspection of the fork 10. MT is a technique for detecting a magnetic flux leaking from the defect 44 when a magnetic field is applied to the inspection target 40 with the N magnetic pole 41 and the S magnetic pole 42, and a magnetic material coated with a fluorescent material accumulated in the leakage magnetic flux of the defect. This is a technique for detecting defects by irradiating the metal powder 43 with ultraviolet light and observing whether or not the magnetic metal powder 43 is accumulated as fluorescence emission. However, in the defect inspection by MT, it is necessary to remove the pin and disassemble the disk and the moving blade, so that there is a problem that the inspection takes time.

そこで、非分解検査を実現する技術として、超音波探傷試験(UT(Ultrasonic Testing))の適用が検討された。UTとは、図11に示すように、超音波センサ45を用いて検査対象40内に超音波Uを送信し反射波を受信する検査方法であって、欠陥43からの反射があるか否かで欠陥の有無を評価するものである。このUTのフォーク検査への適用手法としては、(1)図11に示すように検査対象内で超音波を反射させて欠陥へ到達させる方法、(2)図13に示すようにピン穴へ超音波を入射させて表面波に変換して欠陥へ到達させる方法が考えられる。   Therefore, application of an ultrasonic flaw test (UT (Ultrasonic Testing)) has been studied as a technique for realizing non-decomposition inspection. As shown in FIG. 11, UT is an inspection method in which an ultrasonic wave U is transmitted into an inspection object 40 and a reflected wave is received using an ultrasonic sensor 45, and whether there is reflection from a defect 43 or not. In this case, the presence or absence of defects is evaluated. As a method for applying this UT to the fork inspection, (1) a method of reflecting ultrasonic waves in the inspection object to reach the defect as shown in FIG. 11, (2) a method of exceeding the pin hole as shown in FIG. A method is conceivable in which a sound wave is incident and converted into a surface wave to reach a defect.

これらのUT手法を利用して動翼の欠陥検査を行う技術には、図26に示すダブテイル型の動翼に利用するのものとして、超音波探触子保持器とその位置決め治具を備えている超音波探傷センサが開発されている(特許文献1等参照)。   The technology for inspecting a defect of a moving blade using these UT methods includes an ultrasonic probe holder and a positioning jig for the dovetail type moving blade shown in FIG. An ultrasonic flaw detection sensor has been developed (see Patent Document 1).

特開平7−248316号公報JP 7-248316 A

ところで、上記(1)の方法でUTを行う場合は、(i)検出感度を確保するために超音波を発振してから欠陥で反射するまでの反射回数の合計(欠陥での反射も含める)を4回以内とすること、(ii)図7に示すように反射効率を安定させるために超音波入射角の範囲を35〜55°程度とすることが必要となる。   By the way, when performing UT by the method of (1) above, (i) the total number of reflections from the oscillation of an ultrasonic wave to reflection at a defect in order to ensure detection sensitivity (including reflection at the defect) (Ii) In order to stabilize the reflection efficiency as shown in FIG. 7, it is necessary to set the range of the ultrasonic incident angle to about 35 to 55 °.

しかし、フォーク形状が超音波の伝播を考慮したものではないため、反射回数と入射角度の制約のため、超音波が到達しない領域が発生する。また、後述の第1の実施の形態と第2の実施の形態の超音波到達距離の比較を表す図16に示すように、翼設置面にUTセンサを設置すると超音波到達距離が長くなるが、翼設置面にUTセンサを設置しようとすると、翼曲面とセンサ間に隙間が生じ、超音波の入射が困難となる。   However, since the fork shape does not consider the propagation of ultrasonic waves, a region where the ultrasonic waves do not reach occurs due to restrictions on the number of reflections and the incident angle. Moreover, as shown in FIG. 16 showing a comparison of ultrasonic reach distances of the first embodiment and the second embodiment described later, when the UT sensor is installed on the blade installation surface, the ultrasonic reach distance becomes long. When attempting to install the UT sensor on the blade installation surface, a gap is generated between the curved surface of the blade and the sensor, making it difficult for the ultrasonic wave to enter.

本発明の目的は、超音波探傷に好適なフォーク型翼植込部を有するタービン動翼を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a turbine rotor blade having a fork type blade implantation portion suitable for ultrasonic flaw detection.

本発明は、上記目的を達成するために、フォーク型の翼植込部を有するタービン動翼において、複数のフォークのうち回転軸方向の端部に位置し、超音波探傷試験の対象となる外フォークと、翼植込部の回転軸の径方向の外側に前記翼植込部と一体に取り付けられた翼取付部と、この翼取付部上の面であって、翼が取り付けられている翼取付面と、この翼取付面上に設けられ、超音波センサが載置される平滑面とを備え、
前記超音波センサから発振された超音波が前記平滑面に進入する点を発振基準点、前記外フォークの回転軸方向における断面形状を回転軸の径方向に射影することによって前記翼取付面上に形成される射影像に対して、回転軸方向の両側から隣接する前記翼取付面上の領域をセンサ設置領域、前記外フォークの回転軸方向の幅をフォーク幅(W3)、前記外フォークが拡大する箇所を変曲点、この変曲点から前記発振基準点までの回転軸の径方向における距離を超音波通過深さ(H4)、前記発振基準点から前記変曲点を通過して前記外フォークのピン穴と接するように作成された直線が前記外フォークの端面に到達する点を超音波到達点、この超音波到達点から前記発振基準点までの回転軸の径方向における距離を超音波到達距離(Hc)とするとき、
前記センサ設置領域は、回転軸方向の幅(W4)が「W4=H4・W3(Hc−H4)」を満たすように形成されており、前記平滑面は、前記センサ設置領域内に前記発振基準点が位置するように設けられているものとする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a turbine rotor blade having a fork-type blade implantation portion, which is located at an end portion in the rotation axis direction of a plurality of forks and is an object of an ultrasonic flaw detection test. A fork, a wing attachment portion integrally attached to the wing implantation portion outside the radial direction of the rotation shaft of the wing implantation portion, and a wing on which a wing is attached on a surface on the wing attachment portion A mounting surface and a smooth surface provided on the blade mounting surface and on which the ultrasonic sensor is placed;
The point where the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic sensor enters the smooth surface is an oscillation reference point, and the cross-sectional shape in the rotation axis direction of the outer fork is projected onto the blade mounting surface by projecting in the radial direction of the rotation shaft. For the projection image to be formed, the area on the blade mounting surface adjacent from both sides in the rotation axis direction is the sensor installation area, the width of the outer fork in the rotation axis direction is the fork width (W3), and the outer fork is enlarged. The inflection point, the radial distance from the inflection point to the oscillation reference point in the radial direction of the rotation axis (H4), the ultrasonic reference point passing through the inflection point from the oscillation reference point The point where the straight line created so as to contact the pin hole of the fork reaches the end surface of the outer fork is the ultrasonic arrival point, and the distance in the radial direction of the rotation axis from this ultrasonic arrival point to the oscillation reference point Reach distance (Hc) When you,
The sensor installation area is formed such that the width (W4) in the rotation axis direction satisfies “W4 = H4 · W3 (Hc−H4)”, and the smooth surface is within the sensor installation area. It is assumed that the points are provided.

本発明によれば、フォーク型翼植込部を有するタービン動翼に対して超音波探傷を利用できるので、供用中のタービン動翼の信頼性を向上することができる。   According to the present invention, since ultrasonic flaw detection can be used for a turbine blade having a fork-type blade implantation portion, the reliability of the turbine blade in service can be improved.

フォーク型翼植え込み部を備えるタービンの斜視図。The perspective view of a turbine provided with a fork type wing implantation part. 本発明の第1の実施の形態であるタービン動翼の構成図。The block diagram of the turbine rotor blade which is the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態であるタービン動翼でUTを行う際に用いられるUTセンサの構成図。The block diagram of the UT sensor used when performing UT with the turbine rotor blade which is the 1st Embodiment of this invention. UTセンサを用いてUTを行う方法を示す図。The figure which shows the method of performing UT using a UT sensor. 超音波発振開始時間差dt[s]の分布の一例を示す図。The figure which shows an example of distribution of ultrasonic oscillation start time difference dt [s]. 本発明の第1の実施の形態における入射角θと最大到達距離Lとの関係図。The relationship diagram of incident angle (theta) and the maximum reach | attainment distance L in the 1st Embodiment of this invention. 超音波反射効率の入射角依存性を示す図。The figure which shows the incident angle dependence of ultrasonic reflection efficiency. W1=25[mm]、S1=5[mm]のときにおける超音波到達距離(H)のフォーク幅(W2)に対する依存性を示す図。The figure which shows the dependence with respect to the fork width (W2) of the ultrasonic reach (H) at the time of W1 = 25 [mm] and S1 = 5 [mm]. 本発明の第1の実施の形態におけるUT実施手順のフローチャート。The flowchart of the UT implementation procedure in the 1st Embodiment of this invention. MTによる欠陥検査の説明図。Explanatory drawing of the defect inspection by MT. UTによる欠陥検査の説明図。Explanatory drawing of the defect inspection by UT. 検査対象内で反射させた超音波によるUTの説明図。Explanatory drawing of UT by the ultrasonic wave reflected within the test object. 表面波に変換した超音波によるUTの説明図。Explanatory drawing of UT by the ultrasonic wave converted into the surface wave. UTセンサの取付位置の形状による問題点の説明図。Explanatory drawing of the problem by the shape of the attachment position of a UT sensor. 本発明の第2の実施の形態であるタービン動翼の構成図。The block diagram of the turbine rotor blade which is the 2nd Embodiment of this invention. W1=25[mm]、S2=5[mm]のときにおける超音波到達距離(Ha)の突出部幅(W2)に対する依存性を示す図。The figure which shows the dependence with respect to the protrusion part width | variety (W2) of the ultrasonic reach distance (Ha) in the case of W1 = 25 [mm] and S2 = 5 [mm]. 横波を表面波に変換するUT方法の原理図。The principle figure of the UT method which converts a transverse wave into a surface wave. 本発明の第3の実施の形態であるタービン動翼の構成図。The block diagram of the turbine rotor blade which is the 3rd Embodiment of this invention. シューを利用した超音波入射角変更の原理を表す図。The figure showing the principle of ultrasonic incident angle change using a shoe. 本発明の第3の実施の形態におけるUT実施手順のフローチャート。The flowchart of the UT implementation procedure in the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態において欠陥までの距離を求める方法の説明図。Explanatory drawing of the method of calculating | requiring the distance to a defect in the 3rd Embodiment of this invention. 突出部の側面でモード変換した超音波をピン穴に入射する方法の説明図。Explanatory drawing of the method which injects into a pin hole the ultrasonic wave which carried out the mode conversion by the side surface of a protrusion part. 縦波の入射角θLとモード変換の効率を示す図、及び縦波の入射角θLと横波の反射角θTの関係を示す図。The figure which shows the incident angle (theta) L of a longitudinal wave, the efficiency of mode conversion, and the figure which shows the relationship between the incident angle (theta) L of a longitudinal wave, and the reflection angle (theta) T of a transverse wave. 本発明の第4の実施の形態であるタービン動翼の構成図。The block diagram of the turbine rotor blade which is the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態におけるセンサ設置領域幅W4のフォーク幅W3への依存性を示す図。The figure which shows the dependence to the fork width W3 of the sensor installation area width W4 in the 4th Embodiment of this invention. ダブテイル型タービン動翼植え込み部の形態を示す図。The figure which shows the form of a dovetail type turbine rotor blade implantation part. フォーク型翼植え込み部の長さの定義図。The definition figure of the length of a fork type wing implantation part. フォーク型翼植え込み部の長さの定義図。The definition figure of the length of a fork type wing implantation part.

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図2は本発明の第1の実施の形態である動翼2の構成図である。図2(a)は上面図、図2(b)はその正面図(ロータ径方向から見た図)、図2(c)はその側面図(ロータ軸方向から見た図)である。なお、先の図と同じ部分には同じ符号を付し、説明は省略する(後の図も同様とする)。   FIG. 2 is a configuration diagram of the moving blade 2 according to the first embodiment of the present invention. 2A is a top view, FIG. 2B is a front view thereof (viewed from the rotor radial direction), and FIG. 2C is a side view thereof (viewed from the rotor axial direction). In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same part as the previous figure, and description is abbreviate | omitted (the following figure is also the same).

この図に示す翼取付面13に平滑面15が設けられている。平滑面15は、翼取付面13上のUTセンサ16が載置される面であり、UTセンサ16を載置した際に翼取付面13との間に隙間が生じないように平滑となっている。なお、平滑面15の面積は、UTが可能な最小のUTセンサの大きさを考慮して9mm以上にすることが好ましい。また、動翼を回転させる流体の乱れの発生を抑制することを考慮して100mm以下とすることが好ましい。また、本実施の形態の平滑面15の大きさは、UTセンサ16の位置合わせが容易なようにUTセンサ16の底面積と等しくしてあるが、UTセンサ16の底面積より大きくしても勿論良い。 A smooth surface 15 is provided on the blade attachment surface 13 shown in this figure. The smooth surface 15 is a surface on which the UT sensor 16 on the blade attachment surface 13 is placed, and is smooth so that no gap is generated between the UT sensor 16 and the blade attachment surface 13 when the UT sensor 16 is placed. Yes. The area of the smooth surface 15 is preferably 9 mm 2 or more in consideration of the size of the smallest UT sensor capable of UT. Moreover, it is preferable to set it as 100 mm < 2 > or less in consideration of suppressing the occurrence of fluid turbulence that rotates the rotor blades. In addition, the size of the smooth surface 15 of the present embodiment is equal to the bottom area of the UT sensor 16 so that the alignment of the UT sensor 16 is easy, but may be larger than the bottom area of the UT sensor 16. Of course it is good.

次に図3から図5を用いてUTセンサ16について説明する。   Next, the UT sensor 16 will be described with reference to FIGS.

図3はタービン動翼2でUTを行う際に用いられるUTセンサ16の構成図である。この図において、UTセンサ16は、複数の超音波素子31と、検査対象に面する各超音波素子31の底面に設けられた電極32と各超音波素子31の上面に設けられた電極32Bに電圧を印加する信号線33と、電極32B上に設けられ、発振した超音波のエネルギーを吸収するダンパー34を備えている。ダンパー34は、超音波発振時の残振を減らすので、S/Nを向上することができる。また、超音波素子31、電極32、及びダンパー34は、保護ケース35内に格納されている。超音波素子31としてはPZT、LiNbO、PVDF等の圧電素子を、電極32と電極32BしてはAu,Ag,Cu等の導電性の高い金属を、信号線33としては銅線を、ダンパー34としてはHf,W,Ta等の金属を樹脂に混合したものを用いることが好ましい。また、保護ケース35は、樹脂、金属のうち1つ以上の材質からなるものを成型して用いることが好ましい。 FIG. 3 is a configuration diagram of the UT sensor 16 used when performing UT with the turbine rotor blade 2. In this figure, the UT sensor 16 includes a plurality of ultrasonic elements 31, an electrode 32 provided on the bottom surface of each ultrasonic element 31 facing the inspection object, and an electrode 32B provided on the upper surface of each ultrasonic element 31. A signal line 33 for applying a voltage and a damper 34 provided on the electrode 32B for absorbing the energy of the oscillated ultrasonic wave are provided. Since the damper 34 reduces the after vibration at the time of ultrasonic oscillation, the S / N can be improved. In addition, the ultrasonic element 31, the electrode 32, and the damper 34 are stored in a protective case 35. The ultrasonic element 31 is a piezoelectric element such as PZT, LiNbO 3 , PVDF, the electrode 32 and the electrode 32B is a highly conductive metal such as Au, Ag, Cu, the signal line 33 is a copper wire, and a damper. As 34, it is preferable to use what mixed metals, such as Hf, W, and Ta, with resin. The protective case 35 is preferably molded and used from one or more materials of resin and metal.

図4はUTセンサ16を用いてUTを行う方法を示す図である。この図に示すように、UTを行う際には、センサ16内に平行配置した複数の超音波素子31から収束点36に同時に超音波が届くように、各超音波素子31における超音波発振開始時間を調整する。ここで、超音波素子31と収束点との最大距離をmax(L)[m]、図中左からi番目の超音波素子31と収束点との距離をLi[m]、超音波の伝搬速度(音速)をV[m/s]、i番目の超音波素子31のX座標をxi[m]、i番目の超音波素子31のY座標をyi[m]、収束点のX座標をxf[m]、収束点のY座標をyf[m]とすると、i番目の超音波素子31と収束点との距離Li[m]、及び各超音波素子31の超音波発振開始時間差dt[s]は次式(1),(2)で表される。
Li=((xi−xf)2+(yi−yf)21/2[m]・・・(1)
dt=(max(L)−Li)/V[s]・・(2)
図5は超音波発振開始時間差dt[s]の一例を示す図である。この図は、超音波素子31の総数が20個、V=5780[m/s]、xi=(0.5i−0.25)×10−3[mm]、yi=0[m]、xf=0[m]、yf=3×10−2[m]のときの超音波発振開始時間差dt[s]を示している。この図に示すように、収束点から遠い超音波素子を早く発振させると、各素子から収束点への超音波到達時間が揃うので信号強度を強くすることができる。
FIG. 4 is a diagram illustrating a method of performing UT using the UT sensor 16. As shown in this figure, when performing UT, the ultrasonic oscillation in each ultrasonic element 31 is started so that the ultrasonic waves simultaneously reach the convergence point 36 from a plurality of ultrasonic elements 31 arranged in parallel in the sensor 16. Adjust the time. Here, the maximum distance between the ultrasonic element 31 and the convergence point is max (L) [m], the distance between the i-th ultrasonic element 31 and the convergence point from the left in the figure is Li [m], and the propagation of the ultrasonic wave. The velocity (sound velocity) is V [m / s], the X coordinate of the i-th ultrasonic element 31 is xi [m], the Y coordinate of the i-th ultrasonic element 31 is y i [m], and the X coordinate of the convergence point is When xf [m] and the Y coordinate of the convergence point are yf [m], the distance Li [m] between the i-th ultrasonic element 31 and the convergence point, and the ultrasonic oscillation start time difference dt [ s] is expressed by the following equations (1) and (2).
Li = ((xi−xf) 2 + (yi−yf) 2 ) 1/2 [m] (1)
dt = (max (L) −Li) / V [s] (2)
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the ultrasonic oscillation start time difference dt [s]. This figure shows that the total number of ultrasonic elements 31 is 20, V = 5780 [m / s], xi = (0.5i−0.25) × 10 −3 [mm], yi = 0 [m], xf The ultrasonic oscillation start time difference dt [s] when = 0 [m] and yf = 3 × 10 −2 [m] is shown. As shown in this figure, when an ultrasonic element far from the convergence point is oscillated early, the ultrasonic wave arrival time from each element to the convergence point is aligned, so that the signal intensity can be increased.

ここで図2に戻る。図2が示すように、平滑面15上の点であってUTセンサ16の中心が載置される点を発振基準点P1、外フォーク10aの張出部12a側に位置する端面を外側端面20、外フォーク10aのロータ軸方向の端面であって他のフォーク10側に位置するものを内側端面21、張出部幅をW1、外フォーク10aの幅をフォーク幅W2、発振基準点P1から張出部12aのロータ軸方向の端面までの距離をセンサ距離S1とする。なお、図示したように、本実施の形態におけるW2は、ロータ径方向において一定となっている。   Returning now to FIG. As shown in FIG. 2, the point on the smooth surface 15 where the center of the UT sensor 16 is placed is the oscillation reference point P1, and the end surface located on the protruding portion 12a side of the outer fork 10a is the outer end surface 20. The end face of the outer fork 10a in the rotor axial direction and located on the other fork 10 side is the inner end face 21, the overhang width is W1, the width of the outer fork 10a is the fork width W2, and the tension is from the oscillation reference point P1. The distance to the end surface of the protruding portion 12a in the rotor axial direction is defined as a sensor distance S1. As shown in the figure, W2 in the present embodiment is constant in the rotor radial direction.

ここで、発振基準点P1から端面21に対して入射角θで超音波Uを発振する場合、欠陥からの反射波の検出感度を確保するために超音波Uを発振してから欠陥で反射するまでの合計反射回数を4回以内にする必要があることを考慮すると、超音波Uが外フォーク10a内で反射したときに到達する距離(L)は、W1、W2、S1を利用して次式(3)で与えられる。   Here, when the ultrasonic wave U is oscillated from the oscillation reference point P1 to the end face 21 at an incident angle θ, the ultrasonic wave U is oscillated and then reflected by the defect in order to ensure the detection sensitivity of the reflected wave from the defect. In consideration of the necessity of making the total number of reflections up to four times or less, the distance (L) to be reached when the ultrasonic wave U is reflected in the outer fork 10a is the following using W1, W2, and S1. It is given by equation (3).

L=(W1−S1+4W2)/tanθ・・・(3)
また、この式(3)においてW1,W2,S1を固定して入射角θ(θ1<θ2)を大きくすると、図6に示すように到達距離L(L1>L2)が小さくなることが分かる。また、上記式(3)で表される到達距離Lは、図7の超音波の反射効率の入射角依存性に示すように反射効率が安定している35〜55°の範囲に制限すると、次式(4)のようにθ=35°のときに最大値(Lmax)となる。
L = (W1-S1 + 4W2) / tan θ (3)
In addition, when W1, W2, and S1 are fixed in this expression (3) and the incident angle θ (θ1 <θ2) is increased, the reach distance L (L1> L2) is decreased as shown in FIG. Further, when the reach distance L represented by the above formula (3) is limited to a range of 35 to 55 ° where the reflection efficiency is stable as shown in the incident angle dependence of the reflection efficiency of the ultrasonic wave in FIG. As shown in the following equation (4), the maximum value (Lmax) is obtained when θ = 35 °.

Lmax=(W1−S1+4W2)/tan35°・・・(4)
ここで、外フォーク10a上でUTセンサ16からの超音波の到達が必要な最長到達点をP2とし、P1からP2までのロータ径方向における距離を必要到達距離Hとする。このとき、P2まで超音波Uを到達させるためには必要到達距離Hよりも最大到達距離Lmaxが大きくなるように設定すれば良い(即ち「H≦Lmax」)。これにより本実施の形態のタービン動翼2は、必要到達距離H、張出部幅W1、フォーク幅W2、及びセンサ距離S1の値が次式(5)を満たすように形成されている。
Lmax = (W1-S1 + 4W2) / tan35 ° (4)
Here, the longest arrival point where the ultrasonic wave from the UT sensor 16 needs to reach on the outer fork 10a is P2, and the distance in the rotor radial direction from P1 to P2 is the required arrival distance H. At this time, in order to make the ultrasonic wave U reach P2, the maximum arrival distance Lmax may be set to be larger than the required arrival distance H (that is, “H ≦ Lmax”). As a result, the turbine rotor blade 2 of the present embodiment is formed so that the required reach distance H, the overhang width W1, the fork width W2, and the sensor distance S1 satisfy the following formula (5).

tan35°≦(W1−S1+4W2)/H・・・(5)
図8は、W1=25[mm]、S1=5[mm]、θ=35[°]のときにおける超音波到達距離(H)のフォーク幅(W2)に対する依存性を示した図である。図8中の直線は、式(5)にW1=25[mm]、S1=5[mm]、θ=35[°]を代入した式(H≦(20+4W2)/tan35°)によって描かれるものである。例えば、H=100[mm]の場合、W2は約12.5[mm]以上にする必要があることが分かる。
tan35 ° ≦ (W1−S1 + 4W2) / H (5)
FIG. 8 is a diagram showing the dependence of the ultrasonic reach distance (H) on the fork width (W2) when W1 = 25 [mm], S1 = 5 [mm], and θ = 35 [°]. The straight line in FIG. 8 is drawn by the formula (H ≦ (20 + 4W2) / tan35 °) in which W1 = 25 [mm], S1 = 5 [mm], and θ = 35 [°] are substituted into the formula (5). It is. For example, when H = 100 [mm], it is understood that W2 needs to be about 12.5 [mm] or more.

ところで、欠陥はピン穴11の周囲に発生するので、上記において必要到達距離Hは、ピン穴11aの位置となる。   By the way, since a defect occurs around the pin hole 11, the necessary reach distance H is the position of the pin hole 11a in the above.

また、上記の実施の形態において、張出部12aの厚みは下記のように決定すると良い。ここで図2に示すP1からP2に対して発振された超音波Uが張出部12aを通過する際に到達する深さを張出部通過深さ(H1)とすると、H1は翼取付面13を基準として「H1=(W1−S1)/tanθ」で表される。これにより、例えば、図8の例(W1=25,D1=5,θ=35°)では、H1は約28.7[mm]となる。なお、このH1の範囲は、超音波の反射効率の安定性を考慮すると、
「(W1−S1)/tan55°≦T1≦(W1−S1)/tan35°」となる。したがって、外フォーク10aの外側端面20位置における張出部12aの厚さを張出部最小厚さ(T1)とすると、「H1≦T1」とすれば良い。このように張出部12aを形成すれば、超音波Uを張出部12a内で反射させることなく、外フォーク10a内へ導入することができる。
Moreover, in said embodiment, it is good to determine the thickness of the overhang | projection part 12a as follows. Here, assuming that the depth reached when the ultrasonic wave U oscillated from P1 to P2 shown in FIG. 2 passes through the overhanging portion 12a is the overhanging portion passage depth (H1), H1 is the blade mounting surface. 13 is represented by “H1 = (W1−S1) / tan θ”. Thereby, for example, in the example of FIG. 8 (W1 = 25, D1 = 5, θ = 35 °), H1 is about 28.7 [mm]. Note that the range of H1 takes into account the stability of the reflection efficiency of ultrasonic waves.
“(W1-S1) / tan 55 ° ≦ T1 ≦ (W1-S1) / tan 35 °”. Therefore, if the thickness of the overhanging portion 12a at the position of the outer end surface 20 of the outer fork 10a is defined as the overhanging portion minimum thickness (T1), “H1 ≦ T1” may be satisfied. If the overhanging portion 12a is formed in this manner, the ultrasonic wave U can be introduced into the outer fork 10a without being reflected within the overhanging portion 12a.

図9は本実施の形態におけるUT実施手順のフローチャートである。この図に示すように、本実施の形態においてUTを実施するためには、まず、翼植込部7(外フォーク10a及び張出部12a)の形状、UTセンサ16内の超音波素子31の位置、及び式(1)(2)から、超音波発振開始時間差dtを求める(S201)。次に、UTセンサ16を平滑面15上に設置し、S201で求めた時間差dtを利用して超音波を発振し、超音波探傷信号を取得する(S202)。最後に、超音波探傷信号の測定結果から翼植込部7の欠陥の有無を評価してUTを終了する(S203)。   FIG. 9 is a flowchart of the UT implementation procedure in this embodiment. As shown in this figure, in order to implement UT in the present embodiment, first, the shape of the wing implantation part 7 (the outer fork 10a and the overhanging part 12a), the ultrasonic element 31 in the UT sensor 16, and The ultrasonic oscillation start time difference dt is obtained from the position and the equations (1) and (2) (S201). Next, the UT sensor 16 is installed on the smooth surface 15, and an ultrasonic wave is oscillated using the time difference dt obtained in S201 to acquire an ultrasonic flaw detection signal (S202). Finally, the presence / absence of a defect in the blade implant portion 7 is evaluated from the measurement result of the ultrasonic flaw detection signal, and the UT is terminated (S203).

次に本実施の形態の効果について、比較例等を参照しながら説明する。   Next, the effects of the present embodiment will be described with reference to comparative examples.

フォーク型のタービン動翼植込部の欠陥検査には、従来、磁粉探傷試験(MT(Magnetic particle Testing))が利用されていた。しかし、このMTによる欠陥検査をフォーク型翼植込部を有するタービン動翼に用いると、ピンを抜いてディスクと動翼を分解する必要があるため、検査に時間がかかるという問題があった。そこで、非分解検査を実現する技術として、UTによる検査技術が開発された。UTとは、超音波センサを用いて検査対象内に超音波Uを送信し反射波を受信する検査方法であって、欠陥からの反射があるか否かで欠陥の有無を評価するものである。このUTの手法としては、図12に示した検査対象40内で超音波Uを反射させて欠陥43へ到達させる方法がある。しかし、この方法でUTを行う場合は、(i)検出感度を確保するために超音波を発振してから欠陥で反射するまでの反射回数の合計(欠陥での反射も含める)を4回以内とすること、(ii)反射効率を安定させるために超音波反射角の範囲を35〜55°程度とすることが必要となる。この制約のため、超音波を欠陥43まで到達できない場合があった。   Conventionally, magnetic particle testing (MT) has been used for defect inspection of fork-type turbine rotor blade implants. However, when this defect inspection by MT is used for a turbine rotor blade having a fork type blade implantation portion, there is a problem that it takes time to inspect because it is necessary to remove the pin and disassemble the disk and the rotor blade. Therefore, an inspection technique using UT has been developed as a technique for realizing non-disassembly inspection. The UT is an inspection method that transmits an ultrasonic wave U into an inspection object and receives a reflected wave using an ultrasonic sensor, and evaluates the presence / absence of a defect depending on whether there is reflection from the defect. . As a method of this UT, there is a method of reflecting the ultrasonic wave U in the inspection object 40 shown in FIG. However, when performing UT by this method, (i) the total number of reflections (including reflection at the defect) within 4 times from when the ultrasonic wave is oscillated until it is reflected by the defect to ensure detection sensitivity is within 4 times (Ii) In order to stabilize the reflection efficiency, it is necessary to set the range of the ultrasonic reflection angle to about 35 to 55 °. Due to this restriction, there was a case where the ultrasonic wave could not reach the defect 43.

これに対して本実施の形態のタービン動翼は、超音波センサ16が載置される平滑面15を翼取付面13上に有しており、W1、W2、S1、Hの間に、「tan35°≦(W1−S1+4W2)/H」が成立するように形成されている。このようにタービン動翼を形成すれば、UTが必要な箇所のうちロータ径方向の最も内側に位置する点(最長到達点P2)に超音波を発振するときにも上記条件(i)(ii)が満たされるので、P2よりロータ径方向の内側に位置する部分にも超音波を到達することができる。これによりフォーク型翼植込部を有するタービン動翼の供用中に欠陥が発生してもUTによって発見することが容易になるので、供用中のタービン動翼の信頼性を向上することができる。   On the other hand, the turbine rotor blade of the present embodiment has a smooth surface 15 on which the ultrasonic sensor 16 is placed on the blade attachment surface 13, and between W1, W2, S1, and H, “ tan35 ° ≦ (W1−S1 + 4W2) / H ”is established. When the turbine rotor blade is formed in this way, the above condition (i) (ii) is also obtained when an ultrasonic wave is oscillated at a point (the longest arrival point P2) located on the innermost side in the rotor radial direction among the portions where UT is required. ) Is satisfied, it is possible to reach the ultrasonic wave also in the portion located on the inner side in the rotor radial direction from P2. As a result, even if a defect occurs during the operation of the turbine blade having the fork-type blade implantation portion, it becomes easy to find by the UT, so that the reliability of the turbine blade in service can be improved.

次に本発明の第2の実施の形態を説明する。   Next, a second embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態のタービン動翼2Aが第1の実施の形態のタービン動翼2と異なる点は、UTセンサ16を張出部12aのロータ径方向の外側端面に取り付けている点である。   The turbine rotor blade 2A of the present embodiment is different from the turbine rotor blade 2 of the first embodiment in that the UT sensor 16 is attached to the outer end face in the rotor radial direction of the overhang portion 12a.

図15は本発明の第2の実施の形態であるタービン動翼2Aの構成図である。図15(a)はタービン動翼2Aの上面図、図15(b)はその正面図(ロータ径方向から見た図)、図15(c)はその側面図(ロータ軸方向から見た図)である。なお、この図では翼部9は省略してある。   FIG. 15 is a configuration diagram of a turbine rotor blade 2A according to the second embodiment of the present invention. 15A is a top view of the turbine blade 2A, FIG. 15B is a front view thereof (viewed from the rotor radial direction), and FIG. 15C is a side view thereof viewed from the rotor axial direction. ). In addition, the wing | blade part 9 is abbreviate | omitted in this figure.

この図において、張出部12aのロータ径方向の端面は平滑に設けられており、この端面上にはUTセンサ16が着脱可能に取り付けられている。また、この図において、張出部12aのロータ径方向の端面上の点であってUTセンサ16の中心が載置される点を発振基準点P1aとし、P1aから翼取付面13までの距離をセンサ距離S2とする。このとき、P1aにおいて入射角θで発振された超音波Uが外フォーク10a内で4回目に反射する点から翼取付面13までの距離(最大到達距離La)は、張出部幅W1、フォーク幅W2、及びセンサ距離S2を利用して次式(6)で与えられる。
La=(W1+4W2)/tanθ+S2・・・(6)
第1の実施の形態同様、超音波の反射効率の安定性から最大到達距離Laはθ=35°のときに実質最大となることを考慮すると、翼取付面13から最長到達点P2までのロータ径方向における距離を必要到達距離Haは、次式(8)を満たすように設定すれば良い。
In this figure, the end surface of the overhanging portion 12a in the rotor radial direction is provided smoothly, and the UT sensor 16 is detachably mounted on the end surface. Further, in this figure, a point on the end surface of the overhanging portion 12a in the radial direction of the rotor where the center of the UT sensor 16 is placed is set as an oscillation reference point P1a, and a distance from P1a to the blade mounting surface 13 is defined as a point. The sensor distance is S2. At this time, the distance (maximum reach distance La) from the point where the ultrasonic wave U oscillated at the incident angle θ in P1a is reflected for the fourth time in the outer fork 10a to the blade mounting surface 13 is the overhang width W1, the fork Using the width W2 and the sensor distance S2, it is given by the following equation (6).
La = (W1 + 4W2) / tan θ + S2 (6)
As in the first embodiment, considering that the maximum reach distance La is substantially the maximum when θ = 35 ° from the stability of the reflection efficiency of ultrasonic waves, the rotor from the blade mounting surface 13 to the longest reach point P2 The required distance Ha in the radial direction may be set so as to satisfy the following formula (8).

Ha≦(W1+4W2)/tan35°+S2・・・(8)
図16は、W1=25[mm]、S2=5[mm]、θ=35[°]における超音波到達距離(Ha)のフォーク幅(W2)に対する依存性を示した図である。この図において、Ha=100[mm]とすると、W2は約10.4[mm]以上にする必要があることが分かる。
Ha ≦ (W1 + 4W2) / tan35 ° + S2 (8)
FIG. 16 is a diagram illustrating the dependence of the ultrasonic reach distance (Ha) on the fork width (W2) at W1 = 25 [mm], S2 = 5 [mm], and θ = 35 [°]. In this figure, when Ha = 100 [mm], it is understood that W2 needs to be about 10.4 [mm] or more.

また、図16中の1点破線は同一の翼植え込み部形状における第1の実施の形態の超音波到達距離の参照データである。この破線は式(4)にW1=25[mm]、S1=5[mm]、θ=35[°]を代入した式(Ha≦(25−5+4W2)/tan35°)によって描かれるものである。このように第2の実施の形態は、第1の実施の形態に比し超音波到達距離は短くなる。しかし、以上のように構成した本実施の形態のタービン動翼2Aによれば、第1の実施の形態のように翼取付面13上に平滑面を設けることなくUTを実施することができる。したがって、翼取付面13に平滑面を設けることが難しい場合にも、UTを実施することができる。   Also, the one-dot broken line in FIG. 16 is reference data of the ultrasonic reach distance of the first embodiment in the same wing implantation part shape. This broken line is drawn by the formula (Ha ≦ (25−5 + 4W2) / tan 35 °) in which W1 = 25 [mm], S1 = 5 [mm], and θ = 35 [°] are substituted into the formula (4). . As described above, in the second embodiment, the ultrasonic reach distance is shorter than that in the first embodiment. However, according to the turbine rotor blade 2A of the present embodiment configured as described above, the UT can be performed without providing a smooth surface on the blade mounting surface 13 as in the first embodiment. Therefore, UT can be implemented even when it is difficult to provide a smooth surface on the blade attachment surface 13.

次に本発明の第3の実施の形態を説明する。   Next, a third embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態のタービン動翼2Bが上記の各実施の形態のタービン動翼と異なる点は、横波を表面波(レイリー波)に変換してUTを行っている点である。   The difference between the turbine rotor blade 2B of the present embodiment and the turbine rotor blade of each of the above embodiments is that the transverse wave is converted into a surface wave (Rayleigh wave) to perform UT.

図17はこのUT方法の原理図である。この図に示すように、横波をレイリー波に変換してUTを行う際には、ピン穴の表面に接するように超音波Uを発振する。この図において、接線50は超音波Uの発振位置からピン穴11の表面に接するように作成した直線であり、接点51は直線50がピン穴11と接する点である。横波52は接線50上を進むように発振されており、接点51でピン穴11の表面に接する。接点51でピン穴11の表面に接した横波52は、レイリー波53となってピン穴11の表面を伝播し、ピン穴11の表面に形成された欠陥54に到達している。ピン穴11においてレイリー波を発生させるためには、ピン穴11の径方向の振動成分が超音波Uに含まれていることが必要であるため、超音波Uは、図17に示すような側面図内で振動する成分(即ち、横波成分)を有している。   FIG. 17 shows the principle of this UT method. As shown in this figure, when performing a UT by converting a transverse wave into a Rayleigh wave, an ultrasonic wave U is oscillated so as to be in contact with the surface of the pin hole. In this figure, the tangent line 50 is a straight line created so as to be in contact with the surface of the pin hole 11 from the oscillation position of the ultrasonic wave U, and the contact point 51 is a point where the straight line 50 is in contact with the pin hole 11. The transverse wave 52 is oscillated so as to travel on the tangent line 50, and contacts the surface of the pin hole 11 at the contact point 51. The transverse wave 52 in contact with the surface of the pin hole 11 at the contact point 51 becomes a Rayleigh wave 53 and propagates through the surface of the pin hole 11 and reaches the defect 54 formed on the surface of the pin hole 11. In order to generate a Rayleigh wave in the pin hole 11, it is necessary that a vibration component in the radial direction of the pin hole 11 is included in the ultrasonic wave U. Therefore, the ultrasonic wave U has a side surface as shown in FIG. It has a component that vibrates in the figure (ie, a transverse wave component).

以下では、まず、横波成分を有する超音波Uをピン穴11の表面に直接入射する方法について説明する。   Below, the method to inject the ultrasonic wave U which has a transverse wave component directly into the surface of the pin hole 11 is demonstrated first.

図18は本発明の第3の実施の形態であるタービン動翼2Bの構成図である。図18(a)はタービン動翼2Bの上面図、図18(b)はその正面図(ロータ径方向から見た図)、図18(c)はその側面図(ロータ軸方向から見た図)である。フォーク10のロータ軸方向における断面形状を翼取付面13に対してロータ径方向に射影するものとする。このとき、平滑面15Bは、翼取付面13上に射影されたフォーク10の断面形状(断面形状D1とする)内に発振基準点P1bが位置するように設けられている。すなわち、本実施の形態の平滑面15Bは、図18(b)に示すフォーク10の端面60に対し、発振基準点P1bがロータ径方向外側に位置するように翼取付面13上に設けられている。このように平滑面15Bを形成すると、ピン穴11に超音波Uを直接入射させることができるので、レイリー波を利用したUTを実施することができる。   FIG. 18 is a configuration diagram of a turbine rotor blade 2B according to the third embodiment of the present invention. 18A is a top view of the turbine rotor blade 2B, FIG. 18B is a front view thereof (viewed from the rotor radial direction), and FIG. 18C is a side view thereof viewed from the rotor axial direction. ). The cross-sectional shape of the fork 10 in the rotor axial direction is projected onto the blade attachment surface 13 in the rotor radial direction. At this time, the smooth surface 15B is provided such that the oscillation reference point P1b is positioned within the cross-sectional shape (referred to as cross-sectional shape D1) of the fork 10 projected onto the blade attachment surface 13. That is, the smooth surface 15B of the present embodiment is provided on the blade attachment surface 13 so that the oscillation reference point P1b is located on the outer side in the rotor radial direction with respect to the end surface 60 of the fork 10 shown in FIG. Yes. When the smooth surface 15B is formed in this way, the ultrasonic wave U can be directly incident on the pin hole 11, so that UT using Rayleigh waves can be performed.

図18に示すタービン動翼2Bは、翼取付面13上に、超音波センサ(UTセンサ)55が載置される平滑面15Bを有している。UTセンサ55は、単一の超音波素子を利用したシングルプローブ型のもので、シュー56を超音波発信素子と試験体間に挿入することで超音波入射角θを調整する。図19は本実施の形態のタービン動翼のUTに利用するシューの構成図である。この図に示すように、シュー56は、角度θ1に傾いた斜面57を有するクサビ型に形成されおり、平滑面15B上に載置されている。斜面57上にはネジ等によってUTセンサ55が固定されている。シュー56内での超音波速度をV1とし、検査対象(タービン動翼2B)内での超音波速度をV2とし、検査対象内での超音波入射角度をθ2とする。このとき、スネルの法則から下記式(9)が成り立つ。
sinθ1/V1=sinθ2/V2・・・(9)
したがって、平滑面15Bに対する超音波入射角θ2を所望の角度に調整する場合には、(9)式が成立する角度θ1を有するシュー56を用いて超音波を発振すれば良い。また、シュー56の素材としてはアクリル等を利用することが好ましい。
A turbine rotor blade 2B shown in FIG. 18 has a smooth surface 15B on which an ultrasonic sensor (UT sensor) 55 is placed on the blade attachment surface 13. The UT sensor 55 is a single probe type using a single ultrasonic element, and adjusts the ultrasonic incident angle θ by inserting the shoe 56 between the ultrasonic transmission element and the test body. FIG. 19 is a configuration diagram of a shoe used for the UT of the turbine rotor blade of the present embodiment. As shown in this figure, the shoe 56 is formed in a wedge shape having an inclined surface 57 inclined at an angle θ1, and is placed on the smooth surface 15B. A UT sensor 55 is fixed on the slope 57 with screws or the like. The ultrasonic velocity in the shoe 56 is V1, the ultrasonic velocity in the inspection object (turbine rotor blade 2B) is V2, and the ultrasonic incident angle in the inspection object is θ2. At this time, the following formula (9) is established from Snell's law.
sin θ1 / V1 = sin θ2 / V2 (9)
Therefore, when adjusting the ultrasonic incident angle θ2 with respect to the smooth surface 15B to a desired angle, the ultrasonic wave may be oscillated using the shoe 56 having the angle θ1 that satisfies the equation (9). Further, it is preferable to use acrylic or the like as the material of the shoe 56.

図20は本実施の形態におけるUT実施手順のフローチャートである。この図に示すように、本実施の形態においてUTを実施するためには、まず、発振基準点P1bを通過しかつピン穴11の表面に接する直線の傾きから、平滑面15Bに対する超音波Uの入射角θ2を求める(S211)。このように定めた入射角θ2で超音波Uを入射すれば、超音波Uはピン穴11の表面でレイリー波に変換される。次に、S211で求めた入射角θ2と、シュー56内での超音波速度V1と、タービン動翼2B内での超音波速度をV2を、式(9)に代入し、シュー56の傾斜角度θ1を求める(S212)。そして、S212で求めた角度θ1を有し、斜面57上にUTセンサ55が固定されたシュー56を平滑面15B上に載置し、超音波を発振して超音波探傷信号を取得する。最後に、超音波探傷信号の測定結果から翼植込部7(フォーク10)の欠陥の有無を評価してUTを終了する(S213)。   FIG. 20 is a flowchart of the UT implementation procedure in this embodiment. As shown in this figure, in order to implement UT in this embodiment, first, the ultrasonic wave U is applied to the smooth surface 15B from the inclination of a straight line passing through the oscillation reference point P1b and in contact with the surface of the pin hole 11. The incident angle θ2 is obtained (S211). If the ultrasonic wave U is incident at the incident angle θ2 determined in this way, the ultrasonic wave U is converted into a Rayleigh wave on the surface of the pin hole 11. Next, the incident angle θ2 obtained in S211, the ultrasonic velocity V1 in the shoe 56, and the ultrasonic velocity V2 in the turbine rotor blade 2B are substituted into the equation (9), and the inclination angle of the shoe 56 is calculated. θ1 is obtained (S212). Then, the shoe 56 having the angle θ1 obtained in S212 and having the UT sensor 55 fixed on the inclined surface 57 is placed on the smooth surface 15B, and an ultrasonic wave is oscillated to acquire an ultrasonic flaw detection signal. Finally, the presence / absence of a defect in the blade implantation part 7 (fork 10) is evaluated from the measurement result of the ultrasonic flaw detection signal, and the UT is terminated (S213).

上記のように構成したタービン動翼2Bによれば、翼取付面13上に設けた平滑面15Bを介して超音波Uをピン穴11の表面に対して直接入射することができる。これにより、超音波Uの横波成分をピン穴11でレイリー波に変換して、ピン穴11の表面上を伝播させることができる。これによりフォーク型翼植込部を有するタービン動翼の供用中に欠陥が発生してもUTによって発見することが容易になるので、供用中のタービン動翼の信頼性を向上することができる。   According to the turbine rotor blade 2 </ b> B configured as described above, the ultrasonic wave U can be directly incident on the surface of the pin hole 11 through the smooth surface 15 </ b> B provided on the blade attachment surface 13. Thereby, the transverse wave component of the ultrasonic wave U can be converted into the Rayleigh wave by the pin hole 11 and propagated on the surface of the pin hole 11. As a result, even if a defect occurs during the operation of the turbine blade having the fork-type blade implantation portion, it becomes easy to find by the UT, so that the reliability of the turbine blade in service can be improved.

なお、本実施の形態において、欠陥が無い場合に得られる超音波探傷信号と、欠陥が有る場合に得られる超音波探傷信号とを比較することで、UTセンサ55から欠陥までの距離を求める方法を図21を利用して説明する。図21(a)は欠陥が無い場合、図21(b)は欠陥が有る場合のものである。この図において、ピン穴11に対する横波61の入射点をA点とし、フォーク10の側面をB点とし、ピン穴上の欠陥63の位置をC点とする。レイリー波が伝播する面が平面でない場合には、曲面の曲がり(曲率等)に応じてレイリー波の伝搬速度が異なることが知られている。レイリー波の伝搬速度が既知でない場合においても、超音波の入射点(A点)からフォーク10の端面(C点)までの伝搬時間と、超音波の入射点(A点)から欠陥(B点)までの伝搬時間の比を求めることによって、円弧ABと円弧ACの長さの比を求めることができる。したがってこの円弧AB及び円弧ACの長さの比に基づいて、欠陥までの距離を求めることができる。   In the present embodiment, a method for obtaining the distance from the UT sensor 55 to the defect by comparing the ultrasonic flaw detection signal obtained when there is no defect and the ultrasonic flaw detection signal obtained when there is a defect. Will be described with reference to FIG. FIG. 21A shows the case where there is no defect, and FIG. 21B shows the case where there is a defect. In this figure, the incident point of the transverse wave 61 with respect to the pin hole 11 is set as A point, the side surface of the fork 10 is set as B point, and the position of the defect 63 on the pin hole is set as C point. It is known that when the surface on which the Rayleigh wave propagates is not a plane, the propagation speed of the Rayleigh wave varies depending on the curvature (curvature, etc.) of the curved surface. Even when the propagation speed of Rayleigh waves is not known, the propagation time from the ultrasonic incident point (point A) to the end face (point C) of the fork 10 and the defect (point B) from the ultrasonic incident point (point A) ), The ratio of the length of the arc AB and the arc AC can be obtained. Therefore, the distance to the defect can be obtained based on the ratio of the lengths of the arc AB and the arc AC.

上記では、超音波Uをピン穴11に直接入射する方法について説明したが、縦波成分で形成された超音波を一旦フォーク10の側面に入射し、モード変換によって縦波成分を横波成分に変換してからピン穴11に入射させる方法を利用しても良い。次に、この方法を図22及び図23を用いて説明する。   In the above description, the method of directly injecting the ultrasonic wave U into the pin hole 11 has been described. However, the ultrasonic wave formed by the longitudinal wave component is once incident on the side surface of the fork 10, and the longitudinal wave component is converted into the transverse wave component by mode conversion. Then, a method of entering the pin hole 11 may be used. Next, this method will be described with reference to FIGS.

図22はフォーク10の側面でモード変換した超音波をピン穴に入射する方法の説明図、図23(a)は縦波の入射角θLとモード変換の効率を示す図、図23(b)は縦波の入射角θLと横波の反射角θTの関係を示す図である。   FIG. 22 is an explanatory diagram of a method for injecting an ultrasonic wave that has undergone mode conversion on the side surface of the fork 10 into the pin hole, FIG. 23A is a diagram illustrating an incident angle θL of longitudinal waves and efficiency of mode conversion, and FIG. These are the figures which show the relationship between the incident angle (theta) L of a longitudinal wave, and the reflection angle (theta) T of a transverse wave.

図22において、縦波成分から成る超音波は、平滑面15Bに対して入射角θ2(θ2+θL=90°)で入射され、フォーク10の側面に対して入射角θLで入射している。フォーク10に入射角θLで入射した超音波(縦波成分)は、
sin(θT)÷VS=sin(θL)÷VL (11)
に基づいて横波にモード変換されて反射角θTで反射される。
In FIG. 22, ultrasonic waves composed of longitudinal wave components are incident on the smooth surface 15B at an incident angle θ2 (θ2 + θL = 90 °) and incident on the side surface of the fork 10 at an incident angle θL. The ultrasonic wave (longitudinal wave component) incident on the fork 10 at an incident angle θL is
sin (θT) ÷ VS = sin (θL) ÷ VL (11)
Is converted into a transverse wave based on the reflection angle θT and reflected at a reflection angle θT.

例えば、VS=3100[m/s]、VL=6100[m/s]の検査対象の平滑面15Bからθ2=30°で縦波の超音波を入射すると、フォーク10の側面に対する縦波の入射角θLは60°となる。このように縦波が入射角60°で入射される場合、フォーク10における横波へのモード変換効率は図23(a)に示されるように90%以上にし、モード変換が効率的に行われる。また、モード変換後の横波は、図23(b)に示されるように、約30°で反射される。したがって、平滑面15Bに入射角30°で縦波を入射させれば、ピン穴11に対して幾何学的に探傷に好適な横波が発生することが分かる。このように、縦波を横波にモード変換してUTを実施する場合には、モード変換効率と反射角θTを考慮しながら入射角θ2を定め、超音波をピン穴11に入射すれば良い。   For example, when a longitudinal ultrasonic wave is incident at θ2 = 30 ° from the smooth surface 15B to be inspected with VS = 3100 [m / s] and VL = 6100 [m / s], the longitudinal wave is incident on the side surface of the fork 10. The angle θL is 60 °. Thus, when a longitudinal wave is incident at an incident angle of 60 °, the mode conversion efficiency to a transverse wave in the fork 10 is set to 90% or more as shown in FIG. 23A, and the mode conversion is efficiently performed. Further, the transverse wave after the mode conversion is reflected at about 30 ° as shown in FIG. Therefore, it is understood that if a longitudinal wave is incident on the smooth surface 15B at an incident angle of 30 °, a transverse wave that is geometrically suitable for flaw detection is generated with respect to the pin hole 11. As described above, when performing UT by mode conversion from a longitudinal wave to a transverse wave, the incident angle θ2 may be determined in consideration of the mode conversion efficiency and the reflection angle θT, and the ultrasonic wave may be incident on the pin hole 11.

なお、上記では、シングルプローブ型のUTセンサ55を利用する方法について説明したが、本実施の形態でも第1及び第2の実施の形態のようなアレイ型のUTセンサ16を利用し、発振開始時間差(dt)を与えて超音波を入射しても良いことは言うまでもない。   In the above description, the method of using the single probe type UT sensor 55 has been described. In this embodiment, the array type UT sensor 16 as in the first and second embodiments is used to start oscillation. Needless to say, ultrasonic waves may be incident with a time difference (dt).

次に本発明の第4の実施の形態を説明する。   Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.

本実施の形態のタービン動翼2Cが第3の実施の形態と異なる点は、UTセンサ55の設置箇所である。   The difference between the turbine rotor blade 2 </ b> C of the present embodiment and the third embodiment is the installation location of the UT sensor 55.

図24は本発明の第4の実施の形態であるタービン動翼2Cの構成図である。図24(a)はタービン動翼2Cの上面図、図24(b)はその正面図(ロータ径方向から見た図)、図24(c)はその側面図(ロータ軸方向から見た図)である。この図に示すタービン動翼2Cは、翼取付面13上に設けられた領域D2のいずれかに、発振基準点P1cが設定される平滑面15Cを備えている。平滑面15Cは、翼取付面13上に設けられた平滑な面であって、超音波センサ55又は超音波センサ55が固定されたシュー56が載置される面である。発振基準点P1cは、UTセンサ55から発振された超音波Uが平滑面15Cに進入する点である。平滑面15Cは、センサ設置領域D2内に発振基準点P1cが位置するように翼取付面13上に設けられている。   FIG. 24 is a configuration diagram of a turbine rotor blade 2C according to the fourth embodiment of the present invention. 24A is a top view of the turbine rotor blade 2C, FIG. 24B is a front view thereof (viewed from the rotor radial direction), and FIG. 24C is a side view thereof viewed from the rotor axial direction. ). The turbine rotor blade 2C shown in this figure includes a smooth surface 15C in which an oscillation reference point P1c is set in any of the regions D2 provided on the blade attachment surface 13. The smooth surface 15C is a smooth surface provided on the blade attachment surface 13, and is a surface on which the ultrasonic sensor 55 or the shoe 56 to which the ultrasonic sensor 55 is fixed is placed. The oscillation reference point P1c is a point where the ultrasonic wave U oscillated from the UT sensor 55 enters the smooth surface 15C. The smooth surface 15C is provided on the blade attachment surface 13 so that the oscillation reference point P1c is located in the sensor installation region D2.

図24(b)に示すように、フォーク10のロータ径方向の幅をW2、W2が拡大する箇所をP3、P3からP1cまでのロータ径方向における距離を超音波通過深さH4とし、P3を通りピン穴11bと接する直線がフォーク10の端面に到達する点を超音波到達点P2cとし、P3を通りピン穴11bと接する直線が翼取付面13に到達する点をP1cmとし、P2cからP1cまでのロータ径方向における距離を超音波到達距離Hcとする。なお、本実施の形態では、フォーク幅W3はロータ径方向において一定であり、超音波通過深さH4はフォーク10のロータ軸方向の端面の位置における翼取付部8の厚さに相当している。ここで、P1cmは領域D2の境界線上の点である。このとき、センサ設置領域D2のロータ軸方向における幅W4は、次式(10)によって与えられる。   As shown in FIG. 24B, the width of the fork 10 in the rotor radial direction is W2, the portion where W2 is expanded is P3, the distance in the rotor radial direction from P3 to P1c is the ultrasonic wave passing depth H4, and P3 is A point where the straight line that contacts the pin hole 11b reaches the end face of the fork 10 is defined as an ultrasonic arrival point P2c, and a point that the straight line that passes through P3 and contacts the pin hole 11b reaches the blade mounting surface 13 is defined as P1cm. Is the ultrasonic reach distance Hc. In the present embodiment, the fork width W3 is constant in the rotor radial direction, and the ultrasonic wave passage depth H4 corresponds to the thickness of the blade attachment portion 8 at the position of the end surface of the fork 10 in the rotor axial direction. . Here, P1cm is a point on the boundary line of the region D2. At this time, the width W4 in the rotor axial direction of the sensor installation region D2 is given by the following equation (10).

W4=H4・W2/(Hc−H4)・・・(10)
このように幅W4を有するセンサ設置領域D2を設定し、その領域内にP1cが位置するように平滑面15Cを設ければ、フォーク10に設けられた複数のピン穴11に対して超音波Uを直接入射することができる。これによりフォーク型翼植込部を有するタービン動翼の供用中に欠陥が発生してもUTによって発見することが容易になるので、供用中のタービン動翼の信頼性を向上することができる。
W4 = H4 · W2 / (Hc−H4) (10)
When the sensor installation region D2 having the width W4 is set in this way and the smooth surface 15C is provided so that P1c is located in the region, the ultrasonic wave U is applied to the plurality of pin holes 11 provided in the fork 10. Can be directly incident. As a result, even if a defect occurs during the operation of the turbine blade having the fork-type blade implantation portion, it becomes easy to find by the UT, so that the reliability of the turbine blade in service can be improved.

図25はセンサ設置領域幅W4のフォーク幅W3への依存性を示す図である。図25(a)は超音波通過深さH4を一定(30[mm])とした場合のものであり、図25(b)は超音波到達距離Hcと超音波通過深さH4の差(本実施の形態ではフォーク10の長さ)“Hc−H4”を一定(80[mm])とした場合のものである。この図に示すように、フォーク幅W3を大きくすると、センサ設置領域幅W4を大きくすることができる。このように本実施の形態によれば、第3の実施の形態と比較してUTセンサの設置位置の自由度を増加することができる。   FIG. 25 is a diagram showing the dependence of the sensor installation area width W4 on the fork width W3. FIG. 25A shows the case where the ultrasonic passage depth H4 is constant (30 [mm]), and FIG. 25B shows the difference between the ultrasonic reach distance Hc and the ultrasonic passage depth H4 (this In the embodiment, the length of the fork 10) “Hc−H4” is constant (80 [mm]). As shown in this figure, when the fork width W3 is increased, the sensor installation region width W4 can be increased. Thus, according to the present embodiment, the degree of freedom of the installation position of the UT sensor can be increased as compared with the third embodiment.

このように平滑面15Cを設ければ、第3の実施の形態同様に、超音波センサ55から発振された超音波Uをピン穴11bの表面に接するように直接入射することができる。また、このように最もロータに近いピン穴11bに対して超音波Uを入射できれば、ピン穴11bよりロータ径方向外側に位置する他のピン穴11に対しても超音波Uを入射することができるので、フォーク10に設けられたすべてのピン穴11に対してUTを実施することができる。特に本実施の形態によれば、平滑面を設けることができる範囲を第3の実施の形態の場合より拡張することができるので、平滑面設置位置の自由度を向上させることができる。これにより、例えば、第3の実施の形態の設置位置では作動流体の流れを乱す恐れがある場合にも、本実施の形態によってそれを解消できることもある。   By providing the smooth surface 15C in this way, the ultrasonic wave U oscillated from the ultrasonic sensor 55 can be directly incident so as to be in contact with the surface of the pin hole 11b, as in the third embodiment. In addition, if the ultrasonic wave U can be incident on the pin hole 11b closest to the rotor in this way, the ultrasonic wave U can also be incident on the other pin hole 11 positioned on the outer side in the rotor radial direction from the pin hole 11b. Therefore, the UT can be performed on all the pin holes 11 provided in the fork 10. In particular, according to the present embodiment, the range in which the smooth surface can be provided can be expanded as compared with the case of the third embodiment, so the degree of freedom of the smooth surface installation position can be improved. Thereby, for example, even when there is a possibility of disturbing the flow of the working fluid at the installation position of the third embodiment, this embodiment may solve this.

本実施の形態においては、第3の実施の形態で説明した、UTセンサ55から欠陥までの距離の求め方や、フォーク10の側面でのモード変換を利用したUT方法等は、本実施の形態にも勿論適用することができる。また、アレイ型のUTセンサ16も本実施の形態に勿論利用することができる。   In the present embodiment, the method for obtaining the distance from the UT sensor 55 to the defect and the UT method using mode conversion on the side surface of the fork 10 described in the third embodiment are described in the present embodiment. Of course, it can also be applied. Of course, the array-type UT sensor 16 can also be used in this embodiment.

1 ディスク
2 タービン動翼
3 ピン
4 ディスクフォーク
5 ピン穴
6 ディスク1のフォーク
7 翼植込部
8 翼取付部
9 翼部
10 フォーク
10a 外フォーク
11 ピン穴
11a 最もロータに近いピン穴
12 張出部
12a 張出部
13 翼取付面
15 平滑面
15B 平滑面
15C 平滑面
16 UTセンサ
20 外側端面
21 内側端面
31 超音波素子
32 電極
32B 電極
33 信号線
34 ダンパー
35 保護ケース
36 収束点
40 検査対象
41 N磁極
42 S磁極
43 磁性金属粉
44 欠陥
45 超音波センサ
50 超音波Uの発振位置からピン穴11の表面に接するように作成した直線
51 直線50がピン穴11と接する点
52 横波
53 レイリー波
55 UTセンサ
56 シュー
57 シュー上の斜面
60 フォーク10の端面
61 横波
W1 張出部幅
W2 突出部幅
W3 突出部幅
W4 センサ設置領域幅
S1 センサ距離
S2 センサ距離
θ 入射角
H 必要到達距離
H1 張出部通過深さ
H4 超音波通過深さ
Hc 超音波到達距離
D1 断面形状
D2 センサ設置領域
T1 張出部最小厚さ
A点 横波61の入射点
B点 フォーク10の側面
C点 ピン穴上の欠陥63の位置
P1 発振基準点
P1b 発振基準点
P1c 発振基準点
P2 最長到達点
P3 W3が拡大する箇所
P1cm P3を通りピン穴11bと接する直線が翼取付面13に到達する点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Disc 2 Turbine blade 3 Pin 4 Disc fork 5 Pin hole 6 Fork 7 of disc 1 Wing implantation part 8 Wing attachment part 9 Wing part 10 Fork 10a Outer fork 11 Pin hole 11a Pin hole 12 nearest to rotor 12 Overhang part 12a Overhang portion 13 Blade mounting surface 15 Smooth surface 15B Smooth surface 15C Smooth surface 16 UT sensor 20 Outer end surface 21 Inner end surface 31 Ultrasonic element 32 Electrode 32B Electrode 33 Signal line 34 Damper 35 Protective case 36 Convergence point 40 Inspection target 41 N Magnetic pole 42 S magnetic pole 43 Magnetic metal powder 44 Defect 45 Ultrasonic sensor 50 A straight line 51 formed so as to contact the surface of the pin hole 11 from the oscillation position of the ultrasonic wave U A point 52 where the straight line 50 contacts the pin hole 11 52 A transverse wave 53 A Rayleigh wave 55 UT sensor 56 shoe 57 slope 60 on shoe end surface 61 of fork 10 transverse wave W1 overhang width W2 Protrusion width W3 Protrusion width W4 Sensor installation area width S1 Sensor distance S2 Sensor distance θ Incident angle H Required reach distance H1 Overhang passage depth H4 Ultrasonic passage depth Hc Ultrasonic reach distance D1 Cross-sectional shape D2 Sensor placement area T1 Overhang portion minimum thickness A point Incident point B of transverse wave 61 Side C point of fork 10 Position of defect 63 on pin hole P1 Oscillation reference point P1b Oscillation reference point P1c Oscillation reference point P2 Longest arrival point P3 W3 is expanded The point where the straight line that passes through the location P1cm P3 and contacts the pin hole 11b reaches the blade mounting surface 13

Claims (1)

フォーク型の翼植込部を有するタービン動翼において、
複数のフォークのうち回転軸方向の端部に位置し、超音波探傷試験の対象となる外フォークと、
翼植込部の回転軸の径方向の外側に前記翼植込部と一体に取り付けられた翼取付部と、
この翼取付部上の面であって、翼が取り付けられている翼取付面と、
この翼取付面上に設けられ、超音波センサが載置される平滑面とを備え、
前記超音波センサから発振された超音波が前記平滑面に進入する点を発振基準点、
前記外フォークの回転軸方向における断面形状を回転軸の径方向に射影することによって前記翼取付面上に形成される射影像に対して、回転軸方向の両側から隣接する前記翼取付面上の領域をセンサ設置領域、
前記外フォークの回転軸方向の幅をフォーク幅(W3)、
前記外フォークが拡大する箇所を変曲点、
この変曲点から前記発振基準点までの回転軸の径方向における距離を超音波通過深さ(H4)、
前記発振基準点から前記変曲点を通過して前記外フォークのピン穴と接するように作成された直線が前記外フォークの端面に到達する点を超音波到達点、
この超音波到達点から前記発振基準点までの回転軸の径方向における距離を超音波到達距離(Hc)とするとき、
前記センサ設置領域は、回転軸方向の幅(W4)が
W4=H4・W3(Hc−H4)
を満たすように形成されており、
前記平滑面は、前記センサ設置領域内に前記発振基準点が位置するように設けられていることを特徴とするタービン動翼。
In a turbine blade having a fork-type blade implantation part,
An outer fork that is located at the end in the direction of the rotation axis among the plurality of forks and is subject to ultrasonic flaw detection;
A wing attachment portion integrally attached to the wing implantation portion on the outer side in the radial direction of the rotation axis of the wing implantation portion;
A surface on the wing mounting portion, and a wing mounting surface to which the wing is mounted;
Provided on the blade mounting surface, and a smooth surface on which the ultrasonic sensor is placed,
The point at which the ultrasonic wave oscillated from the ultrasonic sensor enters the smooth surface is an oscillation reference point,
With respect to the projection image formed on the blade attachment surface by projecting the cross-sectional shape of the outer fork in the rotation axis direction in the radial direction of the rotation shaft, on the blade attachment surface adjacent from both sides in the rotation axis direction. The area is the sensor installation area,
The width of the outer fork in the rotation axis direction is the fork width (W3),
An inflection point where the outer fork expands,
The distance in the radial direction of the rotating shaft from the inflection point to the oscillation reference point is the ultrasonic wave penetration depth (H4),
An ultrasonic wave arrival point at which a straight line formed so as to contact the pin hole of the outer fork through the inflection point from the oscillation reference point reaches the end surface of the outer fork,
When the distance in the radial direction of the rotation axis from the ultrasonic arrival point to the oscillation reference point is the ultrasonic arrival distance (Hc),
In the sensor installation area, the width (W4) in the rotation axis direction is W4 = H4 · W3 (Hc−H4)
Is formed to satisfy
The turbine blade according to claim 1, wherein the smooth surface is provided so that the oscillation reference point is located in the sensor installation region.
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