JPH0416758A - タービンロータの超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、タービンロータの運転休止時に行う点検の
際に、タービンロータの使用中に発生したき裂などの内
部欠陥を探傷する超音波探傷装置に関する。

【従来の技術】

タービンロータは、高温下で高速回転を強いられるため
、使用中における健全性の確認が必要になる。特に、高
温下で長時間に渡って使用されて来たものや、起動、停
止の繰り返しが多数回にわたったものほど、健全性の［
認が重要となる。 タービンロータは、運転による遠心力によって、ロータ
中心部において応力最大となる。従って、使用が進み、
ロータ材の劣化が進むにつれて、まずロータ中心部に運
転やロータ材の劣化によってき裂が発生することがあり
、これがロータ材の健全性を損なう大きな原因の一つに
なる。そのため、ロータ材の健全性を確認する一手段と
して、ロータ中心部に発生するき裂の探傷が不可欠とな
っており、この探傷には超音波探傷が利用される。 第４図は、タービンロータ６の全体を示した断面図であ
り、タービンロータ６はブレード１８とラビリンスリン
グ２０とが植え込まれている。中心孔が無いタービンロ
ータ６を超音波探傷するには、ブレード１８の植込部や
ラビリンスリング２０をよけた部位を利用して、タービ
ンロータ６の外周面に接触子１４を密着させ、超音波ビ
ーム２２をタービンロータ６に入射して実施される。す
なわち、この探傷では、第４図のＶ−■断面を示す第５
図と第６図との断面図に示すように、タービンロータ６
の直径方向６ｂに対して、あらゆる方向の欠陥を検出す
るために、直径方向６ｂと超音波ビーム２２との角度α
を変えて数種類の角度αで探傷することが要求され、こ
れらの角度αにおける探傷は、タービンロータ６の矢印
２４で示す全周および軸方向の全長にわたって普通実施
される。角度αで超音波ビーム２２をタービンロータ６
の内部に入射するには、第６図に示すように、タービン
ロータ６と探触子１４との間にシュウ２６を介して、超
音波ビーム２２を入射する。角度αを得るための探触子
１４の傾は角ｅは、次の（１）式で求められる。 α＝ｓｉｎ　−’　（ＣＩ　／Ｃｚ　　・ｓｉｎ　ｅ）
　　・−・１１）ここで、ＣＩ　：シュウ２６内の音速 Ｃ２：タービンロータ内の音速 すなわち、シュウ２６は、角度θの傾きを有し、かつタ
ービンロータ６にすきまなく密着して超音波ビーム２２
の入射を良好にするため、タービンロータ６の外周曲率
に合致した曲率を有するシュウ２６を、入射角度αごと
にかつ探傷部のタービンロータ６の外径が異なるごとに
それぞれ数多く準備する必要がある。 第７図は、ラビリンスリング２０をよけて探傷する溝付
きシュウ２８を介して、超音波探傷する状態を示す断面
図である。また、第８図はラビリンスリング２０の詳細
を示す断面図で、タービンロータ６に溝６ｃを設け、こ
の溝６０にＬ形断面でリング状のラビリンスリング２０
を植え込み、リング状の角鋼３０を打ち込んで固定した
もので、図示を省略したケーシング側の要素との間のす
きまを小さくしてラビリンス（Ｌａｂｙｒｉｎｔｈ：迷
路）を構成して蒸気の洩れを防止するものである。 前記の第７図に示した溝付きシュウ２８は、前記の第６
図のシュウ２６と同様に、超音波ビーム２２の入射角度
αに応して、角度θの傾きを有し、かつタービンロータ
６にすきまなく密着して超音波ビーム２２の入射を良好
にするため、タービンロータ６の外周曲率に合致した曲
率を有する溝付きンユウ２８を、入射角度αごと探傷部
のタービンロータ６の外径ごとにそれぞれ多数準備する
必要がある。 −ｉに、タービンロータ６は、多くの直径の異なる段を
有し、ラビリンスリング２０はこの段ごとに複数個植え
込まれ、かつ隣接するラビリンスリング２０間の間隔は
、段ごとに異なることが多いため、準備しなければなら
ない前記の溝付きシュウ２８の数は膨大な数にのぼり、
経済性が極めて悪く、かつ保管したものを必要に応して
探しだす工数も掛かるという問題があった。また、シュ
ウ２６．溝付きシュウ２８とタービンロータ６とは硬質
なもの同志の接触となり、両者のなじみが悪く、両者の
接触面において超音波ビーム２２の伝播ロスが生じ、入
射した超音波ビーム２２の強度が低下する問題がある。 さらに、溝付きシュウ２８では、溝２８ａを設けてラビ
リンスリング２０をさけているため、この溝２８ａの部
分で超音波ビーム２２の伝播が妨げられ、超音波ビーム
２２の入射強度はますます低下する問題がある。 さらに、先に本出願人により特願昭６３−１９４９０６
号にて出願されたタービンロータの超音波探傷装置があ
る。第９図は特願昭６３−１９４９０６号の超音波探傷
装置の全体を示す断面図である。第９図の装置は、超音
波の媒質となる水２をその内部に貯留してこの水中にタ
ービンロータ６全体を浸漬させる水槽４と、この水槽４
中に設けられる回転自在の対のローラ８．８を備えこの
ローラ８．８上にタービンロータ６を積載して回転自在
に支持する一対のローラ受け台１０と、水槽４中に設け
られて一対のローラ受け台１０の一端部に連結してター
ビンロータを回転させるロータ回転装置１２と、探傷し
ようとするタービンロータ６の表面から一定の測定距離
だけ離して設置位置可変のホルダに支持されて設けられ
る超音波の探触子１４と、探触子１４に着脱自在に設け
られる超音波ノズル１６とを備えたものである。 第９図の超音波探傷装置による探傷操作について説明す
る。 （イ）ホルダを調整して探触子１４を所望の探傷位置に
設置する。この際探触子１４には、超音波ノズル１６を
必要により装着しておく。 （ロ）水槽４に所望の量の水を貯留し、タービンロータ
６を十分に浸漬させる。 （ハ）探触子１４から超音波ビーム２２を水２を媒質と
してタービンロータ６の中に入射する。この場合、従来
例のシュウ２６のような固体媒質でなく、水２を媒質と
しているので、超音波ビーム２２は、極めて安定して、
入射ロスも少ない状態でタービンロータに入射する。 （ニ）この状態で、ロータ回転装置１２を駆動し、連結
されているタービンロータ６を回転させ、タービンロー
タの全周を探傷する。

【発明が解決しようとする課題】

形状２寸法の異なるシュウや溝付きシュウを一切使用す
ることなくタービンロータへの超音波ビームの入射伝播
ロスを小さくするためにタービンロータ全体を水槽に浸
漬させて探傷する装置が開発されたが、この装置はロー
タ全体を水中に浸漬するために、大きな水槽及び給水ポ
ンプなどを必要とし、大きなスペースを要し、かつ操作
に手間がかかるという問題があった。 この発明は、形状１寸法の異なるシュウや、溝付きシュ
ウを一切使用することなく、タービンロータへの超音波
ビームの入射伝播ロスをできるだけ小さくし、かつター
ビンロータを水中に浸漬することなく、取扱が容易でか
つ安定したタービンロータの超音波探傷装置を提供する
ことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

上記目的は、超音波を使用して非破壊でタービンロータ
の内部欠陥を探傷するタービンロータの超音波探傷装置
において、回転自在の対のローラを備えこのローラ上に
タービンロータを積載して回転自在に支持する１対のロ
ーラ受け台と、前記１対のローラ受け台に支持されたタ
ービンロータの一端部に連結してタービンロータを回転
させるロータ回転装置と、探傷しようとするタービンロ
ータの表面から一定の測定距離だけ離して設置位置可変
のホルダに支持されて設けられる超音波の探傷子と、こ
の探傷子に着脱自在に設けられる先端が薄膜でシールさ
れ内部に水を充満させた超音波ノズルと、この超音波ノ
ズル先端とタービンロータ間の空間に水を噴出して充満
させる水ノズルとを備えることによって達成される。

【作　用】

この発明は、水を充満させた超音波ノズルと、超音波ノ
ズルの先端に噴出した水によりできたノズル先端とター
ビンロータ表面の間の水たまりを介して超音波をタービ
ンロータ中に入射伝播させるので、超音波シュウを使用
することな（安定して超音波の送、受信ができ、しかも
ラビリンスリング植込部位でも超音波入射ロスを軽減し
、さらに狭隘空間でも超音波の散乱に伴うノイズをでき
るだけ小さ（することができる。

【実施例］ 以下図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。第１図
はこの発明の実施例の全体を示す断面図、第２図は超音
波探触子と超音波ノズル及び水ノズルを探傷時の状態に
配置した状況を示す断面図、第３図は第２図のＩ−Ｉ断
面図である。 この発明による超音波探傷装置は、回転自在の対のロー
ラ８，８を備えこのローラ８，８上にタービンロータ６
を積載して回転自在に支持する一対のローラ受け台１０
と、この一対のローラ受け台に支持されたタービンロー
タの表面から一定の距離だけ離して設置位置可変のホル
ダに支持されて設けられる超音波探触子１４と、超音波
探触子１４に着脱自在に設けられる先端が薄膜でシール
され内部に水を充満させた超音波ノズル１６と、超音波
ノズル１６先端とタービンロータ間の空間３１に水を噴
出して充満させるための水ノズル１７とを備える。 第２図において、超音波ノズル１６の先端には、探触子
１４が取付けられ、超音波ノズル１６の先端はシールゴ
ム１６ａでふたをしシールしている。シールゴム１６ａ
は、水が透過せず、超音波の透過しやすいゴムやプラス
チックの薄膜とする。 現場操作は、次のように行う。 （イ）探触子１４のとりついた超音波ノズル１６を所望
の探傷位置に設置する。この際、超音波ノズル１６の中
には、気泡等が一切混入しない状態で、シールゴム１６
ａが破損しない程度に多少加圧気味に水を充満させてお
く。 （ロ）超音波ノズル１６の先端に水ノズル１７を１本な
いし２本配置し、水ノズル１７ａから水を噴出させて、
超音波ノズル１６の先端とタービンロータ６の空間３０
に水で満たす。満たされた水には、気泡が混入しないよ
うにする。また水は、常時拡散して周りに漏洩しなくな
るので、水ノズル１７からは水を連続的に噴出させてお
く。 （ハ）探触子１４から超音波ビーム２２を超音波ノズル
１６中の水、シールゴム１６ａ及び空間３０中の水を媒
質としてタービンロータ６の中に入射する。この場合、
従来例のシュウ２６のような固体媒質でなく、水を媒質
としているので、超音波ビーム２２は、極めて安定して
、入射ロスも少ない状態でタービンロータ６に入射する
。 （ニ）この状態で、ロータ回転装置１２を駆動し、連結
されているタービンロータ６を回転させ、タービンロー
タ６の全周を探傷する。超音波ビーム２２の入射角度α
（前記第５図、第６図）を得るには、超音波ノズル１６
のタービンロータ６に対する傾は角ｅを所定の角度にホ
ルダを調整して傾けることで容易に得られる。 この傾は角θは、前記〔１）弐により、Ｃ１をシュウ２
６内の音速から水中の音速におきかえて得られる。ラビ
リンスリング２０の部位では、水を媒質とした場合でも
、若干の入射ロスがあるが、前記従来例の第７図で説明
した溝付きシュウ２８を使用する時に比較すると、格段
に超音波ビーム２２の入射ロスが小さくなる。 （ホ）このようにして、一つの部位の探傷が終わったら
、ホルダを調整して超音波ノズル１６と水ノズル１７を
次の探傷位置に設置し、前記と同様に探傷する。 （へ）タービンロータ６のすべての探傷位置での探傷が
終わったら、超音波ノズル１６と水ノズル１７を荷役作
業の邪魔にならない位置に移動し、タービンロータ６の
一端部６ａとロータ回転装置１２との連結を解除し、ク
レーンなどの荷投手段によってタービンロータ６を搬出
する。 なおこの超音波ノズル１６は、ブレード１８．１８間に
挿入可能の外形寸法で筒状に作られており、拡散した超
音波ビーム２２は図示のように、超音波ノズル１６の内
面で反射してタービンロータ６に達するが、これによる
散乱ビームは探触子１４に到達するため、このような狭
隘部分でも安定よくかつ超音波探傷が実施できる。ター
ビンロータ６の狭隘部分の寸法は多種類にわたるから、
外形寸法の異なる複数個の超音波ノズル１６を容易して
おき、状況に応して最適寸法の超音波ノズル１６を探触
子１４に装着して使用するが、このために超音波ノズル
１６を探触子１４に着脱自在としている。 【発明の効果】 この発明によれば、水を媒体として超音波ノズルを装着
した探触子から超音波ビームをタービンロータに発信し
て入射させ、内部欠陥から反射波を探触子で受信して探
傷する超音波探傷装置としたために、 （ａ）タービンロータの狭隘部や複雑な形状の部位でも
、超音波の入射ロスが少なく、ノイズが少ない安定した
探傷が可能となり、 （ｂ）探触子のタービンロータに対する傾は角ｅを、所
定の角度にホルダを調整して傾けることで、容易に超音
波ビームの入射角度αを所望の値に設定することができ
、 （Ｃ）この結果、従来例のようなシュウを一切使用しな
でよく、 （ｄ）タービン全体を水中へ浸漬する必要がないために
、水槽及びポンプを必要とせずかつ作業性が容易となり
、 タービンロータへの超音波ビームの入射伝播ロスをでき
るだけ小さくして、全体として低価格で、取扱が容易で
かつ安定した信顧性の高いタービンロータの超音波探傷
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の全体を示す断面図、第２図
は超音波探触子、超音波ノズル及び水ノズルを使用した
状態を示す断面図、第３図は第２図の■−■断面図、第
４図はタービンロータの全体を示す断面図、第５図ない
し第７図は従来例を示す図面で、第５図は超音波ビーム
の入射伝播の状態を示す第４図のＶ−■断面図、第６図
はシュウを介して超音波ビームをタービンロータに角度
αで入射している状態を示す第４図の■−■断面部分拡
大図、第７図はラビリンスリングをよけて探傷する溝付
きシュウを介して超音波探傷する状態を示す断面図、第
８図はラビリンスリングの詳細を示す断面図、第９図は
他の従来例の全体を示す断面図である。 ６：タービンロータ、１０：ローラ受け台、１２：ロー
タ回転装置、１４：探触子、１６：超音波ノズル、１７
：水ノズル、２０ニラビリンスリング、２２：超音波ビ
ーム、２６：シュウ、２８：溝付きシュウ、３０：空間
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）超音波を使用して非破壊でタービンロータの内部欠
   陥を探傷するタービンロータの超音波探傷装置において
   、回転自在の対のローラを備えこのローラ上にタービン
   ロータを積載して回転自在に支持する１対のローラ受け
   台と、前記１対のローラ受け台に支持されたタービンロ
   ータの一端部に連結してタービンロータを回転させるロ
   ータ回転装置と、探傷しようとするタービンロータの表
   面から一定の測定距離だけ離して設置位置可変のホルダ
   に支持されて設けられる超音波の探傷子と、この探傷子
   に着脱自在に設けられる先端が薄膜でシールされ内部に
   水を充満させた超音波ノズルと、この超音波ノズル先端
   とタービンロータ間の空間に水を噴出して充満させる水
   ノズルとを備えることを特徴とするタービンロータの超
   音波探傷装置。