专利名称：用于检测发电机转子齿中的裂缝的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及大功率发电机。具体来说，本发明涉及用于检测发 电机转子齿中的裂缝的方法和设备。
背景技术：
发电机转子由锻钢制造并且沿轴体长度加工有径向槽。这些径向槽 接合用于励磁绕组的导体来产生用于发电的所需磁场。这种传统的励磁 绕组由楔限制在槽内。这些槽楔通常是鳩尾榫装置，但根据转子设计可 以在设计上发生变化。当转子转动时铜导体块由槽楔保持到位。
过去已经报道了在低速盘车(松楔)期间由于钢楔和转子之间的磨
损而造成的转子齿裂缝。这类缺陷似乎经常出现，因此已经发展了 NDT (非破坏性测试)方法以允许检测和定位这些裂缝。
图l-3描绘了问题大功率发电机的转子10在其外周边包括多个 由绕组槽分开的轴向齿15。绕组槽接收的绕组11借助于楔14固定在 槽内。绕组ll通过场线(field lead) 12连接于相应的导体13。如图 3所示，在齿15的边缘处具有裂缝区域16，齿在这里与楔14相互作用。 在第一阶段A中，在该边缘处开始磨损，这导致了裂缝，其在第二阶段 B中开始变大。在第三阶段C中，裂缝围绕边缘的半径变大，在第四阶 段D中包含整个T型槽。最后，裂缝在第五阶段E中进入转子10的本 体。
目前提出的多数方案在检测裂缝时将楔14和绕组ll取下。楔和绕 组的取下费钱又费时。
文件(EP-A1-1777513 )提出了一种方案，其允许使用相控阵列 (phased array)超声技术来检测组装的转子。图4复制了该文件的图 9:在此，超声换能器的相控阵列17用于产生扫描束来检测转子IO，的 齿15，内的裂缝区域16。
但是，使用相控阵列需要非常复杂精密的电子设备来限定和改变扫 描束方向并从相控阵列接收的信号中提取有用数据。

发明内容
因此本发明的一个目的是提供用于检测发电机转子齿中的裂缝的 方法和设备，其具有简单的测量结构，方便使用，并且使用简单的方法 来收集和处理数据。
该目的分别通过根据权利要求1和11的方法和设备来实现。
根据本发明的方法包括步骤非破坏性测试大功率发电机转子齿的 方法，包括步骤
提供多个超声脉冲回波换能器，设置成阵列并且定位和排列成提供 一系列用于齿几何形状的不同检查角度；在转子齿之上定位阵列；激发 所述多个超声脉冲回波换能器中的至少一个，以产生传送波束来探询齿 内侧上的楔角；和调节(condition)从所述多个超声脉冲回波换能器 中的所述至少一个获取的数据以捕获来自齿内的缺陷的反射。
根据本发明的一个实施例，被调节的获取数据(the conditioned acquired data)显示在显示器上。
根据本发明的另 一个实施例，所述阵列的各超声脉冲回波换能器被 依次激发。
根据本发明的另一个实施例，通过在转子轴线方向上沿整个齿移动 超声脉冲回波换能器的阵列来全面检查齿。
根据本发明的另一个实施例，超声脉冲回波换能器的阵列沿转子齿 的轴线方向排列。
根据本发明的另 一 个实施例，超声脉沖回波换能器的阵列利用连接 手段连接于齿面。
根据本发明的另一个实施例，超声脉冲回波换能器的阵列通过半自 动或全自动装置尤其是机器人沿转子齿的上表面移动。
根据本发明的另一个实施例，用于移动脉冲回波换能器阵列的装置 带有电子编码器，其与阵列内的各换能器的依次激发结合，允许在转子 齿的整个长度上获取数据。
根据本发明的另 一个实施例，旋转超声脉沖回波换能器的阵列以允 许检查齿的反面。
根据本发明的另一个实施例，超声脉冲回波换能器的两个阵列沿齿 的长度定位且一致地(in unity )移动，从而一次提供各齿的全面检查。
根据本发明的设备包括多个超声脉冲回波换能器，设置成阵列并且定位和排列成提供一系列用于齿几何形状的不同检查角度；和数据单 元，用于调节从所述多个超声脉冲回波换能器获取的数据，所述数据单 元连接于超声脉冲回波换能器的所述阵列。
根据本发明的一个实施例，所述多个超声脉沖回波换能器安装在一 个壳体内。
根据本发明的另一个实施例，各超声脉冲回波换能器具有自己的换 能器楔和声音耦合面，并且设置成以预定角度提供传送和接收。
根据本发明的另一个实施例，还设置有装置，该装置携带有沿转子 齿上表面的脉冲回波换能器阵列。
根据本发明的另一个实施例，所述装置是半自动或全自动装置，尤 其是机器人。
根据本发明的另一个实施例，所述装置携带有电子编码器。


以下参照示于附图中的优选的示例性实施例来更加详细地说明本 发明的主题内容，其中
图1示出了大功率发电机的典型转子； 图2示出了转子的简化图3示出了根据图1或2的转子齿内的裂缝蔓延； 图4复制了现有技术文件(EP-A1-1777513 )的图9; 图5示出了根据本发明的检测系统的实施例的透视图； 图6示出了根据本发明的脉沖回波阵列的实施例； 图7示出了在模型齿上的根据本发明的实际测量系统；和 图8示出了根据本发明的测量系统的数据单元，显示了测量曲线， 其表示存在裂缝。
具体实施例方式
本发明的内容描述了一种新颖的超声方法，其相比现有技术 (EP-A1-1777513 )的相控阵列方法，利用了更加简单和更加紧凑的超 声脉冲回波^支术。
该新方法不仅能够检测已组装转子内部的磨损裂缝，还被证实足够 紧凑以用于现场测量，即其适合转子和定子之间的气隙的有限空间，因 此允许发电机转子的状态评估，甚至无需从定子上取下转子。
该新的方法和设备可以方便地应用于现有的调度机器人(deployment robot)和机构。
该新的方法和设备尤其能够防止由于老化造成的裂缝而导致的严 重故障。
提出的用于检查发电机转子的系统包含脉冲回波超声换能器阵列 (参见图5中的18)，其提供一系列有源元件(a range of active elements),具有特殊的角度，设置成提供楔角面的最佳检查。
如图6所示，传感器阵列或系统20包含多个超声换能器22.....
25，安装在例如松体丙烯酸树脂(bulk acrylic)的一个壳体(阵列)
或主体21内。各个超声换能器22..... 25设置有特殊的波束角度(beam
angles )(参见图6中的箭头)并且被依次激发以产生传输波束，用于 探询齿15内侧(underside)上的楔角。传感器阵列20具有多个换能
器22..... 25 (图6的实施例中有四个)，定位并排列成最佳地提供用
于齿几何形状的一系列检查角度。脉冲回波换能器22..... 25设置成
最佳地传送和捕捉任何来自裂缝的反射。
各个换能器22..... 25具有自己的换能器楔(transducer wedge )
和声音耦合面(acoustic coupling face),并且设置成以预定角度提 供传送和接收。图5示出了脉冲回波传感器阵列18的布置以及下面的 检查区域。
阵列18或20定位在转子齿15之上并且排列于转子齿15的轴向， 利用合适的连接手段连接于齿面。通过在转子轴线方向(图5中的扫描 方向19 )上沿整个齿15移动脉冲回波阵列18或20，齿15被全面检查。
载有沿着转子齿15的上表面的脉冲回波换能器阵列18或20的装 置可以是手动、半自动或全自动装置(例如机器人)，携带有电子编码
器。这类编码器，与阵列18或20内的各换能器22..... 25的依次激
发相结合，允许在转子齿15的整个长度上获取数据。获取的数据由数 据单元28来调节(图8 )，其通过连接器26 (图7 )连接于阵列20，从 而捕获来自缺陷的反射。所得曲线显示在显示器29上以示出裂缝指示 峰30。通过模型齿27来测试和校准阵列20，模型齿27含有人造裂缝。
可以转动阵列18或20以允许检查齿15的反面，或可以沿齿15的 长度来设置并且一致地移动两个这样的装置，从而一次提供各齿15的 全面检查。
可以独立或依次地激发各换能器22..... 25来静态或动态地执行数据获取。
总之，本发明的特征在于
-脉冲回波换能器装置，以特殊角度设置来探询楔角。 .具有独立收发器的换能器阵列，设置成检测磨损裂缝。 *超声波束角以预定路径和波束角通过转子齿的顶面进入材料。 -声音耦合面的轮廓适合各转子设计和直径。
权利要求
1. 非破坏性测试大功率发电机转子(10)齿的方法，包括步骤提供多个超声脉冲回波换能器(22、...、25)，设置成阵列(18，20)并且定位和排列成提供一系列用于齿几何形状的不同检查角度；在转子齿(15)之上定位阵列(18，20)；激发所述多个超声脉冲回波换能器(22、...、25)中的至少一个，以产生传送波束来探询齿内侧上的楔角；和调节从所述多个超声脉冲回波换能器(22、...、25)中的所述至少一个获取的数据以捕获来自齿(15)内的缺陷的反射。
2. 权利要求1所述的方法，其中被调节的获取数据显示在显示器 (29)上。
3. 权利要求1所述的方法，其中所述阵列(18， 20)的各超声脉 冲回波换能器(22.....被依次激发。
4. 权利要求1-3之一所述的方法，其中通过在转子轴线方向上沿整个齿(15)移动超声脉冲回波换能器(".....25 )的阵列U8， 20)来全面检查齿(15)。
5. 权利要求1所述的方法，其中超声脉冲回波换能器(22.....25)的阵列(18， 20)沿转子齿(15)的轴线方向排列。
6. 权利要求1所述的方法，其中超声脉沖回波换能器(22.....25)的阵列(18， 20)利用连接手段连接于齿面。
7. 权利要求4所述的方法，其中超声脉冲回波换能器(22.....25)的阵列(18， 20)通过半自动或全自动装置尤其是机器人沿转子齿(15)的上表面移动。
8. 权利要求7所述的方法，其中用于移动脉冲回波换能器阵列(18，20)的装置带有电子编码器，其与阵列(18， 20)内的各换能器(22.....25)的依次激发结合，允许在转子齿(15)的整个长度上获取数据。
9. 权利要求1所述的方法，其中旋转超声脉冲回波换能器(22.....25)的阵列(18， 20)以允许检查齿(15)的反面。
10. 权利要求l所述的方法，其中超声脉沖回波换能器(22.....25)的两个阵列(18， 20)沿齿(15)的长度定位且一致地移动，从而一次提供各齿(15)的全面检查。
11. 一种设备，用于根据权利要求1所述的方法非破坏性测试大功 率发电机转子(10)齿，包括多个超声脉冲回波换能器(22..... 25 )，设置成阵列(18， 20)并且定位和排列成提供一系列用于齿几何形状的不同检查角度；和数据单元(28 )，用于调节从所述多个超声脉冲回波换能器(22.....25 )获取的数据，所述数据单元(28 )连接于超声脉冲回波换能器(22、...、 25)的所述阵列(18， 20)。
12. 权利要求11所述的设备，其中所述多个超声脉冲回波换能器 (22..... 25 )安装在一个壳体(21)内。
13. 权利要求11所述的设备，其中各超声脉冲回波换能器(22.....25)具有自己的换能器楔和声音耦合面，并且设置成以预定角度提供传 送和接收。
14. 权利要求11所述的设备，还包括装置，该装置携带有沿转子 齿上表面的脉冲回波换能器阵列(18, 20)。
15. 权利要求14所述的设备，其中所述装置是半自动或全自动装 置，尤其是机器人。
16. 权利要求15所述的设备，其中所述装置携带有电子编码器。
全文摘要
用于检测发电机转子齿中的裂缝的方法和设备。该方法是非破坏性测试大功率发电机转子的方法，包括步骤提供多个超声脉冲回波换能器(22、…、25)，设置成阵列(20)并且定位和排列成提供一系列用于齿几何形状的不同检查角度；在转子齿之上定位阵列(20)；激发所述多个超声脉冲回波换能器(22、…、25)中的至少一个，以产生传送波束来探询齿内侧上的楔角；和调节从所述多个超声脉冲回波换能器(22、…、25)中的至少一个获取的数据以捕获来自齿内的缺陷的反射。
文档编号G01N29/04GK101413924SQ20081021509
公开日2009年4月22日 申请日期2008年9月18日 优先权日2007年9月18日
发明者J·诺尔斯, R·莫瑟 申请人:阿尔斯托姆科技有限公司