Page 35 - 无损检测2022年第五期
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试验研究




   DOI : 10.11973 / ws j c202205001

      相控阵超声检测用喷水耦合喷嘴的优化设计





                           郭   猛 , 班   伟 , 刘露露 , 袁豪杨 , 陈嘉琪 , 姚   东        2
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     ( 1. 宁夏大学 机械工程学院, 银川 750021 ; 2. 国家管网集团西气东输公司银川输气分公司, 银川 750021 )



           摘   要:为提高相控阵超声检测系统对风电叶片等大型构件的检测精度, 设计了 4 种不同结

       构的矩形出水口喷嘴, 通过数值仿真对比分析了各个喷嘴的流动特性。分析发现应用维多辛斯基
       曲线作为引导进行流道内表面设计的喷嘴, 其流束发散最慢, 射流最稳定。为降低加工成本, 基于
       道格拉斯 - 普克算法将理想的维多辛斯基曲线简化为一种分段式折线, 并进行试验验证。结果表
       明, 简化后的喷嘴与应用维多辛斯基曲线的喷嘴性能接近, 射流稳定性好, 具有实际应用价值。

           关键词:超声检测; 射流喷嘴; 优化设计; 数值仿真

          中图分类号: TG115.28    文献标志码: A    文章编号: 1000-6656 ( 2022 ) 05-0001-05

         O p timizationdesi g nofwater- j etcou p lin gnozzlefor p hasedarra yultrasonictestin g


                             ,
                                                             ,
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                    GUO Men g BAN Wei , LIULulu , YUANHao y an g CHENJia q i , YAODon g 2

                   ( 1.SchoolofMechanicalEn g ineerin g , Nin g xiaUniversit y , Yinchuan750021 , China ;












        2.YinchuanGasTransmissionBrachofPi p eChinaWestEastGasPi p elineCom p an y , Yinchuan750021 , China )


           Abstract : In ordertoim p rovethedetection accurac y ofp hased arra y ultrasonictestin g s y stem forlar g e

       com p onentssuchaswindturbineblades , fourkindsofrectan g ularoutletnozzleswithdifferentstructureswere

       desi g nedinthisp a p er.Theflowcharacteristicsofeachnozzlearecom p aredandanal y zedb ynumericalsimulation.

       Itisfoundthatthenozzlewiththeinnersurfaceoftheflowchanneldesi g nedb yusin g theWitozinsk ycurveasthe

       g uidehastheslowestbeam diver g enceandthemoststable j et.Inordertoreducethep rocessin gcost , theideal

       Witozinsk ycurve wassim p lifiedasap iecewisebrokenlinebasedonthe Dou g las-Puckeral g orithm , andthe

       ex p erimentalverificationwascarriedout.Theresultsshowthatthep erformanceofthesim p lifiednozzleiscloseto

       thatofthenozzleusin g theWitozinsk y curve , andthe j etstabilit y isg ood , whichhasp racticala pp licationvalue.

           Ke ywords : ultrasonictestin g ; e j ectornozzle ; o p timizationdesi g n ; numericalsimulation
      在我国提出“ 碳中和、 碳达峰” 的目标下, 新能源                     照观察法、 敲击法等, 检测精度低, 不易检测出叶片
   需求不断增加, 风力发电作为一种重要的清洁能源                           玻璃纤维外壳内部的缺陷, 如孔洞、 夹渣、 分层、 树脂
   转换方法得到了迅速发展            [ 1 ] 。风机装机容量的提高           纤维体积比不当等         [ 2 ] 。相控阵超声检测能灵活地控
   对风机的寿命、 可靠性等服役性能要求更为严苛, 叶                         制声束扫描、 偏转和聚焦等特性, 在构件形状的适应
   片作为风机中承受强风载荷的主要部件, 其制造过                           性、 检测参数的调整方面具有更多的自由度, 已成为
   程中的检测要求也不断提高。传统的检测方法如光                            风机叶片等大型构件检测的重要方法。石一飞                      [ 3 ] 分
                                                     析了风电叶片褶皱、 脱胶、 干丝等多种缺陷的相控阵
                                                     超声图像, 证明了相控阵超声能够有效实现风电叶
      收稿日期: 2021-12-01
      基金项目: 国家重点研发计划资助项 目( 2018YFB2004000 ); 宁       片的无损检测。 ZHANG 等          [ 4 ] 利用相控阵超声技术
   夏自然科学基金资助项目( 2018AAC03058 ); 宁夏青年科技人才托举           对多种叶片试样进行了缺陷检测, 验证了该技术在
   工程( TJGC2019052 )
                                                     风电叶片缺陷检测领域的可行性和适用性。
      作者简介: 郭   猛( 1996- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为机
                                                          相控阵超声检测方法通常使用水作为耦合剂, 可
   电一体化及数值仿真
      通信作者: 班   伟, 讲师, 研究生导师, 主要研究方向为机电伺服            分为水浸式和喷水耦合式两种形式。与水浸式相比,
                                                     喷水耦合式具有方便、 快捷、 检测范围大、 避免工件长
   控制及数值仿真, banwei@nxu.edu.cn
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