JP2016217979A - 超音波探傷方法および超音波探傷装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波探傷方法は、回転軸と一体に設けられたフランジの正面をなす端面上に超音波探傷装置を取り付ける工程と、前記フランジ部の正面側から、前記回転軸上で前記フランジ部の背面側に装着された軸受の方に向かって超音波を発振して、少なくとも前記軸受付近を超音波探傷する工程と、とを含む。
【選択図】図4
Description
特許文献1又は2には、回転軸上で歯車又は車輪が嵌合される部分の探傷についての開示があるが、軸受に関わる探傷、例えば軸受の内輪と、それが装着される回転軸との間の境界に関する探傷については開示がない。
(A)回転軸と一体に設けられたフランジ部の正面をなす端面上に超音波探傷装置を取り付ける;
(B)前記フランジ部の正面側から、前記回転軸上で前記フランジ部の背面側に装着された軸受の方に向かって超音波を発振して、少なくとも前記軸受付近を超音波探傷する。
回転軸に装着された転がり軸受が備える転動体(コロ又はボール等)と内輪との摺動面での反射エコーに基づいて(有無ないし強度等の状態に応じて)、前記内輪の前記回転軸に対する密着度を評価する。
(A)所定面上に取り付けられる環状レールの周面に沿って走行自在な走行部;
(B)前記走行部に接続され、前記環状レールの径方向に延在する径方向ガイド;
(C)前記径方向ガイドに静止又は移動自在に取り付けられる超音波探触子;
(D)前記所定面上で作動可能に、および前記超音波探触子から前記環状レールの周方向に離間するよう、前記超音波探触子に取り付けられるエンコーダ。
・商用の風力発電装置では、主軸3は、高所であってアクセスに手間が掛かるナセル100内に配置される。
・軸受6自体も、各機構に挟まれたアクセスが容易でない位置にある。
・風力発電装置で、主軸3等を検査するためには、風力発電装置を運転停止する必要がある。天候又は経済的理由から、検査期間の短縮が求められる。
・風力発電装置では、動力源である風の向き乃至強さが変動し、又風力発電装置の主要部はタワー上でヨーイングするナセル100内に配置されているため、主軸3の振動が発生しやすい。
・風力発電装置では、メンテナンス性および組立性を考慮して、主軸3の軸受には、コロ又はボールのような転動体を備えた転がり軸受(軸受6)が使用される。なお、火力発電装置では、一般的に、油膜を介したジャーナル軸受(すべり軸受)が主軸の軸受に使用される。
・転がり軸受(軸受6)では、転動体を回動自在に支持する内輪が、隙間なく主軸3に固定されていることが重要である。この内輪は比較的薄いため、転動体からの荷重が内輪を介して主軸3に局部的に伝達されやすい。したがって、主軸3と軸受6の内輪との間に隙間があると、振動によって、主軸3にすりきず(これを「フレッティング」と称する)が発生するおそれがある。
・以上より、風力発電装置における主軸3の検査では、その断面形状変化部3aだけでなく、軸受6の主軸3に対する密着度の検査も重要である。
(A)環状レール(走査リング)2の周面に沿って走行自在な走行部(車台)11;
(B)走行部11に接続され、環状レール2の径方向に延在する径方向ガイド(シャフトガイド)13;
(C)径方向ガイド13に静止又は移動自在に取り付けられる超音波探触子15;
(D)フランジ部4の正面上で摺動可能に、および超音波探触子15から環状レール2の周方向に離間するよう、超音波探触子15に対して取り付けられるエンコーダ19。
(1)図5(A)参照:内輪6aの主軸3に対する密着度が高い場合
内輪6aが主軸3に密着している場合、フランジ部4の正面側から発振された超音波(送信波601)は焼き嵌め面(内輪6aと主軸3の境界)3bを通過し(反射が起こらない)、摺動面6dに到達する。摺動面6d上には、コロ6cの転動を許容するための隙間および所定の斜面ないし曲面があるから、摺動面6d付近で超音波は反射する(反射波602参照)。この結果、探傷画像には、摺動面6dを示す摺動面エコー(これを「ベアリングレーステーパ面エコー」と称する)が出現する。
内輪6aと主軸3の間に隙間がある場合、フランジ部4の正面側から発振された超音波(送信波601参照)は、焼き嵌め面3b付近で反射して回転軸3の反対側へ向かってしまい(反射波603参照)、基本的に摺動面6dまで到達することができない。この結果、探傷画像には、ベアリングレーステーパ面エコーは出現しない又は明瞭には出現しない。
以上説明した一実施例に基づき、主軸3のフランジ部4の正面側から、主軸3のフランジ部4の背面側の領域を、フェィズドアレイ法により超音波探傷した。得られた探傷画像から、主軸3自体および主軸3を支持する軸受6に関わる状態を、図5(A)および(B)を参照して説明した基準により判定した。次に、超音波探傷による判定と目視観察結果とを照合し、超音波探傷による判定の正否を評価した。
・超音波探傷した二本の主軸3の内訳:
・・A主軸(新品)
・・B主軸(使用済み、廃棄品)
・探傷画像上でその有無を評価するエコー
・・断面形状変化部(段付部)3aの“きず”によるエコー
・・焼き嵌め面3bの“きず”によるエコー
・・摺動面6dからのベアリングレーステーパ面エコー
(注)(ベアリングレーステーパ面エコーの有無が焼き嵌め面3b上における内輪6aの密着度の高低を示す)
新品のA主軸の探傷画像には、断面形状変化部3aの“きず”によるエコーが無く、摺動面6dからのベアリングレーステーパ面エコーが有った。超音波探傷によれば、断面形状変化部3aの状態は“良”であり、又軸受6の密着度は高く(図5(A)参照)、焼き嵌め面3bの状態は“良”と判定された。目視観察結果も、超音波探傷による判定結果のとおりであった。
軸受6が装着される焼き嵌め面(軸受接触部)3bに“き裂”を有する主軸3に対して、さらに、軸受6を主軸3の軸方向に係止するため断面形状が変化するよう加工した段付部(断面形状変化部)3aに人工的に“きず”を形成し、一実施例に係る超音波探傷方法によって、探傷画像を得た。この探傷画像には、段付部3aの“形状”によるエコー、段付部3aの“きず”によるエコー、および焼き嵌め面(軸受接触部)3bの“き裂”によるエコーがいずれも出現した。この実験2の結果より、主軸3ないし軸受6に関わる複数箇所を一度に超音波探傷して、正確な評価ができることがわかった。
新品であり、軸受6の内輪6aが高い密着度で装着されたA主軸のフランジ部の正面に図2に示した超音波探傷装置1を取り付けて、環状レール2上を走行させながら(機械的走査)、フェィズドアレイ法に基づく電子的走査を行い、種々の探傷画像を得た。
2 環状レール(走査リング)
2a 分割レール
2b 接続部、マグネット固定部
3 回転軸、主軸、風力発電装置の主軸
3a 断面形状変化部、径変化部、段付部
3b 焼き嵌め面
4 フランジ部、回転軸(主軸)のフランジ部
5 ロータハブ
6 軸受、転がり軸受
6a 内輪
6b 外輪
6c コロ(転動体)
6d 摺動面、ベアリングレーステーパ面
7 増速機
8 発電機
11 走行部、車台
12a,12b ローラ
13 径方向ガイド(シャフトレール)
13a 接続部、ヒンジ
14 スライダ
15 超音波探触子(アレイ探触子)
16 張出部
17 エンコーダホルダ
18 取付軸
19 エンコーダ
100 ナセル
601 送信波、超音波探触子からの送信波
602 摺動面(ベアリングレーステーパ面)からの反射波
603 焼き嵌め面からの反射波
U ビーム
Claims (9)
- 回転軸と一体に設けられたフランジ部の正面をなす端面上に超音波探傷装置を取り付ける工程と、
前記フランジ部の正面側から、前記回転軸上で前記フランジ部の背面側に装着された軸受の方に向かって超音波を発振して、少なくとも前記軸受付近を超音波探傷する工程と、
を含む、ことを特徴とする超音波探傷方法。 - 前記軸受は、前記回転軸に密着して固定されるべき内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間に転動自在に保持される複数の転動体と、を有し、前記内輪および外輪上に前記転動体の摺動面を備える転がり軸受であり、
前記超音波探傷により得られた探傷画像において、前記摺動面を示すエコーの有無および状態のいずれか一以上に基づき、前記内輪の前記回転軸に対する密着度を評価する工程を含む、ことを特徴とする請求項1記載の超音波探傷方法。 - 前記密着度が高い場合、発振された前記超音波は前記内輪と前記回転軸の境界を通過して前記摺動面付近で反射し、前記探傷画像には前記摺動面を示すエコーが出現し、
前記密着度が低い場合、発振された前記超音波は、前記内輪と前記回転軸の境界で先に反射し、前記探傷画像には前記摺動面を示すエコーが出現しない又は明瞭には出現しない、
ことを特徴とする請求項2記載の超音波探傷方法。 - 前記回転軸は、前記フランジ部の背面側と前記軸受との間に径が変化する部分を備え、
前記軸受付近の超音波探傷時、前記径が変化する部分を超音波探傷する、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一に記載の超音波探傷方法。 - 前記超音波探傷する工程において、
超音波探触子は、前記フランジ部の周方向に移動操作されながら、前記超音波を発振し、且つ該超音波探触子の位置が測定されること、
を特徴とする請求項1〜4のいずれか一に記載の超音波探傷方法。 - 回転軸に装着された転がり軸受が備える転動体と内輪との摺動面からの反射エコーに基づいて、前記内輪の前記回転軸に対する密着度を評価する、ことを特徴とする超音波探傷方法。
- 所定面上に取り付けられる環状レールの周面に沿って走行自在な走行部と、
前記走行部に接続され、前記環状レールの径方向に延在する径方向ガイドと、
前記径方向ガイドに静止又は移動自在に取り付けられる超音波探触子と、
前記所定面上で摺動可能に、および前記超音波探触子から前記環状レールの周方向に離間するよう、前記超音波探触子に直接又は間接的に取り付けられるエンコーダと、
を有する、ことを特徴とする超音波探傷装置。 - 前記環状レールは、フランジ部の正面をなす端面上に設置され、
前記走行部は、前記超音波探触子と共に前記端面上を周回自在である、
ことを特徴とする請求項7に記載の超音波探傷装置。 - 前記環状レールは、互いに接続される複数の弧状レールと、前記複数の弧状レールを接続し且つ磁力をもって前記所定面に接合するマグネット固定部と、を備える、ことを特徴とする、請求項7又は8に記載の超音波探傷装置。
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