افزایش تباین تصاویر پرتونگاری در آزمون غیر مخرب پره‌های توربین با پرتوهای ایکس و نوترون

نویسندگان

1 پژوهشکدة راکتور و ایمنی هسته‌ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای، تهران، ایران.

2 گروه فیزیک، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

چکیده

انسداد مجاری خنک‌سازی پره‌های توربین‌ها که در دمای بالا کار می‌کنند می‌تواند منجر به ایجاد نقاط داغ و خرابی و نهایتاً حوادث خطرناکی شود. یکی از عوامل گرفتگی باقی‌ماندن قطعات ماهیچه در حین ریخته‌گری است و بنابراین بررسی این مجاری در حین ساخت و بهره‌برداری اهمیت دارند. معمولاً از آزمون‌های غیرمخرب پرتونگاری ایکس و نوترون برای بررسی مجراها استفاده می‌شود. تصاویر پرتونگاری نوترون تباین بهتری به دلیل سبک بودن جنس ماهیچه ایجاد می‌کنند؛ اما منابع نوترونی کمتر در دسترس هستند. تصاویر ایکس تباین کمتری حاصل می‌کنند. در این تحقیق برای افزایش تباین تصاویر پرتونگاری از روش کانولوشن گوسی استفاده شده است. بررسی‌ رادیوگراف‌ها نشان می‌دهد که نوترون‌‌ها تصاویر بهتری را ایجاد کرده‌اند و کانال‌ و مجاری داخلی در این تصاویر بهتر از تصاویر پرتونگاری ایکس دیده می‌شوند. لازم به ذکر است در پرتونگاری نوترونی با فیلم علاوه بر مشخص‌شدن انسداد مجاری، چگالی مواد سرامیکی داخل مجرا نیز قابل‌ارزیابی است. در خصوص پرتونگاری نوترونی با فیلم قابل تأکید است که علاوه بر مشخص‌شدن انسداد مجاری، چگالی مواد سرامیکی داخل مجرا نیز قابل‌ارزیابی است. همچنین با استفاده از نشانه‌گذاری با مواد جاذب نوترون می‌توان تباین مواد باقیمانده از ماهیچة سرامیکی را افزایش داد. از جمله‌ جاذب‌های مهم نوترونی می‌توان به بور، ایندیم و گادولینیوم اشاره کرد. برای بهبود کیفیت تصاویر پرتونگاری نوترونی عمدتاً از گادولینیوم به‌عنوان جاذب بالای نوترونی استفاده می‌شود. هرچند در تصاویر بازسازی‌شده تباین افزایش پیدا کرده؛ ولی همچنان تصاویر بازسازی شده از پرتونگاری نوترونی برتری خود را در نشان‌دادن دقیق‌تر مجاری  و گرفتگی کانال‌ها نشان می‌دهند. نظر متخصصین رادیوگرافی نیز نشان می‌دهد که روش پرتونگاری نوترونی 60% اطلاعات بیشتری نسبت به روش ایکس از این پره‌ها می‌دهد و پردازش تصاویر بازسازی شده نیز 10 تا 20%  وضوح تصاویر بالا می‌برند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Contrast Enhancement for NDT Images of Turbine Blades by Means of X-ray/Neutron Radiography

نویسندگان [English]

  • Amir Movafeghi 1
  • Behrouz Rokrok 1
  • Effat Yahaghi 2
  • Nafiseh Araghian 2
  • Zeinab Naghshnejad 2
1 Reactor and Nuclear Safety Research School, Nuclear Science & Technology Research Institute (NSTRI), Tehran, Iran
2 Department of Physics, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran.
چکیده [English]

Obstruction of turbine blade in different turbines can lead to dangerous accidents, and it is important to check these blades during construction and operation. Due to blockage of air channels, hot spots can lead to blade damage. In this research, X-ray and neutron radiography are used to examine the blades. Reviews of radiographs show that neutrons produce better images, and internal canals and defects are better seen in these images than X-ray images. It is worth emphasizing that neutron radiography with gadolinium tagging can determine the obstruction of blade and evaluate the density of ceramic materials inside the blade. Regarding neutron radiography with film, it can be emphasized that in addition to determining the obstruction of air ducts, the density of ceramic materials inside the ducts can also be evaluated. Also, by tagging with neutron absorbing materials, the contrast of the remaining materials from the ceramic muscle can be increased. Boron, indium and gadolinium can be named as important neutron absorbers. To improve the quality of neutron radiography images, Gadolinium is mainly used as a high neutron absorber. Although the contrast has increased in the reconstructed images, the reconstructed images from neutron radiography still show their superiority in showing the ducts and channel blockages. Different image processing methods can be implemented for the contrast enhancement. In this research, Gaussian convolution method is used to increase the contrast of the radiographs. Although contrast has increased in the reconstructed images by the Gaussian convolution method, the reconstructed images from neutron radiography show the blade structure and its channel blockages accurately. The opinion of radiography specialists also shows that the neutron radiography method gives 60% more information than the X-ray method, and the reconstructed images increased the contrast of the images between 10 to 20%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nondestructive testing
  • X-ray and neutron Radiography
  • turbine blades
  • Gadolinium tagging
  • Image processing
  • Gaussian convolution
[1] Shahani A. R ., Esmailpoor Hajilak Z. (2018).
Simulation of crack growth rate in T56 jet engine
compressor blade using Raju -Newman method,
Modares Mechanical Engineering, 17( 11), 21 -30,
(in Persian)
[2] Witek L. (2011). Crack propagation analysis of
mechanically damaged compressor blades
subjected to high cycle fatigue, Engineering
Failure Analysis, 18 (4), 223 -1232.
[3] Hu D., Wang R. (2013). Combined fatigue
experiments on full scale turbine components,
Aircraft Engineering and Aerospace Technology,
85 (1), 4 -9.
[4] Skamniotis,C.; Courtis M., Cocks A.C.F. (2021).
Multiscale analysis of thermomechanical stresses
in double wall transpiration cooling systems for
gas turbine blades. Int. J. Mech. Sci., 207.
[5] Kanesund J.; Brodin H.; Johansson S. (2018). Hotcorrosion influence on deformation and damage
mechanisms in turbine blades made of IN-792
during service. Eng. Fail. Anal., 96, 118–129.
[6] Nagabandi K., Pujari A.K., Iyer D.S. (2020). Thermomechanical assessment of gas turbine combustor
tile using locally varying thermal barrier coating
thickness. Appl. Therm. Eng, 179, 115657.
[7] Wee S.; Do J.; Kim,K.; Lee C.; Seok C.; Choi B.-G.;
Choi Y.; Kim, W. (2020). Review on Mechanical
Thermal Properties of Superalloys and Thermal
Barrier Coating Used in Gas Turbines. Appl. Sci.,
10, 5476.
[8] Peters B.M.; LeyensC.; Schulz U.; Kaysser W.A. EBPVD (2001). Thermal Barrier Coatings for
Aeroengines and Gas Turbines. Adv. Eng. Mater.,
3, 193–204.
[9] Russell J. Ch. H., Henager Ch. H. (2020). Influence
of long-term thermal aging on the microstructural
and tensile properties of all-oxide ceramic matrix
composites, Ceramics International 46(9), DOI:
10.1016/j.ceramint.2020.02.198
[10] Liu H., Pei Ch., Yang J., , Yang Zh. (2020).
Influence of long-term thermal aging on the
microstructural and tensile properties of all-oxide
ceramic matrix composites, Ceramics
International, 46(9), DOI: 10.1016/j.ceramint.
020.02.198
[11] Carter T.J. (2005). Common failures in gas turbine
blades. Eng. Fail. Anal. 12, 237–247.
[12] Hou J.; Wicks, B.J., Antoniou R.A. (2002). An
investigation of fatigue failures of turbine blades
in a gas turbine engine by mechanical analysis.
Eng. Fail. Anal., 9, 201–211.
[13]https://www.phoenixneutronimaging.com/aeros
pace
[14] Muralidhar S., Lukose N. and Subramanian M. P.
(2006). Evaluation of turbine blades using
computed tomography, in Proceedings of the
National Seminar on Non-Destructive Evaluation,
Hyderabad, India, December.
[15] Fantidis J. G., Potolias C., and Bandekas D. V.
(2011). Wind Turbine Blade Nondestructive
Testing witha Transportable Radiography System,
Hindawi Publishing Corporation Science and
Technology of Nuclear Installations, Article ID
347320, 6 pagesdoi:10.1155/2011 /347320.
[16] Sim Ch. M., Oh H .S., Kim T., Lee Y. S., Kim Y. K.,
Kwak S. S., Hwang Y. Ha. (2014). Detecting Internal
Hot Corrosion of In-service Turbine Blades Using
Neutron Tomography with Gd Tagging, J
Nondestruct Eval 33:493–503,
DOI:10.1007/s10921-014-0244-x.
[17] Sim Ch. M., Kim Y. K., Kim T., Lee K. H., Kim J. U.
(2009) Detection of hidden shot balls in a gascooled turbine blade with gadolinium tagging
method, Nuclear Instruments and Methods in
Physics Research A, 605 175–178
[18] BINDT, Neutron imaging: past, present and
future, British Institute for NDT, December 2019,
https://www.bindt.org/News/December2019/neutron-imaging-past-present-and-future/
retrieved 16 May 2023
[19] ا. موافقی، م. چوپان دســتجردی، ب. رکرک، ع. یاحقی،
ع. نگهدارزاده، ا. کشـاورز خانی و آ.ضـیا آبادی، "اسـتفاده از روش
نوترون رادیوگرافی برای تشـــخیص نقوش و آســـیـبهـای کوزة
بـاســـتـانی ســـمیران در راکتور تحقیقـاتی تهران"، مجلـۀ تـابش و
فناوری هستهای، صفحه ،30-22 دوره ،4 شماره ،4 اسفند 1396
[20] ن. عراقیان، ا. موافقی، ب. رکرک، م. منصـوری، ز. نقش
نژاد و م. فرض مهدی ، "بررسـی تأثیر هندسـه دادهبرداری و روش
بـازســـازی بر تصـــاویر مقطعنگـاری نوترونی در رآکتور تحقیقـاتی
تهران"، دوره ،44 شماره ،2 تیر ،1402 صفحه 12-1
[21] ISO standard, (2013). ISO 17636-2, Nondestructive testing of weldsRadiographic testing-Part
2: X- and gamma-ray techniques with digital
detectors,
[22] Getreuer P. (2013). A survey of Gaussian
convolution algorithms, Image Processing On
Line, 286-310, 2013.
[23] M. Basu, Gaussian-based edge-detection
methods-a survey, IEEE Transactions on Systems,
Man, and Cybernetics, Part C (Applications and
Reviews), vol. 32, no. 3, pp. 252-260, 2002.
[24] ASTM, (2019). ASTM E748-19, Standard Guide for
Thermal Neutron Radiography of Materials,
[25] ASTM (2020). ASTM E2003-20, Standard Practice
for Fabrication of the Neutron Radiographic Beam
Purity Indicators,
[26] ASTM, (2019). ASTM E2023-19, Standard Practice
for Fabrication of Neutron Radiographic
Sensitivity Indicators.