KR101844824B1 - 핑거형 터빈 루트 검사 장치 - Google Patents

핑거형 터빈 루트 검사 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 핑거형 터빈 루트의 초음파 검사시 검사의 정밀성과, 건전성을 확보할 수 있고, 신속한 검사 및 검사편의성을 확보하도록 개선된 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치는 터빈 블레이드를 로터에 결합하는데 사용되는 핑거형 터빈 루트를 검사하는 핑거형 터빈 루트 검사 장치로서, 상기 터빈 블레이드와 대응하는 표면을 갖도록 제공되어 상기 핑거형 터빈 루트의 검사시 상기 터빈 블레이드에 밀착되는 웨지; 및 상기 웨지에 결합되어 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 종파의 초음파를 경사지게 조사하도록 상기 웨지에 결합되는 적어도 하나의 초음파 탐촉부;를 포함한다.

Description

핑거형 터빈 루트 검사 장치 {FINGER TYPE ROOT INSPECTION APPARATUS}
본 발명은 터빈 블레이드의 터빈 루트를 검사하는데 사용되는 핑거형 터빈 루트 검사 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 복잡한 표면을 갖는 터빈 블레이드의 루트 균열을 검사하기 위해 초음파를 이용하여 루트의 취약부위를 정확하게 조사할 수 있도록 한 핑거형 터빈 루트 검사 장치에 관한 것이다.
일반적으로 터빈 블레이드는 화력발전소 등에서 증기를 이용하여 전기를 발생시키는데 사용되며, 이를 위해 증기가 보유하고 있는 열에너지를 속도에너지로 변환하여 로터를 회전하는 역할을 담당한다.
블레이드는 터빈의 로터에 체결되는 부위로 블레이드 루트(root)를 포함하고 있으며, 이러한 블레이드 루트는 회전력과 충돌력을 지탱하기 때문에 충분한 강도를 갖도록 설계되고 있으나, 사용시간이 증가함에 따라 이 부위에 손상이 발생할 가능성이 높아 주기적으로 검사하여 신뢰성을 확인해야 한다.
터빈 블레이드의 루트는 터빈의 형식에 따라 스트래들 장착형(Staddle mount), 퍼 트리형(Fir tree type), 핑거형(finger type) 등의 여러 형태가 있는데, 특히 도 1에 도시된 핑거형 루트(20)는 형상이 복잡하고 터빈 로터에 깊숙이 삽입되어 다수의 고정핀(20a)에 의해 고정된다. 이를 위해 핑거형 루트에는 다수의 고정핀을 결합되는 관통홀이 형성된다.
여기서, 도 1은 일반적인 터빈 블레이드의 핑거형 루트를 도시한 정면도이고, 도 2는 일반적인 터빈 블레이드의 핑거형 루트를 도시한 후면 사시도이며, 도 3은 일반적인 터빈 블레이드의 핑거형 루트를 도시한 후면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터빈 블레이드(10)의 핑거형 루트(20)는 터빈 로터에 삽입된 부분이 외부로 노출되지 않음에 따라 미소결함의 발생여부를 검출하기가 쉽지 않은 상황이며, 이에 따라 미소결함이 발생된 핑거형 루트(20)를 검출하지 못한 상태로 지속적으로 운전함에 따라 터빈 설비 사고를 일으키는 요인이 되고 있다.
그런데, 종래의 터빈 블레이드(10)의 루트 검사는 주로 고정핀의 길이방향 단면만을 검사하고 있으며, 고정부 핑거형 루트(20)에 발생되는 균열을 정확하게 탐지하지 못하고 있다.
핑거형 루트(20)에서는 양측 두번째 핑거 루트(22)의 단면감소부(22a)에서 응력이 집중되어 균열(C) 등의 결함이 쉽게 발생하며, 이 결함을 검출하기 위해 초음파 검사가 수행되고 있다.
초음파 검사는 0.2Mhz 이상의 초음파를 검사체에 송신하여 반사되어온 신호를 평가하여 결함의 유무, 결함의 크기, 위치 등을 평가하는 비파괴 검사법이다.
초음파는 주기적인 파장의 진동에 의해 전달되며, 전후 진동의 움직임을 주기라 하고 주어진 시간에 이루어진 주기의 수를 주파수라 한다.
초음파가 진행되는 속도는 매질의 종류에 의해 결정되고 초음파의 산과 산, 골과 골 사이를 파장이라 한다.
파장의 크기는 아래의 [수학식 1]에 의해 결정되며, λ는 파장, V는 속도, F는 주파수를 나타낸다.
Figure 112014084036112-pat00001
[수학식 1]을 참고하면, 초음파탐상시 주파수를 높이면 파장은 짧아지고, 주파수를 낮추면 파장은 길어진다. 또한, 음속이 빠르면 파장은 길어지고, 음속이 느리면 파장은 짧아진다.
일반적으로 검출 가능한 결함의 크기는 초음파 파장의 1/2 정도이다.
미소결함을 검출하기 위해서는 주파수를 올려야 하지만 주파수를 너무 높이 올리면 초음파가 금속 입계를 통과하는 과정에서 잡음이 발생되어 검사가 불가능해지는 원인이 된다. 따라서 주파수를 높인다고 반듯이 검사의 정밀도가 향상되는 것은 아니다.
초음파의 종류에는 종파, 횡파, 판파, 표면파가 있으며, 초음파 검사에는 종파와 횡파가 주로 사용된다.
종파는 초음파의 진행방향과 입자의 진동방향이 일치하는 파로서, 고체, 액체, 기체에 존재하며, 강(鋼)의 경우 음속이 5,900m/s로서 가장 빠르며, 초음파 검사의 수직탐상에 사용된다.
횡파는 초음파의 진행방향과 입자의 진동방향이 수직으로 이루어지는 파동형태로서 고체에서만 존재하며, 경사각탐상에 사용된다. 횡파의 음속은 종파의 약 1/2 정도로서 종파에 비해 짧은 파장을 갖게 되기 때문에 미소결함에 대해서 잘 반사하지만, 초음파 진행시 종파에 비해 감쇠가 심하게 발생하는 특징이 있다.
횡파형 초음파는 종파형 초음파를 이용하는 수직탐상으로 초음파를 결함부위로 보내기가 곤란할 때 35° 내지 70° 범위의 경사지게 입사시켜서 검사부위에 초음파를 보내기 위하여 사용된다.
초음파 검사에서 결함을 잘 검출하기 위해서는 예상결함과 초음파 중심 빔이 수직으로 교차하게 될 경우, 결함에서 반사된 초음파의 음압이 크게 나타난다.
이러한 특성에 따라 초음파 검사는 종파를 사용한 수직탐상법과 횡파를 사용한 경사각탐상법이 대표적이다.
수직탐상법은 종파의 초음파가 초음파 탐촉자와 검사체 접촉면의 법선에서 초음파 빔이 0°로 입사하는 방법이고, 경사각탐상법은 횡파의 초음파가 초음파 탐촉자와 검사체 접촉면 법선에서 초음파 빔이 35° 내지 70°로 경사지게 입사하는 방법이다.
이러한 초음파 검사를 이용한 핑거형 루트 검사는, 도 1에 도시된 바와 같이, 결함이 발생하는 양측 두번째 핑거 루트에 대해 A위치에서 종파를 발생하는 초음파 탐촉부(30)를 이용하여 수직탐상법으로 좌, 우에서 두번의 검사를 실시하고, 도 2와 도 3에 도시된 터빈 블레이드(10)의 반대쪽인 B위치에서 횡파를 발생하는 초음파 탐촉부를 이용하여 70° 경사각탐상법으로 좌, 우에서 두번의 검사를 실시하고 있으며, 이에 따라 핑거형 루트(20)의 검사시 네번의 검사를 실시하고 있다.
이를 위해, 종래에는 검사부위에 초음파탐촉부(30, 40)의 위치 선정을 위하여 터빈 블레이드(10) 형상에 맞게 가공된 지그(32, 42)에 초음파탐촉부(30, 40)를 체결하여 지그(32, 42)를 검사부위에 부착하여 검사를 수행하고 있다.
그런데, 종래에는 A위치에서 수직탐상시, 초음파탐촉부(30, 40)가 터빈 블레이드(10) 표면에 밀착되지 못할 경우, 초음파탐촉부(30, 40)와 터빈 블레이드(10) 사이의 틈새 등의 영향으로 초음파의 지향각이 굴절되거나 확산되어 핑거형 루트(20), 구체적으로 양쪽 두번째의 핑거 루트(22)의 자장자리에서 미소균열이 존재하고 있어도 검출하지 못하는 현상이 발생하고 있다.
이에 따라 B위치에서 70° 경사각탐상법에 의한 초음파 검사를 하고 있으나, 초음파의 확산과 잡음 등의 발생으로 균열 깊이가 2mm 이하의 결함은 검출하지 못하고 있는 것이 현실이다.
그리고, 종래에는 블레이드 한 개당 네번의 초음파 검사가 필요하고, 특히 B위치에서 수행하는 경사각탐상법의 경우에는 블레이드와 블레이드 사이의 협소한 공간에서 검사를 수행하기 때문에 검사에 장시간이 소요되고 있다.
또한, 검사부위에 초음파 탐촉자를 부착하는 방법도 검사자가 초음파 탐촉자가 체결된 지그를 잡고 블레이드와 블레이드 사이의 협소한 공간에 넣어 검사하고 있으며, 이에 따라 작업이 불편하고 검사에 많은 시간이 소요되고 있다.
한편, 블레이드 루트의 중앙측 핑거 루트, 즉 가운데 네 개의 핑거 루트에 대해서는 아직까지 검사에 대한 건전성을 확인할 수 있는 검사 방법이 없는 상태이다.
대한민국 특허출원 제10-2011-0085955호
본 발명의 일 실시예는 핑거형 터빈 루트의 초음파 검사시 검사의 정밀성과, 건전성을 확보할 수 있고, 신속한 검사 및 검사편의성을 확보하도록 개선된 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치는 터빈 블레이드를 로터에 결합하는데 사용되는 핑거형 터빈 루트를 검사하는 핑거형 터빈 루트 검사 장치로서, 상기 터빈 블레이드와 대응하는 표면을 갖도록 제공되어 상기 핑거형 터빈 루트의 검사시 상기 터빈 블레이드에 밀착되는 웨지; 상기 웨지에 결합되어 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 종파의 초음파를 경사지게 조사하도록 상기 웨지에 결합되는 적어도 하나의 초음파 탐촉부; 및 상기 터빈 블레이드의 일측에 지지되어 상기 초음파 탐촉부가 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 조사하는 위치에 설치되도록 상기 웨지의 결합위치 조절 및 상기 웨지의 밀착력을 부여하는 가이드 스캐너를 포함하고, 상기 가이드 스캐너는, 상기 터빈 블레이드의 일측 단부에 걸림되며 위치 고정되는 걸림턱부와, 상기 걸림턱부의 일측에서 상기 터빈 블레이드 사이로 진입되도록 연장 형성되고, 타단부 일측에 상기 웨지가 승강 가능하게 결합되되, 상기 웨지가 상기 핑거형 터빈 루트의 취약부위 측정위치 상부에 위치하도록 연장 형성되는 연장 진입부를 포함한다.
또한, 상기 초음파 탐촉부는 상기 웨지에 경사지게 결합되어 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 발진하거나 상기 단면감소부에서 반사된 초음파를 수신하는 초음파 탐촉자를 포함할 수 있다.
또한, 상기 초음파 탐촉부는 상기 웨지에 경사지게 결합되어 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 발진하는 초음파 탐촉자를 포함하고, 상기 웨지에 수직하게 결합되어 상기 초음파 탐촉자에서 발진되어 상기 단면감소부에 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신자를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 초음파 탐촉부는 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부에 초음파가 8° 내지 20° 경사지게 조사되도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 초음파 탐촉부는 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부에 초음파가 10° 내지 14° 경사지게 조사되도록 제공될 수 있다.
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또한, 상기 걸림턱부의 일측에는 공기압을 형성하는 제1실린더가 제공되고, 상기 웨지는 상기 제1실린더와 배관을 매개로 연결되어 상기 제1실린더에서 형성된 공기압에 의해 승강하는 제2실린더의 단부에 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1실린더는 상기 걸림턱부의 일측에 형성되는 제1원통부와, 상기 제1원통부의 내주면에 오링을 매개로 밀봉되어 승강 가능하게 제공되는 제1실린더 헤드부와, 상기 제1실린더 헤드부에 설치되어 상기 제1원통부를 관통하여 외부로 노출되는 작동로드와, 상기 제1원통부에 연계되어 외부 공기가 유출입되는 공기홀을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1실린더는 상기 제1실린더 헤드부와 상기 제1원통부 사이에 개재되어 상기 제1실린더 헤드부가 복귀되도록 탄성력을 부여하는 탄성체를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2실린더는 상기 연장 진입부의 일측에 형성되는 제2원통부와, 상기 제2원통부의 내주면에 오링을 매개로 밀봉되어 승강 가능하게 제공된 제2실린더 헤드부를 포함하고, 상기 제2실린더 헤드부에는 상기 초음파 탐촉부가 설치되어 외부로 노출되도록 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 핑거형 터빈 루트에 발생하는 균열 여부를 정확하게 조사할 수 있어 터빈 운전시 블레이드의 탈락 등으로 인한 설비 사고를 방지할 수 있다.
특히, 본 발명은 핑거형 터빈 루트에 발생하는 0.5mm 정도 크기의 미소결함을 검출할 수 있어, 결함 발생 초기부터 결함의 관리가 가능하고, 이에 따라 터빈 블레이드의 사용 수정이나 교체, 수리 주기를 정확하게 파악할 수 있어 생산성 및 향상이 가능하고, 설비 수명 예측이 가능하므로 안전 사고 예방에도 기여할 수 있다.
또한, 본 발명은, 초음파 탐촉자를 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부 측정위치로 정확하게 위치할 수 있어 검사 작업을 신속하고 정확하게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 초음파 탐촉자가 설치된 웨지가 터빈 블레이드와 밀착됨에 따라 초음파가 취약부위인 단면감소부로 조사되는 과정에서 굴절되거나 확산되는 것을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 균일하고 정밀한 초음파 신호를 취득할 수 있고, 이를 이용하여 검사의 정밀도 및 건정성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 터빈 블레이드의 핑거형 루트를 도시한 정면도.
도 2는 일반적인 터빈 블레이드의 핑거형 루트를 도시한 후면 사시도.
도 3은 일반적인 터빈 블레이드의 핑거형 루트를 도시한 후면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 간략하게 도시한 정면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치의 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 도시한 정면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 이용하여 중앙부의 핑거 루트를 검사하는 사시도.
도 8은 도 7에 사용된 중앙부의 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 보인 도면.
도 9는 핑거형 터빈 루트 검사 장치로 측정된 핑거형 터빈 루트의 기계응력 분포 전산해석 결과를 도시한 도면.
도 10의 (a) 내지 (c)는 핑거형 터빈 루트의 결함을 도시한 도면
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치가 터빈 블레이드에 설치된 상태를 도시한 정면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치의 단면도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치의 평면도.
도 14의 (a)와 (b)는 종래의 수직탐상법을 이용한 핑거 균열 검출값과, 본 발명의 변형초음파탐상법을 이용한 핑거 균열 검출값을 보인 그래프.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 이용한 핑거 균열 깊이 0.5mm의 초음파 검출값을 도시한 그래프.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 이용한 핑거 균열 깊이 1.0mm의 초음파 검출값을 도시한 그래프.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 간략하게 도시한 정면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치의 사시도이다.
도 4와 도 5를 참고하면, 본 실시예의 핑거형 터빈 루트 검사 장치는 터빈 블레이드(110)를 로터에 결합하는데 사용되는 핑거형 터빈 루트(120)의 결함 여부를 검사하는데 사용될 수 있다.
화력 발전소 등에서 전기를 발생시키는 발전기 등에 적용되는 로터는 터빈 블레이드(110)에 설치되어 증기가 보유하고 있는 열에너지를 속도에너지로 변환하여 로터를 회전시킬 수 있다.
터빈 블레이드(110)는 로터와 결합되는 부분이 다수의 얇은 돌출구조, 일례로 손가락 형태로 형성되며, 이러한 고정부를 '핑거형 터빈 루트(finger type turbin root)(120)'라 한다.
이러한 핑거형 터빈 루트(120)는 로터의 회전시 발생하는 진동, 압력 등에 의해 응력이 발생하고 있으며, 이에 따라 파단, 결함이 발생할 수 있다.
핑거형 터빈 루트 검사 장치는 초음파 탐촉부(130)를 이용하여 핑거형 터빈 루트(120)에 초음파를 조사하여 비파괴검사하며 결함여부를 검사할 수 있다.
초음파 탐촉부(130)는 핑거형 터빈 루트(120) 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 조사하는 초음파 탐촉자(132)를 포함하며, 이 초음파 탐촉자(132)에서 조사된 후 단면감소부에서 반사되는 초음파를 수신하여 결함여부를 검사할 수 있다.
터빈 블레이드(110)는 회전 방향에 대해 볼록한 형태로 형성되며, 이에 따라 터빈 블레이드(110)의 표면은 곡면 형태로 제공될 수 있다.
이를 위해, 초음파 탐촉부(130)는 초음파 탐촉자(132)가 측정위치를 유지할 수 있도록 초음파 탐촉자(132)를 지지하는 웨지를 포함할 수 있다. 여기서, 웨지(134)는 터빈 블레이드(110)와 밀착되는 부분이 터빈 블레이드(110)와 대응하는 표면을 갖도록 제공될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 터빈 블레이드(110)의 곡면 형상에 대응하는 웨지(134)를 제공함으로써, 핑거형 터빈 루트(120)의 검사시 웨지(134)가 터빈 블레이드(110)의 표면에 밀착될 수 있다.
본 실시예에서 초음파 탐촉부(130)는 적어도 하나로 제공될 수 있으며, 일례로 핑거형 터빈 루트(120) 중 가장 취약부위인 양측 두번째 핑거 루트(122)의 단면 감소부의 결함을 검사하도록 제공될 수 있다.
또한, 초음파 탐촉부(130)는 핑거형 터빈 루트(120)의 양측 두번째 핑거 루트(122) 외에도 중앙부측의 다른 루트, 예컨대 내측 4개의 핑거의 결함을 검사하도록 다수로 제공되는 것도 가능하다.
즉, 본 실시예의 핑거형 터빈 루트 검사 장치는 핑거형 터빈 루트(120)의 핑거 수에 따라 3탐촉부, 4탐촉부, 5탐촉부 등과 같이 다양한 형태로 제공될 수 있다.
본 실시예에서 초음파 탐촉부(130)는 변형초음파 탐상법으로 결함 여부를 검사할 수 있다.
변형초음파 탐상법은 초음파가 진행하면서 수직탐상과 경사각탐상의 효과를 모두 누릴 수 있도록 한 검사방법이다.
이를 위해, 초음파 탐촉부(130)는 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 경사지게 조사하도록 결합될 수 있다.
또한, 초음파 탐촉부(130)는 종파의 초음파를 이용하게 되며, 이에 따라 핑거형 터빈 루트(120) 부위에서 초음파는 수직탐상과 같은 형태로 진행할 수 있다.
본 실시예에서 초음파 탐촉부(130)에 사용되는 초음파 탐촉자(132)는 웨지(134)에 경사지게 결합되어 핑거형 터빈 루트(120) 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 발진하고, 동시에 단면감소부에서 반사된 초음파를 수신하는 기능을 동시에 할 수 있다.
바람직하게는, 초음파 탐촉자(132)는 핑거 가장자리에서 발생되는 결함 검출을 위해 소정의 각도(A1), 바람직하게는 8° 내지 20 °로 경사진 각도로 초음파가 입사되도록 웨지(134)에 결합될 수 있고, 더욱 바람직하게는 10° 내지 14°로 경사진 각도로 초음파가 입사되도록 웨지에 결합될 수 있으며, 초음파 발진후, 단면축소부에 부딪힌 후 반사되는 초음파를 수신하여 0.5mm 이상의 미소결함을 검출할 수 있다.
이러한, 변형초음파 탐상법은, 초음파 탐촉자(132)와 웨지(134)의 각도 또는 초음파 탐촉자(132)가 결합된 웨지(134)의 접촉면의 각도를 조절함으로써 측정할 수 있으며, 이는 기존에 초음파를 수직으로 조사하는 수직탐상법 또는 초음파를 35° 내지 70°로 경사지게 입사하는 경사각탐상법에 비해 적은 측정부위에서도 더욱 정확한 검사가 가능하다.
또한, 본 실시예에서 초음파 탐촉자(132)의 경사진 각도는, 화력발전소의 터빈에 사용되는 표준 규격의 터빈 블레이드(110) 형성에 따라 설정된 것이다.
바람직하게는 화력발전소의 터빈에 사용되는 표준 규격의 터빈 블레이드(110)는, 양측단부에서 핑거형 터빈 루트(120) 중 양측 두 번째 핑거 루트(122) 사이의 거리(x)는 64mm일 수 있고, 핑거형 터빈 루트의 취약부위인 단면감소부는 터빈 블레이드 단부와의 거리(y)가 88mm일 수 있다.
본 실시예에서는 표준 규격의 터빈 블레이드(110)의 규격에 대해 한정하고 있으나, 터빈 블레이드(110)의 규격 또는 초음파 탐촉자(132)의 경사진 각도는 발전기의 제원이나 성능 향상 등을 위해 변형될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 도시한 정면도인 도 6을 참고하면, 초음파 탐촉부(140)는 초음파 수신 감도를 더욱 높일 수 있도록 초음파를 발생하는 초음파 탐촉자와, 초음파를 수신하는 탐촉자를 분리하여 제공하는 것도 가능하다.
즉, 도 6을 참고하면, 초음파 탐촉부(140)는 웨지(146)에 경사지게 결합되는 초음파 탐촉자(142)와, 웨지(146)에 수직하게 결합되어 초음파 탐촉자(142)에서 조사된 후 반사되는 초음파를 수신하는 초음파 수신자(144)를 포함할 수 있다.
초음파 탐촉자(142)는 핑거형 터빈 루트(120) 중 취약부위인 양측 두번재 핑거 루트(122)의 단면감소부로 초음파를 발진하게 되고, 이후 단면감소부에 부딪힌 후 반사되는 초음파를 초음파 수신자(144)에서 수신하게 된다.
바람직하게는, 초음파 탐촉자(142)는 핑거 가장자리에서 발생되는 결함 검출을 위해 8° 내지 20°로 경사진 각도로 초음파가 입사되도록 웨지(146)에 결합될 수 있고, 더욱 바람직하게는 10° 내지 14°로 경사진 각도로 초음파가 입사되도록 웨지(146)에 결합될 수 있다.
또한, 초음파 수신자(144)는 단면축소부에 부딪힌 후 반사되는 초음파를 수직 상부에서 수신할 수 있으며, 이에 수신감도를 향상시켜 더욱 정확하게 0.5mm 이상의 미소결함을 검출할 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 6에 도시된 핑거형 터빈 루트 검사장치는, 핑거형 터빈 루트의 양쪽 두번째 핑거 루트를 측정하는데 적합하게 형성되어 있으며, 핑거형 터빈 루트의 중앙부 4개의 핑거 루트를 한번에 검사하기에 적합한 형태로 변형되는 것도 가능하다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 이용하여 중앙부의 핑거 루트를 검사하는 사시도이고, 도 8은 도 7에 사용된 중앙부의 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 보인 도면이다.
도 7과 도 8을 참고하면, 초음파 탐촉부(130')는 웨지(134')가 터빈 블레이드의 안쪽 표면과 전체적으로 대응하는 곡면을 갖도록 형성될 수 있다. 그리고, 이 웨지(134')에는 각각의 핑거 루트의 단면감소부로 종파의 초음파를 경사지게 조사하는 각각의 초음파 탐촉자(132')가 경사지게 제공될 수 있다.
특히, 본 실시예에서 핑거 루트(123, 124, 125, 126)의 검사시, 웨지(134')에 초음파 탐촉자(132')가 경사지게 설치된 초음파 탐촉부(130')를 사용하여 변형초음파탐상법으로 핑거 루트(123, 124, 125, 126)를 검사함에 따라 한 군데서 측정하더라도 결함부위를 정확하게 검사할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 사용함에 따라 블레이드 루트의 중앙측 핑거 루트(123, 124, 125, 126), 즉 가운데 네 개의 핑거 루트(123, 124, 125, 126)에 대한 검사의 건전성을 확보할 수 있다.
또한, 본 실시예를 이용하여 핑거형 터빈 루트를 검사하면, 도 9에 도시된 핑거형 터빈 루트의 기계응력 분포 전산해석 결과를 얻을 수 있고, 이러한 결과를 반영하여 도 10에 도시된 바와 같은 핑거형 터빈 루트의 결함 발생 여부를 검사할 수 있다.
도 9는 핑거형 터빈 루트 검사 장치로 측정된 핑거형 터빈 루트의 기계응력 분포 전산해석 결과를 도시한 도면이고, 도 10의 (a) 내지 (c)는 핑거형 터빈 루트의 결함을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치가 터빈 블레이드에 설치된 상태를 도시한 정면도이고, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치의 단면도이며, 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치의 평면도이다.
도 11 내지 도 13을 참고하면, 본 실시예의 핑거형 터빈 루트 검사 장치(150)는 인접한 터빈 블레이드(110) 사이의 좁은 공간에서 검사작업이 이루어지는바, 협소한 검사공간에서 핑거형 터빈 루트(120)의 초음파 검사를 용이하게 하기 위한 가이드 스캐너(170)를 더 포함할 수 있다.
가이드 스캐너(170)는 검사자가 손으로 잡고 핑거형 터빈 루트(120)의 검사부위에 초음파 탐상을 용이하게 하기 위한 장치이다.
이러한 가이드 스캐너(170)는 초음파 탐촉부(160)가 정확한 탐촉위치를 찾을 수 있도록 터빈 블레이드(110)의 일측에 지지될 수 있고, 초음파 탐촉부(160)를 핑거형 터빈 루트(120) 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 조사하는 위치에 위치시킨 상태에서 웨지(164)가 터빈 블레이드(110) 표면에 밀착되도록 밀착력을 부여할 수 있다.
이를 위해, 가이드 스캐너(170)는 탐촉위치를 정확하게 찾을 수 있도록 터빈 블레이드(110)의 일측 단부에 걸림되며 위치 고정되는 걸림턱부(172)를 포함할 수 있다.
또한, 걸림턱부(172)의 일측에는 터빈 블레이드 사이로 진입되는 연장 진입부(174)가 형성될 수 있다. 연장 진입부(174)의 단부 일측에는 초음파 탐촉부(160)가 설치될 수 있다.
초음파 탐촉부(160)는 초음파 탐촉자(162)와, 이 초음파 탐촉자(162)를 경사지게 고정하는 웨지(164)를 포함할 수 있다.
전술된 핑거형 터빈 루트 검사 장치(150)는 작업자가 가이드 스캐너(170)를 터빈 블레이드(110)의 일측에 걸리도록 설치하는 것만으로 연장 진입부(174)에 설치된 초음파 탐촉부(160)가 핑거형 터빈 루트(120), 일례로 양측 2번째 핑거 루트(122)의 취약부위인 단면감소부의 검사 위치에 정확하게 위치될 수 있다.
또한, 초음파 탐촉부(160)는 가이드 스캐너(170)에 대해 승강 가능하게 제공될 수 있다.
바람직하게는 걸림턱부(172)의 내측에는 공기압을 형성하는 제1실린더(180)가 설치될 수 있다.
제1실린더(180)는 걸림턱부(172)의 일측에 상부가 개방되어 형성되는 제1원통부(182)와, 제1원통부(182)의 내주면에 오링(185)을 매개로 밀봉되어 승강 가능하게 제공되는 제1실린더 헤드부(184)를 포함할 수 있다.
그리고, 걸림턱부의 일측에는 제1원통부(182)의 상부를 덮는 제1커버부재(183)가 체결부재(T)에 의해 결합되며 제1원통부(182) 내부 공간을 밀폐할 수 있다. 또한, 제1실린더 헤드부(184)에는 제1커버부재(183)를 관통하여 외측으로 연장되는 작동로드(186)가 설치될 수 있다.
작업자는 이 작동로드(186)를 누름에 따라 제1실린더(180)를 승강 조작할 수 있다.
또한, 제1원통부(182)의 상부에는 제1실린더 헤드부(184)의 하강시 제1원통부(182) 상부에 진공압이 형성되지 않도록 외부의 공기가 유입되는 공기홀(187)이 형성될 수 있다.
한편, 제1실린더와 제1원통부의 바닥 사이에는 탄성체(188)가 제공될 수 있으며, 작업자가 작동로드(186)를 누르지 않을 경우 이 탄성체(188)에 의해 발생하는 탄성력에 의해 제1실린더 헤드부(184)가 원래의 위치로 복귀할 수 있다. 탄성체(188)로는 코일 스프링이 사용될 수 있다.
또한, 가이드 스캐너(170)의 타단부, 즉 연장 진입부(174) 단부에는 제2실린더(190)가 설치될 수 있다.
제2실린더(190)는 하부가 관통된 제2원통부(192)와, 제2원통부(192)의 내주면에 오링(195)을 매개로 밀봉되어 승강 가능하게 제공된 제2실린더 헤드부(194)를 포함할 수 있다.
또한, 제2실린더 헤드부(194)에는 초음파 탐촉부(160)가 설치될 수 있다. 그리고, 연장 진입부(174)의 일측에는 초음파 탐촉부(160)의 웨지(164)가 출몰하는 관통구를 갖는 제2커버부재(193)가 제2원통부(192) 하부를 막도록 체결부재(T)에 의해 설치될 수 있다.
여기서 초음파 탐촉부(160)의 웨지는 제2실린더 헤드부(184)의 승강작동에 의해 터빈 블레이드(110)의 표면에 밀착될 수 있다.
바람직하게는 제1실린더(180)의 제1원통부(182)와 제2실린더(190)의 제2원통부(192)는 배관(198)을 매개로 연결되어 있다. 구체적으로 배관(198)은 제1원통부(182)의 하부와 제2원통부(192)의 상부를 연결하도록 제공될 수 있다.
이러한 가이드 스캐너(170)는 작업자가 제1실린더(180)의 작동로드(186)를 눌러 제1실린더 헤드부(184)를 가압하여 하강시키면, 제1원통부(182) 하부의 공기가 배관(198)을 통해 제2원통부(192)의 상부 공간으로 유입되며 제2실린더 헤드부(194)를 하강시키게 된다.
따라서 상기의 작동에 의해 제2실린더 헤드부(194)에 설치된 초음파 탐촉부(160), 즉 초음파 탐촉자(162)가 결합된 웨지(164)가 터빈 블레이드(110)의 표면에 밀착하게 된다.
한편, 초음파 탐상 작업이 완료된 후, 작업자가 제1실린더(180)의 작동로드(186)를 누르지 않게 되면, 탄성체(188)에 의해 탄성 반발되며 제1실린더 헤드부(184)가 상승하게 되고, 이에 따라 제1원통부(182) 하부에 형성되는 진공압에 의해 제2원통부(192) 상부의 공기가 빨려가게 되며 제2실린더 헤드부(194)가 상승하게 되고, 초음파 탐촉부(160), 즉 초음파 탐촉자(162)가 결합된 웨지(164)가 터빈 블레이드(110)로부터 떨어지게 된다.
이때, 제2실린더 헤드부(194) 및 이에 설치된 초음파 탐촉부(160)가 완전히 상승 복귀되지 않을 경우, 제1실린더(180)의 작동로드(186)를 살짝 들어올리게 되면 공기홀(187)을 통해 제1원통부(182) 상부의 공기가 배출되며 제1실린더 헤드부(184)가 쉽게 상승하게 되고, 이에 따라 제1원통부(182) 하부에 형성되는 진공압에 의해 제2원통부(192) 내부의 공기가 빨려가게 되며 제2실린더 헤드부(194)가 원래의 위치로 완전히 상승 복귀할 수 있다.
한편, 제2실린더 헤드부(194)의 상부에는 관부재(196)가 설치될 수 있고, 이 관부재(196)는 연장 진입부(174)의 상부에 형성된 관통홀을 통해 상부로 노출될 수 있다.
바람직하게는 연장 진입부의 상부에는 관통홀을 차폐하는 제3커버부재(197)가 체결부재(T)에 의해 결합될 수 있다.
그리고, 제3커버부재(197)와 관부재(196) 사이에는 씰링수단(197a)이 개재되어 제2원통부(192) 상부 공간을 밀봉할 수 있다.
이 관부재(196)는 웨지(164)에 결합된 초음파 탐촉자(162)의 전기 배선 등이 연결되는 통로로 사용될 수 있다.
더불어, 본 실시예에서 초음파 탐촉부(160)에는 하나의 초음파 탐촉자(162)가 설치되어 초음파의 발진 및 수신하는 것으로 설명하고 있으나, 초음파 탐촉부(160)는 본 실시예에 의해 한정되지 않는다.
일례로, 초음파 탐촉부(160)에는 2개의 초음파 탐촉부가 웨지에 결합되어 제공되는 것도 가능하다. 이때, 초음파를 발생하는 초음파 탐촉부는 웨지에 대해 경사지게 설치되고, 초음파를 수신하는 초음파 수신부는 웨지에 대해 수직하게 설치될 수 있다.
전술된 바와 같이 구성된 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 이용하여 균열을 검사한 결과를 종래의 수직탐상법과 비교하면, 도 14에 도시된 바와 같이, 종래에 비해 결함을 정확하게 검출할 수 있음을 알 수 있다.
도 14의 (a)와 (b)는 종래의 수직탐상법을 이용한 핑거 균열 검출값과, 본 발명의 변형초음파탐상법을 이용한 핑거 균열 검출값을 보인 그래프이다.
또한, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 이용한 핑거 균열 깊이 0.5mm의 초음파 검출값을 도시한 그래프이고, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거형 터빈 루트 검사 장치를 이용한 핑거 균열 깊이 1.0mm의 초음파 검출값을 도시한 그래프이다.
이와 같이, 도 15와, 도 16에 나타난 그래프와 같이, 본 발명은 미세결함에 대한 검출 정확성이 향상됨을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.
110: 터빈 블레이드 120: 핑거형 터빈 루트
122, 123, 124, 125, 126: 핑거 루트
130: 초음파 탐촉부 132: 초음파 탐촉자
134: 웨지

Claims (11)

  1. 터빈 블레이드를 로터에 결합하는데 사용되는 핑거형 터빈 루트를 검사하는 핑거형 터빈 루트 검사 장치로서,
    상기 터빈 블레이드와 대응하는 표면을 갖도록 제공되어 상기 핑거형 터빈 루트의 검사시 상기 터빈 블레이드에 밀착되는 웨지;
    상기 웨지에 결합되어 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 종파의 초음파를 경사지게 조사하도록 상기 웨지에 결합되는 적어도 하나의 초음파 탐촉부; 및
    상기 터빈 블레이드의 일측에 지지되어 상기 초음파 탐촉부가 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 조사하는 위치에 설치되도록 상기 웨지의 결합위치 조절 및 상기 웨지의 밀착력을 부여하는 가이드 스캐너
    를 포함하고,
    상기 가이드 스캐너는,
    상기 터빈 블레이드의 일측 단부에 걸림되며 위치 고정되는 걸림턱부와,
    상기 걸림턱부의 일측에서 상기 터빈 블레이드 사이로 진입되도록 연장 형성되고, 타단부 일측에 상기 웨지가 승강 가능하게 결합되되, 상기 웨지가 상기 핑거형 터빈 루트의 취약부위 측정위치 상부에 위치하도록 연장 형성되는 연장 진입부
    를 포함하는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 초음파 탐촉부는
    상기 웨지에 경사지게 결합되어 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 발진하거나 상기 단면감소부에서 반사된 초음파를 수신하는 초음파 탐촉자를 포함하는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 초음파 탐촉부는
    상기 웨지에 경사지게 결합되어 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부로 초음파를 발진하는 초음파 탐촉자를 포함하고,
    상기 웨지에 수직하게 결합되어 상기 초음파 탐촉자에서 발진되어 상기 단면감소부에 반사된 초음파를 수신하는 초음파 수신자를 더 포함하는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 탐촉부는 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부에 초음파가 8° 내지 20° 경사지게 조사되도록 제공되는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초음파 탐촉부는 상기 핑거형 터빈 루트 중 취약부위인 단면감소부에 초음파가 10° 내지 14° 경사지게 조사되도록 제공되는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 걸림턱부의 일측에는 공기압을 형성하는 제1실린더가 제공되고,
    상기 웨지는 상기 제1실린더와 배관을 매개로 연결되어 상기 제1실린더에서 형성된 공기압에 의해 승강하는 제2실린더의 단부에 제공되는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 제1실린더는
    상기 걸림턱부의 일측에 형성되는 제1원통부와,
    상기 제1원통부의 내주면에 오링을 매개로 밀봉되어 승강 가능하게 제공되는 제1실린더 헤드부와,
    상기 제1실린더 헤드부에 설치되어 상기 제1원통부를 관통하여 외부로 노출되는 작동로드와,
    상기 제1원통부에 연계되어 외부 공기가 유출입되는 공기홀을 포함하는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제1실린더는
    상기 제1실린더 헤드부와 상기 제1원통부 사이에 개재되어 상기 제1실린더 헤드부가 복귀되도록 탄성력을 부여하는 탄성체를 더 포함하는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
  11. 청구항 8에 있어서, 상기 제2실린더는
    상기 연장 진입부의 일측에 형성되는 제2원통부와,
    상기 제2원통부의 내주면에 오링을 매개로 밀봉되어 승강 가능하게 제공된 제2실린더 헤드부를 포함하고,
    상기 제2실린더 헤드부에는 상기 초음파 탐촉부가 설치되어 외부로 노출되도록 제공되는 핑거형 터빈 루트 검사 장치.
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