[其他]孔口测绘及表面时间测量系统

说明书

本发明涉及一种诸如由金属材料制成的孔洞进行孔口测绘及表面时间测量系统，具体地说，本发明涉及一种孔口测绘系统，它能测绘发电厂透平转子孔口的直径并测量为超声波达到孔口表面所需要的时间，以作后来校正由孔口表面折射而成一定角度的射线的传送时间，以便在斜切方式下进行超声波孔口检查的过程中产生一种斜切方式的探寻射线。

发电厂透平机及发电机转子沿着中心轴线的方向在其部分或全部长度上具有直径变化的孔洞。由于转子范围内承受着最高的应力，因此，对于最靠近孔口的裂缝的探测和对裂缝位置的监测，以及对裂缝大小的确定，在决定转子予期寿命方面都具有关键的重要性。于是，在制造过程的结尾以及在转子日常的定期维修过程中，要检查孔口裂缝且有时要对其表面进行全部或部分再加工以消除裂缝。为了准确地完成检查，必须确定在一个特定转子孔口内的精确的几何形状。在检查转子之前，要求决定作为沿孔口轴向位置的一个函数的孔口内径以便能在检查过程中正确地校验及操作探测的传感器。

取得有关孔口直径信息的一个方法是手动地将一个机械测量装置放入孔内，并在沿孔口长度的关键部位将直径记录下来。这种机械测量装置之一称“星规（Star    Gauge）”。“星规”通过设于孔内的机械定位臂测量直径。机械系统的缺点在于规定位法所带来的有限的轴向分辨率以及不可避免的人为误差。此外，这种机械测量装置难于在孔口的斜度及锥度方面进行调准。

转子孔口的超声波检查包括将一个超声波传感器移动使其穿过孔口，还包括园周旋转结合轴向位移以使超声波射线穿过所有感兴趣的材料。在液浸式系统中，探测传感器不与孔口表面接触，而只工作在与孔口保持一定距离的地方。所用的浸入液体，诸如被处理过的水，在传感器与转子材料之间提供必要的传声介质。在传感器及其扫描头的每项转动及/或轴向移动过程中，基于下列因素，能够引起超声波在传感器与孔口表面之间所经过的路径卡度发生变化，这些因素是：（1）扫描头相对于孔口表面的摆动，偏转式偏心;（2）常常移动传感器而使扫描头扭转;（3）整个扫描头在进入孔口时调准有误。

被探测到的在转子材料内部的反射部分（裂缝）的位置由对超声波从传感器到裂缝所测到的往返传送时间、探测裂缝时有的传感器位置;以及超声波射线已知的几何路径等进行综合计算来决定。超声波或脉冲在液体耦合介质内与在转子材料中的传播速度是不同的，任何波的实际路径都由水通路部分与金属通路部分所组成。既然只可能测到总时间，因此，为了决定金属通路部分的时间，就必须精确知道水通路部分的时间。由金属通路部分可以算出裂缝距离孔口表面的深度。可以在检查转子之前先被扫描，包括处于已知位置，具有已知大小，已知外形的反射部分的参考或校验组件或孔口，以便采取以下步骤来校验传感器，在该步骤中，先决定超声波的几何路径以便由此建立探测传感器和以后所发现的裂缝之间的关系。如果在一次检查中，超声波脉冲之路径长度及相应的表面时间相对于在校验中测得的路径长度及表面时间，已经发生了变化，而此种变化竟未被计入，则在转子材料中的裂缝位置将被不正确地确定下来。在极端情况下，源自材料内部的反射可以被解释成由于积存在浸没液体内的气泡所致，或者，在浸没液体内的气泡可以被认为是由于转子本身发生材料断裂或裂缝所引起的表面或表面下的反射。当超声波射线并未垂直射入孔口表面，如在斜切检查方式下那样，则此问题更是特别重要。

在垂直射入的纵波检查方式下，超声波射线射向孔口表面的方向是垂直的或接近于垂直的，并产生一个很强的表面反射返回到传感器，而利用此反射波信号可以对孔口表面定位，据此测得裂缝的位置。而在斜切式的检验方式下，在浸没液体内以与径向成一定角度射向孔口表面的纵波形成斜切波，也就是说，纵波以非垂直的角度射击孔口表面。此角正常约为21°，于是在转子材料内部产生的折射斜切波在脉冲波接触点与表面切线成约45°。在此入射角下，表面反射波将离开传感器入射射线的路径。于是，没有信号返回传感器，因此，不能利用进行斜切波检查的传感器来决定检查射线的水通路部分。

先有技术的浸液式是基于超声波检查系统使用一种安放在孔口上的浸液方式传感器，它安装在与孔口相接触的外罩上，因此，可保持传感器与孔口表面有固定的偏移度。这种先有技术系统之缺点在于它对于传感器提出两个相互矛盾的要求。一方面要求传感器外罩必须有一定的径向柔度，以便外罩能正确地跟踪孔口的变化;另一方面要求支持机构又必须有足够的刚性，以便使柔性不致引起位置误差。