风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置及操作方法与流程

本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置及操作方法。

背景技术：

主轴是风机的关键部位之一，起着连接风机旋转器和齿轮箱、传递能量的关键作用。但在长期运行过程中，复杂的受力及磨损不可避免导致主轴出现裂纹等缺陷，及时发现这些缺陷对主轴及风机的正常运行具有重大意义。由于风机距离地面较高，且很多风机建立在海洋平台上，距离陆地有很长的距离(几公里到数十公里)，若采用电缆方式将数据传输到监控中心，一方面成本高，另一方面对于海洋平台上的风机，施工非常困难。

相关技术中，对风机主轴缺陷进行检测的方法需要将风机停运，检测人员需携带检测仪器进入高达上百米的风机室进行主轴的离线检测，风机停运会造成较大的经济损失，且离线检测工程量较大，会耗费大量的人力、物力及财力。由于风机在运行过程中，主轴沿其周向旋转，且转速不断发生变化，而在离线式的风机主轴缺陷检测时，无法对主轴的运行状况进行及时有效的监测，不利于对主轴结构健康状况及剩余寿命的准确把握。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置，可实现风机主轴的实时在线监测，并将监测数据传送到远程监测计算机，由技术人员对数据进行分析和处理。

本发明的另一个目的在于提出一种风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置的操作方法，可实现风机主轴的实时在线监测，并将监测数据传送到远程监测计算机，由技术人员对数据进行分析和处理。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置，包括：激励模块，用于生成检测波形并发送至线圈提离环；镍带，所述镍带经过磁化后设置在风机主轴一端端部外表面上；所述线圈提离环，对应设置在所述镍带处，所述线圈用于接收所述检测波形，所述线圈还用于和所述镍带通过电磁感应将所述风机主轴中传播的导波信号转换为电信号并发送给信号采集模块；所述信号采集模块，用于采集所述电信号并将所述电信号转换为导波检测数据；无线通信模块，用于向远程监测计算机发送所述导波检测数据；主控模块，所述主控模块用于控制所述激励模块生成所述检测波形。

根据本发明实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置，实现对动态周向旋转的风机主轴结构健康状况的高效实时在线监测，避免因风机停止运行检测引起的经济损失和风机现场检测时大量人力、物力和财力的浪费。

另外，根据本发明上述实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，还包括：数据存储模块，用于接收并所述导波检测数据；其中，所述数据存储模块与所述无线通信模块相连，所述主控模块还用于控制所述无线通信模块定期向所述远程监测计算机发送所述导波检测数据。

进一步地，所述镍带的长度比设置在所述镍带处风机主轴外表面周长短预设长度。

进一步地，还包括：匹配耦合模块，所述匹配耦合模块用于所述检测波形进行匹配耦合后发送至所述线圈提离环，所述匹配耦合模块还用于对所述电信号进行匹配耦合后发送至所述信号采集模块。

进一步地，所述检测波形为周期性脉冲方波。

进一步地，采用永磁体沿所述镍带的长度方向匀速滑动的方式对所述镍带进行磁化，以使所述镍带中产生沿长度方向的剩余磁场。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置的操作方法，包括上述实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置，所述方法包括以下步骤：S201：选择周向均匀、沿轴向传播的T模式导波对所述风机主轴缺陷进行检测，根据所述风机主轴的外径尺寸、内径尺寸及材料特性绘制所述T模式导波的频散曲线，并选取所述T模式导波检测的工作点，确定导波的具体模态、工作频率和波速；S202：根据所述导波的作频率和波速计算所述镍带的宽度、长度和厚度，并确定所述线圈提离环中的线圈匝数、线圈宽度和导线横截面积，以及线圈提离环与镍带之间的径向提离距离；S203：采用永磁体沿所述镍带的长度方向匀速滑动的方式对所述镍带进行磁化，以使所述镍带中产生沿长度方向的剩余磁场；S204：将环氧树脂胶均匀涂抹到磁化后的镍带的内表面，将所述磁化后的镍带沿所述风机主轴的周向粘接在所述风机主轴的一端端部的外表面上；S205：将所述线圈提离环安装在所述磁化后的镍带外侧，并使所述线圈提离环的圆心与所述磁化后的镍带的圆心重合；S206：通过所述主控模块控制所述激励模块生成所述检测波形，并通过所述信号采集模块采集所述风机主轴中传播的导波信号转换为电信号转换为导波检测数据，将所述导波检测数据通过所述无线通信模块发送至所述远程监测计算机。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置的结构框图；

图2是本发明一个实施例的镍带和线圈提离环在风机主轴上设置位置的结构示意图；

图3是本发明一个实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置的操作方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置及基于此装置的操作方法。

图1是本发明一个实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置的结构框图，图2是本发明一个实施例的镍带和线圈提离环在风机主轴上设置位置的结构示意图。

如图1和图2所示，一种风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置，包括激励模块110、镍带120、线圈提离环130、信号采集模块140、无线通信模块150和主控模块160。

其中，激励模块110用于生成检测波形并发送至线圈提离环。具体地，激励模块110采用全桥逆变电路将直流电压转换为周期性脉冲方波。镍带120经过磁化后设置在风机主轴一端端部外表面上。线圈提离环130，对应设置在镍带处，线圈用于接收检测波形，线圈还用于和镍带通过电磁感应将风机主轴中传播的导波信号转换为电信号并发送给信号采集模块。信号采集模块140用于采集电信号并将电信号转换为导波检测数据。无线通信模块150用于向远程监测计算机发送导波检测数据。主控模块160用于控制激励模块生成检测波形。在本发明的一个示例中，主控模块160由FPGA作为控制芯片。

在本发明的一个实施例中，风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置还包括数据存储模块。数据存储模块用于接收并导波检测数据。在本发明的一个示例中，数据存储模块为固态硬盘。其中，数据存储模块与无线通信模块相连，主控模块还用于控制无线通信模块定期向远程监测计算机发送导波检测数据。

在本发明的一个实施例中，无线通信模块140采用无线网桥方式实现。通过主控模块160的控制，固态硬盘中存储的主轴检测数据被传送到TCP/IP转换模块，原始数据被转换为网络制式。发射网桥将网络制式的数据进行无线传输，由接收网桥进行接收。接收到网络制式的数据再由TCP/IP转换模块进行转换，将转换后的数据送入计算机中的主轴裂纹检测数据处理软件进行处理和分析。采用ZX-2415H 802.11b型网桥，工作在2.4GHz频段，符合IEEE 802.11b标准，采用DSSS直接序列扩频技术，具有传输速率高、接收灵敏度高、传输距离远等特点，其实际传输速率可达6Mbps，并具有防水功能，适合风机的工况以及检测数据的无线传输。

在本发明的一个实施例中，镍带120的长度比设置在镍带120处风机主轴外表面周长短预设长度，即在镍带120的两极间留下缺口，提供沿风机主轴周向的偏置磁场。

在本发明的一个实施例中，风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置，还包括匹配耦合模块。匹配耦合模块用于检测波形进行匹配耦合后发送至线圈提离环，匹配耦合模块还用于对电信号进行匹配耦合后发送至信号采集模块。

在本发明的一个实施例中，采用永磁体沿镍带的长度方向匀速滑动的方式对镍带进行磁化，以使镍带中产生沿长度方向的剩余磁场。

本发明实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置，实现对动态周向旋转的风机主轴结构健康状况的高效实时在线监测，避免因风机停止运行检测引起的经济损失和风机现场检测时大量人力、物力和财力的浪费，具有广阔的应用前景。

本发明的实施例还公开了一种机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置的操作方法，包括以下步骤：

S201：选择周向均匀、沿轴向传播的T模式导波对风机主轴缺陷进行检测，根据风机主轴的外径尺寸、内径尺寸及材料特性绘制T模式导波的频散曲线，并选取T模式导波检测的工作点，确定导波的具体模态、工作频率和波速。

具体地，选择周向均匀、沿轴向传播的T模式导波对风机主轴缺陷进行检测，风机主轴外径为1.2m，内径为0.6m，主轴材质为结构钢，体纵波波速为5940m/s，体横波波速为3200m/s，根据绘制的风机主轴中T模式导波的频散曲线，在5kHz至20kHz的工作频率范围内，只存在T(0,1)一种模态的导波，使在主轴中传播的导波模态更纯净，有利于主轴缺陷检测。因此，选择T(0,1)作为检测主轴缺陷的导波模态，工作点频率可选为15kHz，T(0,1)模态导波的波速为3200m/s，波长约为0.21m。

S202：根据导波的作频率和波速计算镍带的宽度、长度和厚度，并确定线圈提离环中的线圈匝数、线圈宽度和导线横截面积，以及线圈提离环与镍带之间的径向提离距离。

具体地，根据线圈宽度不超过导波波长一半的原则，选取排线宽度为0.1m，共100匝，导线横截面积为0.5mm²。因此镍带宽度为0.11m，镍带长度为3.75m，厚度为0.5mm。线圈提离环与镍带的提离距离为5毫米。

S203：采用永磁体沿镍带的长度方向匀速滑动的方式对镍带进行磁化，滑动速度控制在20cm/s至40cm/s，以使镍带中产生沿长度方向的剩余磁场。

S204：将环氧树脂胶均匀涂抹到磁化后的镍带的内表面，将磁化后的镍带沿风机主轴的周向粘接在风机主轴的一端端部的外表面上。

S205：将线圈提离环安装在磁化后的镍带外侧，并使线圈提离环的圆心与磁化后的镍带的圆心重合。

S206：通过主控模块控制激励模块生成检测波形，并通过信号采集模块采集风机主轴中传播的导波信号转换为电信号转换为导波检测数据，将导波检测数据通过无线通信模块发送至远程监测计算机由监测人员进行分析和处理。

另外，本发明实施例的风机主轴缺陷电磁超声导波在线监测装置及操作方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。