(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低圧タービンロータのホイール部に第１および第２の超音波探触子を配設し、第１の超音波探触子から超音波を低圧タービンロータの翼植え込み部に照射し、反射波を第２の超音波探触子で受信して、翼植え込み部の欠陥を検査する低圧タービンロータの超音波検査方法において、
前記第１および第２の超音波探触子の位置データの値およびビーム伝搬経路を表示する表示装置を備え、
前記表示装置で表示されるビーム伝搬経路を参照しながら、該ビーム伝搬経路が前記欠陥の検査が可能な第１および第２の超音波探触子のビーム伝搬経路にそれぞれ一致するように、前記第１および第２の超音波探触子の位置を設定し、
第１の超音波探触子からの超音波を低圧タービンロータのノッチ部の一方の端部に照射し、第２の超音波探触子からの超音波を低圧タービンロータのノッチ部の他方の端部に照射して、それぞれの反射波が最大となる位置に超音波探触子の位置を微調整するとともに、予め設定した値だけ探触子位置を補正することを特徴とする低圧タービンロータの超音波検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低圧タービンロータの動翼植え込み部の欠陥を検査するタービンロータの超音波検査方法および装置に係り、特に超音波探触子の位置を容易に設定できるタービンロータの超音波検査方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
タービンロータは、タービンシャフト、タービンシャフトと一体的に形成したタービンホイールおよびタービンホイール外周部に取り付けた動翼から構成される。動翼はタービンホイール外周に形成した動翼植え込み部に嵌合して取り付けられる。
【０００３】
タービンの運転時には、タービンホイールは高速回転し、低圧タービンホイールの外周の動翼植え込み部に嵌合して取り付けた動翼は長大で質量も大であるため、前記動翼には大きな遠心力が作用する。特に動翼植え込み部の最上段フックである第１段フックには遠心力により大きな応力が作用する。したがって、タービンを分解して行う発電プラントの定期検査期間中には、この部分の健全性を正確に評価する必要がある。
【０００４】
一方、発電プラントは、その稼働率向上の観点から、定期検査期間は短縮することが望ましい。このため定期検査に当たっては、タービンホイールから動翼を抜き取ることなく、迅速に動翼植え込み部の健全性を評価することができる超音波検査法が採用されることが多い。
【０００５】
超音波検査法は、一つの探触子を超音波の送信用と受信用の双方として使う一探触子法と、二つの探触子を用い、一方を超音波の送信用として用い他方を超音波の受信用として用いる二探触子法が知られている。
【０００６】
一探触子法は、予め定めておいた時間ゲート内に反射波を受信しなければ、動翼植え込み部は健全であると判断し、反射波を受信すれば、動翼植え込み部に欠陥等の超音波反射体が存在すると判断する。
【０００７】
二探触子法は、例えば特開平１−１６１１４５号公報、特開平７−２４４０２４号公報に示されるように、一方の探触子から超音波を送信し、動翼植え込み部で反射した反射波を他方の探触子で受信する。そして、他方の探触子が受信する反射波の波高値に注目し、波高値が一定ならば動翼植え込み部は健全であると判断し、波高値が低下すれば動翼植え込み部に欠陥等の超音波遮蔽体が存在すると判断する。
【０００８】
図１３ないし１５は従来の低圧蒸気タービンロータの動翼植え込み部の欠陥を検査するタービンロータの検査装置を示す図であり、図１３はタービンロータの概要を示す図、図１４は図１３の動翼植え込み部２ａの拡大図であり、図１４ａは側面図、図１４ｂは図１４ａのＡ−Ａ断面図である。図１５は超音波検査に用いるスキャナ（探触子走査機構）を示す図であり、図１５ａは側面図、図１５ｂは図１５ａのＢ−Ｂ断面図である。
【０００９】
これらの図において、１はタービンシャフト、２はタービンホイールであり、タービンホイール２はタービンシャフト１に同心状に一体成型されている。２ａはタービンホイール２の外周部に形成した動翼植え込み部、２ａ0は動翼植え込み部の頭頂部、２a1は第１段フック、２a2は第２段フック、２a3は第３段フック、２ｂ1は第１段ネック、２ｂ2は第２段ネック、２ｂ3は第３段ネックである。
【００１０】
３は動翼植え込み部２ａに嵌合して配置した動翼であり、動翼３には前記第１段フックないし第３段フックに係合するフックが形成してある。
【００１１】
４は動翼植え込み部の欠陥を検査する超音波検査器の超音波探触子を保持して、動翼植え込み部を走査するスキャナ、４ａはスキャナ４の駆動ハンドル、４ｂはスキャナ４に取り付けたアームである。５および６は探触子であり、アーム４ｂを介してスキャナ４に取り付ける。
【００１２】
Ｙはタービンシャフト１の走行面から探触子までの距離、Ｘ1およびＸ2は、それぞれスキャナ中心から探触子５および６までの距離、φ1およびφ2は、それぞれ探触子５および６の首振り角度である。
【００１３】
７は探触子５および６間で送受信される超音波ビームの伝播経路であり、図１４に示すように、探触子５が発射した超音波ビームはタービンホイール２の頭頂部２a0、第１段フック２a1、さらに頭頂部２a0で反射されて探触子６に入射する。
【００１４】
８はスキャナ４に取り付けた車輪であり、探触子５および６を取り付けたスキャナ４はハンドル４ａを用いてタービンシャフト１上を走行させることができる。
【００１５】
超音波検査に際しては、探触子５および６をタービンホイール２の側面に押し付けた状態でハンドル４ａを用いてスキャナ４をタービンシャフト上を走行させ、探触子５および６を周方向（θ方向）に走査する。
【００１６】
このとき、タービンシャフト１の走行面からの距離Ｙ、スキャナ中心から探触子５および６までの距離Ｘ、探触子５および６の首振り角度φ1およびφ2の値は一定に保たれるように構成されている。
【００１７】
探触子５から超音波を送信し、動翼植え込み部２ａで反射した反射波を探触子６で受信する。探触子６では受信する反射波の波高値に注目し、波高値が一定ならば動翼植え込み部は健全であると判断し、波高値が低下すれば動翼植え込み部に欠陥等の超音波遮蔽体が存在すると判断する。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の超音波検査装置においては、送信側の探触子５から送信した超音波ビームが、確実に被検査部位である動翼植え込み部２ａのフックに照射され、該フックからの反射波が確実に受信できる位置に受信側の探触子が配置されていることを前提にしている。
【００１９】
しかしながら、タービンホイール２の動翼植え込み部と、前記探触子５および６間の距離は１５０〜２５０ｃｍあるのに対し、フック部の断面は１００ｍｍ四方よりも小さい。したがって、超音波ビームの伝播経路を規定通りフック断面部に照射するためには探触子５および６の位置を高精度に設定することが必要である。
【００２０】
図１６ないし図１８は、このような、二探触子法において探触子の位置を設定する方法を説明する図であり、図１６は人工欠陥とノッチ溝の形状を説明する図であり、図１６ａはテストロータの上面図、図１６ｂはテストロータの側面図、図１６ｃは図１６ｂのＣ−Ｃ断面図である。
【００２１】
図１７は人工欠陥を基準反射体として探触子位置を設定する方法を説明する図であり、図１７ａはテストロータの側面図、図１７ｂは図１７ａのＤ−Ｄ断面図である。
【００２２】
図１８はノッチ溝を基準反射体として探触子位置を設定する方法を説明する図であり、図１８ａはテストロータの側面図、図１８ｂは図１８ａのＥ−Ｅ断面図である。
【００２３】
位置設定の方法には、▲１▼人工欠陥を加工したテストロータを用いる方法、▲２▼ノッチ溝を利用する方法、が知られている。
【００２４】
図１６および図１７を用いて前記▲１▼の人工欠陥を加工したテストロータを用いる方法を説明する。この方法は、人工欠陥からの反射波が最大となるように探触子５および６の位置を設定する方法である。
【００２５】
図において２００は人工欠陥を加工したテストロータのタービンホイール、２０１はタービンホイール２００のフックに形成した人工欠陥、２０２はタービンホイール２００に形成したノッチ溝であり、タービンの動翼は、ノッチ溝を介してタービンホイール２００のフック部に嵌合することができる。なお、図において図１３ないし図１５に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００２６】
まず、図１７に示すように、超音波ビームの伝播経路を想定し、想定経路における探触子５および６のスキャナ中心からの距離Ｘ、探触子５および６の動翼とタービンホイール２との継ぎ目１１７からの距離Ｙ’、および探触子５および６それぞれの首振り角φ1およびφ2とを大まかに合わせてスキャナに取り付けておく。次いで、探触子５を超音波の送信器および受信器として作用させて探触子から超音波を送信し、人工欠陥２０１からの反射波が最大値をとなるように探触子５の位置を微調整する。探触子６についても探触子５と同様な手法で微調整する。次いで、スキャナに探触子５および６の位置を固定したまま、スキャナを人工欠陥を形成したテストロータから取り外し、検査対象のタービンホイール設置する。
【００２７】
この状態で探触子５から超音波を送信し、動翼植え込み部で反射した反射波を探触子６で受信して、動翼植え込み部の健全性を検査する。
【００２８】
この方法では、スキャナを取り外して検査対象のタービンホイールに設置しなおしている間に、探触子位置が移動する可能性があり、この場合には正確な位置に超音波ビームは照射されないことになる。また、スキャナの位置を高精度に行うためには、動翼植え込み部に形成されるフック形状毎にテストロータを準備しなければならない。
【００２９】
図１６および図１８を用いて前記▲２▼のノッチ溝を利用する方法を説明する。この方法は、図１６に示すノッチ溝２０２ａおよび２０２ｂからの反射波が最大値をとるようにそれぞれの探触子５および６の位置を設定する方法である。
【００３０】
これらの図において、２０２ａはノッチ溝２０２の探触子５側端部、２０２ｂはノッチ溝２０２の探触子６側端部である。なお、図において図１３ないし図１５に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００３１】
まず、図１８に示すように、スキャナの中心をノッチ溝の端部２０２ａに合わせる。次いで、探触子５により超音波をノッチ溝の端部２０２ａに照射し、その反射波を受信して、反射波が最大値をとるように探触子５の位置を微調整する。次いで、スキャナ中心をノッチ溝の端部２０２ｂに合わせ、探触子６により超音波をノッチ溝の端部２０２ｂに照射して同様に探触子６の位置を微調整する。
【００３２】
ノッチ溝はタービンホイールには必ず存在するので、この方法によればテストロータを準備する必要はない。
【００３３】
しかしながら、ノッチ溝はタービンホイールに形成したフックの全て（第１段フック〜第３段フック）を連通して形成されるため、第１段フックで反射された超音波ビームと、第２段フックで反射された超音波ビーム、第３段フックで反射された超音波ビームをそれぞれ正確に判別することは困難である。さらに図１６に示すように、ノッチ溝２０２ａ、２０２ｂの端部は動翼を挿入するためのテーパー角を有するため、ノッチ溝を基準反射体として探触子の位置を設定した場合と、人工欠陥を基準反射体として探触子位置を設定した場合では、探触子位置に相違が生じて、欠陥の検出感度に相違が生じる可能性がある。
【００３４】
さらに、前記▲１▼▲２▼のいずれの方法を採用した場合にも熟練した検査員が慎重に時間をかけて探触子の位置の設定を行う必要がある。
【００３５】
本発明は前記種々の問題点に鑑みてなされたもので、送信用および受信用の探触子の位置をノッチ溝の両端面を基準反射体として設定することにより、高精度でかつ迅速な探触子位置の設定を可能にし、人工欠陥を基準反射体として探触子位置を設定した場合と同様の検出感度を確保することにある。
【００３６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００３７】
低圧タービンロータのホイール部に第１および第２の超音波探触子を配設し、第１の超音波探触子から超音波を低圧タービンロータの翼植え込み部に照射し、反射波を第２の超音波探触子で受信して、翼植え込み部の欠陥を検査する低圧タービンロータの超音波検査方法において、前記第１および第２の超音波探触子の位置データの値およびビーム伝搬経路を表示する表示装置を備え、前記表示装置で表示されるビーム伝搬経路を参照しながら、該ビーム伝搬経路が前記欠陥の検査が可能な第１および第２の超音波探触子のビーム伝搬経路にそれぞれ一致するように、前記第１および第２の超音波探触子の位置を設定し、第１の超音波探触子からの超音波を低圧タービンロータのノッチ部の一方の端部に照射し、第２の超音波探触子からの超音波を低圧タービンロータのノッチ部の他方の端部に照射して、それぞれの反射波が最大となる位置に超音波探触子の位置を微調整するとともに、予め設定した値だけ探触子位置を補正する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の第１の実施形態を図１ないし図５を用いて説明する。
【００３９】
図１は本実施形態に係る低圧蒸気タービンホイール動翼植え込み部の超音波検査装置を示す図である。
【００４０】
これらの図において、１はタービンシャフト、２はタービンホイールであり、タービンホイール２はタービンシャフト１と同心状に一体成型されている。
【００４１】
１００は動翼植え込み部の欠陥を検査する超音波検査器の超音波探触子を保持して、動翼植え込み部を走査するスキャナ、１０１はスキャナ１００に取り付けた支柱、１０２，１０３はそれぞれ支柱１０１に取り付けた径方向位置設定アームであり、径方向設定アームを支柱１０１に沿って上下方向に移動させることによって、その径方向（Ｙ方向）位置を可変にできる。１０４，１０５はそれぞれ径方向位置設定アーム１０２，１０３に取り付けた周方向位置設定アームであり、周方向位置設定アームを径方向位置設定アーム１０２，１０３に沿って左右に移動させることによって、その周方向（Ｘ方向）位置を可変にできる。１０６，１０７はぞれぞれ周方向位置設定アーム１０４，１０５に取り付けた超音波探触子である。
【００４２】
径方向位置設定アーム１０２、１０３および周方向位置設定アーム１０４，１０５をそれぞれ調節することにより、超音波探触子１０６、１０７をタービンホイール２上の任意の位置に配置することができる。
【００４３】
１０８はスキャナ１００を取り付けた磁気クローラであり、磁気クローラ１０８はタービンシャフト１に吸着し、シャフト１上をθ方向に走行する自走式スキャナを構成する。
【００４４】
また、図において、Ｙ1およびＹ2は、それぞれタービンシャフト１のスキャナ走行面と探触子１０６および１０７間の距離、Ｘ1およびＸ2は、それぞれスキャナ中心から探触子１０６および１０７までの距離、φ1およびφ2は、それぞれ探触子５および６の首振り角度である。
【００４５】
１０９は探触子１０６および１０７で送受信される超音波ビームであり、探触子１０６が発射した超音波ビーム１０７はタービンホイール２の頭頂部２a0、第１段フック２a1および頭頂部２a0で反射されて探触子１０７に入射する。
【００４６】
図２は、探触子を首振り角可変に保持する保持機構を示す図である。
【００４７】
図において、１１０は探触子１０６を保持する円筒状のホルダであり、探触子をホルダ１１０の中に埋め込まれた状態で保持する。ホルダ１１０は周方向位置設定アームを介して径方向位置設定アームに取り付ける。
【００４８】
１０２は径方向位置設定アーム、１０４は周方向位置設定アーム、１１１は周方向位置設定アーム１０４内に取り付けた首振り角可変ギア、１１２は周方向位置設定アーム１０４内に取り付けた首振り角可変ねじであり、首振り角可変ねじ１１２を回転させることにより、探触子１０６の首振り角φを可変にすることができる。また、探触子１０７に対しても同様に探触子を保持する機構が設けられる。
【００４９】
なお、前記径方向位置設定アーム、周方向位置設定アームおよび首振り角可変に探触子を保持する保持機構には、それぞれ図示しないエンコーダが取り付けられており、エンコーダは探触子１０６および探触子１０７の位置データ（Ｘ1、Ｙ1、φ1）、（Ｘ2、Ｙ2、φ2）を送出する。また、磁気クローラ１０８は図示しないエンコーダを備えており、このエンコーダはスキャナ１００のタービンシャフト上の位置データ（θ）を送出する。そしてこれらのデータはケーブルを介して後述する制御盤１１３に送信される。
【００５０】
再度、図１において、１１３はスキャナ１００の動作を制御する制御盤である。１１４は制御盤１１３上に形成した探触子位置表示装置、１１５、１１６は超音波ビーム伝播経路を表示する表示装置であり、１１５はその側面図を表示する表示装置、１１６はその上面図を表示する表示装置である。
【００５１】
探触子位置表示装置１１４は、スキャナ１００のタービンシャフト上の位置データ（θ）、探触子１０６および探触子１０７のそれぞれの位置データ（Ｘ1、Ｙ1、φ1）、（Ｘ2、Ｙ2、φ2）を受信して、該データを表示画面上に、たとえば（θ、Ｘ1、Ｙ1、φ1、Ｘ2、Ｙ2、φ2）の順にデジタル表示する。
【００５２】
また、制御盤１１３はこれらの位置データおよびあらかじめ入力してある探触子の屈折角ψのデータをもとに超音波の伝播経路を算出する演算装置を備えている。
【００５３】
１１５は、前述のようにして算出した伝播経路のタービンホイール面に平行な面に投影した側面図を表示する側面図表示装置、１１６は前述のようにして算出した伝播経路の上面図を表示する上面図表示装置である。
【００５４】
図３は、前記側面図表示装置１１５および上面図表示装置１１６の表示面の拡大図である。
【００５５】
側面図表示装置１１５の表示面において、１０６，１０７は探触子、１０９はビーム伝播経路、１１０はホルダ、２ａ0は動翼植え込み部の頭頂部を表す表示画像、２a1は第１段フック、２a2は第２段フック、２a3は第３段フックのそれぞれ底面を表す表示画像である。また、２ａ1’は第１段フック底面２ａ1の頭頂部２ａ0に対して対称な位置を表す表示画面である。
【００５６】
上面図表示装置１１６の表示面において、２ａ1は第１段フック、２ｂ1は第１段ネック、２ｃはホイール側面である。
【００５７】
これらの図において、前記位置データ（Ｘ1、Ｙ1、φ1）、（Ｘ2、Ｙ2、φ2）をもとに探触子１０６，１０７およびホルダ１１０の位置、および超音波ビームの伝播経路１０９の位置を表示装置に表示することができる。 ただし図では超音波ビームの入出射位置とホルダの中心位置が一致していると仮定している。 次に、探触子の位置を設定する手順を説明する。
【００５８】
まず、スキャナ１００により検査すべき部位に応じた超音波ビームの伝播経路、たとえば第１段フックで反射する伝播経路１０９を設定する。超音波の伝播経路を設定すると、前記位置データ（Ｘ1、Ｙ1、φ1）、（Ｘ2、Ｙ2、φ2）を計算上求めることができるので、このデータを予め準備しておく。
【００５９】
次に、スキャナ１００をタービンシャフト１上に裁置し、制御盤１１３を起動する。制御盤の探触子位置表示装置１１４は、前述したようにスキャナ１００のタービンシャフト上の位置データ（θ）、探触子１０６および探触子１０７のそれぞれの位置データ（Ｘ1、Ｙ1、φ1）、（Ｘ2、Ｙ2、φ2）を受信して、該データを表示画面上に、たとえば（θ、Ｘ1、Ｙ1、φ1、Ｘ2、Ｙ2、φ2）の順にデジタル表示する。したがって、各表示部の表示値が前記計算上の値と一致するように各探触子を支持する各アームおよび探触子の首振り機構を調整することにより、探触子の位置設定を迅速に行うことができる。
【００６０】
さらに、図３に示される超音波ビームの側面図および上面図を参照して、超音波ビームの伝播経路１０９が、側面図の第１段フック底面２ａ1の頭頂部２ａ0に対して対称な位置２ａ1’で交差し、かつ上面図の第１段フック２ａ1で交差するように各探触子を支持する各アームおよび探触子の首振り機構を調整することにより、探触子の粗調整を迅速に行うことができる。
【００６１】
また、探触子１０６で送信した超音波を探触子１０７で受信しながら、受信波のエコーが最大となるように、探触子の位置を微調整する際には、発射した超音波ビームが第１段フックで反射しているか、第２段フックで反射しているか、あるいは第３段フックで反射しているかが一目瞭然であり、探触子位置を誤ることなく確実に設定することができる。
【００６２】
図４は、超音波ビームの送受信位置とホルダの中心位置が一致しない場合、そのずれを考慮して正確に超音波ビームの伝播経路を表示する方法を示す図である。
【００６３】
図において、Ｐ11は探触子１０６のホルダの中心位置、Ｐ12は探触子１０６の超音波送受信位置、Ｐ21は探触子１０７のホルダの中心位置、Ｐ22は探触子１０７の超音波送受信位置である。δy1、δy2はそれぞれホルダの中心位置と探触子の送受信位置間の距離を示す。
【００６４】
このように、ホルダの中心位置と探触子の送受信位置が一致しない場合には前述した位置データ（Ｘ1、Ｙ1）、（Ｘ2、Ｙ2）に代えて、次式による補正値（Ｘ1’、Ｙ1’）、（Ｘ2’、Ｙ2’）を用いることにより、超音波ビームの伝播経路をより正確に表示することができる。
Ｘ1’＝Ｘ1−δy1・sinφ1
Ｙ1’＝Ｙ1−δy1・cosφ1
Ｘ2’＝Ｘ2−δy2・sinφ2
Ｙ2’＝Ｙ2−δy2・cosφ2
以上の説明においては、探触子位置をタービンシャフト接線およびスキャナ中心線を基準軸にして表示する例を説明した。しかし、タービンホイールに動翼を取り付けた状態では翼植え込み部の頭頂部および各フックの底面は目視することはできず、容易に目視できるのは継ぎ目１１７である。
【００６５】
したがって、探触子位置を正確に設定するには、タービンホイールと動翼の継ぎ目と、ホルダ中心間の距離を用いる方が便利な場合がある。タービンホイールと動翼の継ぎ目と、ホルダ中心間の距離を用いて探触子位置を設定する方法を次に示す。
【００６６】
図５ないし図６は、径方向位置設定アーム、周方向位置設定アームおよび首振り角可変に探触子を保持する保持機構が、探触子１０６および探触子１０７の位置データとして、前述の位置データ（Ｘ1、Ｙ1、φ1）、（Ｘ2、Ｙ2、φ2）におけるＹ1、Ｙ2に代え、タービンホイールと動翼の継ぎ目と、ホルダ中心間の距離Ｈ1、Ｈ2を送出するエンコーダを備える場合において、探触子位置を設定する方法を示す図である。
【００６７】
図において、１１７はタービンホイール２とタービンホイールに嵌合した動翼との継ぎ目である。なお、図において図１ないし図３に示される部分と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。
【００６８】
まず、制御盤１１３の演算装置にタービンシャフト１の半径Ｒ0および前記継ぎ目１１７の半径Ｒ1を入力しておく。
【００６９】
次いで、前記タービンシャフトの半径Ｒ0、前記継ぎ目１１７の半径Ｒ1 および前記（Ｘ1、Ｙ1）、（Ｘ2、Ｙ2）を読みとり、所定の演算を施すことにより、継ぎ目１１７から探触子１０６までの距離Ｈ1および継ぎ目１１７から探触子１０７までの距離Ｈ2を算出することができる。
図６は、前記距離Ｈ1およびＨ2を算出する演算式を示す図である。
【００７０】
探触子位置はこれらのデータＨ1、Ｈ2と前記データＸ1、Ｘ2を用いて、距離Ｙ1、Ｙ2を用いた前述の方法と同様な方法により設定することができる。
【００７１】
図７ないし図１１は本発明の第２の実施形態を示す図であり、  図７は超音波ビームの中心１０９を中心としたビームの広がりを示す側面図であり、エンコーダから読みとった探触子１０６のビーム中心の首振り角φ1の両側に、探触子１０６の横方向の指向角δφ1だけ変化させたビームの広がり範囲を示す点線を
表示する。また、探触子１０７のビーム広がりも同様にして表示する。
【００７２】
図８は超音波ビームのビーム伝播路１０９を中心としたビームの広がりを示す上面図であり、探触子１０６のビーム中心の屈折角ψ1、屈折角方向の角度が浅くなる側（＋側）の指向角ψp1、屈折角方向の角度が深くなる側（−側）の指向角ψm1は、予め入力しておいた屈折角ψ、＋側の指向角δψ、−側の指向角δψ’、およびエンコーダから読み込んだ首振り角φ1から後述する図１０に示す等式を用いて算出する。また、探触子１０７のビーム広がりも同様にして算出可能である。
【００７３】
図９は図１０に示す等式を説明する図である。図１０は屈折角ψの上面図に投影した屈折角ψ1およびその広がりを求める等式を示す図である。
【００７４】
これらの図において、ψ1およびψ2は上面図に投影した屈折角、δψは屈折角方向角度が浅くなる方向（＋方向）の指向角、δψ’は屈折角方向角度が深くなる方向（−方向）の指向角である。また、１０９は超音波ビームの中心を示し、δφ1、δφ2は探触子１０６および１０７の側面図に投影した首振り角の広がり、ψ1は探触子１０６の屈折角ψの上面図に投影した屈折角、ψp1は屈折角方向角度が浅くなる方向（＋方向）の指向角δψ上面図に投影した指向角、ψm1は屈折角方向角度が深くなる方向（−方向）の指向角δψ’の上面図に投影した指向角、ψ2は探触子１０７の屈折角ψの上面図に投影した屈折角、ψp2は屈折角方向角度が浅くなる方向（＋方向）の指向角δψの上面図に投影した指向角、ψm2は屈折角方向角度が深くなる方向（−方向）の指向角δψ’の上面図に投影した指向角を表す。
【００７５】
本実施例は超音波ビームの中心とビームの広がりの双方を表示する例である。制御装置は、探触子１０６のビーム中心の屈折角ψ1、指向角ψp1、ψm1および探触子１０７のビーム中心の屈折角ψ2、指向角ψp2、ψm2を、予め入力しておいた、屈折角ψ、屈折角方向の角度が浅くなる側（＋側）の指向角δψ、屈折角方向の角度が深くなる側（−側）の指向角δψ’およびエンコーダから読みとった首振り角φ1およびφ2から図１０に示す等式を用いて算出することができる。
【００７６】
図１１は超音波ビームのビーム中心とビームの広がりの双方を表示した表示例を示す。
【００７７】
ビーム中心とビームの広がりの双方を表示すると、超音波ビームの広がりを視覚的に把握できるので、複数のエコーを受信した場合に、それぞれの経路を容易に推測できる。
【００７８】
図１２は、本発明の第３の実施形態を説明する図である。
【００７９】
本実施形態は、テーパー角を有するノッチ溝を基準反射体として探触子位置を設定する方法であり、そのフローチャートを図１２に示す。
【００８０】
まず、ステップＳ１において、探触子１０６および１０７の超音波ビームの送受信位置とホルダ中心位置間の距離δy1、δy2、および屈折角ψを測定する。
【００８１】
また、人工欠陥とノッチ溝を加工したテストロータ用いて、人工欠陥を基準反射体として用いたときの探触子位置と、ノッチ溝を基準反射体として用いたときの探触子位置の差分を測定する。あるいは前記差分を計算により求めておく。
【００８２】
次いで、ステップＳ２において、測定した距離δy1、δy2および屈折角ψを制御盤の演算装置に入力する。
【００８３】
次いで、ステップＳ３において、スキャナ中心をノッチ溝の一方の探触子側の端部（例えば、図１６に示すようにスキャナ中心をノッチ溝の探触子５側の端部２０２ａ）に一致させる。
【００８４】
次いで、ステップＳ４において、表示画面に表示したビーム伝播経路を参考にしながら探触子の位置を粗調整する。
【００８５】
次いで、ステップＳ５において、探触子１０６で超音波の送受信を行い、ノッチ溝２０２ａからの反射波が最大となるように微調整する。
次いで、ステップＳ６において、スキャナ中心をノッチ溝の他方の探触子側の端部（例えば、図１６に示すようにスキャナ中心をノッチ溝の探触子６側の端部２０２ｂ）に一致させる。
【００８６】
次いで、ステップＳ７において、表示画面に表示したビーム伝播経路を参考にしながら探触子の位置を粗調整する。
【００８７】
次いで、ステップＳ８において、探触子１０７で超音波の送受信を行い、ノッチ溝２０２ｂからの反射波が最大となるように微調整する。
【００８８】
次いで、ステップＳ９において、前記予め測定した差分だけ、あるいは前記計算により求めた値だけ探触子位置を移動する。
【００８９】
次いで、ステップＳ１０において、スキャナを動翼植え込み部が健全と考えられる箇所に移動する。
【００９０】
次いで、ステップＳ１１において、探触子１０６および探触子１０７間で超音波を送受信して、探触子１０７で受信する超音波エコーの強度が最大となるように探触子１０６，１０７の位置を微調整する。
【００９１】
次いでステップＳ１２において、超音波検査を開始する。超音波検査は探触子位置をスキャナに固定した状態で、スキャナ全体をタービンシャフト外周に沿って周方向に走査しながら、超音波の受信波形を順次自動記録して行う。
【００９２】
次いで、ステップＳ１３において、スキャナがタービンロータを一周すると検査を終了する。
【００９３】
このような探触子位置の設定方法によれば、テーパー角を有するノッチ溝を基準反射体として探触子位置を設定した場合においても、人工欠陥を基準反射体として探触子位置を設定した場合と同様の欠陥の検出感度を得ることができる。
【００９４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、動翼植込み部のノッチ溝両端面を基準反射体として、送信用及び受信用の超音波探触子の位置を定めるとともに、予め設定した値だけ探触子位置を補正することにより、高精度でかつ迅速な探触子位置の設定が可能であり、人工欠陥を基準反射体として探触子位置を設定した場合と同様の検出感度を確保することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る超音波検査装置を示す図である。
【図２】探触子を首振り角可変に保持する保持機構を示す図である。
【図３】側面表示装置および上面表示装置の表示面の拡大図である。
【図４】ホルダ中心位置と送受信位置の補正値を示す図である。
【図５】 ホルダ中心位置と、タービンホイールと動翼の継ぎ目との間の距離を示す図である。
【図６】  距離Ｈ1およびＨ2を算出する計算式を示す図である。
【図７】    本発明の第２の実施形態に係る超音波ビームの広がりを示す側面図である。
【図８】超音波ビームの広がりを示す上面図である。
【図９】図１０に示す等式を説明する図である。
【図１０】超音波ビームの屈折角の上面図に投影した屈折角およびその広がりを求める等式を示す図である。
【図１１】超音波ビームの中心とビームの広がりを表示装置に表示した例を示す図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図１３】従来のタービンロータの概要を示す図である。
【図１４】図１３の動翼植え込み部の拡大図である。
【図１５】従来のスキャナを示す図である。
【図１６】人工欠陥とノッチ溝の形状を示す図である。
【図１７】人工欠陥を基準反射体として探触子位置を設定する方法を示す図である。
【図１８】ノッチ溝を基準反射体として探触子位置を設定する方法を示す図である。
【符号の説明】
１  タービンシャフト
２  タービンホイール
２ａ  動翼植え込み部
２ａ0  動翼植え込み部頭頂部
２ａ1  動翼植え込み部第１段フック
２ａ2  動翼植え込み部第２段フック
２ａ3  動翼植え込み部第３段フック
２ｂ1  動翼植え込み部第１段ネック
２ｂ2  動翼植え込み部第２段ネック
２ｂ3  動翼植え込み部第３段ネック
２ｃ  ホイール側面
３  動翼
４  スキャナ
４ａ  駆動ハンドル
４ｂ  アーム
５，６探触子
７  超音波ビームの伝播経路
８  車輪
１００  スキャナ
１０１  支柱
１０２，１０３  径方向設定アーム
１０４，１０５  周方向設定アーム
１０６，１０７  超音波探触子
１０８  磁気クローラ
１０９  超音波ビームの伝播経路
１１０  探触子ホルダ
１１１  首振り角可変ギア
１１２  首振り角可変ねじ
１１３  制御盤
１１４  探触子位置表示装置
１１５  側面図を表示する表示装置
１１６  上面図を表示する表示装置
１１７  タービンホイールと動翼の継ぎ目
１１８  超音波ビームの中心
２００  テストロータのタービンホイール
２０１  人工欠陥
２０２  ノッチ溝
２０１ａ，２０１ｂ  ノッチ溝の側端部
【図１】
0003746494.tif 000002
【図２】
0003746494.tif 000003
【図３】
0003746494.tif 000004
【図４】
0003746494.tif 000005
【図５】
0003746494.tif 000006
【図６】
0003746494.tif 000007
【図７】
0003746494.tif 000008
【図８】
0003746494.tif 000009
【図９】
0003746494.tif 000010
【図１０】
0003746494.tif 000011
【図１１】
0003746494.tif 000012
【図１２】
0003746494.tif 000013
【図１３】
0003746494.tif 000014
【図１４】
0003746494.tif 000015
【図１５】
0003746494.tif 000016
【図１６】
0003746494.tif 000017
【図１７】
0003746494.tif 000018
【図１８】
0003746494.tif 000019