JP5871551B2

JP5871551B2 - 渦流探傷センサ

Info

Publication number: JP5871551B2
Application number: JP2011223864A
Authority: JP
Inventors: 大輔小林; 正則齋木; 和文清水
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2011-10-11
Filing date: 2011-10-11
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-10-11
Also published as: JP2013083555A

Description

本発明は、渦流探傷センサに関する。

渦流探傷センサは、金属材料の表面に検出コイルを利用して渦電流を流し、表面亀裂やクラック等の欠陥による渦電流の変化を検出することによって、金属材料の欠陥を検出するものである。尚、本件に関連する技術としては、下記特許文献１に記載のものがある。

特開２００１−３４９８７５公報

渦流探傷センサを用いる場合、検出を正確に行うには、プローブに設けた検出コイルを金属材料の検査面に沿って正確に走査することが必要である。しかし、例えばガスタービンロータの動翼を取り付ける嵌合溝に形成した冷却孔など狭小箇所では、プローブに設けた検出コイルを、孔の形状に沿って走査する作業は困難性を極め、作業性が著しく悪かった。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、検出コイルを、孔に沿って走査する作業の効率化を図ることを目的とする。

本発明は、一方向に長い溝の内部に設けられた孔の欠陥を検査する渦流探傷センサであって、一方向に長い形状をなし、第一軸部と第二軸部を前記一方向の前後に形成したプローブ本体と、前記プローブ本体の前記第一軸部に設けられ内部に検出コイルを有する検出部と、前記プローブ本体の前記第二軸部の外側に装着され、かつ前記溝内へ挿通可能な筒型をなす外筒部とを備え、前記外筒部は前記プローブ本体の前記第二軸部に対して、前記一方向と回転方向の二方向に相対変位可能に装着され、前記外筒部に、前記孔の形状と相似形状のガイド孔が形成され、前記プローブ本体に、前記ガイド孔に沿って周回移動することより、前記検出部を前記孔の形状に沿って周回移動させるガイドピンが設けられているところに特徴を有する。この発明では、ガイド孔とガイドピンの案内作用により孔に沿って検出コイルを移動させることができる。そのため、検出コイルを孔に沿って簡単に走査できる。

この発明の実施態様として以下のようにすることが好ましい。
・溝への挿入時に外筒部を回り止めするストッパを設ける。このようにすれば、外筒部が回転しないので、孔に対してガイド孔の位置が回転方向にてずれ難い。そのため、孔に沿って検出コイルを正確に走査できる。

本発明によれば、検出コイルを孔に沿って簡単に走査できる。そのため、作業性がよい。

実施形態１における、ガスタービンロータの斜視図タービンディスクの一部を拡大した斜視図動翼の一部を拡大した斜視図タービンディスクに動翼を取り付けた状態を示す斜視図その正面図（図４を正面側から見た図）渦流探傷センサの斜視図センサヘッドの平面図センサヘッドの側面図センサヘッドをタービンディスクの嵌合溝に挿入した状態を示す斜視図その断面図（嵌合溝を上下方向に切断した断面図）同じくその断面図（嵌合溝を垂直方向に切断した断面図）ガイド孔とガイドピンによる案内作用を示す図実施形態２における、センサヘッドの断面図

＜実施形態１＞
本発明の実施形態１を図１ないし図１２によって説明する。
図１は、ガスタービンロータの斜視図である。ガスタービンロータ１０はロータ軸１１に、円盤状をした金属製のタービンディスク２０を介して、動翼３０を固定したものである。タービンディスク２０に対する動翼３０の取り付け構造は、図２〜図５に示す通りであり、タービンディスク２０に形成された嵌合溝２３に対して動翼３０の底部に形成した嵌合部３３を嵌合させる構造となっている。

具体的に説明すると、タービンディスク２０の嵌合溝２３はロータ軸１１の軸線Ｌ方向に延びており、タービンディスク２０を前後に貫通している。一方、動翼３０側の嵌合部３３は、嵌合溝２３に対して隙間なく嵌合する形状となっている。そのため、動翼３０の嵌合部３３を、前後のいずれかの方向から、嵌合溝２３の奥方に差し込むことで、動翼３０をタービンディスク２０に固定できるようになっている（図４）。

タービンディスク２０の嵌合溝２３の底部２３Ａは断面形状が概ね円弧型をなすと共に、内周面側には冷却孔２５が形成されている（図２参照）。冷却孔２５は、嵌合溝２３の底部２３Ａを横切る横長形状をしていて、タービンディスク２０を上下に貫通している。この冷却孔２５は動翼３０の内部に形成された冷却通路３５と連通しており、ロータ軸１１から冷却孔２５を通じて動翼３０の冷却通路３５へ冷却風を流すことにより動翼３０を冷却する構造となっている（図５参照）。

本実施形態では、以下に説明する渦流探傷センサ５０を用いて、嵌合溝２３の底部２３Ａに形成された冷却孔２５の欠陥を検査するものである。尚、渦流探傷センサ５０の検出原理は、先の特許文献１に開示されている原理と同じであり、金属材料の表面（この例では、冷却孔２５の孔縁）に検出コイル（この例では、検出コイル７３Ａ）を利用して渦電流を流し、表面亀裂やクラック等の欠陥による渦電流の変化を検出することによって、金属材料の欠陥を検出するものである。

図６に示すように、渦流探傷センサ５０は、センサヘッド６０と演算装置１００とから構成されている。演算装置１００はセンサヘッド６０に対してケーブルを介して電気的に接続されていて、センサヘッド６０にて検出される検出信号に基づいて、冷却孔２５の欠陥を検出する機能を果たすものである。

センサヘッド６０は、図７、図８に示すようにプローブ本体７０と、外筒部８０とを備える。プローブ本体７０は合成樹脂製であり、径の異なる２つの軸部７１、７５を前後に形成した一方向（図７では左右方向）に長い形状をなす。以下、プローブ本体７０のうち、基端側の軸部（小径側）を第一軸部７１とし、先端側の軸部（大径側）を第二軸部７５と呼ぶ。

第一軸部７１の基端側（図７の左側）は取っ手７４となる筒状部材が被せ付けられている。また、第一軸部７１の外周面には検出部７３が形成（具体的には、一体的に形成）されている。検出部７３は、第二軸部７５との境界に設けられた鍔部７９の近傍にあって、第一軸部７１の外周面から径方向外側に突出する突形状をしている。検出部７３の内部には、検査対象物である冷却孔２５の欠陥を検出するための検出コイル７３Ａが内蔵されている（図１０参照）。

また、検出部７３は、図１０に示すように、嵌合溝２３への挿入時、嵌合溝２３の底部２３Ａの内面２３Ｂに接触しない設定（一定のクリアランスを持たせる設定）となっている。このような設定（検出部７３の先端を底部２３Ａの内面２３Ｂから離す設定）としてあるのは、検出部７３の先端を内面２３Ｂに接触させると、走査時に微小な振動が発生し、検出部７３を冷却孔２５に沿って滑らかに走査できないからである。

第二軸部７５には、中空円筒型の外筒部８０が外挿されている。外筒部８０は合成樹脂製であって、内径がプローブ本体７０の第二軸部７５の外形より少しだけ大きくなっていて、第二軸部７５に対して最小限のクリアランスをもって嵌合している。以上のことから、プローブ本体７０が外筒部８０に対して自由に動くことが可能で、前記一方向にあたる軸方向（図７の左右方向）と回転方向の二方向に相対移動できる構成となっている。

外筒部８０の外径は、タービンディスク２０の嵌合溝２３の底部２３Ａの内径より少しだけ小さくなっていて、図９に示すように、外筒部８０を含むセンサヘッド６０の全体を、嵌合溝２３の底部２３Ａの内側に挿入できる構成となっている。

また、外筒部８０にはストッパプレート８３が取り付けられている。具体的には、後述するガイド孔８７に対して、向かい合う位置（すなわち、１８０°反転した位置）に取り付けられている。このストッパプレート８３は、嵌合溝２３にセンサヘッド６０を挿入した際に、嵌合溝２３の一部に当接する設定となっている（図１１参照）。ストッパプレート８３は、嵌合溝２３への挿入時、嵌合溝２３に対して外筒部８０を回り止めすると共に、嵌合溝２３の冷却孔２５に対して、外筒部８０のガイド孔８７を位置決め（回転方向にて位置決め）する機能を果たす。

図７、図８に戻って説明を続けると、外筒部８０にはガイド孔８７が形成され、プローブ本体７０の第二軸部７５の外周側にはガイド孔８７の相手となるガイドピン７７がネジで固定されている。これらガイド孔８７とガイドピン７７は、冷却孔２５に沿って検出コイル７３Ａが移動するように、検出部７３をガイド（案内）する機能を果たすものである。

具体的に説明すると、ガイド孔８７は、外筒部８０の基端側（図７では左側）に形成されている。ガイド孔８７の形状は、冷却孔２５の孔形状と相似形状であり、冷却孔２５の孔形状に対して一回り大きな形状となっている。図７や図８に示すように、ガイドピン７７はガイド孔８７に対して内側（径方向内側）から嵌合し、検出部７３との関係では同一直線Ｌ１上に位置する位置関係に設定されている。

次に、冷却孔２５に沿って検出部７３を走査する作業手順について説明する。走査作業を行うには、まず、ストッパプレート８３を上に向けながら、センサヘッド６０を検査対象となる嵌合溝２３へ差し込み、その後、図９、図１０に示すように、冷却孔２５の孔縁に、検出部７３が位置するように、センサヘッド６０の位置（軸線Ｌ方向の前後の位置）を合わせる。図１０の例では、ガイド孔８７の奥側（図中左側）にガイドピン７７を突き当てているので、冷却孔２５の奥側（図中左側）の周縁に検出部７３の位置を合わせることになる。

そして、検出部７３の位置を合わせることができたら、動かないように外筒部８０を手で押さえながら、プローブ本体７０の取っ手７４を掴んで、ガイド孔８７に沿ってガイドピン７７が一周（周回移動）するようにプローブ本体７０を操作する。具体的には、外筒部８０に対して回転方向（図１２のａ矢印）や軸線Ｌ方向（図１２のｂ矢印）にプローブ本体７０を移動させる。これにより、ガイド孔８７とガイドピン７７による案内作用により、検出部７３が冷却孔２５に沿って移動し、冷却孔２５を一周する（図１２参照）。

このように本実施形態では、ガイド孔８７とガイドピン７７によって検出部７３の移動を案内するので、検出部７３を冷却孔２５に沿って走査することが可能であり、また走査作業自体も極めて簡単で作業性がよい。

また、この実施形態では、ストッパプレート８３によって外筒部８０を回転止めする構造となっている。そのため、走査する際に、外筒部８０の位置が回転方向にずれないので、冷却孔２５に沿って検出部７３を正確に走査できるというメリットがある。

＜実施形態２＞
次に、本発明の実施形態２を図１３によって説明する。実施形態１では、プローブ本体７０の第一軸部７１に対して検出部７３を一体的に形成した。そして、嵌合溝２３との関係では、挿入時において、嵌合溝２３の底部２３Ａの内面２３Ｂと検出部７３との間に一定のクリアランスを設ける設定とした（図１０参照）。

実施形態２では、検出部９３を別部品とし、プローブ本体７０の第一軸部７１に設けた取り付け孔９１に対して、径方向に移動可能に装着する構造としている。そして、取り付け孔９１に、ばね９５を設けて、径方向外側に検出部９３を付勢する構造としている。実施形態２の構成では、検出部９３を径方向外側に付勢する構造としてあることから、冷却孔２５に沿って走査する間、検出部９３が嵌合溝２３の底部２３Ａの内面２３Ｂ（冷却孔２５の周縁）に対して接触した状態となる。このものでは、嵌合溝２３Ａの形状が修理等の影響で当初設計形状から変更があったとしても、嵌合溝２３の底部２３Ａに対して検出部９３が常に接触した状態となることから、変更後の溝形状に沿って冷却孔２５の欠陥を検査できるというメリットがある。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）本実施形態では、検査対象の一例に、タービンディスク２０の嵌合溝２３に形成した冷却孔２５を例示したが、溝の内側に形成した孔の検査であれば、それ以外の用途にも使用できる。

２０…タービンディスク
２３…嵌合溝（本発明の「溝」に相当）
２５…冷却孔（本発明の「孔」に相当）
５０…渦流探傷センサ
７０…プローブ本体
７１…第一軸部
７５…第二軸部
７７…ガイドピン
８０…外筒部
８３…ストッパプレート（本発明の「ストッパ」に相当）
８７…ガイド孔

Claims

一方向に長い溝の内部に設けられた孔の欠陥を検査する渦流探傷センサであって、
一方向に長い形状をなし、第一軸部と第二軸部を前記一方向の前後に形成したプローブ本体と、
前記プローブ本体の前記第一軸部に設けられ内部に検出コイルを有する検出部と、
前記プローブ本体の前記第二軸部の外側に装着され、かつ前記溝内へ挿通可能な筒型をなす外筒部とを備え、
前記外筒部は前記プローブ本体の前記第二軸部に対して、前記一方向と回転方向の二方向に相対変位可能に装着され、
前記外筒部に、前記孔の形状と相似形状のガイド孔が形成され、
前記プローブ本体に、前記ガイド孔に沿って周回移動することより、前記検出部を前記孔の形状に沿って周回移動させるガイドピンが設けられていることを特徴とする渦流探傷センサ。
前記溝への挿入時に、前記溝の一部に当接して前記外筒部を回り止めするストッパを、前記外筒部に設けたことを特徴とする請求項１に記載の渦流探傷センサ。