JP3462748B2 - 超音波検査方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、火力発電プラント
の定期検査期間中に行う低圧蒸気タービンホイールの翼
植込部の超音波検査に係わるものであり、特に、翼植込
部に錆が発生している可能性が有る場合においても、翼
植込部のフックに発生する欠陥を高精度に検出する方法
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】図１８に、一般的な低圧蒸気タービンホ
イールの概要を示す。タービンシャフト２に同心状にタ
ービンホイール１が一体的に形成してあり、タービンホ
イール１の外周には複数の動翼２５を翼植込部１ａを介
して取付けてある。

【０００３】翼植込部１ａの拡大図を図１９に示す。プ
ラント稼働時には、タービンホイール１の先端の翼植込
部１ａ、特に第１段フック部に遠心力による大きな応力
が働くので、定期検査期間中にこの部分の健全性を評価
する必要がある。

【０００４】しかしながら、プラントの稼働率向上の観
点から定期検査の期間短縮の要求が大きくなっており、
翼植込部の健全性評価にはタービンホイール１から動翼
２５を抜取る必要のない超音波検査が採用されることが
多い。

【０００５】この超音波検査に用いている探触子走査機
構の一例を図２０に示す。一つ、または二つの探触子
５、６を探触子走査機構の３にアーム４を介して保持
し、タービンホイール１の側面に押し付けた状態で、車
輪８と駆動ハンドル２６を用いてタービンシャフト２上
を走行させ、探触子５、６を周方向ψに走査する。

【０００６】タービンの中心軸からの距離L1、および、
探触子５と探触子６の距離L2、各々の探触子の首振り角
度φ1 、φ2 は走査前に微調整し、走査中には、これら
は一定に保つことができる構造にしている。この超音波
検査では、探触子５を送信用と受信用の両方として使う
方法（以下、一探触子法と称す）と、探触子５を送信用
とし探触子６を受信用として使う方法（以下、二探触子
法と称す）がある。

【０００７】一探触子法では、予め定めておいた時間ゲ
ート内に反射波がなければ翼植込部は健全であると判断
し、反射波が得られれば翼植込部に欠陥等の超音波反射
体が存在すると判断する。二探触子法では、探触子５か
ら送信して翼植込部１ａで反射させ探触子６で受信する
反射波の波高値に着目し、波高値が一定ならば翼植込部
は健全であると判断し、波高値が低下すれば翼植込部に
欠陥等の超音波遮蔽体が存在すると判断する。これらの
方法の適用例が、特開平1-161145公報、特開平7-244024
公報等に開示されている。

【０００８】タービンホイール１の翼植込部１ａと動翼
２５の間には隙間が存在し、特に、隙間の広い頭頂部に
錆が発生する可能性がある。反射体が欠陥の時には、す
ぐに動翼をとりはずし、磁粉探傷法などにより詳細な検
査を実施するが、反射体が錆等の欠陥以外のものであっ
た場合には１サイクルはそのまま稼働して次回定期検査
時に詳細な検査を実施する場合が多い。

【０００９】したがって、上記の超音波検査方法で、タ
ービンホイールの翼植込部に超音波の反射体、または遮
蔽体があると判断した場合には、一旦動翼を抜取って超
音波の反射体、または、遮蔽体が、割れ等の欠陥なのか
錆等の欠陥以外のものであるかを判断する必要がある。

【００１０】また、タービンホイールの翼植込部ではな
く一般的な溶接部を検査対象とした場合の、反射体の種
類を判定する方法は、例えば特開平6-3332公報等に開示
されている。この方法では、反射体に対する超音波の入
射角度を変えながら検査して、入射角度に対応した反射
エコーの強度分布から反射体の偏平率、傾き、対称性等
を求めて、その形状、性状を判定する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記した特開平1-1611
45公報、特開平7-244024公報等に開示のタービンホイー
ル翼植込部の超音波検査では、翼植込部に超音波の反射
体、または遮蔽体があると判断した場合に、超音波の反
射体、または、遮蔽体が、欠陥か、錆か、欠陥と錆の両
方なのかを判定するために動翼を抜取る作業が必要とな
り検査に時間を要する。

【００１２】また、この方法では探触子の首振り角度φ
1 、φ2 を一定に保ったまま探触子走査機構を周方向に
回転する比較的簡便な走査法なので、反射体に対する超
音波の入射角が一定となり、入射角度を変化させる必要
のある上記した特開平6-3332公報に開示の反射体判定法
を適用することはできない。言い替えれば、上記した反
射体の判定法を適用するためには、判定したい反射体に
対して超音波の入射角度を変化できる探触子の走査法を
採用する必要があるが、そのためには新たな探触子走査
機構が必要となり、また、走査に要する時間も長くな
る。

【００１３】本発明は上記の問題点に鑑み、タービンホ
イール翼植込部の二探触子法による超音波検査におい
て、反射波の波高値が低下した場合に、動翼を抜取るこ
となく、かつ、比較的簡便な探触子走査法で、超音波遮
蔽体が欠陥か、錆か、欠陥と錆の両方なのかを判定する
ことが可能な超音波検査方法及び装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明の超音波検査方法及び装置は特許請求の範囲の請
求項記載の構成を具備している。

【００１５】低圧蒸気タービンホイールの翼植込部で
は、稼働中の動翼の遠心力による応力が原因となって割
れ状の欠陥が発生する。したがって、欠陥が発生する可
能性があるのは応力の最も大きい第１段フック底面であ
る。一方、錆はタービンホイールと動翼の翼植込部の隙
間に発生する可能性があり、特に、隙間の広い頭頂部に
発生しやすい。このため、上記目的は、超音波の遮蔽体
が第１段フック底面に存在するのか、頭頂部に存在する
のかを判断することで達成することができる。

【００１６】また、割れ状の欠陥が超音波の伝播経路に
存在する場合には遮蔽効果により反射波の波高値が大き
く低下するが、超音波の反射面に錆が発生している場合
の反射波の波高値の低下は散乱効果によるものなので、
遮蔽効果程大きくない。したがって、上記目的は、反射
波の波高値の低下を定量評価することによっても達成で
きる。

【００１７】さらに、割れ状の欠陥はタービンホイール
の周方向に広がりを持たないが、頭頂部に発生する錆は
周方向に広がりを持つ場合が多い。したがって、上記目
的は、２つの探触子を周方向に走査するときに、反射波
の波高値が連続的に低下する走査距離を定量評価するこ
とによっても達成できる。

【００１８】

【作用】図２に、二探触子法における超音波ビームの伝
播経路を示す。探触子５から送信する超音波は、７ｃに
示すようなビームの広がりを持ってタービンホイール１
の翼植込部に伝播し、頭頂部ではビーム径Bpで反射し、
探触子６に到達する。

【００１９】このため、７ａに示すような、探触子５→
頭頂部→探触子６の伝播経路（本明細書では、経路１と
称す）と、７ｂに示すような探触子５→頭頂部→第１段
フック底面→頭頂部→探触子６の伝播経路（本明細書で
は、経路２と称す）の２つの経路の反射波が、同時に送
受信できる位置に探触子５、６を設定することが可能で
ある。

【００２０】図４に、第１段フック底面に欠陥１０１が
ある場合の影響を摸式的に示す。経路１を伝播する反射
波（本明細書では、反射波１と称す）は、第１段フック
底面を通過しないので、反射波１の波高値は変化しな
い。一方、経路２を伝播する反射波（本明細書では、反
射波２と称す）は、第１段フック底面で反射するので、
欠陥１０１の遮蔽効果により反射波２の波高値は大きく
低下する。

【００２１】図５に、頭頂部に錆１０２が発生している
場合の影響を摸式的に示す。超音波の反射面に錆が発生
していると、散乱効果により反射後の超音波ビームの指
向角が大きくなるため、探触子６に到達する反射波の波
高値は低下する。

【００２２】経路１では１回、経路２では２回、錆１０
２が発生している頭頂部で超音波が反射するので、反射
波１および反射波２の波高値は共に低下するが、低下量
は小さい。また、欠陥１０１が存在する場合でも、錆１
０２が存在する場合でも、反射波２の波高値は低下する
が、欠陥の場合は低下量が大きく、錆の場合は低下量が
小さいので、適切な波高値のしきい値を設定することに
より両者を判定できる。

【００２３】したがって、反射波１の波高値が不変で反
射波２の波高値が低下した場合には欠陥が存在し、反射
波１と反射波２の波高値が共に低下して反射波２の低下
量が小さい場合には錆が存在し、反射波１と反射波２の
波高値が共に低下して反射波２の低下量が大きい場合に
は錆と欠陥の両方が存在すると判定できる。

【００２４】また、反射波２の低下量は、欠陥１０１の
大きさに依存する。反射波１の振幅から頭頂部に錆が存
在しないと判定できた場合には、反射波２の波高値のし
きい値を大きく設定すれば、微小な欠陥まで検出するこ
とが可能になる。

【００２５】図６に、第１段フック底面に欠陥１０１が
ある場合の、反射波の波高値が連続的に低下する走査距
離（以下、遮蔽距離と称す）と、２つの探触子の走査位
置の関連を摸式的に示す。欠陥１０１は、タービンホイ
ールの周方向には広がりを持たないが、超音波ビームは
７ｃに示すような広がりを持つ。

【００２６】このため、探触子５、６を送査し、超音波
ビームの頭頂部での反射位置がビーム径Bpの２倍（２×
Bp）の距離を移動する間、反射波２の波高値は低下し続
ける。一方、頭頂部に周方向にLcの長さを有する錆１０
２がある場合には、図７に摸式的に示すように、超音波
ビームの反射位置が（２×Bp＋Lc）の距離を移動する
間、反射波１及び２の波高値は低下し続ける。したがっ
て、遮蔽距離に適切な遮蔽距離のしきい値を設定するこ
とにより、欠陥と錆とを判定できる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施例を図
面を参照して説明する。図１に、本発明の第１の実施例
による低圧蒸気タービンホイール翼植込部の超音波検査
装置の構成の一例を示し、図３に、超音波検査装置の各
構成要素での信号のタイミングを示す。

【００２８】探触子５、６を探触子走査機構３にアーム
４を介して保持し、タービンホイール１の側面に押し付
けた状態で、車輪８でタービンシャフト２上を走行さ
せ、探触子５、６を周方向ψに走査する。探触子５、６
とタービンの中心軸からの距離L1、および、探触子５と
探触子６の距離L2、各々の探触子の首振り角度φ1 、φ
2 は走査前に微調整し、走査中には、これらを一定に保
つことができる構造にしている。

【００２９】送信器９で探触子５に送信パルスを送信
し、探触子５から超音波７をタービンホイール１内に送
信する。タービンホイール１の翼植込部で反射した超音
波７を探触子６と受信器１０でRF信号として受信し、増
幅器１１で増幅し、ビデオ検波回路１２で検波信号に変
換する。

【００３０】第１ゲート設定回路１３では、送信器９か
らの信号をトリガとして、探触子５→頭頂部→探触子６
の経路１をとる反射波Paが受信できる時刻Taにゲートを
設定する。第１ゲート内信号の反射波Paの波高値を波高
値検出回路１５で検出し、波高値に応じた波高値信号４
８を出力する。

【００３１】また、第２ゲート設定回路１４では、送信
器９からの信号をトリガとして、探触子５→頭頂部→第
１段フック底面→頭頂部→探触子６の経路２をとる反射
波Pbが受信できる時刻Tbにゲートを設定する。第２ゲー
ト内信号の反射波Pbの波高値を波高値検出回路１６で検
出し、波高値に応じた波高値信号４９を出力する。

【００３２】本実施例の超音波検査装置は、通常判定モ
ードと高感度検出モードの２つのモードを備えており、
検査員が2 つのモードを選択できる構成としている。通
常判定モードで、タービン翼植込部における錆の発生の
有無、および、割れ状欠陥の発生の有無を判定する場合
の、判定手順のフローチャートを図８に示す。

【００３３】また、高感度検出モードで、錆、および、
割れ状欠陥の発生の有無を判定する場合の、判定手順の
フローチャートを図９に示す。上記の2 つのモードによ
る判定を実現するための、第１しきい値設定回路１７、
第１比較器１８、第２しきい値設定回路１９、第２比較
器２０、第３しきい値設定回路２１、第３比較器２２、
判定器２３、および、表示器２４の回路構成の一例を図
１０に示す。

【００３４】第１しきい値設定回路１７では、Ｖｃｃラ
イン（＋５Ｖ）とアースライン（±０Ｖ）の間に接続し
た可変抵抗器を用いて、第1 の波高値のしきい値に相当
する電圧を第１比較器１８に出力する。比較器１８は、
反射波Paの波高値信号４８と第１しきい値設定回路１７
の出力を比較する。

【００３５】波高値信号４８のほうが大きい場合には、
第１比較器１８は、錆判定信号５４としてネガティブ信
号（±０Ｖ）を出力する。このときには、表示器２４内
の切替器５６は回路を接続しない状態になるので、錆発
生ランプ５８は消灯した状態となり、ブザー６０も警報
音を発しない。

【００３６】一方、第１しきい値設定回路１７の出力電
圧よりPaの波高値信号４８のほうが小さい場合には、第
１比較器１８は、錆判定信号５４としてポジティブ信号
（＋５Ｖ）を出力する。表示器２４にある切替器５６に
ポジティブ信号が入力すると、切替器５６は回路を接続
するので、錆発生ランプ５８とブザー６０に電流が流れ
る。検査員は、錆発生ランプ５８の点灯とブザー６０の
警報音により、タービンホイール翼植込部の頭頂部に錆
が発生していることを知ることができる。

【００３７】通常判定モードと高感度検出モードの２つ
のモードは、切替スイッチ５１で選択する。通常判定モ
ードで割れ状の欠陥の有無を判定する場合には、切替ス
イッチ５１をＯＦＦの状態にする。この状態では、比較
器１８が出力する錆判定信号５４がポジティブ（＋５
Ｖ）かネガティブ（±０Ｖ）かに関わらず、リレー５３
は、常に、第２比較器２０の出力が欠陥判定信号５５と
なるように回路を接続する。

【００３８】第２しきい値設定回路１９では、Ｖｃｃラ
イン（＋５Ｖ）とアースライン（±０Ｖ）の間に接続し
た可変抵抗器を用いて、第２の波高値のしきい値に相当
する電圧を第２比較器２０に出力する。比較器２０は、
反射波Pbの波高値信号４９と第２しきい値設定回路１９
の出力を比較する。

【００３９】Pbの波高値信号４９のほうが大きい場合に
は、第２比較器２０は、リレー５３を経由して、欠陥判
定信号５５としてネガティブ信号（±０Ｖ）を出力す
る。このときには、表示器２４にある切替器５７は回路
を接続しない状態になるので、欠陥発生ランプ５９は消
灯した状態となり、ブザー６１も警報音を発しない。

【００４０】一方、第２しきい値設定回路１９の出力電
圧よりPbの波高値信号４９のほうが小さい場合には、第
２比較器２０は、欠陥判定信号５５としてポジティブ信
号（＋５Ｖ）を出力する。表示器２４内の切替器５７に
ポジティブ信号が入力すると、切替器５７は回路を接続
するので、欠陥発生ランプ５９とブザー６１に電流が流
れる。

【００４１】検査員は、欠陥発生ランプ５９の点灯とブ
ザー６１の警報音により、タービンホイール翼植込部の
第１段フック底面に欠陥が発生していると知ることがで
きる。また、ブザー６０とブザー６１は、音色（ブザー
音の周波数）が異なるものを用いているので、ブザー音
だけからも、錆が発生しているのか、欠陥が発生してい
るのか、錆と欠陥の両方が発生しているのかを知ること
ができる。

【００４２】高感度検出モードで割れ状の欠陥の有無を
判定する場合には、切替スイッチ５１をＯＮの状態にす
る。この状態において、タービンホイール翼植込部の頭
頂部に錆が発生している場合には、比較器１８が出力す
る錆判定信号５４はポジティブ（＋５Ｖ）信号となっ
て、反転増幅器５２に入力する。

【００４３】この時には、反転増幅器５２はネガティブ
信号（±０Ｖ）を出力し、リレー５３には電流が流れな
いので、第２比較器２０の出力が欠陥判定信号５５とな
るように回路が接続された状態となる。この状態は、通
常判定モードと同じ接続状態なので、通常判定モードと
同様に、第２しきい値設定回路１９での電圧と反射波Pb
の波高値信号４９とを第２比較器２０で比較する。

【００４４】Pbの波高値信号４９のほうが大きい場合に
は、第２比較器２０は、リレー５３を経由して、欠陥判
定信号５５としてネガティブ信号（±０Ｖ）を出力する
ので、欠陥発生ランプ５９は消灯した状態となり、ブザ
ー６２も警報音を発しない。第２しきい値設定回路１９
の出力電圧よりPbの波高値信号４９のほうが小さい場合
には、第２比較器２０は欠陥判定信号５５としてポジテ
ィブ信号（＋５Ｖ）を出力するので、欠陥発生ランプ５
９とブザー６１に電流が流れる。

【００４５】検査員は、欠陥発生ランプ５９の点灯とブ
ザー６１の警報音により、タービンホイール翼植込部の
第１段フック底面に欠陥が発生していると知ることがで
きる。欠陥の有無の判定のしきい値として、第三のしき
い値より小さな値の第二のしきい値が自動的に選択でき
るため、頭頂部に錆が発生したために生ずる反射波Pbの
波高値の低下を、割れ状の欠陥が原因であると誤判定す
ることを防止できる。

【００４６】一方、タービンホイール翼植込部の頭頂部
に錆が発生していない場合には、比較器１８が出力する
錆判定信号５４はネガティブ（±０Ｖ）信号となって、
反転増幅器５２に入力する。この時には、反転増幅器５
２はポジティブ信号（＋５Ｖ）を出力し、リレー５３に
は電流が流れるので回路の接続状態が変更され、第３比
較器２２の出力が欠陥判定信号５５となるように回路が
接続される。

【００４７】この状態では、第３しきい値設定回路２１
で設定した電圧と反射波Pbの波高値信号４９とを第３比
較器２２で比較する。Pbの波高値信号４９のほうが大き
い場合には、第３比較器２２は、リレー５３を経由し
て、欠陥判定信号５５としてネガティブ信号（±０Ｖ）
を出力するので、欠陥発生ランプ５９は消灯した状態と
なり、ブザー６１も警報音を発しない。

【００４８】第３しきい値設定回路２１の出力電圧より
Pbの波高値信号４９のほうが小さい場合には、第３比較
器２２は欠陥判定信号５５としてポジティブ信号（＋５
Ｖ）を出力するので、欠陥発生ランプ５９とブザー６１
に電流が流れる。検査員は、欠陥発生ランプ５９の点灯
とブザー６１の警報音により、タービンホイール翼植込
部の第１段フック底面に欠陥が発生していると知ること
ができる。

【００４９】頭頂部に錆が発生していない場合には、欠
陥の有無の判定のしきい値として、第二のしきい値より
大きな値の第三のしきい値を自動的に選択できるため、
小さな欠陥まで高感度に検出することが可能となる。

【００５０】次に、本発明の第２の実施例を図１１に基
づいて説明する。図１１に、本発明の第２の実施例によ
る低圧蒸気タービンホイール翼植込部の超音波検査装置
の構成の一例を示す。

【００５１】探触子走査機構３は第１の実施例とほぼ同
じ構造であるが、本探触子走査機構３は、車輪８がロー
タシャフト２上を一定距離走行する度に信号を出力する
エンコーダ２７を備えている。送信器９、受信器１０、
増幅器１１、ビデオ検波回路１２は、探傷器２８の筐体
内に組み込まれ、超音波の送受信、検波信号の出力を、
繰り返し周期１KHz で連続的に行っている。

【００５２】本装置は、エンコーダ２７からの出力信号
が計算器２９の筐体内に組み込んだインターフェースボ
ード（図１１中では、Ｉ／Ｆと略す）３０に入力する
と、入力直後の送信器９からの信号をトリガとして、反
射波Pa、Pbの双方を含む検波信号を、Ａ／Ｄ変換部３１
でアナログ／デジタル変換し、記録部３２に探触子走査
位置の情報と共に自動的に記録する機能を有する。ま
ず、探触子走査機構３をタービンシャフト２上で一周走
査し（ψ：０°から３６０°まで）、全検波波形をデジ
タルデータとして、一旦、記録部３２に記録する。

【００５３】次に、収録した波形を見ながら、第１ゲー
トと第１のしきい値、及び第２ゲートと第２のしきい値
と第３のしきい値を設定する。図１２に、「ゲート、し
きい値設定画面」を表示部３３に表示した例を示す。

【００５４】反射波１（Pa）のピーク７１と反射波２
（Pb）のピーク７２の伝播時間差は、超音波検査の前に
タービンの設計図に基づいて計算してあり、この場合そ
の値は７. ０μｓであったので、伝播時間差入力ボック
ス７３に、マウス３５とキーボード３４を用いて入力し
た。また、探触子５と６は、振動子の大きさが２０mm×
２０mm、横波２MHz 、屈折角７０°のものを用いた。

【００５５】探触子の指向角は試験で７°と求めてあ
り、タービンホイール翼植込部の頭頂部で３０mmになる
ので、ビーム径入力ボックス７４に入力した。また、欠
陥の形状により遮蔽距離が変化する場合があるので、こ
の変化分の影響を排除するためにマージンを設定する。

【００５６】今回の試験では、これまでの経験からマー
ジンを１０mmに設定し、マージン入力ボックス７５に入
力した。遮蔽距離のしきい値は、ビーム径とマージンの
入力値から、 （遮蔽距離のしきい値）＝（ビーム径）×２＋（マージ
ン） なる式に基づいて自動計算し、その結果は遮蔽距離のし
きい値表示ボックス７６に表示される。

【００５７】画面下部に表示した超音波波形を見なが
ら、第１ゲート開始時間ボックス７７と第１ゲート幅ボ
ックス７８と第１の波高値のしきい値ボックス８１に、
それぞれ、第１ゲートの開始時間、第１ゲートの幅、第
１の波高値のしきい値をキーボード３４を用いて入力し
た。これらの設定値に基づく第１ゲートと第１の波高値
のしきい値は、第１しきい値表示バー８４として超音波
波形上に表示される。

【００５８】第１しきい値表示バー８４の左端の時間
は、第１ゲートの開始時間を表しており、第１ゲート開
始時間ボックス７７に入力した数値と一致する。第１し
きい値表示バー８４の長さは、第１ゲートの時間幅を表
しており、第１ゲート幅ボックス７８に入力した数値と
一致する。

【００５９】第１しきい値表示バー８４の高さ方向（Ｙ
軸方向）の位置は、反射波波高値の第１の波高値のしき
い値を表しており、第１の波高値のしきい値ボックス８
１に入力した数値と一致する。この第１しきい値表示バ
ー８４が、反射波Paのピーク７１と時間的に一致し、第
１の波高値のしきい値が健全部を検査したときの波高値
よりわずかに低いことから、第１ゲートと第１の波高値
のしきい値の設定が適切であると確認できる。もし、設
定が適切でない場合には、各ボックスの数値を再入力す
れば設定を変更できる。

【００６０】第２ゲート開始時間ボックス７９には、第
１ゲート開始時間ボックス７８の入力値と、伝播時間差
入力ボックス７３の入力値から （第２ゲート開始時間）＝（第１ゲート開始時間）＋
（伝播時間差） に基づいて自動計算した値が表示される。第２ゲート幅
ボックス８０と第２の波高値のしきい値ボックス８２と
第３の波高値のしきい値ボックス８３に、それぞれ、第
２ゲートの幅、第２の波高値のしきい値、第３の波高値
のしきい値をキーボード３４を用いて入力した。

【００６１】これらの設定値に基づく第２ゲートと第２
の波高値のしきい値、および、第３の波高値のしきい値
は、第２しきい値表示バー８５、および、第３しきい値
表示バー８６で超音波波形上に表示される。第２しきい
値表示バー８５及び第３しきい値表示バー８６の左端の
時間は、第２ゲートの開始時間を表しており、第２ゲー
ト開始時間ボックス７９に表示される数値と一致する。

【００６２】第２しきい値表示バー８５、および、第３
しきい値表示バー８６の長さは、第２ゲートの時間幅を
表しており、第２ゲート幅ボックス８０に入力した数値
と一致する。第２しきい値表示バー８５の高さ方向（Ｙ
軸方向）の位置は、反射波波高値の第２のしきい値を表
しており、第２の波高値のしきい値ボックス８２に入力
した数値と一致する。

【００６３】第３しきい値表示バー８６の高さ方向（Ｙ
軸方向）の位置は、反射波波高値の第３の波高値のしき
い値を表しており、第３の波高値のしきい値ボックス８
３に入力した数値と一致する。この第２しきい値表示バ
ー８５、および、第３のしきい値表示バー８６が、反射
波Pbのピーク７２と時間的に一致することから、第２ゲ
ートの設定が適切であると確認できる。もし、設定が適
切でない場合には、各ボックスの数値を再入力すれば設
定を変更できる。

【００６４】これらの設定は、第１、２ゲート記憶部３
８と第１、２、３しきい値記憶部４０に記憶される。各
ゲートとしきい値を設定すると、波高値算出部３９、遮
蔽距離算出部４１が、記録部３２に記録した超音波波形
のデジタルデータを基に、反射波Paと反射波Pbの波高値
の変化と遮蔽距離を自動計算する。

【００６５】判定部４２では、波高値による判定と遮蔽
距離による判定の2 つの判定方法で、検査結果を判定す
る。波高値の変化により、錆の発生の有無と欠陥の発生
の有無を判定する手順は、図８、図９のフローチャート
に示した手順と同じである。また、遮蔽距離の長短によ
り、遮蔽体が欠陥か錆かを判定する判定手順のフローチ
ャートを図１７に示す。

【００６６】試験用のテストロータ翼植込部の第１段フ
ック底面に、人工欠陥を加工した箇所を検査したとき
の、反射波Paと反射波Pbの波高値の変化を表示部３３に
表示した画面を図１３に示す。この画面は、必要に応じ
てプリンタ４３で印刷できる。

【００６７】探触子走査機構３をタービンシャフト２上
で走査したときに、超音波７の翼植込部１ａ上での反射
位置が、検査開始位置を基準に800mm から1400mmまで走
査した範囲の波高値の変化が示されている。第１の波高
値のしきい値ボックス８１に入力し、第１、２、３しき
い値記憶部４０に記憶した第一の波高値のしきい値は、
反射波Paの波高値の変化を示す上段のグラフに、第１の
波高値のしきい値表示線８７として表示される。

【００６８】反射波Paの波高値が第１の波高値のしきい
値より大きいことから、波高値による判定により、図１
３の表示範囲のタービンホイール翼植込部には錆が発生
していないと判定できる。また、反射波Paの波高値が第
１の波高値のしきい値より小さくなる点がないので遮蔽
距離は算出できない。したがって、第１の遮蔽距離表示
ボックス９０には、遮蔽距離は表示されない。

【００６９】第２の波高値のしきい値ボックス８２に入
力し、第１、２、３しきい値記憶部４０に記憶した第２
の波高値のしきい値、および、第３の波高値のしきい値
ボックス８３に入力し、第１、２、３しきい値記憶部４
０に記憶した第３の波高値のしきい値は、反射波Pbの波
高値の変化を示す下段のグラフに、第２の波高値のしき
い値表示線８８、および、第３の波高値のしきい値表示
線８９として表示される。

【００７０】反射波Pbの波高値が第２の波高値のしきい
値、および、第３の波高値のしきい値より小さくなる点
があることから、波高値による判定により、タービンホ
イール翼植込部には欠陥が発生していると判定できる。
また、反射波Pbの波高値が第２の波高値のしきい値より
連続して小さくなっている範囲は、下段のグラフ上に第
２の遮蔽距離表示バー９４で表示され、遮蔽距離の算出
結果は第２の遮蔽距離表示ボックス９１に表示される。

【００７１】反射波Pbの波高値が第３の波高値のしきい
値より連続して小さくなっている範囲は、下段のグラフ
上に第３の遮蔽距離表示バー９５で表示され、遮蔽距離
の算出結果は第３の遮蔽距離表示ボックス９２に表示さ
れる。第２の遮蔽距離と第３の遮蔽距離は、ともに、遮
蔽距離のしきい値７０mmより小さい。したがって、遮蔽
距離による判定により、超音波の遮蔽体は欠陥であると
判定できる。

【００７２】試験用のテストロータ翼植込部の頭頂部に
錆を発生させた箇所を検査したときの、反射波Paと反射
波Pbの波高値の変化を表示部３３に表示した画面を図１
４に示す。この画面は、必要に応じてプリンタ４３で印
刷できる。超音波ビームの反射位置が、検査開始位置を
基準として1800mmから2400mmまで走査した範囲の波高値
の変化が示されている。

【００７３】反射波Paの波高値が第１の波高値のしきい
値より小さくなる点があることから、波高値による判定
により、錆が発生していると判定できる。また、反射波
Paの波高値が第１の波高値のしきい値より連続して小さ
くなっている範囲は、上段のグラフ上に第１の遮蔽距離
表示バー９３で表示され、遮蔽距離の算出結果は第１の
遮蔽距離表示ボックス９０に表示される。

【００７４】第１の遮蔽距離が遮蔽距離のしきい値７０
mmより大きい。したがって、遮蔽距離による判定によ
り、超音波の遮蔽体は錆であると判定できる。反射波Pb
の波高値が第３の波高値のしきい値より小さくなる点は
あるが、第２の波高値のしきい値より小さくなる点がな
いので、波高値による判定により、欠陥が発生していな
いと判定できる。

【００７５】また、反射波Pbの波高値が第３の波高値の
しきい値より連続して小さくなっている範囲は、下段の
グラフ上に第３の遮蔽距離表示バー９５で表示され、遮
蔽距離の算出結果は第３の遮蔽距離表示ボックス９２に
表示される。第３の遮蔽距離は遮蔽距離のしきい値７０
mmより大きい。したがって、遮蔽距離による判定によ
り、超音波の遮蔽体は錆であると判定できる。

【００７６】試験用のテストロータ翼植込部の頭頂部に
錆を発生させ、さらに、第１段フック底面に人工欠陥を
加工した箇所を検査したときの、反射波Paと反射波Pbの
波高値の変化を表示部３３に表示した画面を図１５に示
す。この画面は、必要に応じてプリンタ４３で印刷でき
る。

【００７７】超音波ビームの反射位置が、検査開始位置
を基準として3400mmから4000mmまで走査した範囲の波高
値の変化が示されている。反射波Paの波高値が第１の波
高値のしきい値より小さくなる点があることから、波高
値による判定により、錆が発生していると判定できる。

【００７８】また、反射波Paの波高値が第１の波高値の
しきい値より連続して小さくなっている範囲は、上段の
グラフ上に第１の遮蔽距離表示バー９３で表示され、遮
蔽距離の算出結果は第１の遮蔽距離表示ボックス９０に
表示される。第１の遮蔽距離が遮蔽距離のしきい値７０
mmより大きい。したがって、遮蔽距離による判定によ
り、超音波の遮蔽体は錆であると判定できる。

【００７９】反射波Pbの波高値が第２の波高値のしきい
値、および、第３の波高値のしきい値より小さくなる点
があることから、波高値による判定により、欠陥が発生
していると判定できる。また、反射波Pbの波高値が第２
の波高値のしきい値より連続して小さくなっている範囲
は、下段のグラフ上に第２の遮蔽距離表示バー９４で表
示され、遮蔽距離の算出結果は第２の遮蔽距離表示ボッ
クス９１に表示される。

【００８０】第２の遮蔽距離は遮蔽距離のしきい値７０
mmより小さい。したがって、遮蔽距離による判定によ
り、超音波の遮蔽体として欠陥があると判定できる。さ
らに、反射波Pbの波高値が第３の波高値のしきい値より
連続して小さくなっている範囲は、下段のグラフ上に第
３の遮蔽距離表示バー９５で表示され、遮蔽距離の算出
結果は第３の遮蔽距離表示ボックス９２に表示される。

【００８１】第３の遮蔽距離は遮蔽距離のしきい値７０
mmより大きい。したがって、遮蔽距離による判定によ
り、超音波の遮蔽体として錆があると判定できる。これ
らの結果を総合すると、図１５に表示した範囲には、欠
陥と錆の両方が発生していると判断できる。

【００８２】図１３乃至図１５に示した検査範囲の総合
判定結果の表示画面を、図１６に示す。この画面は、必
要に応じてプリンタ４３で印刷できる。図１３に示し
た、ビーム反射位置が1120mmの位置に存在する超音波の
遮蔽体は、波高値による判定から錆は発生していないが
欠陥は発生しているという判定結果が得られ、遮蔽距離
による判定から遮蔽体は欠陥であるという判定結果が得
られた。

【００８３】2 つの判定法による判定結果が矛盾してい
ないので、総合判定結果には「欠陥」が発生していると
表示されている。判定結果に矛盾が生じた場合には、総
合判定結果に「判定不能」が表示される。「判定不能」
が表示された時には、ゲートやしきい値を再設定して再
判定を実施するか、超音波検査を再度実施する必要があ
る。

【００８４】図１４に示した、ビーム反射位置が2050mm
の位置に存在する超音波の遮蔽体は、波高値による判定
から錆は発生しているが、欠陥は発生していないという
判定結果が得られ、遮蔽距離による判定から遮蔽体は錆
であるという判定結果が得られた。２つの判定法による
判定結果が矛盾していないので、総合判定結果には
「錆」が発生していると表示されている。

【００８５】図１５に示した、ビーム反射位置が3610mm
の位置に存在する超音波の遮蔽体は、波高値による判定
から錆が発生しており、欠陥も発生しているという判定
結果が得られ、遮蔽距離による判定から遮蔽体は錆であ
るという判定結果と遮蔽体は欠陥であるという判定結果
とが得られた。2 つの判定法による判定結果から、総合
判定結果には「欠陥＋錆」が発生していると表示され
る。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、比較的簡便な探触子走
査法による低圧蒸気タービンホイール翼植込部の二探触
子法の超音波検査において、翼植込部で反射した超音波
の波高値が低下した場合に、動翼を抜取ることなく、超
音波遮蔽体が欠陥か、錆か、欠陥と錆の両方なのかを判
定することができるので、低圧蒸気タービンホイール検
査の工程数削減と期間短縮が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係わる低圧蒸気タービン
ホイール翼植込部の、超音波検査装置の構成の一例を示
す図である。

【図２】低圧蒸気タービンホイール翼植込部の超音波検
査における被検査体内部の、超音波ビームの伝播経路を
示す図である。

【図３】超音波信号波形とタイミングを摸式的に示す図
である。

【図４】翼植込部の第１段フック底面に欠陥が発生した
場合の超音波の伝播状況を摸式的に示す図である。

【図５】翼植込部の頭頂部に錆が発生した場合の超音波
の伝播状況を摸式的に示す図である。

【図６】翼植込部の第１段フック底面に欠陥が発生した
場合の探触子の走査位置と超音波の伝播状況を摸式的に
示す図である。

【図７】翼植込部の頭頂部に錆が発生した場合の探触子
の走査位置と超音波の伝播状況を摸式的に示す図であ
る。

【図８】本発明の第１の実施例に係わる超音波検査装置
において、錆の発生の有無、および、欠陥の発生の有無
を通常判定モードで判定する判定手順を示すフローチャ
ートである。

【図９】本発明の第１の実施例に係わる超音波検査装置
において、錆の発生の有無、および、欠陥の発生の有無
を高感度検出モードで判定する判定手順を示すフローチ
ャートである。

【図１０】通常判定モードと高感度検出モードにより、
錆の発生の有無、および、欠陥の発生の有無を判定する
ための回路構成の一例である。

【図１１】本発明の第２実施例に係わる低圧蒸気タービ
ンホイール翼植込部の超音波検査装置の構成の一例を示
す図である。

【図１２】本発明の第２実施例において、第１、第２の
時間ゲート、および、第１乃至第３の波高値のしきい値
を設定する場合の画面表示の一例である。

【図１３】本発明により、試験用のテストロータ翼植込
部の第１段フック底面に人工欠陥を設けた箇所を検査し
た結果を示す。

【図１４】本発明により、試験用のテストロータ翼植込
部の頭頂部に錆を発生させた箇所を検査した結果を示
す。

【図１５】本発明により、試験用のテストロータ翼植込
部の頭頂部に錆を発生させ、さらに、第１段フック底面
に人工欠陥を加工した箇所を検査した結果を示す。

【図１６】本発明により、試験用のテストロータ翼植込
部を検査した総合判定結果を示す。

【図１７】本発明の第２の実施例に係わる超音波検査装
置において、超音波の遮蔽体が欠陥か錆かを判定する判
定手順を示すフローチャートである。

【図１８】２つの探触子を用いた従来の超音波検査方法
を説明する図である。

【図１９】低圧蒸気タービンホイールの翼植込部を説明
する図である。

【図２０】２つの探触子を用いた従来の超音波検査装置
の探触子走査機構の一例を説明する図である。

【符号の説明】

１…タービンホイール １ａ…翼植込部 ２…タービンシャフト ３…探触子走査
機構 ４…アーム ５、６…探触子 ７…超音波 ７ａ…経路１ ７ｂ…経路２ ７ｃ…超音波ビ
ームの広がり ８…車輪 ９…送信器 １０…受信器 １１…増幅器 １２…ビデオ検波回路 １３…第１ゲー
ト設定回路 １４…第２ゲート設定回路 １５、１６…波
高値検出回路 １７…第１しきい値設定回路 １８…第１比較
器 １９…第２しきい値設定回路 ２０…第２比較
器 ２１…第３しきい値設定回路 ２２……第３比
較器 ２３…判定器 ２４…表示器 ２５…動翼 ２６…駆動ハン
ドル ２７…エンコーダ ２８…探傷器 ２９…計算器 ３０…インター
フェースボード ３１…Ａ／Ｄ変換部 ３２…記録部 ３３…表示部 ３４…キーボー
ド ３５…マウス ３８…第１、２
ゲート記憶部 ３９…波高値算出部 ４０…第１、
２、３しきい値記憶部 ４１…遮蔽距離算出部 ４２…判定部 ４３…プリンタ ４８…反射波Pa
の波高値信号 ４９…反射波P ｂの波高値信号 ５１…切替スイ
ッチ ５２…反転増幅器 ５３…リレー ５４…錆判定信号 ５５…欠陥判定
信号 ５６、５７…切替器 ５８…錆発生ラ
ンプ ５９…欠陥発生ランプ ６０、６１…ブ
ザー ７１…反射波Paのピーク ７２…反射波Pbの
ピーク ７３…伝播時間差入力ボックス ７４…ビーム径
入力ボックス ７５…マージン入力ボックス ７６…遮蔽距離
のしきい値表示ボックス ７７…第１ゲート開始時間ボックス ７８…第１ゲー
ト幅ボックス ７９…第２ゲート開始時間ボックス ８０…第２ゲー
ト幅ボックス ８１…第１の波高値のしきい値ボックス ８２…第２の波高値のしきい値ボックス ８３…第３の波高値のしきい値ボックス ８４…第１しきい値表示バー ８５…第２しき
い値表示バー ８６…第３しきい値表示バー ８７…第１の波
高値のしきい値表示線 ８８…第２の波高値のしきい値表示線 ８９…第３の波
高値のしきい値表示線 ９０…第１の遮蔽距離表示ボックス ９１…第２の遮
蔽距離表示ボックス ９２…第３の遮蔽距離表示ボックス ９３…第１の遮
蔽距離表示バー ９４…第２の遮蔽距離表示バー ９５…第３の遮
蔽距離表示バー １０１…欠陥 １０２…錆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 尚幸 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株式会社日立製作所電力・電機開発本部 内 (72)発明者 千葉 弘明 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 五代儀 剛 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社エネルギー・環境研 究所内 (72)発明者 黒木 雅彦 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社エネルギー・環境研 究所内 (56)参考文献 特開 平３−170050（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−161145（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−250562（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−244024（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低圧蒸気タービンホイールの翼植込部に
   送信用探触子を用いて超音波を送信し、翼植込部形状面
   からの反射波を受信用探触子を用いて受信することによ
   り、前記翼植込部の健全性を評価する超音波検査方法に
   おいて、 前記送信用探触子から送信した前記超音波が前記翼植込
   部の頭頂部で一回反射して前記受信用探触子に到達する
   経路１の伝播時間を算出し、該超音波の送信から該経路
   １の該伝播時間経過後に受信した反射波１の波高値と、
   予め定めておいた第１の波高値のしきい値とを比較し、
   前記反射波１の波高値が該第１の波高値のしきい値より
   小さい場合には、前記翼植込部の前記頭頂部に錆が発生
   していると判断することを特徴とする超音波検査方法。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の超音波検査方法を用い
   て前記翼植込部の前記頭頂部に前記錆が発生しているか
   どうかを判断するとともに、 前記送信用探触子から送信した前記超音波が前記翼植込
   部の前記頭頂部で反射した後、第１段フック底面で反射
   し、再度、前記頭頂部で反射して前記受信用探触子に到
   達する経路２の伝播時間を算出し、前記超音波の送信か
   ら該経路２の該伝播時間経過後に受信した反射波２の波
   高値と予め定めておいた第２の波高値のしきい値とを比
   較し、該反射波２の波高値が該第２の波高値のしきい値
   より小さい場合には前記翼植込部の第１段フックに欠陥
   が発生していると判断することを特徴とする超音波検査
   方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の超音波検査方法におい
   て、 前記頭頂部に前記錆が発生していると判断した場合に
   は、前記反射波２の波高値と前記第２の波高値のしきい
   値とを比較し、 前記翼植込部の前記頭頂部に前記錆が発生していないと
   判断した場合には、前記反射波２の波高値と前記第２の
   波高値のしきい値より大きな値に予め定めておいた第３
   の波高値のしきい値とを比較し、 前記反射波２の波高値が各々の場合の波高値のしきい値
   より小さい時には前記翼植込部の前記第１段フックに前
   記欠陥が発生していると判断することを特徴とする超音
   波検査方法。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載の超音
   波検査方法の実施に当り、前記低圧蒸気タービンホイー
   ルの前記翼植込部に前記送信用探触子を用いて前記超音
   波を送信し、前記翼植込部形状面からの前記反射波を前
   記受信用探触子を用いて受信する状態で、前記送信用探
   触子と前記受信用探触子の相対的な位置関係を一定に保
   ちながら、両探触子をタービンのロータシャフトと同心
   状に走査して、前記翼植込部の健全性を評価する超音波
   検査方法において、 前記反射波の波高値が予め定めておいた前記反射波の波
   高値のしきい値より小さくなる走査位置がある際には、
   前記反射波の波高値が連続して前記反射波の波高値のし
   きい値より小さくなる走査範囲即ち遮蔽距離を求め、該
   遮蔽距離を予め定めておいた遮蔽距離のしきい値とを比
   較し、前記遮蔽距離が該遮蔽距離のしきい値より大きい
   場合には翼植込部に前記錆が発生していると判断し、前
   記遮蔽距離が前記遮蔽距離のしきい値より小さい場合に
   は、前記翼植込部に前記欠陥が発生していると判断する
   ことを特徴とする超音波検査方法。
5. 【請求項５】 前記低圧蒸気タービンホイールの前記翼
   植込部に前記超音波を送信する前記送信用探触子と、前
   記翼植込部形状面からの前記反射波を受信する前記受信
   用探触子と、前記送信用探触子および前記受信用探触子
   を走査する手段と、前記送信用探触子を駆動する送信器
   と、前記受信用探触子からの超音波信号を受信する受信
   器と、を備える超音波検査装置において、 前記送信器の信号送信のタイミングに従って、前記反射
   波１が受信できる時刻にゲート信号を出力するゲート設
   定手段と、前記反射波１の波高値を求める波高値検出手
   段と、該波高値検出手段に検出された波高値と波高値の
   しきい値を比較する比較手段と、この比較結果から前記
   錆の有無を判定する判定手段と、を備え、請求項１に記
   載の超音波検査方法を実現することを特徴とする超音波
   検査装置。
6. 【請求項６】 前記低圧蒸気タービンホイールの前記翼
   植込部に前記超音波を送信する前記送信用探触子と、前
   記翼植込部形状面からの前記反射波を受信する前記受信
   用探触子と、前記送信用探触子および前記受信用探触子
   を走査する手段と、前記送信用探触子を駆動する前記送
   信器と、前記受信用探触子からの超音波信号を受信する
   前記受信器と、を備える超音波検査装置において、 前記送信器の信号送信のタイミングに従って、前記反射
   波１および前記反射波２が受信できる時刻にゲート信号
   を出力する２つのゲート設定手段と、前記反射波１およ
   び前記反射波２の波高値を求める２つの波高値検出手段
   と、前記反射波１の波高値と前記第１の波高値のしきい
   値を比較する比較手段と、前記反射波１の波高値が前記
   第１の波高値のしきい値より小さい場合には前記第２の
   波高値のしきい値を選択し、前記反射波１の波高値が前
   記第１の波高値のしきい値より大きい場合には前記第３
   の波高値のしきい値を選択する選択手段と、前記反射波
   ２の波高値と選択した前記第２の波高値のしきい値また
   は前記第３の波高値のしきい値を比較する比較手段と、
   前記反射波２の比較結果から前記欠陥の有無を判定する
   判定手段と、を備え、請求項１乃至３のいずれかに記載
   の超音波検査方法を実現することを特徴とする超音波検
   査装置。
7. 【請求項７】 前記２つのゲート設定手段間のゲート開
   始の時間差を、前記経路１と前記経路２の伝播時間の差
   と概略等しくすることを特徴とする請求項６に記載の超
   音波検査装置。
8. 【請求項８】 前記低圧蒸気タービンホイールの前記翼
   植込部に前記超音波を送信する前記送信用探触子と、前
   記翼植込部形状面からの前記反射波を受信する前記受信
   用探触子と、前記送信用探触子および前記受信用探触子
   の相対的な位置関係を一定に保ちながら両探触子をター
   ビンのロータシャフトと同心状に走査する走査手段と、
   該走査手段の走査距離を計測する手段と、前記送信用探
   触子を駆動する前記送信器と、前記受信用探触子からの
   超音波信号を受信する前記受信器と、を備える超音波検
   査装置において、 前記送信器の信号送信のタイミングに従って、前記反射
   波が受信できる時刻にゲート信号を出力するゲート設定
   手段と、前記反射波の波高値を求める波高値検出手段
   と、前記波高値と前記波高値のしきい値を比較する比較
   手段と、前記遮蔽距離を算出する演算手段と、前記遮蔽
   距離と前記遮蔽距離のしきい値を比較する比較手段と、
   この比較結果から前記欠陥と前記錆を判定する判定手段
   と、を備え、請求項４に記載の超音波検査方法を実現す
   ることを特徴とする超音波検査装置。
9. 【請求項９】 前記翼植込部の前記頭頂部における超音
   波ビーム反射点の走査距離に換算した前記遮蔽距離のし
   きい値を、前記翼植込部の前記頭頂部における超音波ビ
   ームの２倍の長さと概略等しくすることを特徴とする請
   求項８に記載の超音波検査装置。