[發明專利]一種利用風力發電機主軸中心孔位置量化主軸表面橫向裂紋的方法

有效

• 申請號: 202110258614.X
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113092581B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 宋國榮;董寶雨;呂炎;程俊;何存富;吳斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/34;G01N29/44
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種利用主軸中心孔位置激勵超聲波來量化風機主軸表面橫向裂紋的方法，其特征在于：該方法具體實施步驟包括：

步驟一：獲取風力發電機主軸外形尺寸參數，基于主軸表面容易出現裂紋的位置，確定待檢測區域；

步驟二：測量試件零點偏移誤差；

步驟三：將聲束可調的電磁聲傳感器放到主軸的中心孔中，距離主軸端面大于L₂范圍的任意位置L₀，并記下該位置到主軸端面的距離，確定激勵傳感器到待檢測區域兩端的角度變化范圍；

步驟四：在主軸中心孔中，距離主軸端面L₁～L₂范圍內任意位置L_E布置電磁聲接收傳感器，用于接收裂紋衍射橫波；聲束可調電磁聲傳感器、電磁聲接收傳感器與主軸軸線保證在同一平面；

步驟五：利用超聲信號激勵源激勵聲束可調的電磁聲傳感器，并記錄觸發脈沖零點時刻t₀，調節激勵頻率改變聲束角度使超聲波沿著待監測區域進行掃描檢測，同時接收裂紋反射波并記錄反射波峰值對應的時刻t₁；采集電磁聲接收傳感器輸出信號，提取激發處的裂紋反射橫波和接收處的裂紋衍射橫波，以及裂紋衍射橫波峰值對應時刻t_s，同時基于零點偏移誤差，對提取的渡越時間進行校準；

步驟六：以主軸端面中心點為原點，主軸中心軸為x軸，端面半徑為y軸，建立平面直角坐標系；根據接收的裂紋反射波渡躍時間以及橫波聲速確定裂紋到激勵傳感器的直線距離L，以激勵點為圓心，L為半徑作一個圓，同時作一條直線y＝R，與圓相交，其中位于檢測區域的交點即為裂紋開口位置，記為P點，并記下P點到主軸端面的軸向距離；

步驟七：根據衍射橫波渡越時間t_s以及激勵傳感器位置L₀、電磁聲接收傳感器位置L_E，確定以激勵傳感器位置O、電磁聲接收傳感器位置E為焦點的橢圓形軌跡的參數，繪制橢圓形軌跡；

步驟八：基于步驟六所得的裂紋開口位置，確定其軸向坐標x_p；將裂紋開口位置坐標代入步驟七所獲得的橢圓形軌跡方程求得y值，即裂紋尖端的縱坐標，記為y_d；

步驟九：獲得距離端面x_p位置處軸段的半徑R_c，通過R_c-y_d計算裂紋擴展深度。

2.根據權利要求1所述的利用主軸中心孔位置激勵超聲波來量化風機主軸表面橫向裂紋的方法，其特征在于：裂紋軸向位置及擴展深度，是由裂紋反射波及裂紋尖端衍射橫波到達電磁聲接收傳感器的聲程決定的；裂紋反射波可確定裂紋開口的位置信息，即裂紋尖端的橫坐標信息；裂紋尖端衍射橫波確定橢圓形軌跡；又已確定尖端點橫坐標，可以很容易計算出裂紋尖端點的縱向坐標；該橫坐標確定裂紋所在主軸的位置，縱坐標確定裂紋向軸心擴展的深度。

3.根據權利要求1所述的利用主軸中心孔位置激勵超聲波來量化風機主軸表面橫向裂紋的方法，其特征在于：通過在主軸中心孔輻射的有一定偏轉角度的橫波，遇到裂紋后發生反射的回波確定裂紋位置，通過橫波與裂紋尖端相互作用后衍射聲波，進一步確定擴展深度；具備聲束可調功能的電磁聲傳感器和具備橫波接收能力的電磁聲傳感器同時布置于主軸中心孔，利用裂紋開口反射波及裂紋尖端的衍射波，從而達到裂紋量化的目的。

4.根據權利要求1所述的利用主軸中心孔位置激勵超聲波來量化風機主軸表面橫向裂紋的方法，其特征在于：實現該方法所需裝置包括超聲信號激勵源、聲束可調電磁聲激勵傳感器、電磁超聲接收傳感器和信號采集設備；超聲信號激勵源與激勵傳感器連接，電磁聲接收傳感器與信號采集設備連接。