用于发电机转子齿检验的相控阵超声方法和系统技术方案

提供了用于检验发电机转子的方法和系统。该系统包括相控阵超声换能器（５０２），该相控阵超声换能器（５０２）包括工作面（５０４），该工作面（５０４）包括形成阵列的多个换能器元件（６０２），所述元件被构造成以预定顺序进行激励，以在相对于工作面的多个角产生超声能量的发射束（５１６）。所述元件被构造成通过工作面接收超声回波。该系统还包括换能器楔，该换能器楔包括被构造成耦接换能器的耦接面和被构造成耦接转子（１０８）的发射面。所述楔被构造成在所述发射面以预定角折射超声发射束，以使该束以基本上垂直于转子的负荷面的角进入部件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般而言涉及电力发电机，更特别地涉及用于检验电力发电机部件的方法和系统。
技术介绍
常规发电机，比如与燃气涡轮机和蒸汽涡轮机一起使用的发电机，采用磁性材料锻造的转子，其中径向槽沿转子的轴向长度被加工以容纳励磁绕组的导电线圈，所述导电线圈被互连以便产生期望的磁通量分布图。典型地，在这种常规转子槽中包括在槽的顶端和底端的蠕动(creepage)块以及线圈槽楔，以用于抵抗在转子运行时施加在绕组上的沿径向向外的力。通常为燕尾形的槽楔被用于在转子以例如每分钟3600转旋转时保持铜线圈在适当的位置。在已知的转子中，线圈槽楔大约为6-12英寸长，其中多个这种楔被用于每个线圈槽，尤其是在具有高的额定电功率的较长转子中。在努力减少装配所需的零件数量以及提高这种装配方式的总速度的过程中，全长楔已被用于特定的应用。对于其它的应用，容差排除了全长楔的使用，并且在这些情况中，在每个转子槽中使用两个或更多个楔。然而，在若干发电机的槽壁的燕尾区域中，已经在相邻转子楔的对接接头处发现了裂纹，这显然是由在钢楔的端部发现的磨损破坏引起的。随着时间的流逝，这种裂纹可能扩大并影响转子的性能。已知的检验技术在其当转子在适当的位置时评估转子齿燕尾榫(dovetail)的完整性的能力方面受到限制。更具体而言，目视检验只允许对转子齿的裂纹进行有限的检查。转子齿是在相邻转子槽之间存在的结构。为了彻底地检查其中可能发生裂纹的转子齿燕尾榫，发电机外壳的至少一部分可能需要被拆卸，以便于拆卸转子和可能的转子楔，随后利用视觉、磁粉、液体渗透剂或涡流技术对燕尾榫进行检验。然而，在一些情况下，由于劳力和成本的限制，这种技术可能是不可行的。
技术实现思路
在一个实施例中，用于检验发电机转子的系统包括相控阵超声换能器，该相控阵超声换能器包括含有形成阵列的多个换能器元件的工作面(active face)，这些元件被构造成以预定的顺序进行激励，以在相对于工作面的多个角产生超声能量发射束。这些元件被构造成通过工作面接收超声回波。该系统还包括换能器楔，所述换能器楔包括被构造成耦接(couple)换能器的耦接面和被构造成耦接转子的发射面。该楔被构造成在发射面以预定角折射超声发射束，以使该束以基本上垂直于转子的负荷面的角进入部件。在另一个实施例中，用于检验发电机转子的方法包括将超声换能器的工作面与基本为楔形的底座(shoe)耦接，其中该换能器包括形成阵列的多个换能器元件；激励多个换能器元件以产生超声发射束；以及通过该底座发射超声束，以使该超声束被折射为基本上垂直于转子的负荷面的角。在又一个实施例中，用于检验发电机转子的方法包括将超声换能器的工作面沿着发电机转子的表面定位，其中该换能器包括形成阵列的多个换能器元件；激励多个换能器元件以产生沿着从阵列中选择的射线路径发射入发电机转子的超声发射束；利用换能器作为接收元件从发电机转子接收多个回波信号；以及利用多个回波信号来确定表示在发电机转子中的裂纹的密度界面。附图说明图1是示例性发电机的示意端视图；图2是说明多个转子齿之一以及相邻槽的发电机的示意放大端视图；图3是图2中所示的齿的示意侧视图；图4是图2中所示的楔的示意侧视图；图5是示例性超声换能器结构的示意侧视图，该超声换能器结构可以用于识别和定位在图2中所示的燕尾榫负荷面中的裂纹；图6是图5中所示的超声换能器结构的示意3D视图；图7是图2中所示的齿的示意侧视图；图8是图2中所示的齿的另一个示意侧视图；以及图9是具有均匀的齿表面的示例性齿的示意侧视图。具体实施例方式图1是示例性发电机100的示意端视图。多个定子条形绕组102被置于围绕定子铁心106的内周限定的槽104中。在该示例性实施例中，定子条形绕组102由多个扁条形导体或定子条构成，所述多个扁条形导体或定子条耦接在一起以形成通过绕组102的预定绕组路径。在一个实施例中，定子条由铜制成。转子108与定子铁心106的镗孔110同轴对准。转子108的外周112通过气隙116与定子铁心108的内周114分离。转子108可绕纵轴118(示出为进入图1并从图1中穿出)转动。多个转子或励磁槽120和励磁齿122被交替地布置在外周112周围。励磁槽120被构造成容纳传导励磁电流的励磁导体(未示出)，以使在磁极124产生布置于外周112周围的励磁磁场。在运行时，转子108通过原动机比如涡轮或发动机来绕轴118转动。流入导体的励磁电流在磁极124产生磁场，该磁极与转子108一起转动。磁场的通量线与定子导体相互作用以在定子导体上产生电势，此电势诱发电流，该电流被传输以向与发电机100耦接的电负载供电。图2是说明多个转子齿122之一以及相邻槽120的发电机100的示意放大端视图。齿122包括一个被成形为与燕尾形楔202互补的切口200。楔202通常在横截面上具有燕尾形状，以及被定位并被构造成在转子108转动时保持转子线圈和蠕动块(在图2中都未示出)基本上固定在适当的位置。切口200包括承受楔202以及转子线圈和蠕动块的离心负荷的一部分的燕尾榫负荷面204。在燕尾榫负荷面204上承受的负荷力随着时间的流逝而趋向于在燕尾榫负荷面204上诱发裂纹206。例如，在运行中，楔202的轴向运动导致两个相邻楔202在对接接头处产生相对运动。随着时间的流逝，这种相对运动导致对燕尾榫负荷面204的磨损，从而限制楔202向外的径向运动。在对接接头处对燕尾榫负荷面204的磨损作用可以在此位置上诱发裂纹。另一种可能在对接接头附近在负荷面上产生裂纹的原因是楔202和发电机磁场之间的电弧。角208限定了燕尾榫负荷面204相对于齿面112的角。图3是图2中所示的齿122的示意侧视图。齿122包括多个加工在外周112上的沟槽302。沟槽302围绕外周112在圆周上延伸，并延伸穿过齿122和相邻楔202，以使在齿122中的沟槽302与在楔202中的沟槽302基本上对齐(在图3中未示出)。外周112在沟槽302之间的部分被称为槽脊304。图4是图2中所示的楔202的示意侧视图。楔202通常并不延伸为转子108的整个长度，而是被构造为一系列在槽120内端对端对接的段。同样，楔202可以在对接接头402处对接在一起，或者可以在对接接头404处对接在一起。由磨损引起的裂纹通常出现在对接接头附近。在对接接头与槽脊402的中心重合的情况下，裂纹出现在邻近槽脊中心的对接接头附近。在对接接头与沟槽404的中心重合的情况下，裂纹出现在沟槽中心处的对接接头附近。图5是可以用于识别和定位燕尾榫负荷面204上的裂纹(在图2中示出)的示例性超声换能器结构的示意侧视图。在一个实施例中，超声换能器502被定位以使换能器502的工作面504通过配合底座506与外周112配合。在示例性实施例中，底座506包括基本上与转子齿122的轮廓匹配的第一表面508。在可替代的实施例中，如果转子108的直径相对较大，则表面508为平面。第二表面510被构造成与工作面504耦接，以使表面510的角影响在齿122(图5中未示出)的超声束的折射角512。表面510相对于表面508的“顶”角514被选择，以使角514导致超声束516被折射为基本上垂直于燕尾榫负荷面204(在图2中示出)。图6是图5中所示的超声换能器结构的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检验发电机转子的检验系统，包括：相控阵超声换能器（５０２），其包括工作面（５０４），该工作面包括形成阵列的多个换能器元件（６０２），所述元件被构造成以预定顺序进行激励，以在相对于工作面的多个角产生超声能量的发射束（５１６），所述元件被构造成通过工作面接收超声回波；以及换能器楔，其包括被构造成耦接所述换能器的耦接面和被构造成耦接转子（１０８）的发射面，所述楔被构造成在所述发射面以预定角折射超声发射束，以使该束以基本上垂直于转子的负荷面的角进入部件。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：EL本策尔，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]