专利名称：一种汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种超声成像相控阵换能装置，尤其涉及一种汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置。
背景技术：
目前，汽轮机转子叶片作为重要的受监金属部件，除了承受巨大的交变应力和扭矩之外，还要承受高温高速汽体的冲击，叶片菌型根部是叶片与轮缘相连接的部分，为了保证在任何运行条件下叶片都能牢靠地固定在叶轮上，叶片菌型根部埋藏在叶轮内部。若叶片菌型根部存在缺陷而不能及时发现，将会叶片在转动过程中出现飞脱现象，造成严重的生产事故。因此，对叶片菌型根部进行预防性检查是消除设备隐患、确保机组安全运行的重要手段。叶片菌型根部在超超临界发电机组中大量应用，以某600丽发电机组汽轮机为例，其高压转子二级动叶片、中压转子末三级动叶片和低压转子前五级动叶片均为叶片菌型根部。叶片菌型根部的形状如图1所示，其中，Dl为75mm，D2为45.5mm, D3为17mm，D4为25mm，D5为33.5mm，夹角A为24.8°。叶片菌型根部结构复杂，应力集中部位较多，缺陷多存在于菌型齿弧面部位。目前的现有技术中，对叶片菌型根部检测多采用常规超声检测，常规超声检测主要采用纵波、横波的一次脉冲反射法，仅能检测到叶片菌型根部第一齿弧面位置，其余部分几乎全部处于失检状态。并且，检测过程中存在干扰因素多的缺点，对检测人员要求很高，检测准确性不佳。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置，具有良好的声束可达性，能够对复杂几何形状的叶片菌型根部进行全面准确地成像检查。本实用新型采用下述技术方案:一种汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置，包括相控阵换能器和楔土夹，所述的相控阵换能器中心频率为5MHz-10MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为0.阵元长度为8mm-10mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器基体内，偏转角范围为15° -75。,所述的楔块包括底部前切割角为24.8°的第一楔块和底部后切割角为24.8°的第二楔块，第一楔块和第二楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。所述的第一楔块和第二楔块顺声束方向设置有消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块和第二楔块结合，第一楔块和第二楔块通过螺纹孔与换能器螺栓连接。所述的相控阵换能器为倒T形,长28mm,宽15mm,高24mm。本实用新型采用的汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置具有良好的声束可达性，通过使用楔块改变超声发射声束，使该声束能入叶片菌型根部内部覆盖所有重点检测部位能对复杂几何形状的工件进行全面成像检查，在不移动或少移动探头的情况下，优化控制焦点尺寸，焦区深度和声束方向，在检测速度，范围，分辨率，信噪比和灵敏度等方面均得到提高，并且成像直观，缺陷反射回波可迅速准确定位。
图1为叶片菌型根部的结构示意图；图2为本实用新型所述相控阵换能器的结构示意图；图3、图4为本实用新型所述第一楔块的结构示意图；图5、图6为本实用新型所述第二楔块的结构示意图；图7为相控阵换能器配合第一楔块时声束覆盖模拟效果图；图8为相控阵换能器配合第二楔块时声束覆盖模拟效果图。
具体实施方式
本实用新型所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置，包括相控阵换能器I和楔块，所述的相控阵换能器I为倒T形,长28mm,宽15mm,高24mm ;相控阵换能器I中心频率为5MHz-10MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为0.阵元长度为8mm-10mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器I基体内，偏转角范围为15° -75。，所述的楔块包括底部前切割角为24.8°的第一楔块2和底部后切割角为24.8°的第二楔块4，第一楔块2和第二楔块4采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。第一楔块2和第二楔块4顺声束方向设置有用于吸收界面反射声波、减小回波干扰的消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块2和第二楔块4结合，第一楔块2和第二楔块4通过螺纹孔与换能器螺栓连接。现有的相控阵换能器I使用时，声场分布除了主瓣外还会出现副瓣和较高的旁瓣。栅瓣是产生伪像的主要原因之一，但旁瓣的出现会降低主瓣的能量和系统的对比度分辨力，同时也可能会造成伪像。由于系统的横向分辨力主要取决于主瓣的宽度，所以减少主瓣宽度即可提高系统的横向分辨力，综上所述，本实用新型所述相控阵换能器I的设计主要原则即为最优化波束指向性，抑制旁瓣，消除栅瓣。换能器涉及的主要参数为:阵元数量为N，阵元中心间距为d，阵元宽度为α，中心波长为入。为更好描述波束指向性起见，引入一个参数Π，其定义为方向锐角与η的比值，公式如下:
权利要求1.一种汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置，包括相控阵换能器和楔块，其特征在于:所述的相控阵换能器中心频率为5MHZ-10MHZ，阵元数目为16-32个，阵元间距为0.阵元长度为8mm-10mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器基体内，偏转角范围为15° -75。,所述的楔块包括底部前切割角为24.8°的第一楔块和底部后切割角为24.8°的第二楔块，第一楔块和第二楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。
2.根据权利要求1所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置，其特征在于:所述的第一楔块和第二楔块顺声束方向设置有消声橡胶，消声橡胶以锯齿方式与第一楔块和第二楔块结合，第一楔块和第二楔块通过螺纹孔与换能器螺栓连接。
3.根据权利要求2所述的汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置，其特征在于:所述的相控阵换能器为倒T形,长28mm,宽15mm,高24mm。
专利摘要本实用新型公开了一种汽轮机叶片菌型根部超声成像相控阵换能装置，具有良好的声束可达性，能够对复杂几何形状的叶片菌型根部进行全面准确地成像检查。其包括相控阵换能器和楔块，所述的相控阵换能器中心频率为5MHz-10MHz，阵元数目为16-32个，阵元间距为0.5mm-1mm，阵元长度为8mm-10mm，由矩形压电陶瓷晶片构成的阵元以线性形式在平行于换能器基体宽度方向布局，嵌于相控阵换能器基体内，偏转角范围为15°-75°，所述的楔块包括底部前切割角为24.8°的第一楔块和底部后切割角为24.8°的第二楔块，第一楔块和第二楔块采用有机玻璃或聚丙乙烯制成，内部声速为2337m/s。
文档编号G01N29/22GK203011895SQ201320010658
公开日2013年6月19日 申请日期2013年1月9日 优先权日2013年1月9日
发明者杨旭, 汪毅, 李世涛 申请人:河南省电力公司电力科学研究院, 国家电网公司