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公開番号2025037385
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-18
出願番号2023144291
出願日2023-09-06
発明の名称超音波探傷装置及び超音波探傷方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人東京国際特許事務所
主分類G01N 29/28 20060101AFI20250311BHJP(測定;試験)
要約【課題】アウトサイドダブテール翼の翼植込部の全体について、超音波探傷により欠陥を確実に且つ短時間に検査することができること。
【解決手段】タービンロータのロータホイール1にアウトサイドダブテール翼2が組み付けられた状態で、アウトサイドダブテール翼の翼植込部3に生じた欠陥Kを超音波探傷により検査する超音波探傷装置20であって、翼植込部3の翼側面11を形成する2以上の平面11A、11B、11Cに密着する柔軟性を備えた超音波伝搬物質21と、複数の圧電素子24を備え、これらの圧電素子により超音波を超音波伝搬物質21を介して翼植込部3内へ送信し、反射波を受信するプローブ22と、を有し、複数の圧電素子24が、超音波送信側圧電素子24Pと反射波受信側圧電素子24Rとに、制御により選択可能に設けられたものである。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
タービンロータのロータホイールにアウトサイドダブテール翼が組み付けられた状態で、前記アウトサイドダブテール翼の翼植込部に生じた欠陥を超音波探傷により検査する超音波探傷装置であって、
前記翼植込部の翼側面を形成する２以上の平面に密着する柔軟性を備えた超音波伝搬物質と、
複数の圧電素子を備え、これらの圧電素子により超音波を前記超音波伝搬物質を介して前記翼植込部内へ送信し、反射波を受信するプローブと、を有し、
複数の前記圧電素子が、超音波送信側圧電素子と反射波受信側圧電素子とに、制御により選択可能に設けられたことを特徴とする超音波探傷装置。
続きを表示（約 750 文字）【請求項２】
前記プローブの複数の圧電素子は、翼植込部に生じた欠陥の想定される状況に基づいて、超音波送信側圧電素子群と反射波受信側圧電素子群とが変更して設けられるよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
前記プローブにおける超音波送信側圧電素子群から送信される超音波と、反射波受信側圧電素子群に受信される反射波とが、アウトサイドダブテール翼の翼植込部の翼側面における２以上の平面のうちの異なった前記平面を通過するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記プローブにおける超音波送信側圧電素子群から送信される超音波と、反射波受信側圧電素子群に受信される反射波とが、アウトサイドダブテール翼の翼植込部の翼側面における２以上の平面のうちの同一の前記平面を通過するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
タービンロータのロータホイールにアウトサイドダブテール翼が組み付けられた状態で、前記アウトサイドダブテール翼の翼植込部に生じた欠陥を超音波探傷により検査する超音波探傷方法であって、
前記翼植込部の翼側面を形成する２以上の平面に、柔軟性を備えた超音波伝搬物質を密着させるステップと、
複数の圧電素子により超音波を前記超音波伝搬物質を介して前記翼植込部内へ送信し反射波を受信するプローブを設置するステップと、
前記プローブにおける複数の前記圧電素子のうち、選択された超音波送信側圧電素子から超音波を送信し、選択された反射波受信側圧電素子にて反射波を受信するステップと、を実施することを特徴とする超音波探傷方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、アウトサイドダブテール翼の翼植込部を超音波探傷する超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
超音波探傷検査は、非破壊で構造材の表面及び内部の健全性を確認できる技術であり、様々な分野で欠かせない検査技術である。このうちのフェーズドアレイ超音波探傷検査は、複数配列させた圧電素子の各々の発信タイミング（遅延時間）をずらして任意の角度に超音波を送信し、反射波を受信する。このフェーズドアレイ超音波探傷検査は、所定角度の超音波を発信することしかできない単眼プローブに比べ、複雑な形状の検査対象に対応することができ、作業工数低減の観点からも広く利用されている。
【０００３】
火力や原子力による大型発電機等のタービンは、大型ロータに動翼の基端を締結させた構造を有している。タービンの長期間の稼働により発生する疲労き裂や応力腐食割れ（ＳＣＣ：Stress Corrosion Cracking）等の欠陥は、安全性に多大な影響を与えるため、早期に確実に検出することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開昭６２－２６１９５５号公報
特開２０１５－１０８５２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図４(Ａ)に示すように、大型ロータのアウトサイドダブテール翼２は、一般的にタービン上流の段落で採用される。ロータホイール外周のロータホイール締結部（鞍型継手部）４の溝部にアウトサイドダブテール翼２の翼植込部３が挿入され、最後に止め翼の翼植込部が挿入され、この止め翼が止めキーで固定される。
【０００６】
このように締結されたアウトサイドダブテール翼２は、回転時にロータホイール締結部４のロータ側フック部５と翼植込部３の翼側フック部６とが接触し、これらのフック部５、６に応力が集中的に作用する。従来、第１翼側フック部６Ａのみに損傷事象が確認されていたため、この第１翼側フック部６Ａのみの検査に需要があった。アウトサイドダブテール翼２の翼植込部３の検査面となる翼側面１１は２つ以上の平面（平面１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ）で形成されているが、第１翼側フック部６Ａのみの検査であれば、翼側面の１つの平面からの超音波探傷で検査が可能であった。
【０００７】
ところが、昨今、第３翼側フック部６Ｃ及びタング部６Ｄの損傷事例が確認されたため、全ての翼側フック部６の応力集中部と前例の無い欠陥の発生とを想定して、アウトサイドダブテール翼２のロータに接触する側の翼植込部３の面全てに対して確実に検査可能な技術が要請されるようになってきた。
【０００８】
上述のように検査対象がロータに接触する側の翼植込部３の全ての面全体に広がったことで、翼植込部３の形状の複雑さから、翼側面１１の１つの平面１１Ａ、１１Ｂまたは１１Ｃからの超音波探傷だけでは検査が不可能になる場合が生ずる。例えば、図４(Ａ)及び(Ｂ)に示すように、アウトサイドダブテール翼２がタービンロータのロータホイール１に組み付けられた状態で、アウトサイドダブテール翼２の翼植込部３における翼側面１１の平面１１Ｂにプローブ１００が設置された場合を想定する。この場合には、プローブ１００の圧電素子１０１から送信された超音波Ｐが、翼植込部３内に生じた形状（方向）を図４のように仮定した欠陥Ｋに反射したとき、この反射波は、翼植込部３の翼側面１１の平面１１Ｃを通過するため、プローブ１００の圧電素子１０１により受信されない。従って、プローブ１００によって翼植込部３内の欠陥Ｋを検出できない場合が発生する。
【０００９】
また、一般的な超音波探傷検査では、アウトサイドダブテール翼２をタービンロータのロータホイール１に組み付け状態で、アウトサイドダブテール翼２の翼植込部３の検査をする場合、多くの条件設定が必要であり、アウトサイドダブテール翼２毎に行う翼植込部３の検査に多大な時間が必要になる。また、アウトサイドダブテール翼２の翼植込部３の全体を検査すると、想定欠陥位置に対するプローブ１００の位置や探傷検査条件が異なるので、翼植込部３に対する検査数が多くなって検査に多大な時間を要する。また、アウトサイドダブテール翼２における検査対象の翼植込部３が複雑な形状であるため、欠陥Ｋの想定位置によってはプローブ１００の交換が必要になり、１つのアウトサイドダブテール翼２における検査に長時間を要する。これらの結果、タービンの停止期間が長くなって、タービンを含む定期検査が長期化してしまう。
【００１０】
本発明の実施形態は、上述の事情を考慮してなされたものであり、アウトサイドダブテール翼の翼植込部の全体について、超音波探傷により欠陥を確実に且つ短時間に検査することができる超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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