一种轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置的制作方法

本发明属于燃气涡轮发动机低循环疲劳试验领域，具体涉及一种轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置。

背景技术：

1、轮盘作为航空发动机的关键部件，对其进行低循环疲劳试验是发动机设计定型必检试验科目，主要目的是验证轮盘具有足够低循环疲劳寿命，对理论计算结果进行验证，同时也为发动机定寿、延寿提供重要试验依据。通过模拟轮盘在发动机中起飞-巡航-降落过程，对轮盘施加低循环载荷谱，直到试验件中出现工程可见裂纹(或者裂纹尺寸超出允许的极限范围)。

2、目前开展的轮盘低循环疲劳试验，主要还是通过定期下台的方式对试验件进行无损探伤，即离线方式。离线检查费时费力、花费高昂，同时由于常用的无损检测方案(荧光、着色)只适用于表面裂纹、在静止状态下裂纹常常闭合等因素导致未能及时检出裂纹，由此造成试验件破裂、试验设备损坏的严重后果。此外，裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命是轮盘低循环疲劳试验两个极为重要的参数，前者决定了首次检查可接受的循环次数，关系到发动机的安全性和经济型，后者决定了发动机的大修间隔或寿命。但由于技术的限制，现有的低循环疲劳试验仅仅测试试验件在特定周期下是否产生裂纹。这不仅造成设计的保守、成本的大幅提高，而且对机理的研究和设计的提升收效甚微。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，针对轮盘低循环疲劳试验，提出一套在线实时识别、跟踪轮盘疲劳裂纹的监测装置，应用该装置可以避免试验过程频繁的下台检测，大幅提高试验效率、降低试验成本、实现试验器连续安全运转。应用本发明所进行的轮盘低循环疲劳试验，不仅极大地提高了试验效率、降低离线分解检查的次数和成本、避免试验件破裂和试验设备损坏，同时还监测到裂纹萌生和扩展寿命等关键参数，在轮盘破裂前终止试验，保留完整轮盘以供分析，有力地促进轮盘耐久性设计和分析手段的进步。

2、为了实现上述技术目的，本发明所采用的具体技术方案为：

3、一种轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，包括：

4、两组电涡流位移传感器，感知方向为所述疲劳试验的试验件的主轴的不同轴向位置，用于感知所述试验件主轴的振动信号；

5、键相传感器，感知方向为所述主轴，用于探测所述主轴在所述疲劳试验时的相位信息；

6、选择开关，与各所述电涡流位移传感器及所述键相传感器通信连接，用于选择一组所述电涡流位移传感器的采集信号；

7、信号处理模块，与所述键相传感器及所述选择开关通信连接，用于将所述键相传感器的采集信号及选择的所述电涡流位移传感器的采集信号进行运算放大、跟踪滤波及选频，得到所述试验件主轴的同步振动幅值和相位信号；

8、控制采集计算机，与所述信号处理模块通信连接，用于将所述同步振动幅值与相位信号结合成矢量，经过对所述矢量进行计算和比对后自动选取裂纹特征参数，基于裂纹特征参数实时触发自动生成的停车阈值；

9、继电器，与所述控制采集计算机通信连接；在所述控制采集计算机计算出所述裂纹特征参数超出阈值时，所述继电器在所述控制采集计算机的控制下使所述疲劳试验停车。

10、进一步的，所述轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置还包括可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器与所述控制采集计算机及所述继电器通信；所述控制采集计算机基于所述可编程逻辑控制器实现对所述继电器的控制。

11、进一步的，所述键相传感器正对所述主轴处设置有单齿，所述单齿作为所述键相传感器的相位参考原点。

12、进一步的，所述键相传感器及各所述电涡流位移传感器的频响均≮

13、2000hz。

14、进一步的，所述选择开关通道为双进单出通道，负极并联设置；所述选择开关的壳体采用绝缘材质。

15、进一步的，所述信号处理模块用于对所述键相传感器的采集信号及选择的所述电涡流位移传感器的采集信号进行离散傅里叶变换；所述信号处理模块的输入通道数≮2，输出通道数≮1，采样率≮20k；所述信号处理模块的输入接口为bnc，输出接口为usb或者pci-e；与所述bnc连接的信号线带屏蔽设置。

16、进一步的，所述控制采集计算机设置有1个usb或者pci-e接口，用于与信号处理模块连接；所述控制采集计算机设置有1个网口，用于与所述可编程逻辑控制器连接；

17、所述控制采集计算机安装有专用采集及设置软件；所述软件用于将振动幅值和相位结合为矢量，并计算后得到裂纹的特征参数；所述软件设置有停车阈值的设置功能；所述停车阈值基于所述特征参数的绝对值和增长率自动调整。

18、进一步的，所述可编程逻辑控制器用于输出逻辑控制信号；可编程逻辑控制器与所述控制采集计算机之间通过网线连接。

19、进一步的，所述继电器作用于所述疲劳试验的动力电动机；所述继电器的控制信号为与所述可编程逻辑控制器相匹配的直流信号；所述继电器的动力线路为与所述电动机的动力电相匹配的交流信号。

20、进一步的，所述试验件为带主轴轮盘，主轴正对键相传感器的位置处设置有单齿。

技术特征：

1.一种轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置还包括可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器与所述控制采集计算机及所述继电器通信；所述控制采集计算机基于所述可编程逻辑控制器实现对所述继电器的控制。

3.根据权利要求2所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述键相传感器正对所述主轴处设置有单齿，所述单齿作为所述键相传感器的相位参考原点。

4.根据权利要求3所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述键相传感器及各所述电涡流位移传感器的频响均≮2000hz。

5.根据权利要求4所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述选择开关通道为双进单出通道，负极并联设置；所述选择开关的壳体采用绝缘材质。

6.根据权利要求5所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述信号处理模块用于对所述键相传感器的采集信号及选择的所述电涡流位移传感器的采集信号进行离散傅里叶变换；所述信号处理模块的输入通道数≮2，输出通道数≮1，采样率≮20k；所述信号处理模块的输入接口为bnc，输出接口为usb或者pci-e；与所述bnc连接的信号线带屏蔽设置。

7.根据权利要求6所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述控制采集计算机设置有1个usb或者pci-e接口，用于与信号处理模块连接；所述控制采集计算机设置有1个网口，用于与所述可编程逻辑控制器连接；

8.根据权利要求7所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述可编程逻辑控制器用于输出逻辑控制信号；可编程逻辑控制器与所述控制采集计算机之间通过网线连接。

9.根据权利要求8所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述继电器作用于所述疲劳试验的动力电动机；所述继电器的控制信号为与所述可编程逻辑控制器相匹配的直流信号；所述继电器的动力线路为与所述电动机的动力电相匹配的交流信号。

10.根据权利要求9所述的轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置，其特征在于，所述试验件为带主轴轮盘，主轴正对键相传感器的位置处设置有单齿。

技术总结
本发明属于燃气涡轮发动机低循环疲劳试验领域，具体涉及一种轮盘低循环疲劳试验裂纹在线监测装置。本发明针对轮盘低循环疲劳试验，提出一套在线实时识别、跟踪轮盘疲劳裂纹的监测装置，应用该装置可以避免试验过程频繁的下台检测，大幅提高试验效率、降低试验成本、实现试验器连续安全运转。应用本发明所进行的轮盘低循环疲劳试验，不仅极大地提高了试验效率、降低离线分解检查的次数和成本、避免试验件破裂和试验设备损坏，同时还监测到裂纹萌生和扩展寿命等关键参数，在轮盘破裂前终止试验，保留完整轮盘以供分析，有力地促进轮盘耐久性设计和分析手段的进步。

技术研发人员：王贺,王明,高文辉,孙文辉,高鹏
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13