转动状态下风机主轴缺陷超声导波检测定位方法及设备

本技术涉及风电检测，尤其涉及一种转动状态下风机主轴缺陷超声导波检测定位方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、风电机组(以下简称风机)是风力发电的重要设备，其中，主轴是风机的核心部件，起着连接风机叶片和机舱、传递力和能量的重要作用，主轴的安全性对风机整体性能影响很大。然而，风机在运行过程中，风机主轴需要长时间承受弯曲载荷、扭转载荷甚至各类复合载荷，极易因疲劳、弯曲、扭转或拉伸应力而形成疲劳裂纹甚至断裂，一旦损坏，风机停机时间长、修复成本高，经济损失严重，因此，风机主轴的安全检测评估至关重要。然而，在风机运行过程中，其主轴始终处于旋转状态，因此难以对其进行在线检测或监测。在国内外现有的检测技术中，大多需要将风机停运甚至将主轴拆卸以进行离线检测，风机主轴的拆卸及离线检测工程量较大，会耗费大量的人力、物力及财力，且风机停运导致无法正常送电会影响电力系统稳定，造成较大的经济损失。此外，离线式的风机主轴安全检测无法对主轴的动态运行状况进行及时有效的评估，不利于对主轴结构健康状况及剩余寿命的准确把握。因此，需要寻找能够在主轴转动状态下进行有效在线检测的方法。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个目的在于提出一种转动状态下风机主轴缺陷超声导波检测定位方法，旨在在风机主轴转动状态下开展主轴缺陷的有效检测与评价。

3、本技术的第二个目的在于提出一种转动状态下风机主轴缺陷超声导波检测定位装置。

4、本技术的第三个目的在于提出一种电子设备。

5、本技术的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

6、为达上述目的，本技术第一方面实施例提出了一种转动状态下风机主轴缺陷超声导波检测定位方法，包括：

7、在风机主轴前端的第一预设位置设置超声导波激发换能器，并在风机主轴前端的第二预设位置沿轴向均匀布置多个超声导波接收换能器；

8、在主轴转动状态下，采用超声导波激发换能器沿着主轴母线方向激发超声导波，在所有超声导波接收换能器处同时接收回波信号；

9、对超声导波接收换能器接收到的信号进行分析，提取所有信号特征；

10、依次对提取的信号特征进行分析，求解得到各个信号特征中的位置坐标；

11、对求解得到的信号特征位置坐标进行优化，并进一步判断信号特征类型；

12、对于判断为主轴缺陷的特征，根据得到的位置坐标进行定位，根据其信号最大幅值利用反演算法评估其损伤程度。

13、其中，超声导波激发换能器和超声导波接收换能器均采用电磁感应原理，由线圈和永磁体组成，超声导波激发换能器和超声导波接收换能器与风机主轴表面存在预设提离距离，以保证主轴可以正常转动；在主轴转动过程中，超声导波激发换能器和超声导波接收换能器的位置保持不变。

14、其中，对超声导波接收换能器接收到的信号进行分析，包括：

15、设定预设幅值阈值，依次对每一超声导波接收换能器接收到的信号幅值进行阈值判断；

16、当超声导波接收换能器其中一者接收到的信号幅值大于预设幅值阈值时，判断该信号为主轴缺陷、端面特征的回波信号；

17、分别提取当前回波信号所在的通道序列号k，接收时刻距离开始激发超声导波时刻t0的时间间隔t，以及最大信号幅值a，组成信号特征fj(k,t,a)；其中，j表示所有提取的信号特征中第j个信号特征。

18、其中，设定超声导波激发换能器和超声导波接收换能器的位置坐标为p(x,y)，其中x表示该位置在主轴母线方向上离主轴前端的距离，单位为m；y表示该位置在主轴周向上沿超声导波激发换能器顺时针旋转的弧度，单位为rad。

19、其中，依次对提取的信号特征fj(k,t,a)进行分析，求解得到各个信号特征中的位置坐标pj(x,y)，位置坐标pj(x,y)中的x和y根据下列方程组进行联合求解：

20、

21、其中，vguide表示超声导波在风机主轴中的传播速度，单位为m/s；vrotate表示风机主轴在周向上沿顺时针方向旋转的速度，单位为rad/s；运算符％表示取余数。

22、其中，对求解得到的特征位置坐标进行优化，并进一步判断该特征类型的步骤中，

23、对求解得到的特征位置坐标pj(x,y)进行优化，优化后得到的位置坐标pj(x′,y′)满足如下公式：

24、

25、其中，l表示风机主轴的母线长度。

26、其中，信号特征类型的判断方法为：

27、如果信号特征的位置坐标信息满足x＝＝0，则该特征为主轴端面；

28、否则该特征为主轴缺陷。

29、为达上述目的，本技术第二方面实施例提出了一种转动状态下风机主轴缺陷超声导波检测定位装置，包括：

30、设置模块，用于在风机主轴前端的第一预设位置设置超声导波激发换能器，并在风机主轴前端的第二预设位置沿轴向均匀布置多个超声导波接收换能器；

31、采集模块，用于在主轴转动状态下，采用超声导波激发换能器沿着主轴母线方向激发超声导波，在所有超声导波接收换能器处同时接收回波信号；

32、提取模块，用于对超声导波接收换能器接收到的信号进行分析，提取所有信号特征；

33、位置坐标求解模块，用于依次对提取的信号特征进行分析，求解得到各个信号特征中的位置坐标；

34、位置坐标优化判断模块，用于对求解得到的信号特征位置坐标进行优化，并进一步判断信号特征类型；

35、检测定位模块，用于对于判断为主轴缺陷的特征，根据得到的位置坐标进行定位，根据其信号最大幅值利用反演算法评估其损伤程度。

36、为达上述目的，本技术第三方面实施例提出了一种电子设备，包括：处理器，以及与处理器通信连接的存储器；

37、存储器存储计算机执行指令；

38、处理器执行存储器存储的计算机执行指令，以实现如前述技术方案的方法。

39、为达上述目的，本技术第四方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，计算机执行指令被处理器执行时用于实现如前述技术方案的方法。

40、区别于现有技术，本发明提供的一种转动状态下风机主轴缺陷超声导波检测定位方法、装置、电子设备及存储介质，该方法采用超声导波换能器，基于电磁感应原理，可以实现导波的非接触式激发和接收，换能器与风机主轴表面存在一定的提离距离，以保证主轴可以正常转动。相比于现有的拆卸检测或离线式原位检测，该方法可在风机主轴转动状态下实现在线检测；本发明采用超声导波检测方法，仅在风机主轴的单端敷设换能器，即可实现对主轴整体缺陷的检测与定位。相比于现有的扫查式检测，该方法在实施便利性及经济性方面具有显著优势。

41、本技术附加的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，或通过本技术的实践了解到。