[發(fā)明專利]一種風(fēng)力發(fā)電機主軸橫向裂紋衍射波檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810955180.7
• 申請日: 2018-08-21
• 公開（公告）號: CN109239198B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程俊;何存富;呂炎
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種風(fēng)力發(fā)電機主軸橫向裂紋衍射波檢測方法，其特征在于：實現(xiàn)該檢測方法所需裝置包括超聲信號激勵源、縱波壓電傳感器、電磁聲傳感器和信號采集設(shè)備，其中，超聲信號激勵源與縱波壓電傳感器連接，電磁聲傳感器與信號采集設(shè)備連接，該方法具體實施步驟包括如下，

步驟一、獲取風(fēng)力發(fā)電機主軸全尺寸參數(shù)，實測主軸縱波聲速c_L；選擇中心頻率為f，直徑為D_p的縱波壓電傳感器，保證傳感器在主軸材料中的指向角小于5°；其中，f的范圍為2.5MHz～10MHz；D_p的范圍為(10～30)mm；

步驟二、依據(jù)主軸中心孔直徑d，設(shè)計兩只筒形電磁聲傳感器；電磁聲傳感器的線圈采用回折線圈，回折方向沿筒形圓周方向，回折線圈間距為線圈匝數(shù)為(10～20)匝；其中，線圈周向長度為πd；電磁聲傳感器采用筒形永磁鐵，永磁鐵磁化方向沿筒軸線方向；將兩塊永磁鐵分別布置于回折線圈兩側(cè)，異名磁極相對，并固定線圈與永磁鐵相對位置；筒形永磁鐵外徑小于主軸中心孔尺寸(1～2)mm；

步驟三、獲取主軸檢測范圍，即裂紋容易產(chǎn)生的區(qū)域；并將檢測區(qū)域分為若干個(30～70)mm的小檢測區(qū)域段；

步驟四、獲得小檢測區(qū)域段邊界與主軸端面的距離H₁和H₂，H₁H₂；在主軸端面將縱波壓電傳感器置于半徑為R_i的圓周上，保證小檢測區(qū)域段近表面能夠被輻射到超聲波；

步驟五、分別將兩只電磁聲傳感器分別置于主軸中心孔內(nèi)部，電磁聲傳感器與主軸端面距離分別為H₂和H₂+(20～50)mm位置；

步驟六、激勵源激勵縱波壓電傳感器，并記錄激勵起始時刻t₀；分別采集兩只電磁聲傳感器輸出信號，并分別記錄衍射波到達時刻t₁和t₂；

步驟七、以主軸端面中心點為圓心，主軸中心軸為x軸，端面半徑為y軸，建立平面直角坐標(biāo)系；根據(jù)縱波壓電傳感器位置坐標(biāo)F(0，R_i)、兩只電磁聲傳感器位置坐標(biāo) 分別建立兩個橢圓軌跡；其中一個橢圓軌跡的兩個焦點分別為F、F₁，長軸長度為c_L×(t₁-t₀)，另一個橢圓軌跡的兩個焦點分別F、F₂，長軸長度為c_L×(t₂-t₀)；

步驟八、在步驟七所獲得的兩個橢圓軌跡上，尋找兩個橢圓軌跡的交點；將y值大的交點記為裂紋尖端衍射點P(x_p,y_p)；

步驟九、橫向裂紋在主軸中的位置通過P點橫坐標(biāo)x_p表示；在此基礎(chǔ)上，獲得距離端面x_p位置處主軸橫截面半徑R_c，通過R_c-y_p計算得到裂紋擴展深度；

步驟十、在主軸端面沿半徑為R_i的圓移動縱波壓電傳感器，依據(jù)步驟六至步驟九得到主軸不同圓周方向上橫向裂紋的位置和擴展深度；

步驟十一、在主軸端面，根據(jù)不同小檢測區(qū)域段的位置，調(diào)整縱波壓電傳感器掃查半徑R_i，重復(fù)步驟四至步驟十，直到檢測完所有小區(qū)域段為止。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機主軸橫向裂紋衍射波檢測方法，其特征在于：裂紋位置及擴展深度，是利用裂紋尖端衍射聲波分別到兩個電磁聲傳感器的聲程共同決定的，即衍射波一個時間對應(yīng)的一個衍射波聲程，從而確定一個橢圓軌跡；衍射波另一個時間對應(yīng)的第二個衍射波聲程，從而確定第二個橢圓軌跡；兩個軌跡的交點即為裂紋尖端衍射點；該衍射點橫坐標(biāo)確定裂紋所在主軸的位置，縱坐標(biāo)確定裂紋向軸心擴展到的深度位置。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種風(fēng)力發(fā)電機主軸橫向裂紋衍射波檢測方法，其特征在于：所采用的方法利用縱波壓電傳感器在主軸端面輻射聲波，利用電磁聲傳感器在主軸中心孔內(nèi)部接收信號。