專利名稱：金屬支柱的渦流檢查方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明總的涉及沿單一方向制出輪廓的金屬支柱如渦輪機的燕尾榫支柱的渦流檢查方法和設備。
背景技術：
常見的燃氣渦輪的轉子組合件中至少有一種包括一個轉子葉輪，其上連結著多個葉片。這些葉片從一平臺沿徑向向外伸出，該平臺在葉片的翼面部分和燕尾榫部分之間延伸。葉片的燕尾榫部分具有至少一對燕尾榫根，該燕尾榫根可將每一個轉子葉片偶聯到轉子葉輪外周緣上制出的互補的燕尾槽內。每一個這種槽相對于渦輪的中心線都被制成一個稱為扭轉角的角度。
在外輪緣上的燕尾槽的大小正好能接納葉片的燕尾榫部分的燕尾榫根。燕尾槽具有至少一個厚角和一個銳角。燕尾槽內的銳角關系到自然幾何形狀的應力集中狀態，該集中狀態會由于燕尾槽的扭轉角和設備的工作負載而被加劇。如果在使用中開始出現裂紋，這些裂紋會導致高工作周期的疲勞。用該燕尾槽長期連續工作會造成葉片脫落。通過正常的轉子維護，如果發現這些位置附近有裂紋，受影響的轉子或是需退役，或是需修理。
常見的用來檢查燃氣渦輪燕尾槽的方法中至少有一種是用單個手持渦流探頭來進行的。檢查者在要被檢查的燕尾槽的區域上移動手持探頭進行手工搜索，其時技術員注視示波器，找尋缺陷信號。使用這種型式的探頭檢查時很難完全覆蓋燕尾槽和槽底并記錄收集的數據以便進一步評估和比較。而且，單個小線圈很難走遍燕尾的幾何形狀，從而測試單個燕尾必需完成多次來回以致檢測到缺陷的概率較低。由于使用單個手持探頭需要大量時間來完成檢查，因此要完成一個完整的檢查較難且較費錢。
授予Hedengren等人的美國專利5,659,248號曾說明一種渦流表面測量陣列結構，可用來完整的覆蓋安放在下面的檢查表面而可不需機械掃描。另外把渦流傳感元件在第三維上的陣列組織成為多層二維子陣列的疊加。這些子陣列雖然是在不同的層次上，外形卻基本相同，只是互相參差，因此一層傳感元件至少能部分覆蓋另一層傳感元件所不覆蓋的那部分檢查表面。眾多的傳感元件被設置在用高密度互連制造技術或其他照相平板印刷技術制造的分層柔性結構內。對每一單層并對每一層的行和列用靜電(電子)掃描以便形成一個檢查表面的二維圖像。
授予Batzinger等人的美國專利6,547,467 B1號曾公開過一種用渦流檢查制有輪廓的工件的方法。該方法是用柔性而有彈性能屈服的材料制造一個支承件，使該支承件的制有輪廓的外表面的形狀與工件的制有輪廓的表面吻合。該支承件最好就地鑄成使它吻合工件的異表面。柔性的渦流陣列探頭被連結到支承件的輪廓外表面上，使當支承件靠近工件時探頭表面面向工件的輪廓表面。于是將至少一個墊片插入到支承件的一個槽內使支承件在體積上膨脹以便在探頭和工件的輪廓表面之間提供足夠的接觸壓力，從而使工件輪廓表面的檢查得以完成。
雖然Hedengren等人和Balzinger等人所提供的設備和方法都有效，但設備都較龐大，生產起來費錢，并且需要專門插置墊片以便維持與表面接觸。
發明概述因此本發明的某些設計提供一種檢查沿單一方向制有輪廓的金屬支柱的缺陷的方法。該方法包括將一渦流探頭夾緊在金屬支柱上，該探頭具有至少一個鉗口，其上有一與金屬支柱的輪廓吻合的表面。該形狀吻合的鉗口上設有多個渦流線圈，和一個設計得能感知其時所占至少一個位置或所作移動的傳感器。然后在夾緊時操作該渦流探頭使產生有關金屬支柱結構完整性的數據，再在夾緊時沿著支柱移動該探頭，同時感知支柱的結構完整性數據和渦流探頭的移動或位置(或兩者)。
另外，本發明的某些設計提供一種檢查沿單一方向制在輪廓的金屬支柱的缺陷的方法。該方法包括將一渦流探頭夾緊在金屬支柱上，該探頭具有至少一個鉗口，其上有一與金屬支柱的輪廓吻合的表面。該形狀吻合的鉗口上也設有多個渦流線圈，而該探頭具有至少一個橡膠輪設計得使該渦流探頭能沿金屬支柱移動，然后在夾緊時操作該渦流探頭使產生有關金屬支柱結構完整性的數據，再在夾緊時用橡膠輪使該探頭沿著支柱移動，同時感知所說結構完整性的數據。
本發明的某些設計還提供一種檢查沿單一方向上制有輪廓的金屬支柱的缺陷的設備。該設備包括具有至少一個鉗口的夾頭，鉗口上制有與金屬支柱的輪廓吻合的表面。該形狀吻合的鉗口上也設有多個渦流線圈，而探頭上設有至少一個傳感器，用來能感知位置或移動中的至少一個。
另外，本發明的某些設計還提供一種檢查沿單一方向制有輪廓的金屬支柱的缺陷的設備，該設備包括具有至少一個鉗口的夾頭，鉗口上制有與金屬支柱的輪廓吻合的表面。該形狀吻合的鉗口上也設有多個渦流線圈，而探頭上裝有至少一個機動輪，用來在夾緊時使夾頭準確地沿著金屬支柱移動。
由此可知本發明的設計可被用來對渦輪機的燕尾榫支柱和墊片的關鍵區域作完整的檢查，而在作燕尾榫支柱的檢查時探頭通過燕尾榫支柱而不是僅僅通過貫通槽。使用本發明的設計能夠減少檢查時間，從而使檢查能在灼熱燃氣路徑中斷片刻時完成。本發明的設計也可以高準確度和可靠的檢測概率來完成。另外，檢查可以自動化，檢查所得數據能夠存檔以便將來比較。
附圖簡述
圖1為一渦輪轉子葉輪緣在軸向上的剖視圖，該圖示出一對具有互相面向的輪廓表面而在其間形成燕尾槽的燕尾榫支柱，該燕尾槽需要檢查是否存在裂紋，有一本發明設計的渦流探頭被放置在其中一個燕尾榫支柱上以便用來檢查。
圖2以極其簡略的型式用平面圖畫出渦流表面測量陣列，該陣列包括三層二維錯開的子陣列和一個在圖1所示渦流探頭鉗口表面上的位置傳感元件。圖2所示平面垂直于圖1所示平面。而且為了便于圖示，該表面已被壓扁，并且沒有示出在圖1所示渦流探頭上出現的輪廓輪廓。
圖3為圖1所示渦流探頭鉗口表面的另一個設計圖。在這設計圖中，鉗口的輪廓被示出，而手柄只是部分被示出。
圖4為一柔性的印刷電路基底的部分視圖，該基底可被用來覆蓋圖3所示的渦流探頭的鉗口。
優選實施例詳細說明在本發明的某些設計中，參閱圖1和圖2，在渦流探頭上設有至少一個鉗口22或24，該鉗口在形狀上與金屬支柱18吻合，而該支柱沿單一方向B如徑向制出輪廓。支柱18例如為一要被檢查的燕尾榫支柱(并且如果有的話還包括墊片)，在軸向上具有恒定的輪廓。將渦流探頭10夾緊在金屬支柱(和墊片上，如果有的話)并在操作時使它越過支柱18的表面20以便產生有關金屬支柱18結構完整性的數據。
為了簡化起見，假定貫穿本說明所說金屬支柱18都是渦輪機的燕尾榫支柱。但應認識到本發明也可在其他型式的金屬支柱上使用。
在圖1中，燕尾榫支柱18在軸向的各個位置上都有一個恒定的橫截面，并在軸向上延伸一個比渦流探頭10大的長度。渦流探頭10當在垂直于圖1平面的方向上移動來通過燕尾榫支柱18的軸向長度。
渦流探頭10在某些設計中具有一對夾緊鉗口22、24，至少其中一個(如22)在面向支柱18表面20的表面或基底21上包括多個渦流線圈34。而且，至少一個夾緊鉗口22或24包括至少一個移動或位置傳感器36。在某些設計中，位置傳感器36可以是一個橡膠輪，該輪能給渦流探頭10提供一個沿燕尾榫支柱18軸向的有控制的移動。兩個鉗口可用彈簧加載使它們相對于樞軸23總是返回到抵壓在支柱18表面20的位置上。夾緊可通過手柄25作出，沿著支柱18軸向的移動也可用手工作出，在某些設計中，可通過手柄25作出。線圈34和位置傳感器36在某些設計中可通過有線或無線聯系26連接到包括有存儲器30的計算機28上。存儲器可以是任何一種型式的存儲元件及其組合，并且可包括例如能寫在固定或移動介質上的存儲器件。計算機28被編程與渦流探頭10連通，并能接受和存儲來自渦流探頭10的有關其位置支柱18結構完整性的數據以便當場及/或以后分析之用。
在某些設計中，參閱圖2，有多個渦流線圈34可操作地以任何一種合適的方式布置在其中至少一個鉗口22或24的表面31的上面、里面或下面，例如布置在一塊固定在表面31上的基底上。(表面31并非扁平的如圖2所示。事實上，表面31具有一個制成輪廓的燕尾的形狀，但為了簡單地用圖表示，表面31的曲率沒有在圖2中示出)。渦流線圈34可排成陣列如圖所示，并可按1997.08.19授予Hedengren等人的、題為“可完整地覆蓋檢查表面不用機械掃描的多層渦流探頭陣列”的美國專利5,659,248號中的說明制造。例如可以制造一個含有線圈34的柔性結構并將它永久地粘結在鉗口22及/或鉗口24的表面31上。在其他一些設計中，線圈34的陣列被埋藏或支承在鉗口22及/或鉗口24的表面31的下面以便可操作地感知在燕尾榫支柱18內的缺陷。線圈34不必按長方形排成陣列，也不需從圖2來推斷線圈34的具體布置或數量(不管是在一、二或三維內)。但線圈34應被排成陣列并有足夠的數量，以便當探頭10被夾緊在燕尾榫支柱18上并沿徑向A移動越過燕尾榫支柱18的整個深度時(在圖1中，方向A為垂直于圖面，即進入紙面內)，能對形狀吻合的燕尾榫支柱18的表面完整地感知。
在探頭10內裝有一個或多個編碼器36。編碼器36可以是任何一種合適的型式，包括電工的、機械的或光學的，只要當探頭10被夾緊在燕尾榫支柱18上時，能夠感知探頭10越過燕尾榫支柱18的移動即可。例如，但并不以此為限，圖2中的編碼器36可以是一個光學的檢測器，或者可以為接觸燕尾榫支柱18表面的編碼器輪36設置一個槽。在后一種情況下，當探頭10移動時編碼器輪36便會轉動并用電子編碼一個信號指出曾經發生的移動的方向和數量。編碼器36可裝在鉗口22和24中的一個或兩個上，不管編碼器36所裝的那個鉗口內是否設有線圈34。可以設置一個或多個編碼器36，但并不要求任何編碼器裝在設有線圈36的同一個鉗口22或24上。例如，如果線圈34只是設在一個鉗口22或24上，編碼器36可被設在另一個鉗口22或24上，只要兩個鉗口22和24在機械上偶聯，使位在支柱18一側的線圈34能從編碼器36的編碼的位置或移動數據確定其位置即可。
在某些設計中當渦流探頭10和燕尾榫支柱18相互相對移動并當線圈作為傳感器被操作而產生有關支柱18結構完整性的數據時，編碼后的位置或移動的信息被送到計算機28。在渦流探頭10內須設有數量足夠的線圈以保證各通道之間合適的搭接。
渦流探頭10的形狀須能完整地檢查燕尾榫支柱18的關鍵區域包括任何可能有的墊片。另外，由于具有可用的編碼位置數據，探頭10就可不需具有像燕尾榫支柱18那樣的深度(即沿方向A的尺寸)，這樣探頭10就可制造得小些，更便于攜帶和運輸，制造費用亦可較小。
渦流探頭10被夾緊在燕尾榫支柱18上及/或用手動使它移動越過要檢查的表面。在某些設計中，渦流探頭10的移動已改為機械化并受計算機的控制。在某些設計中，在標號36處使用橡膠輪來驅動渦流探頭10。輪36還可起到編碼器輪的作用或被一步進電機(未示出)操作以便準確地控制渦流探頭10的位置。在燕尾榫支柱18的一側檢查完畢后，可將探頭轉動180度(在只有其中一個鉗口22和24設有線圈34的設計中)。這個過程于是重復一直到所有測試完畢。收集到的數據被分析以便將結構裂紋定位。收集到的數據可被存儲到CD-ROM(只讀存儲光盤)或DVD(數字視盤)或任何其他合適的存儲介質內。
在另一個設計中，參閱圖3和圖4，有一行或兩行線圈34被布置在一固定或連結在鉗口22(及/或鉗口24)表面上的基底上，鉗口表面的形狀與支柱18的形狀吻合。(移動傳感器36沒有在圖3中示出。但可包括到對面的鉗口中，因為在鉗口或24上只須一個移動傳感器便已足夠)。另外，沒有在圖3中示出，但在圖4中示出，在基底21上設有多條在電路上連接到各線圈34上的線。有一條公用電線40在電路上被連接到每一個線圈繞組的一端，而繞組的另一端卻被分開的電線42連接。在某些設計中，設有雙側或多層的基底21，這時某些電線42使用中間線44或其他合適的聯絡線連接到另一側或另一層的電線。線圈34及/或基底21可以是柔性的、剛性的或半柔性的。在某些柔性的設計中，使用印在柔性基底21如Kapton(聚酰亞胺薄膜)或mylar(聚酯薄膜)。這種設計可以是多層的。在某些剛性的設計中，螺線管或盤形線圖34被裝在或埋入在剛性基底21如環氧樹脂或任何其他合適的聚合物上并設有至少一條對稱軸線。在某些半柔性的設計中，螺線管或盤形線圈34被裝在柔性基底21如mylar、橡膠或kapton上。
這樣，使用單個線圈來檢查的方法和設備所存在的問題即效率低和覆蓋范圍不確定就可被本發明的某些設計克服，因為本發明能提供一個渦流陣列和機械的探頭而該探頭的形狀可吻合金屬支柱的形狀如燃氣渦輪使用的燕尾形狀。使用這種探頭現在已能實用地處理大量信息并在一次通過時覆蓋比前大得多的表面面積。本發明的渦流陣列探頭的設計能在短時間內高度準確地對燕尾、墊片和槽底區域作完整的檢查。探頭只要接通一次，便可將燕尾一側的細部摸清、記錄并分析。該自動產生的數據能被存入CD(光盤)內以便在未來進行數據比較。
本發明的設計可被用來對渦輪機的燕尾榫支柱和墊片的關鍵區域作完整的檢查，而在作燕尾榫支柱的檢查時探頭通過燕尾榫支柱而不是僅僅通過貫通槽。使用本發明的設計能夠減少檢查時間，從而使檢查能在灼熱燃氣通路中斷片刻時完成。本發明的設計也可以高準確度和可靠的檢測概率來完成。另外，檢查所得數據能夠存檔以便將來比較。
雖然本發明已就各種具體實施例進行說明，但本行業的行家將會意識到本發明可在權利要求書的精神和范圍內進行修改。
權利要求
1.一種檢查沿單一方向制出輪廓的金屬支柱(18)的缺陷的方法，所說方法包括將一個渦流探頭(10)夾緊在該金屬支柱上，該探頭具有至少一個鉗口(22)，其上有一個與該金屬支柱的輪廓吻合的表面(20)，所說至少一個鉗口上設有多個渦輪線圈(34)，而所說探頭還設有一個用來感知位置或移動中的至少一個的傳感器(36)；在夾緊時操作該渦流探頭使產生有關該金屬支柱結構完整性的數據；再在夾緊時沿著該支柱移動該渦流探頭，同時感知所述的結構完整性數據和該渦流探頭的移動或位置中的至少一個。
2.權利要求1的方法，其特征在于所說金屬支柱(18)為渦輪機的燕尾榫支柱。
3.權利要求2的方法，其特征在于所說檢查是在熱燃氣通路中斷期間完成的。
4.一種檢查沿單一方向制出輪廓的金屬支柱(18)的缺陷的方法，所說方法包括將一個渦流探頭(10)夾緊在該金屬支柱上，該探頭具有至少一個鉗口(22)，其上有一與該金屬支柱的輪廓吻合的表面(20)，所說至少一個鉗口上設有多個渦流線圈(34)，而所說傳感器(36)具有至少一個橡膠輪，用來使該渦流探頭沿該金屬支柱移動；在夾緊時操作該渦流探頭使產生有關該金屬支柱結構完整性的數據；再在夾緊時用該橡膠輪使該渦流探頭沿該支柱移動，同時感知所說結構完整性數據。
5.權利要求4的方法，其特征在于還包括感知的渦流探頭(10)的移動或位置中的至少一個。
6.一種檢查沿單一方向制有輪廓的金屬支柱(18)的缺陷的設備，所說設備包括一個具有至少一個鉗口(22)的夾頭，該鉗口上制有與該金屬支柱的輪廓吻合的表面(20)，所說至少一個鉗口還具有多個渦流線圈(34)，而所說探頭具有至少一個傳感器(36)，用來能感知或移動中的至少一個位置。
7.權利要求6的設備，其特征在于所說至少一個鉗口(22)的形狀與渦輪機的配合燕尾榫支柱(18)吻合。
8.一種檢查沿單一方向制有輪廓的金屬支柱(18)的缺陷的設備，所說設備包括具有至少一個鉗口(22)的夾頭，該鉗口上制有與該金屬支柱的輪廓吻合的表面，所說至少一個鉗口還具有多個渦流線圈(34)，而所說探頭(10)上裝有至少一個機動輪，用來在夾緊于其上時沿所說金屬支柱正確地移動所述夾頭。
9.權利要求8的設備，其特征在于還包括一計算機(28)，所說夾頭用來將數據從所說渦流線圈(30)傳送到該計算機，而所說計算機用來能控制所說至少一個機動輪(36)，并記錄所說夾頭在所說金屬支柱(18)上的位置。
10.權利要求8的設備，其特征在于所說至少一個鉗口(22)的形狀與渦輪機的配合燕尾榫支柱(18)吻合。
全文摘要
一種可用來對在一個方向制有輪廓的金屬支柱(18)檢查其缺陷的設備。該設備包括具有至少一個鉗口(22)的夾頭。鉗口上制有與金屬支柱的輪廓吻合的表面(20)。該形狀吻合的鉗口上還設有多個渦流線圈(34)，而探頭(10)具有至少一個傳感器(36)，其設計使它能感知其時所占至少一個位置或所作移動。
文檔編號G01N27/90GK1670467SQ20051005590
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月18日 優先權日2004年3月19日
發明者R·M·小羅尼, T·F·墨菲 申請人:通用電氣公司