專利名稱：用于渦輪機和發(fā)電機轉子孔的相控陣超聲波檢測系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及超聲波無損測試，更具體地說，涉及一種相控陣超聲波測試系統(tǒng)和方法，用于檢測和/或檢查發(fā)電器材和其它工業(yè)器材。特別地，本發(fā)明涉及一種相控陣超聲波測試系統(tǒng)和方法，用于檢測和/或檢查諸如渦輪機和發(fā)電機轉子孔的渦輪機和發(fā)電機部件的不連續(xù)性。
背景技術：
在本領域中已知，日常檢測用于發(fā)電的蒸汽渦輪機和發(fā)電機以檢驗不連續(xù)性。在比如渦輪機和發(fā)電機的發(fā)電器材上執(zhí)行轉子孔檢測。這些檢測通常使用多種常規(guī)方法來實施，比如超聲波檢測和渦流檢測。超聲波檢測用于檢測圍繞孔的轉子的體積內部區(qū)域，而渦流檢測用于檢測孔表面。其它方法，比如視覺和磁粉檢測，已成功用于檢測所述孔，但是這些方法中的一些僅對與孔相交或十分靠近孔的不連續(xù)性敏感，結果僅產(chǎn)生材料的二維視圖和任何檢測到的不連續(xù)性。這些檢測的目的是確定瑕疵或不連續(xù)性在轉子體積內的存在。根據(jù)這些檢測獲得的結果用于評估部件的狀況和完整性。對部件的評估基于瑕疵或不連續(xù)性的特性，比如尺寸、方位和位置。檢測技術及由此獲得的數(shù)據(jù)的精度和準度越大，用于確定部件狀況的評估越可靠。希望標識不連續(xù)性以避免前進到危害部件完整性和潛在的部件故障的程度。這樣的部件的突然災難性故障的后果是嚴重的。然而，在一些情況下，在分析中并入大安全邊際，以補償檢測數(shù)據(jù)的準度和分辨率的缺失。雖然該方法是安全的，但是其是無效的，因為部件實際上可安全操作的時間超出保守評估所標識的時間。用于目前使用的渦輪機和發(fā)電機轉子的典型制造過程包括鍛造過程，該鍛造過程將雜質摻入鍛件的中心?？赏ㄟ^鉆出一孔(例如鉆孔)來穿過轉子的中心而去除雜質。鉆孔直徑的大小通常與轉子中心線附近的雜質的數(shù)量和位置有關。雜質數(shù)量越多，所鉆出的孔的直徑越大。盡管鉆出鉆孔是去除大部分雜質的方法，但是鉆孔在轉子操作期間會受到應力，這會導致轉子材料中的不連續(xù)性。此外，殘余在孔區(qū)域(體積)外部的其它雜質或夾雜物可在服務相關應力之下逐步發(fā)展，并可能導致故障。常規(guī)超聲波檢測方法包括使用一個或多個換能器將高頻率聲波施加到正受測試的結構。換能器通常包括壓電晶體元件，該壓電晶體元件由電壓激勵，以在結構中引起超聲波。當超聲波與某些具有與傳播介質的阻抗明顯不同的阻抗的事物(例如，空隙、裂紋或其它缺陷)交互作用時，一部分超聲波反射或衍射回產(chǎn)生超聲波的源頭。對返回的超聲波模式的檢驗和量化用于確定反射介質的特性。在該被稱為轉子孔聲波檢測的方法中，自動系統(tǒng)通常用于通過一些方便方法在轉子孔內傳輸超聲波換能器，換能器將聲音(即超聲波或波束)從轉子孔表面引入轉子材料，并朝向轉子孔的外直徑引導聲音。超聲波可適當?shù)卮┩皋D子材料，通過收集、處理和觀察發(fā)生在鍛件內的波的任何反射，人們可對材料的完整性略知一二。在轉子孔聲波檢測中，縱向超聲波在徑向方向上被引導；剪切超聲波從孔表面順時針和逆時針圍繞轉子成角度地被引導，剪切超聲波還在沿轉子長度的軸向方向上被引導。標準超聲波換能器可用于完成轉子孔聲波檢測。例如，剪切波角度波束檢測使用有機玻璃楔形件來使波束折射預定的固定角度。如果在檢測期間需要其它的角度，那么移動換能器，改變楔形件以獲得期望的折射角度。改變換能器和楔形件是費時的，并需要許多楔形件和換能器來掃過幾個不同攻角。相控陣超聲波技術通常提供對多元件換能器(相對于常規(guī)超聲波檢測的單元件換能器)中的單獨元件的計算機控制激勵(例如，振幅和延遲)。壓電復合元件的激勵可產(chǎn)生聚焦的超聲波束，并可經(jīng)由軟件修改波束參數(shù)，比如角度、焦距和焦點。由此，可實施計算機控制的波束掃描模式，以朝向感興趣的區(qū)域引導或指引波束，并搜索轉子孔中的裂紋和其它不連續(xù)性。在特定已知的超聲波測試系統(tǒng)中，換能器放置在渦輪機或發(fā)電機轉子的外部，相控陣列用于從孔的外部向孔的內部進行檢測。在另外的已知系統(tǒng)中，水被引入轉子的內部，用于檢測和檢查渦輪機或發(fā)電機轉子孔的換能器浸入水中。此外，在這些已知系統(tǒng)中，每個換能器定位成收集來自從換能器發(fā)射的波束的數(shù)據(jù)。波束在單個固定的預設定/預指定方向上發(fā)射出?？筛鶕?jù)期望的方向重新定位換能器來改變換能器的方向。例如，在本文中先前所述的固定角度的楔形件可用于重新定位換能器，以在不同方向上發(fā)射波束。仍需要一種用于渦輪機和發(fā)電機轉子孔的改進的超聲波測試系統(tǒng)。已知系統(tǒng)的能力有局限性。例如，已知系統(tǒng)利用固定角度的楔形件來指引波束，由此，重新定向波束要求移動換能器，并重新定位在不同位置。而且，已知系統(tǒng)可以包括具有固定焦點的波束，從而不檢測換能器的近場和遠場中的區(qū)域。由此，希望提供一種超聲波測試系統(tǒng)，其提供一批角度以檢測感興趣的區(qū)域(例如，扇形掃描)，并能夠改變換能器的焦點深度。

發(fā)明內容
本發(fā)明滿足了這些和其它需求，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)和方法，其使用先進的相控陣超聲波測試設備和方法來檢測工業(yè)機械，工業(yè)機械是比如諸如渦輪機和發(fā)電機轉子孔的渦輪機和發(fā)電機部件。作為本發(fā)明的一方面，提供相控陣超聲波測試系統(tǒng)來檢查形成在渦輪機或發(fā)電機轉子組件的轉子內的轉子孔。該轉子具有內表面和外表面。所述內表面充當轉子孔的表面。相控陣超聲波測試系統(tǒng)包括相控陣超聲波換能器，其構造成在第一位置聯(lián)接到轉子孔的表面。所述相控陣超聲波換能器從第一位置朝向轉子孔的表面的第二位置發(fā)射超聲波束?？刂葡到y(tǒng)適合于限定超聲波束的多個聚焦法則，控制超聲波束從相控陣超聲波換能器的發(fā)射，并指引和聚焦超聲波束以實施對轉子孔的無損檢查。所述控制系統(tǒng)可包括計算機和控制器，其中，所述計算機構造成給控制器編程，所述控制器適合于操縱換能器以進行檢查。至少一個相控陣超聲波換能器可以是具有多個元件的二維相控陣換能器，其中，控制系統(tǒng)適合于致動所述元件以在第一方向和第二方向上指引波束。作為本發(fā)明的另一方面，涉及一種超聲檢查形成在渦輪機或發(fā)電機轉子組件的轉子中的轉子孔的方法。所述方法包括將相控陣超聲波換能器在第一位置聯(lián)接在轉子孔的表面上；從位于第一位置的相控陣超聲波換能器朝向待檢查的轉子孔的第二位置發(fā)射超聲波束；計算超聲波束的多個聚焦法則；根據(jù)聚焦法則給控制系統(tǒng)編程以控制所述超聲波束從相控陣超聲波換能器的發(fā)射；以及將超聲波束指引并聚焦至轉子孔的待檢查的部分。所述方法可還包括收集來自渦輪機或發(fā)電機轉子孔的一部分的超聲波數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)以檢驗其中的不連續(xù)性。執(zhí)行對渦輪機或發(fā)電機轉子孔的超聲波檢查可包括使用超聲波測試技術，超聲波測試技術從由脈沖回波、發(fā)收檢測(pitch catch)、電子掃描、動態(tài)深度聚焦、扇形掃描和它們的組合構成的組中選擇。所述方法可還包括使用計算機給控制系統(tǒng)的控制器編程，所述編程包括限定超聲波束的聚焦法則。編程步驟可包括限定聚焦法則，聚焦法則從由波束角度、焦距、波束寬度、焦點和它們的組合構成的組中選擇。


通過結合附圖閱讀下面對優(yōu)選實施例的描述可全面地理解本發(fā)明，附圖中圖1是現(xiàn)有技術渦輪機轉子組件的橫截面視圖；圖2是本發(fā)明的用于檢測渦輪機轉子孔的相控陣超聲波測試系統(tǒng)的簡化視圖；圖3是二維相控陣換能器及其元件的簡化底視圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種超聲波測試系統(tǒng)和方法，用于檢測和檢查工業(yè)機械的各部件，t匕如但并不局限于渦輪機和發(fā)電機部件，渦輪機和發(fā)電機部件是比如形成在渦輪機或發(fā)電機轉子組件的轉子內的轉子孔。根據(jù)超聲波測試檢測獲得的結果用于評估部件的狀況。本發(fā)明可用于各種各樣的工業(yè)器材，尤其用于發(fā)電器材。然而，為了便于描述，本文中所述的本發(fā)明用于發(fā)電渦輪機(例如，發(fā)電機和蒸汽渦輪機)的超聲波檢測。本文中使用的方位短語，比如“上部”、“下部”、“頂部”、“底部”、“左”、“右”和它們的派生詞指的是附圖中所示元件的方位，并不限制權利要求，除非在其中明確表述。如在本文中所使用的，兩個或多個部件“聯(lián)接”起來的陳述應當理解為這些部件直接連接起來或經(jīng)由一個或多個中間部件連接起來。如在本文中所使用的，短語“復雜的幾何形狀”涉及具有多種不同形狀和構造的物體，該物體的一部分的形狀或構造明顯不同于該物體的另一部分。例如，并不局限于此，復合曲線是在本文中所使用的復雜的幾何形狀。復合曲線在多于一個的方向或維度上改變或變化(例如，包括凸形或凹形部分)。本發(fā)明利用相控陣超聲波測試來檢測發(fā)電中采用的器材，發(fā)電中采用的器材比如渦輪機和發(fā)電機，渦輪機和發(fā)電機是比如渦輪機和發(fā)電機轉子，更具體地是形成在渦輪機和發(fā)電機轉子內的孔。相控陣超聲波測試系統(tǒng)可包括單個換能器或多個換能器。每個換能器通常制造為形成換能器的一系列單獨元件。這些單獨元件能夠以不同的序列被脈動，允許相對于轉子孔使從單獨元件發(fā)射出的超聲能量成型、形成一定角度或聚焦。相控陣換能器聯(lián)接至孔的表面(例如，轉子的內表面)。從孔表面使用相控陣檢測換能器允許同時執(zhí)行多角度波束檢測掃描，而不需要使用許多單獨的楔形件來折射聲音(這在常規(guī)孔聲波檢測方法中是必要的)。可以在豎直方向或水平方向上執(zhí)行掃描。而且，通過使用額外的聚焦法貝U，換能器可調焦成提供對轉子材料中的瑕疵增強的靈敏度，而不需要改變或重新定位換能器。相控陣超聲波測試的結果用于評估正被檢測部件的狀況和完整性。例如，來自不連續(xù)性的外邊緣的反射可用于準確地估計指示的范圍。其它相控陣技術可用于區(qū)分已存在于轉子材料中的相應嚴重瑕疵與較不嚴重的孔缺陷或其它小的鍛件缺陷。盡管詳細描述了本發(fā)明的特定實施例，但是本領域技術人員應當明白的是，根據(jù)本公開的總教導，可以對這些細節(jié)進行各種修改和替代。因此，公開的特定布置僅是示意性的，而不限制本發(fā)明的范圍。而且，附圖示出，并且涉及附圖的下面討論描述出渦輪機轉子組件，以便于描述和說明。然而，附圖和討論可同等地施加到發(fā)電機轉子組件。圖1示出本發(fā)明的渦輪機轉子組件I。在圖1的示例中，渦輪機轉子組件I包括轉子100、圓盤105、孔110和孔開口 115。轉子100具有內表面120和外表面125。內表面120充當孔110的表面。圓盤105通過使用本領域中已知的任何常規(guī)裝置(未示出)而聯(lián)接到轉子孔100?？组_口 115提供進入孔110的入口。圖2示出本發(fā)明的一個實施例的相控陣超聲波測試系統(tǒng)50，用于測試如圖1所示的渦輪機轉子組件I。圖2包括如圖1所示的轉子100、圓盤105、孔110、孔開口 115、內轉子表面120和外轉子表面125。圖2還示出聯(lián)接到楔形件52的超聲波換能器54 (或探針)。在另外的實施例中，可以使用多于一個的超聲波換能器54和楔形件52的組合。如前所述，在實施例中，可使用自動系統(tǒng)將換能器54和楔形件52經(jīng)由孔開口 115插入孔110中，自動系統(tǒng)在本領域通常用于在孔110內傳輸超聲波換能器。楔形件52聯(lián)接到安裝區(qū)域123。安裝區(qū)域123位于內轉子表面120上，內轉子表面充當孔110的表面。波束(未示出)從換能器54發(fā)射出，穿過楔形件52，接著穿過正被測試的物體(例如孔110)。由此，楔形件52充當光學透鏡型裝置以進一步控制(例如引導、指引)波束到達期望的檢查區(qū)域(例如孔110)。在該方式中，楔形件52可在某種程度上控制例如(并不局限于此)波束的寬度和方向，以使波束“聚焦”在感興趣的區(qū)域上。然而，特定楔形件52的指引能力是有限的。因此，明白的是，已知的ID換能器需要多個楔形件，以檢測例如圖2中的孔110的區(qū)域?？妆砻?S卩，內轉子表面120)上的多個楔形件的選擇、放置和更換是費時的過程，這極大地增加了檢測的總持續(xù)時間。盡管本領域中已做出改進以試圖更有效地放置楔形件52和換能器54 (參見例如美國專利6792809公開的“Self-Aligning TurbineDisc Inspection Apparatus”)，但是希望減少所需的楔形件52的數(shù)量來準確地執(zhí)行檢測。本發(fā)明的相控陣超聲波測試系統(tǒng)50和方法通過提供2D波束指引能力和用于控制從換能器54發(fā)射的波束的控制系統(tǒng)56而成功實現(xiàn)了該目的。換能器54經(jīng)由第一電力電纜62與控制系統(tǒng)56連通。第一電力電纜62的一端聯(lián)接至換能器54，而第一電力電纜62的另一端聯(lián)接至控制系統(tǒng)56的控制器60?？刂破?0經(jīng)由第二電力電纜64聯(lián)接至計算機58。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使用其它構造(未示出)。例如，在一個實施例中，可以使用無線構造(未示出)，或者在另外的實施例中，可以除去例如控制器60，使得換能器54直接由計算機58及其軟件控制?？刂破?0可以是適合于操縱換能器54的任何已知或合適的相控陣換能器控制單元。更確切地說，計算機58包含用于給控制器60編程的軟件，以根據(jù)預定系列的聚焦法則操縱換能器54。因此，在操作中，使用計算機58可以輸入和修改波束參數(shù)，比如角度、焦距和焦點，它們共同地形成換能器54的聚焦法則。輸入計算機58的波束參數(shù)可用于給控制器60編程，以控制換能器54，從而根據(jù)這樣的聚焦法則執(zhí)行對渦輪機的期望部分(例如，渦輪機轉子孔)的檢查。應當明白的是，可以使用任何已知或合適的軟件程序來限定聚焦法則和所有其它給控制器60編程所必需的參數(shù)，以實施期望的檢查。通過非限制性示例，已知的相控陣換能器控制器以商業(yè)名稱TomoScan III PA在商業(yè)上可獲得,TomoScan III PA可從Zetec，Canada獲得。例如，TomoScan III PA或類似系統(tǒng)可裝備在控制系統(tǒng)56中，以管理獲得的超聲波信號，并提供對信號的實時成像和/或對先前獲得的數(shù)據(jù)離線分析。TomoScanIII PA可用作獨立的軟件包，用于給待執(zhí)行的超聲波檢查編程，實施所述檢查并獲得數(shù)據(jù)，然后分析用于不連續(xù)性的數(shù)據(jù)?；蛘?，TomoScan III PA可與多種多樣的其它已知或合適的軟件包結合使用，這些已知或合適的軟件包可用于例如分別地發(fā)展聚焦法則，并給控制器60編程。應當明白的是，另外的系統(tǒng)(未示出)可以與本發(fā)明的相控陣換能器控制單元60結合使用。例如，并不局限于此，運動控制單元(未示出)可用于控制輸送機構，以自動地定位和安裝換能器。如前所述，可使用輸送機構將換能器輸送通過孔開口 115，并輸送進孔110中。通常，輸送機構提供一般為液壓或氣動的機構，以恰當?shù)貙Q能器54定位在孔110中，并提供一種裝置，換能器54通過該裝置保持在內轉子表面120上。而且，可從渦輪機轉子孔的部分收集超聲波數(shù)據(jù)，并分析該數(shù)據(jù)以檢驗其中的不連續(xù)性。對數(shù)據(jù)的分析可使用本領域中已知的各種技術來執(zhí)行。例如，軟件程序可用于執(zhí)行該分析。在一個實施例中，可以使用如美國專利申請出版物2009/0307628所述的軟件，該專利在本文中作為引用并入本文。如上所述，已知的轉子孔超聲波測試技術通常局限于例如美國專利6736011所述類型的線性或一維(ID)換能器和方法。本發(fā)明的換能器54和相控陣超聲波測試系統(tǒng)50提供二維(2D)檢測。為了進一步說明本發(fā)明的改進方面，繼續(xù)參見圖2，提供與已知的超聲波換能器和測試方法相比的非限制性示例，并提供示例性系統(tǒng)50和方法。下面提供的示例僅用于示意性目的，并不限制本發(fā)明的范圍。示例對于該示例，要檢查寬度約為3英寸(7. 62厘米)的轉子100的孔110的區(qū)域。為了使用已知的超聲波測試技術檢測該區(qū)域，需要約六個不同的楔形件(未示出)，然而可使用如圖2所示的相控陣超聲波測試系統(tǒng)50的示例性實施例的單個楔形件52來檢測同一區(qū)域。已知的ID技術受限于其在相對大區(qū)域上指引波束的能力，由此需要多個楔形件。確切地說，如上所述，一維換能器僅能在單方向上指引，這使得當楔形件和換能器安裝在不完全平坦的曲面上時，難以如所希望的那樣控制波束。位于渦輪機轉子孔(通常為柱形體)的內表面上的各換能器安裝表面是曲面，并且不平坦。由此，要求上述多個(例如，六個)不同楔形件能夠在使例如波束發(fā)散、會聚或聚焦至期望檢查區(qū)域期間適應孔110的幾何形狀。相反地，本發(fā)明的換能器54是可編程的，并且在兩個維度上是可控制的(例如可被調焦)。經(jīng)由示例性控制系統(tǒng)56，尤其通過以期望的聚焦法則對控制器60編程(而不是通過更換多個不同楔形件來獲得類似的結果)來調焦換能器54顯著地簡化了檢測過程。與常規(guī)系統(tǒng)和方法的持續(xù)時間相比，示例性系統(tǒng)50和方法有望顯著減少轉子孔檢測的持續(xù)時間。確切地說，預期的是，系統(tǒng)50可潛在地將檢測時間減少為約一個12小時周期，這使得渦輪機停機時間潛在地短至一天，而不是常規(guī)檢測方法通常所需要的約三天。還期望的是，所需用于典型轉子孔檢測的楔形件(例如楔形件52)的數(shù)量減少約50%-80%，或減少更多。這在前述示例中得以證明，前述示例說明了楔形件的數(shù)量從六個楔形件減少為單個楔形件52，減少了 80%多。對于該示例，在本發(fā)明的另外實施例中，可以使用多個相控陣換能器，比如但并不局限于兩個相控陣換能器。額外的換能器有利于優(yōu)化掃描時間。圖3是示例性換能器54 (如圖2所示)的底部的簡化圖，如前所述，該換能器是2D相控陣換能器。如所示，示例性2D換能器54包括單獨的元件53。在圖3中，三十個單獨的元件53布置成3 X 10陣列。每個單獨的元件53本質上充當獨立的換能器，以在兩個方向上，即如箭頭55所指從左至右(圖3的視圖)、如箭頭57所指從上至下(相對于圖3)指引從換能器54發(fā)射的超聲波束。因此，如上文所述，可有效地操控和調焦單個換能器54，使得其與ID設計相比，可使用減少數(shù)量的楔形件來有效地執(zhí)行相當?shù)臋z測。應當明白的是，本發(fā)明不局限于使用特定的2D相控陣換能器。具有合適數(shù)量的元件的任何已知或合適的2D相控陣換能器可與示例性系統(tǒng)50 (如圖2所示)一起使用。圖3所示類型的2D相控陣換能器在商業(yè)上可獲得，例如不局限于從Imasonic S. A.獲得，Imasonic S. A.在Besancon, France具有營業(yè)地點。通常，相控陣換能器可根據(jù)使用它們的應用的要求定制。還應當明白的是，如在本文中所述，示例性相控陣超聲波測試系統(tǒng)50 (如圖2所示)和方法還有利地用于改進ID相控陣換能器的性能(例如不局限于指引和聚焦能力)。系統(tǒng)50 (如圖2所示)可還用于使用常規(guī)(例如，非相控陣換能器)傳感器(例如，測量傳感器、熱傳感器、光學傳感器)來收集數(shù)據(jù)，以勾勒出未知幾何形狀的渦輪機部件的輪廓，用于隨后對渦輪機部件的超聲波檢查。例如，相控陣換能器或非相控陣換能器可用于產(chǎn)生來自孔的內部體積的數(shù)據(jù)，孔數(shù)據(jù)可用于確定轉子的幾何形狀。進一步應當明白的是，在本發(fā)明的某些實施例中，楔形件52可與換能器54結合，而不是作為換能器54所連接的獨立部件。例如，換能器54可以期望的角度永久地連接至楔形件52。而且，應當明白的是，可以使用超聲波檢測技術的各種類型或方法，比如但并不局限于脈沖回波技術。通常，對于脈沖回波技術，兩個或更多2D相控陣換能器實際上彼此相鄰定位。接著，波束從每個換能器發(fā)出，使得當遇到缺陷或不連續(xù)性時，來自每個換能器的波束作為回波反彈回發(fā)射波束的換能器。然后，使用控制系統(tǒng)56 (如圖2所示)分析回波。前述脈沖回波技術僅僅是使用本發(fā)明來檢測渦輪機轉子孔所采用的許多方法和技術中的一個示例。例如，還可以使用各種各樣的其它已知或合適的波束聚焦和掃描方法，例如，電子掃描、動態(tài)聚焦和/或扇形掃描(通常指的是方位或角度掃描)。Dr. MichaelD. C. Moles 等人于 2004年在 R/D Tech Inc.的 Introduction to Phased Array UltrasonicTechnology Applications中詳細描述了這些方法中的每一個。如前所述，如圖2所示，相控陣超聲波測試系統(tǒng)50經(jīng)由換能器54的計算機控制的操縱來完成上述先進的超聲波測試技術。根據(jù)本發(fā)明執(zhí)行的相控陣超聲波檢測允許對轉子體積內的瑕疵和不連續(xù)性進行較高分辨率成像。還允許從各個入射角度(扇形掃描)觀察(探詢)相同的瑕疵和不連續(xù)性，與常規(guī)超聲波檢測所提供的描述相比，這可提供對瑕疵和不連續(xù)性的位置和尺寸的改進的描述。當比如Siemens Energy, Inc.等公司檢查其自己的潤輪機或發(fā)電機部件時,與比如渦輪機或發(fā)電機轉子孔的幾何形狀有關的參數(shù)是已知的，當對聚焦法則編程時，僅需經(jīng)常將這些參數(shù)輸入軟件。例如，部件的工程制圖或計算機模型通常是可得到的，并可輸入軟件。然而，并不總會知道幾何形狀，比如，當檢測由另一公司制造的渦輪機和發(fā)電機部件時。在這樣的情況下，首先可以使用已知技術和方法獲取待測試物體的幾何形狀的模型，或者勾勒出待測試物體的幾何形狀的輪廓。因此，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，用于更有效地檢測各種各樣的已知和未知的復雜和簡單幾何形狀的工業(yè)部件。本發(fā)明的相控陣超聲波測試系統(tǒng)和方法提供對工業(yè)機械(比如渦輪機或發(fā)電機轉子孔)的精確、準確和可靠檢測，以檢驗轉子體積內的不連續(xù)性和瑕疵，并評估部件(例如，渦輪機或發(fā)電機轉子)的狀況和完整性以及確定部件的壽命評估，與常規(guī)轉子孔檢測技術相比，這可在減少的時間周期內完成。盡管詳細描述了本發(fā)明的特定實施例，但是本領域技術人員應當明白的是，根據(jù)本公開的總教導可以對這些細節(jié)進行各種修改和替代。因此，公開的特定布置僅是示意性的，并不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明具有所附權利要求及其任何和所有同等物的全部范圍。
權利要求
1.一種相控陣超聲波測試系統(tǒng)，用于檢查形成在渦輪機或發(fā)電機轉子組件的轉子內的轉子孔，所述轉子具有內表面和外表面，所述內表面充當所述轉子孔的表面，所述相控陣超聲波測試系統(tǒng)包括:相控陣超聲波換能器，構造成在第一位置聯(lián)接至所述轉子孔的表面，所述相控陣超聲波換能器從所述第一位置朝向所述轉子孔的表面的第二位置發(fā)射超聲波束；以及控制系統(tǒng)，適合于限定所述超聲波束的多個聚焦法則、控制所述超聲波束從所述相控陣超聲波換能器的發(fā)射、指引和聚焦所述超聲波束，以完成對所述轉子孔的無損檢查。
2.如權利要求1所述的相控陣超聲波測試系統(tǒng)，其中，所述控制系統(tǒng)包括計算機和控制器；所述計算機構造成給所述控制器編程，所述控制器適合于操縱所述相控陣超聲波換能器，以進行無損檢查。
3.如權利要求1所述的相控陣超聲波測試系統(tǒng)，其中，所述相控陣超聲波換能器包括具有多個元件的二維相控陣換能器；所述二維相控陣換能器安裝在所述轉子孔的表面上的固定位置處；所述控制系統(tǒng)適合于致動所述元件，以在第一方向和第二方向上指引所述波束。
4.如權利要求1所述的相控陣超聲波測試系統(tǒng)，其中，所述轉子孔的表面是曲面。
5.如權利要求1所述的相控陣超聲波測試系統(tǒng)，包括布置在所述轉子孔的表面和所述相控陣超聲波換能器之間的楔形件，所述楔形件構造成將所述相控陣超聲波換能器聯(lián)接到所述轉子孔的表面，并將所述超聲波束聚焦至所述轉子孔的正被檢查的部分上。
6.如權利要求1所述的相控陣超聲波測試系統(tǒng)，其中，多個相控陣超聲波換能器聯(lián)接至所述轉子孔的表面。
7.如權利要求1所述的相控陣超聲波測試系統(tǒng)，其中，所述相控陣超聲波換能器包括多個元件。
8.一種超聲檢查形成在渦輪機或發(fā)電機轉子組件的轉子中的轉子孔的方法，所述方法包括:將相控陣超聲波換能器在第一位置聯(lián)接在所述轉子孔的表面上；從位于所述第一位置的相控陣超聲波換能器朝向待檢查的轉子孔的第二位置發(fā)射超聲波束；計算超聲波束的多個聚焦法則；根據(jù)所述聚焦法則給控制系統(tǒng)編程以控制所述超聲波束從所述相控陣超聲波換能器的發(fā)射；以及將所述超聲波束指引并聚焦至所述轉子孔的待檢查的部分。
9.如權利要求8所述的方法，還包括收集來自所述轉子孔的超聲波數(shù)據(jù)，并分析所述數(shù)據(jù)以檢驗其中的一個或多個不連續(xù)性。
10.如權利要求8所述的方法，還包括使用從由脈沖回波、發(fā)收檢測、電子掃描、動態(tài)深度聚焦、扇形掃描和它們的組合構成的組中選擇的超聲波測試技術來執(zhí)行對所述轉子孔的超聲波檢查。
11.如權利要求8所述的方法，還包括使用計算機給所述控制系統(tǒng)的控制器編程，其中，所述編程包括限定所述超聲波束的聚焦法則。
12.如權利要求8所述的方法，還包括所述聚焦法則從由波束角度、焦距、波束寬度、焦點和它們的組合構成的組中選擇。
13.如權利要求8所述的方法，還包括所述相控陣超聲波換能器包含具有多個元件的二維(2D)相控陣換能器 。
14.如權利要求8所述的方法，其中，所述轉子孔的表面是曲面。
15.如權利要求8所述的方法，其中，所述方法用于確定所述轉子的幾何形狀。
16.如權利要求8所述的方 法，其中，非相控陣換能器用于確定所述轉子的幾何形狀。
全文摘要
一種相控陣超聲波測試系統(tǒng)，用于檢查渦輪機或發(fā)電機轉子孔中的不連續(xù)性，渦輪機或發(fā)電機轉子孔形成在渦輪機或發(fā)電機轉子組件的渦輪機或發(fā)電機轉子內。該系統(tǒng)包括相控陣超聲波換能器，該相控陣超聲波換能器構造成在第一位置聯(lián)接至轉子孔的表面，以朝向待檢查的轉子孔的第二位置發(fā)射超聲波束。該系統(tǒng)還包括具有計算機和控制器的控制系統(tǒng)，用于經(jīng)由至少一個二維相控陣換能器編程、發(fā)射和指引超聲波束，由此精確地和準確地檢測感興趣的區(qū)域。對波束的計算機控制允許減少檢測位置的數(shù)量和不同換能器楔形件的數(shù)量，提供有效的適時檢測。
文檔編號G01N29/24GK103080741SQ201180041821
公開日2013年5月1日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權日2010年9月2日
發(fā)明者M.J.梅塔拉, W.A.阿巴西 申請人:西門子能量股份有限公司