راه‌کارهای توسعة فناوری بازرسی غیرمخرب به‌روش فراصوتی و جریان گردابی در توربین‌های گاز و بخار

نوع مقاله: مقاله علمی ترویجی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی مکانیک، گروه مهندسی مکانیک، بخش تجهیزات دوار، پژوهشگاه نیرو، تهران

2 استادیار گروه مهندسی مکانیک، بخش تجهیزات دوار، پژوهشگاه نیرو، تهران

چکیده

بازرسی غیرمخرب به‌دلائلی چون صرفة اقتصادی، سرعت و بازدهی در صنعت، به‌ویژه در صنعت توربین‌های گاز و بخار، جایگاه ویژه‌ای دارد. در میان روش‌های مرسوم جهت بازرسی غیرمخرب، روش‌های بازرسی فراصوتی و جریان گردابی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند. روش فراصوتی پس از روش‌های چشمی و مایع نافذ پرکاربردترین روش بازرسی غیرمخرب است و به‌دلیل تنوع کاربرد و ماهیت پیچیدگی زیادی دارد. روش جریان گردابی نیز به‌دلیل حساسیت آن به ساختار قطعه، همین‌طور حساسیت زیاد نسبت به عیوب سطحی و قطعات با ضخامت کم، در بازرسی غیرمخرب دارای اهمیت ویژه‌ای است. در این مقاله، نخست اختراعات و مقالات جهانی، زمینه‌های فعالیت شرکت‌های مطرح در بازرسی غیرمخرب و صنایع توربین‌های گاز و بخار در داخل و خارج از کشور بررسی می‌شوند. سپس با در نظر گرفتن این عوامل، راه‌کارهایی جهت توسعة بازرسی غیرمخرب به‌روش فراصوتی و جریان گردابی در داخل کشور ارائه می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


[1] NDT.net, www.ndt.net (accessed 30 Aug 2017).

[2] ر. مهدیزاد, اندازه‌گیری عمق لایة سخت‌شده قطعات فولادی به روش فراصوتی, پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشکدة مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی, 1389.

[3] D.E. Bray, R.K. Stanley, Nondestructive evaluation: a tool in design, manufacturing and service, CRC press, 1996.

[4] V. Abbasi, R. Sazzadur, NDE Inspections and Lifetime Assessment of Turbine Equipment, SIMENS, Orlando, Florida, 2008.

[5] E. Zwicker, Flying Inspection Industrial Motivation, Alstom, 2012.

[6] ف. هنرور, آزمون‌های غیرمخرب: آزمون فراصوتی, نوپردازان, 1384.

[7] X. Jian, N. Guo, M. Li, H. Zhang, Ultrasonic Evaluation of Bond Using Segment Adaptive Filtering, Journal of nondestructive evaluation, vol. 21, no. 2, pp. 55-65, 2002.

[8] R. Kazys, L. Mazeika, R. Sliteris, A. Voleisis, Ultrasonic non-destructive testing of journal bearings, Insight, vol. 43, no. 6, pp. 385-389, 2001.

[9] A. Uglov, A. Khlybov, Adhesive-strength quality control of bimetal layers using an acoustic method, Russian Journal of Nondestructive Testing, vol. 51, no. 7, pp. 422-427, 2015.

[10] ف. بیگلری، م. صادقی, طراحی قالب‌های فورج, تهران: دانشگاه صنعتی امیرکبیر, 1394.

[11] C. Lane, The development of a 2D ultrasonic array inspection for single crystal turbine blades, Springer International Publishing, 2013.

[12] M. Yamamoto, Method for producing titanium Alloy turbine blade blades and titanium alloy titanium alloy turbine blades, US. Patent 6, 127, 044, 3 Oct 2000.

[13] T. O. Koji Kimura, Method of forging turbine blade, US Patent 8, 950, 070, 10 Feb 2015.

[14] H. Julius, Method of fabricating a turbine blade having a leading edge formed of weld metal, US Patent 3, 564, 689, 27 May 1968.

[15] H. Widowitz, PROCESS FOR THE PRODUCTION OF TURBINE BLADES, US Patent 3, 660, 882, 9 May 1972.

[16] K. T. Fendt, H. Mooshofer, S. J. Rupitsch, R. Lerch, H. Ermert, Investigation of the Synthetic Aperture Focusing Technique resolution for heavy rotor forging ultrasonic inspection, in Ultrasonics Symposium (IUS), 2013 IEEE International, IEEE, 2013.

[17] J. Vrana, A. Zimmer, K. Bailey, R. Angal, P. Zombo, U. Büchner, A. Buschmann, R. Shannon, H. Lohmann, W. Heinrich, Evolution of the ultrasonic inspection requirements of heavy rotor forgings over the past decades, in AIP Conference Proceedings, 2010.

[18] T. Fukuchi, T. Ozeki, M. Okada and T. Fujii, Nondestructive inspection of thermal barrier coating of gas turbine high temperature components, IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, vol. 11, no. 4, pp. 391-400, 2016.

[19] T. Fukuchi, N. Fuse, M. Mizuno, K. Fukunaga, Nondestructive testing using terahertz waves, IEEJ Transactions on Power and Energy, vol. 135, no. 11, pp. 647-650, 2015.

[20] T. Fukuchi, N. Fuse, T. Fujii, M. Okada, K. Fukunaga, M. Mizuno, Measurement of topcoat thickness of thermal barrier coating for gas turbines using terahertz waves, Electrical Engineering in Japan, vol. 183, no. 4, pp. 1-9, 2013.

[21] Metals Test and Analytical Procedures, in Annual Book of ASTM Standards, vol. 03.03, ASTM International, 2005.

[22] R. V. Falsetti, CALIBRATION AND FLAW DETECTION METHOD FOR ULTRASONIC INSPECTION OF ACOUSTICALLY NOISY MATERIALS, US Patent 5, 445, 029, 29 Aug 1995.

[23] M. Ricci, L. Senni, P. Burrascano, M. Calderini, Pulse-compression ultrasonic technique for the inspection of forged steel with high attenuation, Insight-Non-Destructive Testing and Condition Monitoring, vol. 54, no. 2, pp. 91-95, 2012.

[24] J. Chen, Y. Shi, S. Shi, Noise analysis of digital ultrasonic nondestructive evaluation system, International Journal of Pressure Vessels and Piping, vol. 76, no. 9, pp. 619-630, 1999.

[25] Do Haeng Hura, Myung Sik ChoiaHO, Hee-Sang Shima, Deok Hyun Leea, One Yoob, Influence of signal-to-noise ratio on eddy current signals of cracks in steam generator tubes, Nuclear Engineering and Technology, vol. 46, no. 6, pp. 883-888, 2014.

[26] ع. نمازی, بهبود تخمین اختلاف زمانی پالس‌های فراصوتی فراصوتی به کمک پردازش سیگنال, پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکدة مهندسی مکانیک, شهریور 1391.

[27] F. Honarvar, H. Sheikhzadeh, M. Moles, A. N. Sinclair, Improving the time-resolution and signal-to-noise ratio of ultrasonic NDE signals, Ultrasonics, vol. 41, no. 9, pp. 755-763, 2004.

[28] ع. غلامی, مدلسازی سیگنال‌های فراصوتی با استفاده از روش‌های بهینه‌سازی, تهران: پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشکدة مهندسی مکانیک، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی, 1393.

[29] ر. کیامهر ,م. غلام‌نیا, پردازش رقومی سیگنال با کمک نرم‌افزار MATLAB, زنجان: دانشگاه زنجان, 1394.

[30] م. پرکان, ح. سیاه‌کوهی, ع. غلامی, کاربرد تجزیه مد تجربی و طیف فرکانس لحظه‌ای برای تضعیص نوفه و تشخی سایه فرکانس پایین در داده‌های لرزه‌ای, فیزیک زمین و فضا, تابستان 1394.

[31] M. Loosvelt, P. Lasaygues, A Wavelet-Based Processing method for simultaneously determining ultrasonic velocity and material thickness, 2011.

[32] Y. Li, B. Yan, D. Li, H. Jing, Y. Li, Z. Chen, A feature extraction technique based on principal component analysis for pulsed Eddy current NDT, NDT & E International, vol. 36, no. 1, pp. 37-41, 2003.

[33] ف. صالحی, بهبود نتایج ضخامت‌سنجی فراصوتی با استفاده از پردازش سیگنال, پایا‌‌نامة کارشناسی ارشد، دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی، دانشکدة مهندسی مکانیک, بهمن 1390.

[34] D. R. Hull, H. E. Kautz, A. Vary, UltrasD. R. onic Velocity Measurement Using Phase-Slope and Cross-Correlation Methods, in NASA, Colorado, 1984.

[35] F. Honarvar, F. Salehi, V. Safavi, A. Mokhtari, A. N. Sinclair, Ultrasonic monitoring of erosion/corrosion thinning rates in industrial piping systems, Ultrasonics, vol. 53, no. 7, pp. 1251-1258, 2013.

[36] N. E. Huang, et al, The empirical mode decomposition and the Hilbert spectrum for nonlinear and non-stationary time series analysis, Proceedings of the Royal Society of London A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 454, no. 1971, 1998.

[37] ا. عطایی, اصول علمی و کاربردهای فنی روش EMATدر تست آلتراسونیک, در بازرسی فنی و آزمون غیرمخرب, تهران, 1386.

[38] N. Lunna, S. Dixon, M. Potter, High temperature EMAT design for scanning or fixed point operation on magnetite coated steel, NDT & E International, vol. 89, pp. 74-80, 2017.

[39] C. Thring, Y. Fan, R. Edwards, Focused Rayleigh wave EMAT for characterisation of surface-breaking defects, NDT & E International, vol. 81, pp. 20-27, 2016.

[40] S. D. Kapayeva, M. J. Bergander, A. Vakhguelt, Ultrasonic and EMAT - Important Tools to Analyze a Combined Effect of Multiple Damage Mechanisms in Boiler Tubes, Ultrasonics for Nondestructive Testing, 2016.

[41] I. Baillie, P. Griffith, X. Jian, S. Dixon, implementing an ultrasonic inspection system to find surface and internal defects in hot, moving steel using EMATs, AIP Conference Proceedings, 2009.

[42] S. Barkhoudarian, Contact-free ultrasonic transduction for flaw and acoustic discontinuity detection, US Patent 4, 567, 769, 4 Feb 1986.

[43] ح. م. نیا, به‌کارگیری روش لیزر فراصوتی در جهت ارزیابی غیر مخرب قطعات صنعتی, تهران: پایان‌نامة کارشناسی ارشد، دانشکدة مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی, 1392.

[44] B. Park, H. Sohn, C. Yeum, T. Truong, Laser ultrasonic imaging and damage detection for a rotating structure, Structural Health Monitoring, vol. 12, no. 5-6, pp. 494-506, 2013.

[45] G. Goode, R. Lewis, A momentary-contact system for ultrasonic testing of steel at temperatures up to 1 200° C, Non-Destructive Testing, vol. 8, no. 6, pp. 313-319, 1975.

[46] V. Rajendran, N. Palanivelu, B. K. Chaudhur, A device for the measurement of ultrasonic velocity and attenuation in solid materials under different thermal conditions, Measurement, vol. 38, no. 3, pp. 248-256, 2005.

[47] م. اعیانی، ف. هنرور، ر. شعبانی, مطالعة تغییرات سرعت امواج طولی و عرضی با تغییر دما, مدرس, جلد 16, ش. 2, 1395، ص. 199-205.

[48] M. J. Metala, Method for non-destructively assessing the condition of a turbine blade using eddy current probes inserted within cooling holes, US Patent 5, 140, 264, 18 Aug 1992.

[49] ا. م. نیا, کتابچة راهنمای انتخاب روش جهت بازرسی و کنترل خوردگی, تهران: تکین کو, 1393.

[50] M. Partika, Portable three axis scanner to inspect a gas turbine engine spool by eddy current or ultrasonic inspection, U.S Patent 5, 781, 007, 14 Jul 1998.

[51] Z. S. R. Harrold, Acoustic waveguide sensing the condition of components within gas turbines, US Patent 6, 487, 909, 3 Dec 2002.

[52] ب. رمضانی, طراحی و ساخت دستگاه C-scan چندفرکانسی به روش جریان گردابی و بهبود ویژگی های آن, تهران: پایان‌نامه، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکدة مهندسی برق, 1386.

[53] م. ضیقمی، ف. هنرور, طراحی و ساخت دستگاه بازرسی غیرمخرب فراصوتی روبش C, در دومین کنفرانس بین‌المللی بازرسی فنی و آزمون غیرمخرب, 1387.

[54] F. Marvin, Rigid-contact dripless bubbler (RCDB) apparatus for acoustic inspection of a workpiece in arbitrary scanning orientations, US Patent 7, 284, 434, 23 Oct 2007.

[55] ف. هنرور، م. سپهری خامنه, طراحی یک سیستم فراصوتی با استفاده از تکنیک حباب‌ساز جهت بازرسی اتصالات چسبی, صوت و ارتعاش, س. 3, ش. 5, 1393، ص. 48-56.

[56] P. F. Sabourin, Method of ultrasonically inspecting turbine blade attachments, US Patent 6, 082, 198, 4 Jul 2000.

[57] S. Yang, B. Y. Kim, Using phased array ultrasonic technique for the inspection of straddle mount-type low-pressure turbine disc, Ndt & E International, vol. 42, no. 2, pp. 128-132, 2009.

[58] Seung-Pyo LEE, Jae-Dong KIM, Chang-Soo KIM, A Comparative Study of Simulation and Experiment Results for Phased Array Ultrasonic Testing for the Root Area of Low-Pressure Turbine, Nuclear Engineering & Technology.

[59] E. Zwicker, Flying Inspection Industrial Motivation, Alstom, 2012.

[60] G. E. Goode, R. Lewis, A momentary-contact system for ultrasonic testing of steel at temperatures up to 1200 °C, Non-Destructive Testing, vol. 8, no. 6, pp. 313-319, 1975.