JP3908378B2 - 超音波探傷装置および超音波探傷方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探傷装置に係り、特に蒸気タービンのロータホイールの羽根植込み部に発生したクラック等の欠陥を検査する際に複数個の超音波探触子を同時に操作して検出精度を高めるようにした超音波探傷装置および超音波探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービンではタービン運転中、ロータの回転に伴って強大な遠心力等が作用すると、ロータホイールの羽根が植込まれている部分（以下、羽根植込み部と称する）に過大な応力が生じ、そこにクラックが発生することがある。このため、ロータホイールの羽根植込部については定期検査において健全性を確認するために非破壊検査法、特に超音波探傷法による検査が実施されている。この検査ではロータホイールの全周に羽根が取り付けられており、超音波探触子の走査は全周にわたって行う必要がある。
【０００３】
検査のためにタービン車室から取り出したロータの一例を図１０に示している。ロータ１にはそれぞれのロータホイール２に多数の羽根３が環状列をなして装着されている。一列の羽根３が植込まれるロータホイール２と他の列の羽根３が植込まれるロータホイール２とは互いに接近し、超音波探触子（図示せず）をロータホイール２の側面に接触させて行う走査は羽根３に阻まれてすべて思いどおりにはできない。
【０００４】
また、図１１はロータホイール２の超音波探傷のために超音波探触子を全周走査によって操作する様子を示している。超音波探触子４はロータホイール２の一方の側面に置かれ、そこから超音波ビームＵをロータホイール２の羽根植込み部５に向けて入射させる。この超音波ビームＵは図１２（ａ）（ｂ）に示すように、羽根植込み部５に達して、もしそこに軸方向のクラック６が存在すれば、超音波ビームＵがその軸方向のクラック６で反射され、反射波が超音波ビームＵを発した超音波探触子４に到達することで、欠陥として検知される。この走査はロータホイール２の全周にわたって行い、また一方の側面での走査と同様な方法で反対側の側面でも実施する。
【０００５】
また、反射エコーが検知された場合、さらに詳細な検査を行うために図１３に示すように送波用超音波探触子４ａおよび受波用超音波探触子４ｂを配置して再度全周にわたって走査する。送波用超音波探触子４ａから発せられた超音波ビームＵは図１４（ａ）（ｂ）に示すように、羽根植込み部５に達し、軸方向のクラック６で反射され、この反射波Ｕ´が受波用超音波探触子４ｂに到達することにより欠陥として検知される。この方法はピッチキャッチ法と呼ばれており、高感度で内部の欠陥を検出することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したロータホイール２の側面に１個の超音波探触子４を配置して全周走査する場合、手探傷では探触子を植込部コーナー部を安定してねらうことが難しく、十分な欠陥検出精度を得られない場合がある。また、存在する欠陥の角度によっては検出が難しい場合があり、欠陥の大きさを特定する際にも能力上問題がある。
【０００７】
一方、ロータホイール２の側面に２個の送波用および受波用超音波探触子４ａ、４ｂを配置して全周走査するものは、特に内側部分のロータホイール２の走査において羽根３が操作の妨げになるなどして、精密な配置条件を保ってそれぞれの超音波探触子４ａ、４ｂを置くことができず、望ましい探傷手法でありながら、十分な検出精度が得られていないという問題がある。
【０００８】
ロータホイール２の超音波探傷は蒸気タービンの定期点検期間中に、たとえば３本ないし４本ロータ１の全段落について検査する必要があるが、能率の面で劣る現状の装置では点検期間中という限られた時間にすべて検査できないこともあり、走査に置いて無駄な時間を費やさず、能率よく作業を進めることが求められている。また、ロータホイール２の直径寸法が変わるのに応じて超音波探触子４ａ、４ｂの配置条件を変更するときも、短時間のうちに最適な配置条件を確立することが可能な極めて簡便な方法が求められている。
【０００９】
そこで、本発明の目的は走査における能率を格段に向上させ、しかも検出感度を良好に保持でき、最適な配置条件を短時間で確立できるようにした超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、ロータの外周部をまわして装着されるガイドレールと、
前記ロータのロータホイールの両側面に該ロータホイールを挟んで互いに向き合い、各々が支持脚の下部にローラを有して前記ロータの外周部に沿ってそれぞれ周方向に移動可能に設けられた第１および第２の探触子保持器と、
前記第１および第２の探触子保持器の双方を前記ロータホイールの羽根を超えた位置で互いに結ぶように設けられ、前記ロータホイールの両面で前記第１および第２の探触子保持器を前記ロータの周方向に連動して動作させると共に前記ロータの軸方向に伸縮自在に構成されたリンク機構とを備え、
前記第１および第２の探触子保持器の各々には、一方が送波用、他方が受波用として機能し、前記ロータホイールの羽根植込み部に生じた欠陥を検出する一対の超音波探触子が配設されており、
使用時、前記リンク機構を前記ロータの軸方向に伸縮させて前記探触子保持器の支持脚下部のローラを前記ガイドレール上に置くと共に該ガイドレールに沿って滑らせるように該ローラ内側側面を該ガイドローラの側面に当て、かつ該ローラの外周部を前記ロータの表面と接するように設置したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成からなる超音波探傷装置においてはリンク機構で互いに結ばれた第１および第２の探触子保持器をロータホイールの両面で連動して動作させることができる。これによりロータホイールの両面を同時に走査することが可能で、また、前記リンク機構が前記ロータの軸方向に伸縮自在に構成されることにより、前記ローラに装着されたガイドレールの位置に合わせて、前記探触子保持器の支持脚下部のローラを前記ガイドレール上に置くように調節することができるため、ロータホイールの片面づつ走査する方法と比べて能率を格段に向上させることができる。また、支持脚の各ローラがそれの側面でガイドレールに当り、外周部でロータの表面と接して滑ることから、第１および第２の探触子保持器がロータの軸方向にふれながら動くのを防ぐことができ、超音波探触子を常時ロータホイールと接触させることが可能である。
【００１２】
さらに、請求項２に係る発明は第１および第２の探触子保持器が伸縮自在な２本の支持脚と、支持脚間にわたして設けられ、超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備え、超音波探触子がロータホイールの半径方向および周方向に各々個別に位置を変えられ、しかも超音波ビームの入射方向および反射波の受波方向をそれぞれ単独に定められるようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成からなる超音波探傷装置においては超音波探触子がロータホイールの半径方向および周方向に各々個別に位置を変えることができ、しかも超音波ビームの入射方向および反射波の受波方向をそれぞれ単独に定めることができる。これによりどのような形状のロータに対しても最適な配置条件のもとで高い検出感度を保って探傷することが可能である。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は第１の探触子保持器の２個の超音波探触子と第２の探触子保持器の２個の超音波探触子とをロータホイールを挟み互いに向き合うように設け、一の超音波探触子から超音波ビームをロータホイールの羽根植込み部に存在する欠陥に向けて入射し、反射波を他の超音波探触子で受波するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
上記構成からなる超音波探傷装置においてはロータホイールの羽根植込み部に存在する欠陥を様々な方向から探傷することにより的確に検出することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は第１および第２の探触子保持器が２本の支持脚の外面にそれぞれ設けられた可動フックおよび固定フックと、固定フックから可動フックにかけてロータの外周部をまわして巻装され、互いに間隔をあけて装着される多数のローラを有するバンドと、可動フックと連結して設けられ、バンドの緩みを取り除く緊締手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１９】
上記構成からなる超音波探傷装置においてはバンドの各ローラが内側側面でガイドレールあるいはパッキンに当り、外周部でロータの表面と接して滑るので、第１および第２の探触子保持器がロータの軸方向にふれながら移動するのを防ぐことができ、超音波探触子を常にロータホイールと安定して接触させることが可能である。
【００２０】
さらに、請求項５に係る発明は第１および第２の探触子保持器が２本の支柱と、支柱間にわたして設けられ、それぞれ超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備えることを特徴とするものである。
【００２１】
上記構成からなる超音波探傷装置においては支持脚に代わる簡素な支柱で構成しているので小形でしかも安価な装置を提供することができる。
【００２２】
また、請求項６に係る発明は第１および第２の探触子保持器が逆Ｙ字状の支柱と、支柱の両側に横方向に延ばして設けられ、それぞれ超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備えることを特徴とするものである。
【００２３】
上記構成からなる超音波探傷装置においては支持脚に代わる簡素な支柱で構成しているので、小形で、しかも安価な装置を提供することができる。
【００２４】
さらに、請求項７に係る発明は請求項１の超音波探傷装置を用いてロータホイールの羽植込み部の欠陥を超音波探傷するに際して、前記超音波探触子の位置および角度を決定する際、別に用意する試験対象ロータの羽根植込部の形状を模擬した矩形の小型試験片を用いてその小型試験片に導入された人工欠陥に対してさまざまな条件で探傷を行い、あらかじめ最適な探傷条件設定を行うことを特徴とするものである。
【００２５】
上記手法による超音波探傷方法においては超音波探傷装置を前記ロータに装着する前にロータを使うことなく、製作が容易な矩形の小型試験片を用いて超音波探触子の位置、首振り角、探傷感度を調整することができる。
【００３０】
さらに、請求項８に係る発明は請求項１記載のロータシャフトの外周部をまわして装着されたガイドレールに沿って請求項１記載の超音波探傷装置を前記超音波探触子がロータホイール側面から離れないように走査させ、羽根植込部に生じた欠陥を検出することを特徴とするものである。
【００３１】
上記手法による超音波探傷方法においては前記超音波探傷装置はガイドレールに沿って移動し、前記超音波探触子がロータホイール側面から離れることなく走査できるので、３６０度連続して安定した探傷データを得ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１において、超音波探傷装置はロータホイール２の両側面に当接して置かれる、２個の超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを保持するための第１の探触子保持器１２ａおよび第２の探触子保持器１２ｂを有する。この第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂはロータホイール２を挟み正確に向き合って配置されている。また、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂは超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄによる走査の間、それぞれの動きを連動させるために羽根３を超えた位置でリンク機構１３によって互いに結ばれている。
【００３３】
さらに、超音波探傷装置はロータ１の外周部をまわして装着される２本のガイドレール１４ａ（他方の１４ｂは図示せず）を備えている。第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂはこのガイドレール１４ａ、１４ｂ上に搭載されており、走査の間、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂに備えられる後記のローラがそれに沿って滑るように構成されている。
【００３４】
一方、図２および図３に第１の探触子保持器１２ａおよびリンク機構１３の詳細を示している。この第１の探触子保持器１２ａはそれぞれローラ１５を備えた伸縮自在に構成される、２本の入れ子式支持脚１６ａ、１６ｂと、この２本の支持脚１６ａ、１６ｂの最上部にわたすブリッジ材１７と、支持脚１６ａ、１６ｂの縦方向のほぼ中間にわたす横方向のアーム１８と、このアーム１８に装着される、超音波探触子１１ａ、１１ｂを保持するためのそれぞれ締結ナット１９を備えたホルダ２０ａ、２０ｂとから構成されている。
【００３５】
上記の２本の支持脚１６ａ、１６ｂに装着したローラ１５はそれの内側側面がガイドレール１４ａの側面に当たる一方、外周部がロータ１の表面と接している（図２参照）。また、２個のホルダ２０ａ、２０ｂはアーム１８のロータ半径方向に自由に滑らせることができると共に、ホルダ２０ａ、２０ｂの枢軸を中心として回動させて任意の角度ψで締結ナット１９を用いて固定することができるようになっている。
【００３６】
さらに、リンク機構１３は図３に示すように第１の探触子保持器１２ａのブリッジ材１７に固定された第１のリンク部材２１と、第２の探触子保持器１２ｂのブリッジ材１７に固定された第２のリンク部材２２と、第１のリンク部材２１と第２のリンク部材２２との間にわたす、伸縮自在に構成される横方向の２本の入れ子式連結部材２３とからなる。
【００３７】
一方、第１の探触子保持器１２ａとロータホイール２を挟んで向き合う第２の探触子保持器１２ｂは上記の第１の探触子保持器１２ａと同様な構成を備えている。これらの構成中、アーム１８およびホルダ２０ａ、２０ｂは図３に示すように対称位置に取り付けられる。
【００３８】
本実施の形態は上記構成からなり、ロータホイール２の超音波探傷にあたり、ロータホイール２の側面に近いロータ１の外面にそれぞれガイドレール１４ａ、１４ｂを装着する。なお、ロータ１の表面に形成される、たとえば凸形状のパッキンが利用できるときはこの作業は省略することができる。次に、この２本のガイドレール１４ａ、１４ｂに合わせてリンク機構１３の連結部材２３の長さを調節しながら、それぞれ支持脚１６ａ、１６ｂに備えられるローラ１５ａ、１５ｂをガイドレール１４ａ、１４ｂ上に置いてロータホイール２を挟んで向き合う位置に第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂをセットする。
【００３９】
このとき、ロータ１の直径寸法がロータホイール２の両側で異なるときは寸法の小さい方の支持脚１６ａを長く延ばして第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂの傾きをなくしてロータホイール２の側面に倣う正しい姿勢を保つようにする。また、この支持脚１６ａ、１６ｂの長さを調節するとき、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂのすべての超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄがロータホイール２の半径方向に同じ位置で揃うように位置決めする。
【００４０】
次に、羽根植込み部５の頂部に超音波ビームに向ける送波用超音波探触子１１ａおよび反射波を受ける受波用超音波探触子１１ｂの位置および角度ψを定めるべく、超音波探触子１１ａ、１１ｂを支えているホルダ２０ａ、２０ｂを周方向に移動させる。ロータホイール２の直径が小さく、羽根植込み部５までの距離を短くする必要があるときは互いの位置が近づくように、それぞれホルダ２０ａ、２０ｂを動かし、ロータホイール２の直径が大きく、羽根植込み部５までの距離を長くしなければならないときは互いの位置が離れるように、それぞれホルダ２０ａ、２０ｂを周方向に動かす。
【００４１】
また、ホルダ角度の微妙な調節は枢軸２１ａ、２１ｂを中心としてホルダ２０ａ、２０ｂ自身を回動させて所定の角度ψを保てるように調節する。超音波ビームの方向が羽根植込み部５の頂部に正しく向いていることを確かめて締結ナット１９を締め付けてホルダ２０ａ、２０ｂを固定する。こうして、第１の探触子保持器１２ａおよび第２の探触子保持器１２ｂの双方について超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄの位置および角度ψを調節した後、それぞれ２個の超音波探触子１１ａ、１１ｂをロータホイール２に接触させて走査する。
【００４２】
この走査中第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂの各ローラ１５は、それの側面でガイドレール１４ａ、１４ｂに当り、外周部でロータ１の表面と接して滑ることから、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂがロータ１の軸方向にふれながら動くのを防ぐことができる。これにより超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを常時ロータホイール２と接触させることが可能になる。
【００４３】
本実施の形態においてはリンク機構１３で互いに結ばれた第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂはロータホイール２の両面で連動して動作させることが可能であって、各探触子保持器１２ａ、１２ｂに備えられる超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄによりロータホイール２の両面を同時に全周にわたり走査することができ、片面ずつ操作する方法と比べて能率を格段に向上させることが可能である。
【００４４】
また、送波用超音波探触子１１ａからの超音波ビームがクラック等で反射し、その反射波が別の受波用超音波探触子１１ｂに送波されるので、羽根植込み部５に存在する微小なクラックを様々な方向から探傷することで、より的確に検出することができる。
【００４５】
さらに、ロータ１の段落毎にロータホイール２の直径寸法が変わるのに応じて超音波探触子１１ａ、１１ｂの配置条件を変更するときも、伸縮自在の脚部１６ａ、１６ｂの長さを調節し、また、超音波探触子１１ａ、１１ｂを保持するホルダ２０ａ、２０ｂの位置および角度を調節することで、短時間のうちに最適な配置条件を確立することが可能である。
【００４６】
このように本発明の形態によれば、ロータホイール２の両面で第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂを連動して動かすことができ、それぞれの超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄでのロータホイール２の両面を同時に全周にわたり走査することにより能率を格段に向上させることができる。
【００４７】
また、段落毎にロータホイール２の直径寸法が変わるのに応じて超音波探触子１１ａ、１１ｂの配置条件を変更するときも、最適な配置条件を短時間で確立することができる。
【００４８】
さらに、本発明の望ましい実施の形態を説明する。図４および図５（ａ）において、超音波探傷装置は上記実施の形態と同様なそれぞれ２個の超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを保持する第１の探触子保持器１２ａおよび第２の探触子保持器１２ｂを有する。この第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂの双方はそれの上部に配置されるリンク機構１３によって互いに結ばれている。
【００４９】
本実施の形態の支持脚１６ａ、１６ｂはそれの外面に可動フック２４ａおよび固定フック２４ｂを有する。この可動フック２４ａと固定フック２４ｂとの間にロータ１の外周部をまわして多数のローラ２５を有するバンド２６ａ、２６ｂが設けられている。このバンド２６ａ、２６ｂは可動フック２４ａをブリッジ材１７側に引き寄せたとき、各ローラ２５の内側側面がパッキン２７の側面に当たり、外周部がロータ１の表面と接するようになっている（図５（ｂ）参照）。可動フック２４ａはバンドの緩みを取り除く緊締手段としてブリッジ材１７にわたす締結ねじ２８と、この締結ねじ２８と螺合する締結ナット２９とを備えている。
【００５０】
本実施の形態は上記構成からなり、ロータホイール２の超音波探傷にあたり、２条のパッキン２７に合わせてリンク機構１３の長さを調節しながら、それぞれ支持脚１６ａ、１６ｂの各ローラ１５をパッキン２７上に置いてロータホイール２を挟んで向き合う位置に第１および探触子保持器１２ａ、１２ｂをセットする。次に、２本のバンド２６ａ、２６ｂをロータ１の外面をまわして可動フック２４ａと固定フック２４ｂとの間に掛けわたす。このとき、バンド２６ａ、２６ｂの各ローラ２５をパッキン２７上に正しく置く。
【００５１】
次に、可動フック２４ａの締結ナット２９を回してバンド２６ａ、２６ｂの緩みを除き、各ローラ２５をロータ１の表面に軽く押し付ける。
【００５２】
こうして、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂを固定した後、送波用超音波探触子１１ａからの超音波ビームが羽根植込み部５の頂部に、また欠陥からの反射波が受波用超音波探触子１１ｂにそれぞれ向くように、超音波探触子１１ａ、１１ｂの位置および角度を調節する。この調節作業は上記実施の形態のものと同様に進めることができる。
【００５３】
特に、本実施の形態においてはロータディスク２の全周走査中、４本の支持脚１６ａ、１６ｂの各ローラ１５ａ、１５ｂと共に、２本のバンド２６ａ、２６ｂに備えられる各ローラ２５がそれの側面でパッキン２７に当たり、外周部でロータ１と接して滑るので、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂがロータ１の軸方向にふれながら移動するのを防ぐことができる。これにより超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを常に安定にロータホイール２と接触させることができ、１回の走査により正確なデータを得ることが可能になる。
【００５４】
このように本実施の形態によれば、上記実施の形態の効果に加えて、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂがロータ１の軸方向にふれながら移動するのを防ぐことができ、超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを常に安定してロータホイール２と接触させることが可能である。
【００５５】
さらに、本発明の望ましい他の実施の形態を説明する。図６において、第１の探触子保持器３０はそれぞれローラ１５を備えた２本の支柱３１ａ、３１ｂと、この２本の支柱３１ａ、３１ｂの最上部にわたすブリッジ材３２と、支柱３１ａ、３１ｂの縦方向のほぼ中間にわたす横方向のアーム３３とから構成されている。
【００５６】
本実施の形態では超音波探触子１１ａ、１１ｂはホルダを介さずに直接アーム３３に締結ナット１９を用いて固定されている。なお、これは上記実施の形態と同様にホルダを用いてアーム３３に固定してもよい。
【００５７】
また、図示しない第２の探触子保持器も第１の探触子保持器３０と同様に構成される。さらに、第１の探触子保持器３０および第２の探触子保持器の双方はリンク機構１３によって互いに結ばれている。
【００５８】
本実施の形態は上記構成からなるもので、第１の探触子保持器３０および第２の探触子保持器が簡素な支柱３１ａ、３１ｂ等からなり、小形で、しかも安価な装置を提供することができる。ホルダを用いずに超音波探触子１１ａ、１１ｂを直接アーム３３に保持するので、双方が接触しない範囲でぎりぎりまで近づけることができ、小容量の蒸気タービンの、特に直径寸法が小さいロータホイール２を探傷する場合にその特徴を活かし、有効な働きを得ることが可能である。
【００５９】
さらに、本発明の望ましい他の実施の形態を説明する。図７において、第１の探触子保持器３４はそれぞれローラ１５を備えた逆Ｙ字状の支柱３５と、この支柱３５の縦方向のほぼ中間にあって横方向に延びる２本のアーム３６とから構成されている。本実施の形態においても超音波探触子１１ａ、１１ｂはホルダを介さずに直接アーム３６に締結ナット１９を用いて固定されている。
【００６０】
また、図示しない第２の探触子保持器も第１の探触子保持器３４と同様に構成され、第１の探触子保持器３４および第２の探触子保持器の双方はリンク機構（図示せず）によって互いに結ばれている。
【００６１】
本実施の形態は上記構成からなるもので、上記実施の形態（図６参照）と同様に小形で、しかも安価な探触子保持器を提供することができる。
【００６２】
また、ホルダを用いずに超音波探触子１１ａ、１１ｂをアーム３６に保持するので、特に直径寸法の小さいロータホイール２を探傷するような場合にその特徴を活かし、有効な働きを得ることが可能である。
【００６３】
さらに、本発明の他の実施の形態を説明する。図８において、超音波探触子１１ａ、１１ｂの最適な配置条件を得る校正用探触子保持器３７はそれぞれローラ３８を備えた２本の支柱３９と、この支柱３９の間にわたされるアーム４０とから構成されている。超音波探触子１１ａ、１１ｂはアーム４０に締結ナット１９を用いて固定されている。さらに、校正用探触子保持器３７は校正用試験片４１を有する。この校正用試験片４１は超音波探触子１１ａ、１１ｂの最適な配置条件を得るために探傷対象のロータホイールの羽根植込み部を模擬して作られている。
【００６４】
上記構成からなる校正用探触子保持器３７は次のように用いる。欠陥検出の成否の鍵を握るのは超音波探触子１１ａ、１１ｂの配置条件であり、最適な配置条件を羽根植込み部を模擬して作る校正用試験片４１を用いた走査によって調べる。超音波ビームを、たとえば超音波探触子１１ａから校正用試験片４１の頂部に向けて発射する。校正用試験片４１の頂部には予め傷（人工欠陥）が作られており、超音波ビームはその傷で反射され、この反射波が超音波探触子１１ｂに到達する。
【００６５】
様々な頂部−超音波探触子間距離Ｌ、傷の位置、深さなどについて予め位置および角度ψをどの値としたとき感度がよく、他の値では感度が低いかを数多く調べる等の方法で必要なデータを得てこれを実機におけるロータホイールの走査に利用する。
【００６６】
本実施の形態においては数多くの探傷条件を模擬した試験により予め得たデータを用いることで、実機で超音波探触子１１ａ、１１ｂの最適な配置条件を見出す方法と比べて走査準備のために要する時間を大きく短縮することができる。
【００６７】
さらに、本発明の実施の形態を説明する。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）において超音波探触子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはそれぞれロータホイール２の両側面から羽根植込部に向けられて配置されている。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明はロータホイールの両側面にロータホイールを挟んで互いに向き合う第１および第２の探触子保持器を設け、それぞれの探触子保持器に２個の超音波探触子を横方向に移動可能、かつ回動可能に装着し、第１および第２の探触子保持器の双方を羽根を超えた位置でリンク機構で互いに連結するようにしたので、第１および第２の探触子保持器をロータホイールの両面で連動して動作させることが可能で、ロータホイールの両面を同時に走査することができる。また、前記リンク機構を前記ロータの軸方向に伸縮自在に構成することで前記ロータに装着されたガイドレールの位置に合わせて調整することができる。したがって、本発明によれば、ロータホイールの片面ずつ操作する方法と比べて能率を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波探傷装置の実施の形態を示す斜視図。
【図２】図１に示される超音波探傷装置の正面図。
【図３】図１に示される超音波探傷装置の側面図。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す正面図。
【図５】（ａ）は図４に示されるバンドの詳細を示す側面図。（ｂ）はローラの詳細を示す側面図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す正面図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す正面図。
【図８】本発明に係る校正用探触子保持器および試験片による校正方法を説明するための図。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明に係る超音波探触子の配置を示すための図。
【図１０】従来のタービンロータの一例を示す斜視図。
【図１１】従来のタービンロータの超音波探傷方法を示す摸式図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は従来の走査方法における超音波ビームの挙動を説明するための図。
【図１３】従来の別の超音波探傷方法を示す摸式図。
【図１４】（ａ）（ｂ）は従来の別の走査方法における超音波ビームの挙動を説明するための図。
【符号の説明】
１ ロータ
２ ロータホイール
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 超音波探触子
１２ａ、３０、３４ 第１の探触子保持器
１２ｂ 第２の探触子保持器
１３ リンク機構
１６ａ、１６ｂ 支持脚
１８、３３、３６ アーム
２６ａ、２６ｂ バンド
３１ａ、３１ｂ、３５ 支柱
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探傷装置に係り、特に蒸気タービンのロータホイールの羽根植込み部に発生したクラック等の欠陥を検査する際に複数個の超音波探触子を同時に操作して検出精度を高めるようにした超音波探傷装置および超音波探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
蒸気タービンではタービン運転中、ロータの回転に伴って強大な遠心力等が作用すると、ロータホイールの羽根が植込まれている部分（以下、羽根植込み部と称する）に過大な応力が生じ、そこにクラックが発生することがある。このため、ロータホイールの羽根植込部については定期検査において健全性を確認するために非破壊検査法、特に超音波探傷法による検査が実施されている。この検査ではロータホイールの全周に羽根が取り付けられており、超音波探触子の走査は全周にわたって行う必要がある。
【０００３】
検査のためにタービン車室から取り出したロータの一例を図１０に示している。ロータ１にはそれぞれのロータホイール２に多数の羽根３が環状列をなして装着されている。一列の羽根３が植込まれるロータホイール２と他の列の羽根３が植込まれるロータホイール２とは互いに接近し、超音波探触子（図示せず）をロータホイール２の側面に接触させて行う走査は羽根３に阻まれてすべて思いどおりにはできない。
【０００４】
また、図１１はロータホイール２の超音波探傷のために超音波探触子を全周走査によって操作する様子を示している。超音波探触子４はロータホイール２の一方の側面に置かれ、そこから超音波ビームＵをロータホイール２の羽根植込み部５に向けて入射させる。この超音波ビームＵは図１２（ａ）（ｂ）に示すように、羽根植込み部５に達して、もしそこに軸方向のクラック６が存在すれば、超音波ビームＵがその軸方向のクラック６で反射され、反射波が超音波ビームＵを発した超音波探触子４に到達することで、欠陥として検知される。この走査はロータホイール２の全周にわたって行い、また一方の側面での走査と同様な方法で反対側の側面でも実施する。
【０００５】
また、反射エコーが検知された場合、さらに詳細な検査を行うために図１３に示すように送波用超音波探触子４ａおよび受波用超音波探触子４ｂを配置して再度全周にわたって走査する。送波用超音波探触子４ａから発せられた超音波ビームＵは図１４（ａ）（ｂ）に示すように、羽根植込み部５に達し、軸方向のクラック６で反射され、この反射波Ｕ´が受波用超音波探触子４ｂに到達することにより欠陥として検知される。この方法はピッチキャッチ法と呼ばれており、高感度で内部の欠陥を検出することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したロータホイール２の側面に１個の超音波探触子４を配置して全周走査する場合、手探傷では探触子を植込部コーナー部を安定してねらうことが難しく、十分な欠陥検出精度を得られない場合がある。また、存在する欠陥の角度によっては検出が難しい場合があり、欠陥の大きさを特定する際にも能力上問題がある。
【０００７】
一方、ロータホイール２の側面に２個の送波用および受波用超音波探触子４ａ、４ｂを配置して全周走査するものは、特に内側部分のロータホイール２の走査において羽根３が操作の妨げになるなどして、精密な配置条件を保ってそれぞれの超音波探触子４ａ、４ｂを置くことができず、望ましい探傷手法でありながら、十分な検出精度が得られていないという問題がある。
【０００８】
ロータホイール２の超音波探傷は蒸気タービンの定期点検期間中に、たとえば３本ないし４本ロータ１の全段落について検査する必要があるが、能率の面で劣る現状の装置では点検期間中という限られた時間にすべて検査できないこともあり、走査に置いて無駄な時間を費やさず、能率よく作業を進めることが求められている。また、ロータホイール２の直径寸法が変わるのに応じて超音波探触子４ａ、４ｂの配置条件を変更するときも、短時間のうちに最適な配置条件を確立することが可能な極めて簡便な方法が求められている。
【０００９】
そこで、本発明の目的は走査における能率を格段に向上させ、しかも検出感度を良好に保持でき、最適な配置条件を短時間で確立できるようにした超音波探傷装置および超音波探傷方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、ロータの外周部をまわして装着されるガイドレールと、
前記ロータのロータホイールの両側面に該ロータホイールを挟んで互いに向き合い、各々が支持脚の下部にローラを有して前記ロータの外周部に沿ってそれぞれ周方向に移動可能に設けられた第１および第２の探触子保持器と、
前記第１および第２の探触子保持器の双方を前記ロータホイールの羽根を超えた位置で互いに結ぶように設けられ、前記ロータホイールの両面で前記第１および第２の探触子保持器を前記ロータの周方向に連動して動作させると共に前記ロータの軸方向に伸縮自在に構成されたリンク機構とを備え、
前記第１および第２の探触子保持器の各々には、一方が送波用、他方が受波用として機能し、前記ロータホイールの羽根植込み部に生じた欠陥を検出する一対の超音波探触子が配設されており、
使用時、前記リンク機構を前記ロータの軸方向に伸縮させて前記探触子保持器の支持脚下部のローラを前記ガイドレール上に置くと共に該ガイドレールに沿って滑らせるように該ローラ内側側面を該ガイドローラの側面に当て、かつ該ローラの外周部を前記ロータの表面と接するように設置したことを特徴とする。
【００１１】
上記構成からなる超音波探傷装置においてはリンク機構で互いに結ばれた第１および第２の探触子保持器をロータホイールの両面で連動して動作させることができる。これによりロータホイールの両面を同時に走査することが可能で、また、前記リンク機構が前記ロータの軸方向に伸縮自在に構成されることにより、前記ローラに装着されたガイドレールの位置に合わせて、前記探触子保持器の支持脚下部のローラを前記ガイドレール上に置くように調節することができるため、ロータホイールの片面づつ走査する方法と比べて能率を格段に向上させることができる。また、支持脚の各ローラがそれの側面でガイドレールに当り、外周部でロータの表面と接して滑ることから、第１および第２の探触子保持器がロータの軸方向にふれながら動くのを防ぐことができ、超音波探触子を常時ロータホイールと接触させることが可能である。
【００１２】
さらに、請求項２に係る発明は第１および第２の探触子保持器が伸縮自在な２本の支持脚と、支持脚間にわたして設けられ、超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備え、超音波探触子がロータホイールの半径方向および周方向に各々個別に位置を変えられ、しかも超音波ビームの入射方向および反射波の受波方向をそれぞれ単独に定められるようにしたことを特徴とするものである。
【００１３】
上記構成からなる超音波探傷装置においては超音波探触子がロータホイールの半径方向および周方向に各々個別に位置を変えることができ、しかも超音波ビームの入射方向および反射波の受波方向をそれぞれ単独に定めることができる。これによりどのような形状のロータに対しても最適な配置条件のもとで高い検出感度を保って探傷することが可能である。
【００１４】
また、請求項３に係る発明は第１の探触子保持器の２個の超音波探触子と第２の探触子保持器の２個の超音波探触子とをロータホイールを挟み互いに向き合うように設け、一の超音波探触子から超音波ビームをロータホイールの羽根植込み部に存在する欠陥に向けて入射し、反射波を他の超音波探触子で受波するようにしたことを特徴とするものである。
【００１５】
上記構成からなる超音波探傷装置においてはロータホイールの羽根植込み部に存在する欠陥を様々な方向から探傷することにより的確に検出することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は第１および第２の探触子保持器が２本の支持脚の外面にそれぞれ設けられた可動フックおよび固定フックと、固定フックから可動フックにかけてロータの外周部をまわして巻装され、互いに間隔をあけて装着される多数のローラを有するバンドと、可動フックと連結して設けられ、バンドの緩みを取り除く緊締手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１９】
上記構成からなる超音波探傷装置においてはバンドの各ローラが内側側面でガイドレールあるいはパッキンに当り、外周部でロータの表面と接して滑るので、第１および第２の探触子保持器がロータの軸方向にふれながら移動するのを防ぐことができ、超音波探触子を常にロータホイールと安定して接触させることが可能である。
【００２０】
さらに、請求項５に係る発明は第１および第２の探触子保持器が２本の支柱と、支柱間にわたして設けられ、それぞれ超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備えることを特徴とするものである。
【００２１】
上記構成からなる超音波探傷装置においては支持脚に代わる簡素な支柱で構成しているので小形でしかも安価な装置を提供することができる。
【００２２】
また、請求項６に係る発明は第１および第２の探触子保持器が逆Ｙ字状の支柱と、支柱の両側に横方向に延ばして設けられ、それぞれ超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備えることを特徴とするものである。
【００２３】
上記構成からなる超音波探傷装置においては支持脚に代わる簡素な支柱で構成しているので、小形で、しかも安価な装置を提供することができる。
【００２４】
さらに、請求項７に係る発明は請求項１の超音波探傷装置を用いてロータホイールの羽植込み部の欠陥を超音波探傷するに際して、前記超音波探触子の位置および角度を決定する際、別に用意する試験対象ロータの羽根植込部の形状を模擬した矩形の小型試験片を用いてその小型試験片に導入された人工欠陥に対してさまざまな条件で探傷を行い、あらかじめ最適な探傷条件設定を行うことを特徴とするものである。
【００２５】
上記手法による超音波探傷方法においては超音波探傷装置を前記ロータに装着する前にロータを使うことなく、製作が容易な矩形の小型試験片を用いて超音波探触子の位置、首振り角、探傷感度を調整することができる。
【００３０】
さらに、請求項８に係る発明は請求項１記載のロータシャフトの外周部をまわして装着されたガイドレールに沿って請求項１記載の超音波探傷装置を前記超音波探触子がロータホイール側面から離れないように走査させ、羽根植込部に生じた欠陥を検出することを特徴とするものである。
【００３１】
上記手法による超音波探傷方法においては前記超音波探傷装置はガイドレールに沿って移動し、前記超音波探触子がロータホイール側面から離れることなく走査できるので、３６０度連続して安定した探傷データを得ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１において、超音波探傷装置はロータホイール２の両側面に当接して置かれる、２個の超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを保持するための第１の探触子保持器１２ａおよび第２の探触子保持器１２ｂを有する。この第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂはロータホイール２を挟み正確に向き合って配置されている。また、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂは超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄによる走査の間、それぞれの動きを連動させるために羽根３を超えた位置でリンク機構１３によって互いに結ばれている。
【００３３】
さらに、超音波探傷装置はロータ１の外周部をまわして装着される２本のガイドレール１４ａ（他方の１４ｂは図示せず）を備えている。第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂはこのガイドレール１４ａ、１４ｂ上に搭載されており、走査の間、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂに備えられる後記のローラがそれに沿って滑るように構成されている。
【００３４】
一方、図２および図３に第１の探触子保持器１２ａおよびリンク機構１３の詳細を示している。この第１の探触子保持器１２ａはそれぞれローラ１５を備えた伸縮自在に構成される、２本の入れ子式支持脚１６ａ、１６ｂと、この２本の支持脚１６ａ、１６ｂの最上部にわたすブリッジ材１７と、支持脚１６ａ、１６ｂの縦方向のほぼ中間にわたす横方向のアーム１８と、このアーム１８に装着される、超音波探触子１１ａ、１１ｂを保持するためのそれぞれ締結ナット１９を備えたホルダ２０ａ、２０ｂとから構成されている。
【００３５】
上記の２本の支持脚１６ａ、１６ｂに装着したローラ１５はそれの内側側面がガイドレール１４ａの側面に当たる一方、外周部がロータ１の表面と接している（図２参照）。また、２個のホルダ２０ａ、２０ｂはアーム１８のロータ半径方向に自由に滑らせることができると共に、ホルダ２０ａ、２０ｂの枢軸を中心として回動させて任意の角度ψで締結ナット１９を用いて固定することができるようになっている。
【００３６】
さらに、リンク機構１３は図３に示すように第１の探触子保持器１２ａのブリッジ材１７に固定された第１のリンク部材２１と、第２の探触子保持器１２ｂのブリッジ材１７に固定された第２のリンク部材２２と、第１のリンク部材２１と第２のリンク部材２２との間にわたす、伸縮自在に構成される横方向の２本の入れ子式連結部材２３とからなる。
【００３７】
一方、第１の探触子保持器１２ａとロータホイール２を挟んで向き合う第２の探触子保持器１２ｂは上記の第１の探触子保持器１２ａと同様な構成を備えている。これらの構成中、アーム１８およびホルダ２０ａ、２０ｂは図３に示すように対称位置に取り付けられる。
【００３８】
本実施の形態は上記構成からなり、ロータホイール２の超音波探傷にあたり、ロータホイール２の側面に近いロータ１の外面にそれぞれガイドレール１４ａ、１４ｂを装着する。なお、ロータ１の表面に形成される、たとえば凸形状のパッキンが利用できるときはこの作業は省略することができる。次に、この２本のガイドレール１４ａ、１４ｂに合わせてリンク機構１３の連結部材２３の長さを調節しながら、それぞれ支持脚１６ａ、１６ｂに備えられるローラ１５ａ、１５ｂをガイドレール１４ａ、１４ｂ上に置いてロータホイール２を挟んで向き合う位置に第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂをセットする。
【００３９】
このとき、ロータ１の直径寸法がロータホイール２の両側で異なるときは寸法の小さい方の支持脚１６ａを長く延ばして第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂの傾きをなくしてロータホイール２の側面に倣う正しい姿勢を保つようにする。また、この支持脚１６ａ、１６ｂの長さを調節するとき、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂのすべての超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄがロータホイール２の半径方向に同じ位置で揃うように位置決めする。
【００４０】
次に、羽根植込み部５の頂部に超音波ビームに向ける送波用超音波探触子１１ａおよび反射波を受ける受波用超音波探触子１１ｂの位置および角度ψを定めるべく、超音波探触子１１ａ、１１ｂを支えているホルダ２０ａ、２０ｂを周方向に移動させる。ロータホイール２の直径が小さく、羽根植込み部５までの距離を短くする必要があるときは互いの位置が近づくように、それぞれホルダ２０ａ、２０ｂを動かし、ロータホイール２の直径が大きく、羽根植込み部５までの距離を長くしなければならないときは互いの位置が離れるように、それぞれホルダ２０ａ、２０ｂを周方向に動かす。
【００４１】
また、ホルダ角度の微妙な調節は枢軸２１ａ、２１ｂを中心としてホルダ２０ａ、２０ｂ自身を回動させて所定の角度ψを保てるように調節する。超音波ビームの方向が羽根植込み部５の頂部に正しく向いていることを確かめて締結ナット１９を締め付けてホルダ２０ａ、２０ｂを固定する。こうして、第１の探触子保持器１２ａおよび第２の探触子保持器１２ｂの双方について超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄの位置および角度ψを調節した後、それぞれ２個の超音波探触子１１ａ、１１ｂをロータホイール２に接触させて走査する。
【００４２】
この走査中第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂの各ローラ１５は、それの側面でガイドレール１４ａ、１４ｂに当り、外周部でロータ１の表面と接して滑ることから、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂがロータ１の軸方向にふれながら動くのを防ぐことができる。これにより超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを常時ロータホイール２と接触させることが可能になる。
【００４３】
本実施の形態においてはリンク機構１３で互いに結ばれた第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂはロータホイール２の両面で連動して動作させることが可能であって、各探触子保持器１２ａ、１２ｂに備えられる超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄによりロータホイール２の両面を同時に全周にわたり走査することができ、片面ずつ操作する方法と比べて能率を格段に向上させることが可能である。
【００４４】
また、送波用超音波探触子１１ａからの超音波ビームがクラック等で反射し、その反射波が別の受波用超音波探触子１１ｂに送波されるので、羽根植込み部５に存在する微小なクラックを様々な方向から探傷することで、より的確に検出することができる。
【００４５】
さらに、ロータ１の段落毎にロータホイール２の直径寸法が変わるのに応じて超音波探触子１１ａ、１１ｂの配置条件を変更するときも、伸縮自在の脚部１６ａ、１６ｂの長さを調節し、また、超音波探触子１１ａ、１１ｂを保持するホルダ２０ａ、２０ｂの位置および角度を調節することで、短時間のうちに最適な配置条件を確立することが可能である。
【００４６】
このように本発明の形態によれば、ロータホイール２の両面で第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂを連動して動かすことができ、それぞれの超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄでのロータホイール２の両面を同時に全周にわたり走査することにより能率を格段に向上させることができる。
【００４７】
また、段落毎にロータホイール２の直径寸法が変わるのに応じて超音波探触子１１ａ、１１ｂの配置条件を変更するときも、最適な配置条件を短時間で確立することができる。
【００４８】
さらに、本発明の望ましい実施の形態を説明する。図４および図５（ａ）において、超音波探傷装置は上記実施の形態と同様なそれぞれ２個の超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを保持する第１の探触子保持器１２ａおよび第２の探触子保持器１２ｂを有する。この第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂの双方はそれの上部に配置されるリンク機構１３によって互いに結ばれている。
【００４９】
本実施の形態の支持脚１６ａ、１６ｂはそれの外面に可動フック２４ａおよび固定フック２４ｂを有する。この可動フック２４ａと固定フック２４ｂとの間にロータ１の外周部をまわして多数のローラ２５を有するバンド２６ａ、２６ｂが設けられている。このバンド２６ａ、２６ｂは可動フック２４ａをブリッジ材１７側に引き寄せたとき、各ローラ２５の内側側面がパッキン２７の側面に当たり、外周部がロータ１の表面と接するようになっている（図５（ｂ）参照）。可動フック２４ａはバンドの緩みを取り除く緊締手段としてブリッジ材１７にわたす締結ねじ２８と、この締結ねじ２８と螺合する締結ナット２９とを備えている。
【００５０】
本実施の形態は上記構成からなり、ロータホイール２の超音波探傷にあたり、２条のパッキン２７に合わせてリンク機構１３の長さを調節しながら、それぞれ支持脚１６ａ、１６ｂの各ローラ１５をパッキン２７上に置いてロータホイール２を挟んで向き合う位置に第１および探触子保持器１２ａ、１２ｂをセットする。次に、２本のバンド２６ａ、２６ｂをロータ１の外面をまわして可動フック２４ａと固定フック２４ｂとの間に掛けわたす。このとき、バンド２６ａ、２６ｂの各ローラ２５をパッキン２７上に正しく置く。
【００５１】
次に、可動フック２４ａの締結ナット２９を回してバンド２６ａ、２６ｂの緩みを除き、各ローラ２５をロータ１の表面に軽く押し付ける。
【００５２】
こうして、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂを固定した後、送波用超音波探触子１１ａからの超音波ビームが羽根植込み部５の頂部に、また欠陥からの反射波が受波用超音波探触子１１ｂにそれぞれ向くように、超音波探触子１１ａ、１１ｂの位置および角度を調節する。この調節作業は上記実施の形態のものと同様に進めることができる。
【００５３】
特に、本実施の形態においてはロータディスク２の全周走査中、４本の支持脚１６ａ、１６ｂの各ローラ１５ａ、１５ｂと共に、２本のバンド２６ａ、２６ｂに備えられる各ローラ２５がそれの側面でパッキン２７に当たり、外周部でロータ１と接して滑るので、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂがロータ１の軸方向にふれながら移動するのを防ぐことができる。これにより超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを常に安定にロータホイール２と接触させることができ、１回の走査により正確なデータを得ることが可能になる。
【００５４】
このように本実施の形態によれば、上記実施の形態の効果に加えて、第１および第２の探触子保持器１２ａ、１２ｂがロータ１の軸方向にふれながら移動するのを防ぐことができ、超音波探触子１１ａ、１１ｂおよび１１ｃ、１１ｄを常に安定してロータホイール２と接触させることが可能である。
【００５５】
さらに、本発明の望ましい他の実施の形態を説明する。図６において、第１の探触子保持器３０はそれぞれローラ１５を備えた２本の支柱３１ａ、３１ｂと、この２本の支柱３１ａ、３１ｂの最上部にわたすブリッジ材３２と、支柱３１ａ、３１ｂの縦方向のほぼ中間にわたす横方向のアーム３３とから構成されている。
【００５６】
本実施の形態では超音波探触子１１ａ、１１ｂはホルダを介さずに直接アーム３３に締結ナット１９を用いて固定されている。なお、これは上記実施の形態と同様にホルダを用いてアーム３３に固定してもよい。
【００５７】
また、図示しない第２の探触子保持器も第１の探触子保持器３０と同様に構成される。さらに、第１の探触子保持器３０および第２の探触子保持器の双方はリンク機構１３によって互いに結ばれている。
【００５８】
本実施の形態は上記構成からなるもので、第１の探触子保持器３０および第２の探触子保持器が簡素な支柱３１ａ、３１ｂ等からなり、小形で、しかも安価な装置を提供することができる。ホルダを用いずに超音波探触子１１ａ、１１ｂを直接アーム３３に保持するので、双方が接触しない範囲でぎりぎりまで近づけることができ、小容量の蒸気タービンの、特に直径寸法が小さいロータホイール２を探傷する場合にその特徴を活かし、有効な働きを得ることが可能である。
【００５９】
さらに、本発明の望ましい他の実施の形態を説明する。図７において、第１の探触子保持器３４はそれぞれローラ１５を備えた逆Ｙ字状の支柱３５と、この支柱３５の縦方向のほぼ中間にあって横方向に延びる２本のアーム３６とから構成されている。本実施の形態においても超音波探触子１１ａ、１１ｂはホルダを介さずに直接アーム３６に締結ナット１９を用いて固定されている。
【００６０】
また、図示しない第２の探触子保持器も第１の探触子保持器３４と同様に構成され、第１の探触子保持器３４および第２の探触子保持器の双方はリンク機構（図示せず）によって互いに結ばれている。
【００６１】
本実施の形態は上記構成からなるもので、上記実施の形態（図６参照）と同様に小形で、しかも安価な探触子保持器を提供することができる。
【００６２】
また、ホルダを用いずに超音波探触子１１ａ、１１ｂをアーム３６に保持するので、特に直径寸法の小さいロータホイール２を探傷するような場合にその特徴を活かし、有効な働きを得ることが可能である。
【００６３】
さらに、本発明の他の実施の形態を説明する。図８において、超音波探触子１１ａ、１１ｂの最適な配置条件を得る校正用探触子保持器３７はそれぞれローラ３８を備えた２本の支柱３９と、この支柱３９の間にわたされるアーム４０とから構成されている。超音波探触子１１ａ、１１ｂはアーム４０に締結ナット１９を用いて固定されている。さらに、校正用探触子保持器３７は校正用試験片４１を有する。この校正用試験片４１は超音波探触子１１ａ、１１ｂの最適な配置条件を得るために探傷対象のロータホイールの羽根植込み部を模擬して作られている。
【００６４】
上記構成からなる校正用探触子保持器３７は次のように用いる。欠陥検出の成否の鍵を握るのは超音波探触子１１ａ、１１ｂの配置条件であり、最適な配置条件を羽根植込み部を模擬して作る校正用試験片４１を用いた走査によって調べる。超音波ビームを、たとえば超音波探触子１１ａから校正用試験片４１の頂部に向けて発射する。校正用試験片４１の頂部には予め傷（人工欠陥）が作られており、超音波ビームはその傷で反射され、この反射波が超音波探触子１１ｂに到達する。
【００６５】
様々な頂部−超音波探触子間距離Ｌ、傷の位置、深さなどについて予め位置および角度ψをどの値としたとき感度がよく、他の値では感度が低いかを数多く調べる等の方法で必要なデータを得てこれを実機におけるロータホイールの走査に利用する。
【００６６】
本実施の形態においては数多くの探傷条件を模擬した試験により予め得たデータを用いることで、実機で超音波探触子１１ａ、１１ｂの最適な配置条件を見出す方法と比べて走査準備のために要する時間を大きく短縮することができる。
【００６７】
さらに、本発明の実施の形態を説明する。図９（ａ）（ｂ）（ｃ）において超音波探触子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄはそれぞれロータホイール２の両側面から羽根植込部に向けられて配置されている。
【００６９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明はロータホイールの両側面にロータホイールを挟んで互いに向き合う第１および第２の探触子保持器を設け、それぞれの探触子保持器に２個の超音波探触子を横方向に移動可能、かつ回動可能に装着し、第１および第２の探触子保持器の双方を羽根を超えた位置でリンク機構で互いに連結するようにしたので、第１および第２の探触子保持器をロータホイールの両面で連動して動作させることが可能で、ロータホイールの両面を同時に走査することができる。また、前記リンク機構を前記ロータの軸方向に伸縮自在に構成することで前記ロータに装着されたガイドレールの位置に合わせて調整することができる。したがって、本発明によれば、ロータホイールの片面ずつ操作する方法と比べて能率を格段に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波探傷装置の実施の形態を示す斜視図。
【図２】図１に示される超音波探傷装置の正面図。
【図３】図１に示される超音波探傷装置の側面図。
【図４】本発明の他の実施の形態を示す正面図。
【図５】（ａ）は図４に示されるバンドの詳細を示す側面図。（ｂ）はローラの詳細を示す側面図。
【図６】本発明の他の実施の形態を示す正面図。
【図７】本発明の他の実施の形態を示す正面図。
【図８】本発明に係る校正用探触子保持器および試験片による校正方法を説明するための図。
【図９】（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明に係る超音波探触子の配置を示すための図。
【図１０】従来のタービンロータの一例を示す斜視図。
【図１１】従来のタービンロータの超音波探傷方法を示す摸式図。
【図１２】（ａ）（ｂ）は従来の走査方法における超音波ビームの挙動を説明するための図。
【図１３】従来の別の超音波探傷方法を示す摸式図。
【図１４】（ａ）（ｂ）は従来の別の走査方法における超音波ビームの挙動を説明するための図。
【符号の説明】
１ ロータ
２ ロータホイール
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 超音波探触子
１２ａ、３０、３４ 第１の探触子保持器
１２ｂ 第２の探触子保持器
１３ リンク機構
１６ａ、１６ｂ 支持脚
１８、３３、３６ アーム
２６ａ、２６ｂ バンド
３１ａ、３１ｂ、３５ 支柱
Claims (8)
- ロータの外周部をまわして装着されるガイドレールと、
前記ロータのロータホイールの両側面に該ロータホイールを挟んで互いに向き合い、各々が支持脚の下部にローラを有して前記ロータの外周部に沿ってそれぞれ周方向に移動可能に設けられた第１および第２の探触子保持器と、
前記第１および第２の探触子保持器の双方を前記ロータホイールの羽根を超えた位置で互いに結ぶように設けられ、前記ロータホイールの両面で前記第１および第２の探触子保持器を前記ロータの周方向に連動して動作させると共に前記ロータの軸方向に伸縮自在に構成されたリンク機構とを備え、
前記第１および第２の探触子保持器の各々には、一方が送波用、他方が受波用として機能し、前記ロータホイールの羽根植込み部に生じた欠陥を検出する一対の超音波探触子が配設されており、
使用時、前記リンク機構を前記ロータの軸方向に伸縮させて前記探触子保持器の支持脚下部のローラを前記ガイドレール上に置くと共に該ガイドレールに沿って滑らせるように該ローラ内側側面を該ガイドローラの側面に当て、かつ該ローラの外周部を前記ロータの表面と接するように設置したことを特徴とする超音波探傷装置。 - 前記第１および第２の探触子保持器が伸縮自在な２本の支持脚と、前記支持脚間にわたして設けられ、前記超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備え、前記超音波探触子が前記ロータホイールの半径方向および周方向に各々個別に位置を変えられ、しかも超音波ビームの入射方向および反射波の受波方向をそれぞれ単独に定められるようにしたことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
- 前記第１の探触子保持器の２個の超音波探触子と前記第２の探触子保持器の２個の超音波探触子とを前記ロータホイールを挟み互いに向き合うように設け、一の前記超音波探触子から超音波ビームを前記ロータホイールの羽根植込み部に存在する欠陥に向けて入射し、反射波を他の前記超音波探触子で受波するようにしたことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
- 前記第１および第２の探触子保持器が２本の前記支持脚の外面にそれぞれ設けられた可動フックおよび固定フックと、前記固定フックから前記可動フックにかけて前記ロータの外周部をまわして巻装され、互いに間隔をあけて装着される多数のローラを有するバンドと、前記可動フックと連結して設けられ、前記バンドの緩みを取り除く緊締手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
- 前記第１および第２の探触子保持器が２本の支柱と、前記支柱間にわたして設けられ、それぞれ前記超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備えることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
- 前記第１および第２の探触子保持器が逆Ｙ字状の支柱と、前記支柱の両側に横方向に延ばして設けられ、それぞれ前記超音波探触子を横方向に移動可能に、かつ回動可能に保持するアームとを備えることを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。
- 請求項１の超音波探傷装置を用いてロータホイールの羽植込み部の欠陥を超音波探傷するに際して、前記超音波探触子の位置および角度を決定する際、別に用意する試験対象ロータの羽根植込部の形状を模擬した矩形の小型試験片を用いてその小型試験片に導入された人工欠陥に対してさまざまな条件で探傷を行い、あらかじめ最適な探傷条件設定を行うことを特徴とする超音波探傷方法。
- 請求項１記載のロータシャフトの外周部をまわして装着されたガイドレールに沿って請求項１記載の超音波探傷装置を前記超音波探触子がロータホイール側面から離れないように走査させ、羽根植込部に生じた欠陥を検出することを特徴とする超音波探傷方法。
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