CN107976482A - 在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统和监测方法，裂纹在位监测系统包括检测所述盘类零件的传感器装置(1)、采集来自所述传感器装置(1)信号的数据采集装置(2)和连接所述数据采集装置(2)的处理装置(3)，其中，传感器装置(1)包括：第一位移传感器(4)，其相对于所述寿命考核试验器的轴布置以检测所述轴的第一位移信号，第二位移传感器(5)，其与所述第一位移传感器(4)垂直且相对于所述寿命考核试验器的轴布置以检测所述轴的第二位移信号，键相传感器(6)，其相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置以检测所述键相槽的键相信号。

Description

在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统和方法
技术领域
本发明涉及一种盘类零件的裂纹监测技术领域，特别是一种用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统及其监测方法。
背景技术
燃气涡轮发动机的盘类等高速旋转部件在高转速工作条件下会产生较大的离心力，如航空发动机的盘类零件是航空发动机中的耐久性关键件和断裂关键件，直接影响着航空发动机的可靠性、安全性和维护成本。盘类零件的破坏通常不能被航空发动机的机匣包容，一旦出现故障，将会导致灾难性的事故，严重危及飞机的安全飞行。例如某型号发动机的飞行过程中轮盘破裂，击穿机匣及发动机舱，使飞机动力失效，造成了严重的安全事故。盘类零件主要包括风扇盘、压气机盘、涡轮盘、鼓筒形加强盘和篦齿盘等多种类型。航空发动机设计研发过程中，会花大量的资金投入和时间成本用于计算机仿真，如航空发动机转子-轮盘的有限元模型，从而计算航空发动机的盘类零件的安全运行寿命。然而，如果没有实际的测试试验，航空发动机的转子-轮盘系统的实际特性难以准确获取，从而影响燃气轮机安全运行寿命可靠性的评估。
世界各航空大国历来十分重视轮盘的低循环疲劳试验研究，在寿命考核试验中记录轮盘的监测数据，构建轮盘疲劳试验的“大”数据库。美国普拉特·惠特尼集团公司(Pratt&Whitney Group)在90年代时，已经积累15000个材料低循环疲劳试验数据和1500个轮盘低循环疲劳试验数据。俄罗斯航空发动机研究院累积了100多个轮盘的超转、破裂和低循环疲劳试验数据。美国联邦航空局(FAA)要求在新型号发动机的设计阶段，或者在原有发动机的设计基础上有重大的改进时，均需要对盘类零件进行疲劳试验，从而确定航空发动机的预期寿命。我国近十年来多种新型号以及改进的航空发动机呈现出爆发式增加；此外一些在役的航空发动机需要对其盘类零件的剩余寿命进行评估，这样对燃气轮机的盘类零件的寿命考核试验造成了一定的挑战。
通常盘类零件的测试试验在一个专门设计的旋转测试设备中进行的。在试验过程中，盘类零件的转速从一个设定的转速进行加速，当速度达到一个设定值时，转速保持一段时间，然后将转速降低到一个值。这样一个“加载-保载-卸载”的过程称为一个循环次数。每一个循环对应于航空飞机的“起飞-巡航-降落”过程。通过旋转测试试验可以确定航空发动机的盘类零件的循环次数，将循环次数转换成航空发动机的安全运行小时数，从而确定了航空发动机大修时的寿命，实现了航空发动机的盘类零件在失效前能够得到检修或更换的目的。
航空发动机盘类零件通常会有两种失效方式：一是转速过高时离心载荷过大引起材料失效，从而导致轮盘破裂。二是当转速低于轮盘破裂的转速时，由于循环应力的作用引起盘类零件出现裂纹，裂纹进而扩展到一个临界值，最终引起盘类零件的失效。
目前在轮盘寿命考核试验器上主要开展两种类型的寿命考核试验：一是对于新研机种的盘类零件开展全寿命考核试验，从而对该型号的发动机进行定寿；二是在役发动机的已用盘类零件的延寿试验，实现对已用盘类零件的剩余寿命评估，如在延寿试验中，某型号航空发动机已经使用1000小时，将其盘类零件分解进行疲劳循环试验，从而确定航空发动机的延寿时间。
现有的轮盘寿命考核器尚缺少监测系统，不能实时监测轮盘的状态。会造成四个方面的影响：
盘类零件的寿命考核试验过程中间断性的分解探伤检查导致试验周期过长。某型号航空发动机的轮盘在寿命考核试验中，如果需要进行10000次循环的疲劳寿命考核试验，则会在5000次循环试验后拆卸分解，检查是否出现裂纹。如果不存在裂纹，会继续开展试验，之后会1000次循环试验、500次循环试验、200次循环试验分别进行分解探伤检查。特别是临近试验结束时，会每50个循环进行分解检查探伤。而每个探伤过程会消耗大量时间，该过程需要总装部门、检测部门、无损探伤部门、理化分析部门等配合进行。这些部门同时又会存在其他的任务，需要排队进行，这样整个探伤过程需要20～30天；因此整个轮盘寿命考核试验进行下来需要10～12个月。而盘类零件如果能持续不断的进行试验，则会将寿命考核周期缩短至原先的1/5到1/8。整个试验的大量时间花在分解检查过程中，导致试验效率低下。
不能准确确定轮盘的考核寿命，导致服役寿命的评估精度差。例如在循环次数为7000时未发现裂纹，在轮盘试验器上运行到循环次数为8000时检测出裂纹，则循环次数定为7000；这样给出的循环次数与真实值有一定误差，从而对服役寿命的计算造成影响。
对于在研或新研机种而言，由于缺乏轮盘运行健康状态监测手段，可能会引起轮盘的爆裂。导致寿命考核试验的非正常失效，从而耽误研制周期和研制进程。
当轮盘出现爆裂时，会对轮盘寿命考核器造成损伤。当盘类零件在寿命考核过程中破裂时，会瞬间产生较大的离心力，对试验器造成损伤，特别是容易引起试验器的轴出现故障。此外，破裂的盘类部分会击穿试验器的试验舱，对试验设备和试验人员造成了巨大的安全威胁。例如某次试验中轮盘爆裂，轮盘碎块击飞出实验舱，击穿试验房的房顶。
如何实现盘类零件的寿命考核试验中的有效监测是急需解决的关键问题。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
针对轮盘寿命考核试验中缺乏有效的监测手段，本发明旨在解决盘类零件在寿命考核试验器中的裂纹在位监测难题，从而确保盘类零件和寿命考核试验器的健康安全运行，本发明提供一种用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统及监测方法。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
在本发明中，盘类零件指的是燃气涡轮发动机盘类零件，包括裸盘(不带叶片)、带叶片的盘类零件、整体叶盘和整个发动机转子等。盘类零件的转速从一个设定的转速进行加速，当速度达到一个设定值时，转速保持一段时间，然后将转速降低到一个值。这样一个“加载-保载-卸载”的过程称为一个循环次数。每一个循环对应于航空飞机的“起飞-巡航-降落”过程。
本发明的一个方面，一种在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统包括检测所述盘类零件的传感器装置、采集来自所述传感器装置信号的数据采集装置和连接所述数据采集装置的处理装置，其中，传感器装置包括，
第一位移传感器，其相对于所述寿命考核试验器的轴布置以检测所述轴的第一位移信号，
第二位移传感器，其与所述第一位移传感器垂直且相对于所述寿命考核试验器的轴布置以检测所述轴的第二位移信号，
键相传感器，其相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置以检测所述键相槽的键相信号；
数据采集装置采集第一位移信号、第二位移信号和键相信号并发送到所述处理装置，
所述处理装置包括，
耦合单元，其对第一位移信号、第二位移信号和键相信号进行耦合处理并发送耦合数据到处理单元，
处理单元，所述处理单元基于所述耦合数据判断盘类零件的状态是否正常。
在所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统中，所述处理单元基于所述耦合数据获取轴心轨迹图、相位图和/或Nyquist图以判断盘类零件的状态是否正常，其中，
处理单元通过将第一位移信号、第二位移信号作为横、纵坐标处理得到轴心轨迹图，
处理单元基于键相信号分别提取每一转的第一位移信号、第二位移信号处理得到相位图，和/或
处理单元对每一转的信号用快速傅里叶变换提取信号的实部和虚部处理获得Nyquist图，当每个循环次数的Nyquist图是闭合的曲线时，认为不存在裂纹；当Nyquist图不闭合时，即存在裂纹。
在所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统中，所述传感器装置包括传感器支架，所述传感器支架包括，
底座，
基座，其可拆卸地布置在所述底座上，
左立式杆件，竖直布置在基座上的左侧，
右立式杆件，竖直布置在基座上的右侧，
横板，其左右两侧分别可调节地连接左立式杆件和右立式杆件，第一位移传感器相对于所述寿命考核试验器的轴布置在所述横板上以检测所述轴的第一位移信号，
左L形板，可调节地设在所述横板，与所述第一位移传感器垂直的第二位移传感器相对于所述寿命考核试验器的轴布置在所述左L形板以检测所述轴的第二位移信号，
右L形板，可调节地设在所述横板，键相传感器相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置在右L形板以检测所述键相槽的键相信号。
在所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统中，所述底座沿圆周方向均布开孔，所述基座设有两个双半圆矩形螺栓孔，根据盘类零件的形状和尺寸，所述基座通过插入所述螺栓孔和开孔的螺栓调节并固定在底座。
在所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统中，所述左立式杆件为左立式槽钢，所述右立式杆件为右立式槽钢，左立式槽钢和/或右立式槽钢均布用于固定横板的圆孔，所述左立式杆件和基座之间设有左肋板，所述右立式杆件和基座之间设有右肋板。
在所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统中，所述横板左右两侧分别设有两个双半圆矩形螺栓孔以可调节地连接左立式杆件和右立式杆件；横板中间设有3个双半圆矩形螺栓孔分别固定左L形板、第一位移传感器和右L形板。
在所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统中，左L形板设有双半圆矩形螺栓孔以可调节地固定第二位移传感器，右L形板设有双半圆矩形螺栓孔以可调节地固定键相传感器。
在所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统中，第一位移传感器和/或第二位移传感器为电涡流位移传感器，且第一位移传感器和/或第二位移传感器离所述轴的距离为其量程的二分之一。
根据本发明的另一方面，一种利用所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的监测方法步骤包括：
第一步骤中：第一位移传感器相对于所述寿命考核试验器的轴布置在横板上以检测所述轴的第一位移信号，与所述第一位移传感器垂直的第二位移传感器相对于所述寿命考核试验器的轴布置在左L形板以检测所述轴的第二位移信号，键相传感器相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置在右L形板以检测所述键相槽的键相信号；
第二步骤中：数据采集装置采集第一位移信号、第二位移信号和键相信号并发送到所述处理装置；
第三步骤中：耦合单元对第一位移信号、第二位移信号和键相信号进行耦合处理并发送耦合数据到处理单元，所述处理单元基于所述耦合数据判断盘类零件的状态是否正常。
在所述的监测方法，第三步骤中：所述处理单元基于所述耦合数据获取轴心轨迹图、相位图和/或Nyquist图以判断盘类零件的状态是否正常，其中，
处理单元通过将第一位移信号、第二位移信号作为横、纵坐标处理得到轴心轨迹图，
处理单元基于键相信号分别提取每一转的第一位移信号、第二位移信号处理得到相位图，和/或
处理单元对每一转的信号用快速傅里叶变换提取信号的实部和虚部处理获得Nyquist图，当每个循环次数的Nyquist图是闭合的曲线时，认为不存在裂纹；当Nyquist图不闭合时，即存在裂纹。
本发明的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统及其监测方法显著避免了盘类零件的寿命考核试验过程中间断性的分解探伤检查导致试验周期过长，提高了确定轮盘的考核寿命的精度，避免了如轮盘的爆裂的寿命考核试验的非正常失效，提高了考核试验的安全性，实时确定盘类零件的健康状态，实现盘类零件的裂纹在位监测功能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的传感器支架的结构示意图；
图3是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的传感器支架的横板的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的传感器支架的左L形板的结构示意图；
图5是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的传感器支架的右L形板的结构示意图；
图6是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在无裂纹时的第一位移信号的幅值示意图；
图7是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在无裂纹时的第二位移信号的幅值示意图；
图8是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在无裂纹时的键相信号的幅值示意图；
图9是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在无裂纹时的相位示意图；
图10是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在有裂纹时的第一位移信号的幅值示意图；
图11是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在有裂纹时的第二位移信号的幅值示意图；
图12是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在有裂纹时的键相信号的幅值示意图；
图13是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在有裂纹时的相位示意图；
图14是根据本发明一个实施例的使用在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的监测方法的步骤示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，图1是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的结构示意图，如图1所示，在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统包括检测所述盘类零件的传感器装置1、采集来自所述传感器装置1信号的数据采集装置2和连接所述数据采集装置2的处理装置3，其中，传感器装置1包括，
第一位移传感器4，其相对于所述寿命考核试验器的轴布置以检测所述轴的第一位移信号，
第二位移传感器5，其与所述第一位移传感器4垂直且相对于所述寿命考核试验器的轴布置以检测所述轴的第二位移信号，
键相传感器6，其相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置以检测所述键相槽的键相信号；
数据采集装置2采集第一位移信号、第二位移信号和键相信号并发送到所述处理装置3，
所述处理装置3包括，
耦合单元7，其对第一位移信号、第二位移信号和键相信号进行耦合处理并发送耦合数据到处理单元8，
处理单元8，所述处理单元8基于所述耦合数据判断盘类零件的状态是否正常。
本发明的在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统根据盘类零件的形状尺寸调节传感器的安装位置，以便传感器与所测零件表面的位置移满足传感器的要求。在试验过程中，分别采集键相信号和位移信号，通过信号的分析和处理实现盘类零件的实时健康状态在位监测，因此，本发明能够在轮盘寿命考核试验中，实时在位监测轮盘的健康状态，确保试验时的可靠性和安全性。本发明结构设计合理，便于安装与调试，适于工厂中的实际应用。
在本发明所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的优选实施例中，所述处理单元8基于所述耦合数据获取轴心轨迹图、相位图和/或Nyquist图以判断盘类零件的状态是否正常，其中，
处理单元8通过将第一位移信号、第二位移信号作为横、纵坐标处理得到轴心轨迹图，
处理单元8基于键相信号分别提取每一转的第一位移信号、第二位移信号处理得到相位图，和/或
处理单元8对每一转的信号快速傅里叶变换提取信号的实部和虚部处理获得Nyquist图，当每个循环次数的Nyquist图是闭合的曲线时，认为盘类零件不存在裂纹；当Nyquist图不闭合时，即存在裂纹。
在本发明所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的优选实施例中，图2是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的传感器支架的结构示意图，如图2所示，所述传感器装置1包括传感器支架9，所述传感器支架9包括，
底座10，
基座11，其可拆卸地布置在所述底座10上，
左立式杆件12，竖直布置在基座11的左侧，
右立式杆件13，竖直布置在基座11的右侧，
横板14，其左右两侧分别可调节地连接左立式杆件12和右立式杆件13，第一位移传感器4相对于所述寿命考核试验器的轴布置在所述横板14上以检测所述轴的第一位移信号，
左L形板15，可调节地设在所述横板14，与所述第一位移传感器4垂直的第二位移传感器5相对于所述寿命考核试验器的轴布置在所述左L形板15以检测所述轴的第二位移信号，
右L形板16，可调节地设在所述横板14，键相传感器6相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置在右L形板16以检测所述键相槽的键相信号。
在本发明所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的优选实施例中，所述底座10沿圆周方向均布开孔，所述基座11设有两个双半圆矩形螺栓孔，根据盘类零件的形状和尺寸，所述基座11通过插入所述螺栓孔和开孔的螺栓可调节地固定在底座10。
在本发明所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的优选实施例中，所述左立式杆件12为左立式槽钢，所述右立式杆件13为右立式槽钢，左立式槽钢和/或右立式槽钢均布用于固定横板14的圆孔，所述左立式杆件12和基座11之间设有左肋板17，所述右立式杆件13和基座11之间设有右肋板18。
在本发明所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的优选实施例中，图3是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的传感器支架的横板的结构示意图，如图3所示，所述横板14左右两侧分别设有两个双半圆矩形螺栓孔以可调节地连接左立式杆件12和右立式杆件13；横板14中间设有3个双半圆矩形螺栓孔分别固定左L形板15、第一位移传感器4和右L形板16。双半圆形结构均用于调节与之安装部件的相对位置。
在本发明所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的优选实施例中，图4是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的传感器支架的左L形板的结构示意图，如图4所示，左L形板15设有双半圆矩形螺栓孔以可调节地固定第二位移传感器5，双半圆矩形螺栓孔用于调节第二位移传感器5与寿命考核试验器轴的相对位置。图5是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的传感器支架的右L形板的结构示意图，如图5所示，右L形板16设有双半圆矩形螺栓孔以可调节地固定键相传感器6。双半圆矩形螺栓孔用于调节键相传感器相对于轴的键相槽的位置。
在本发明所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的优选实施例中，第一位移传感器4和/或第二位移传感器5为电涡流位移传感器，且第一位移传感器4和/或第二位移传感器6离所述轴的距离分别为其量程的二分之一。在一个实施例中，位移传感器与轴的位置由传感器的量程所确定，例如传感器的量程为l1～l2，则传感器距离轴的位置为l1～l2/2；而键相传感器的上下位置与键相槽的位置相同。
在本发明所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的优选实施例中，利用数据采集装置2将键相信号以及第一和第二位移信号采集，通过键相信号与位移信号的耦合分析，获取轴心轨迹图、瀑布图、相位图等，从而可以确定盘类零件的健康状态，实现盘类零件的裂纹在位监测功能。轴心轨迹图是将两路位移传感器通过将两路位移信号分别横、纵坐标画出的轨迹。相位图是根据键相信号，分别提取每一转的信号，对每一转的信号用快速Fourier变换提取信号的实部和虚部，即Nyquist图。当每个循环升速-保载-降速的Nyquist图是闭合的曲线时，认为不存在裂纹；当Nyquist图不闭合时，即存在裂纹。以某一次存在裂纹和完好的轮盘实验数据为例说明，当轮盘完好不存在裂纹时，图6是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在无裂纹时的第一位移信号的幅值示意图，图7是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在无裂纹时的第二位移信号的幅值示意图，图8是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在无裂纹时的键相信号的幅值示意图，图9是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在无裂纹时的一个循环的相位示意图；当轮盘存在裂纹时，图10是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在有裂纹时的第一位移信号的幅值示意图，图11是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在有裂纹时的第二位移信号的幅值示意图，图12是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在有裂纹时的键相信号的幅值示意图，图13是根据本发明一个实施例的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统在有裂纹时的一个循环的相位示意图；对比图9和图13，可以识别出裂纹的存在与否。
图14是根据本发明一个实施例的使用在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的监测方法的步骤示意图，一种利用所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的监测方法步骤包括：
第一步骤S1中：第一位移传感器4相对于所述寿命考核试验器的轴布置在横板14上以检测所述轴的第一位移信号，与所述第一位移传感器4垂直的第二位移传感器5相对于所述寿命考核试验器的轴布置在左L形板15以检测所述轴的第二位移信号，键相传感器6相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置在右L形板16以检测所述键相槽的键相信号；
第二步骤S2中：数据采集装置2采集第一位移信号、第二位移信号和键相信号并发送到所述处理装置3；
第三步骤S3中：耦合单元7对第一位移信号、第二位移信号和键相信号进行耦合处理并发送耦合数据到处理单元8，所述处理单元8基于所述耦合数据判断盘类零件的状态是否正常。
在本发明的所述的监测方法，第三步骤S3中：所述处理单元8基于所述耦合数据获取轴心轨迹图、相位图和/或Nyquist图以判断盘类零件的状态是否正常，其中，
处理单元8通过将第一位移信号、第二位移信号作为横、纵坐标处理得到轴心轨迹图，
处理单元8基于键相信号分别提取每一转的第一位移信号、第二位移信号处理得到相位图，和/或
处理单元8对每一转的信号快速傅里叶变换提取信号的实部和虚部处理获得Nyquist图，当每个循环次数的Nyquist图是闭合的曲线时，认为盘类零件不存在裂纹；当Nyquist图不闭合时，即存在裂纹。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统，其特征在于，裂纹在位监测系统包括检测所述盘类零件的传感器装置(1)、采集来自所述传感器装置(1)信号的数据采集装置(2)和连接所述数据采集装置(2)的处理装置(3)，其中，传感器装置(1)包括，
第一位移传感器(4)，其相对于所述寿命考核试验器的轴布置以检测所述轴的第一位移信号，
第二位移传感器(5)，其与所述第一位移传感器(4)垂直且相对于所述寿命考核试验器的轴布置以检测所述轴的第二位移信号，
键相传感器(6)，其相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置以检测所述键相槽的键相信号；
数据采集装置(2)采集第一位移信号、第二位移信号和键相信号并发送到所述处理装置(3)，
所述处理装置(3)包括，
耦合单元(7)，其对第一位移信号、第二位移信号和键相信号进行耦合处理并发送耦合数据到处理单元(8)，
处理单元(8)，所述处理单元(8)基于所述耦合数据判断盘类零件的状态是否正常。
2.根据权利要求1所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统，其特征在于：优选的，所述处理单元(8)基于所述耦合数据获取轴心轨迹图、相位图和/或Nyquist图以判断盘类零件的状态是否正常，其中，
处理单元(8)通过将第一位移信号、第二位移信号作为横、纵坐标处理得到轴心轨迹图，
处理单元(8)基于键相信号分别提取每一转的第一位移信号、第二位移信号处理得到相位图，和/或
处理单元(8)对每一转的信号快速傅里叶变换提取信号的实部和虚部处理获得Nyquist图，当每个循环次数的Nyquist图是闭合的曲线时，认为盘类零件不存在裂纹；当Nyquist图不闭合时，即存在裂纹。
3.根据权利要求1所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统，其特征在于：所述传感器装置(1)包括传感器支架(9)，所述传感器支架(9)包括，
底座(10)，
基座(11)，其可拆卸地布置在所述底座(10)上，
左立式杆件(12)，竖直布置在基座(11)的左侧，
右立式杆件(13)，竖直布置在基座(11)的右侧，
横板(14)，其左右两侧分别可调节地连接左立式杆件(12)和右立式杆件(13)，第一位移传感器(4)相对于所述寿命考核试验器的轴布置在所述横板(14)上以检测所述轴的第一位移信号，
左L形板(15)，可调节地设在所述横板(14)，与所述第一位移传感器(4)垂直的第二位移传感器(5)相对于所述寿命考核试验器的轴布置在所述左L形板(15)以检测所述轴的第二位移信号，
右L形板(16)，可调节地设在所述横板(14)，键相传感器(6)相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置在右L形板(16)以检测所述键相槽的键相信号。
4.根据权利要求3所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统，其特征在于：所述底座(10)沿圆周方向均布开孔，所述基座(11)设有两个双半圆矩形螺栓孔，根据盘类零件的形状和尺寸，所述基座(11)通过插入所述螺栓孔和开孔的螺栓可调节地固定在底座(10)。
5.根据权利要求3所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统，其特征在于：所述左立式杆件(12)为左立式槽钢，所述右立式杆件(13)为右立式槽钢，左立式槽钢和/或右立式槽钢均布用于固定横板(14)的圆孔，所述左立式杆件(12)和基座(11)之间设有左肋板(17)，所述右立式杆件(13)和基座(11)之间设有右肋板(18)。
6.根据权利要求3所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统，其特征在于：所述横板(14)左右两侧分别设有两个双半圆矩形螺栓孔以可调节地连接左立式杆件(12)和右立式杆件(13)；横板(14)中间设有3个双半圆矩形螺栓孔分别固定左L形板(15)、第一位移传感器(4)和右L形板(16)。
7.根据权利要求3所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统，其特征在于：左L形板(15)设有双半圆矩形螺栓孔以可调节地固定第二位移传感器(5)，右L形板(16)设有双半圆矩形螺栓孔以可调节地固定键相传感器(6)。
8.根据权利要求1所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统，其特征在于：第一位移传感器(4)和/或第二位移传感器(5)为电涡流位移传感器，且第一位移传感器(4)和/或第二位移传感器(6)离所述轴的距离分别为其量程的二分之一。
9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的用于在寿命考核试验中的盘类零件的裂纹在位监测系统的监测方法，其步骤包括：
第一步骤(S1)中：第一位移传感器(4)相对于所述寿命考核试验器的轴布置在横板(14)上以检测所述轴的第一位移信号，与所述第一位移传感器(4)垂直的第二位移传感器(5)相对于所述寿命考核试验器的轴布置在左L形板(15)以检测所述轴的第二位移信号，键相传感器(6)相对于所述寿命考核试验器的轴的键相槽布置在右L形板(16)以检测所述键相槽的键相信号；
第二步骤(S2)中：数据采集装置(2)采集第一位移信号、第二位移信号和键相信号并发送到所述处理装置(3)；
第三步骤(S3)中：耦合单元(7)对第一位移信号、第二位移信号和键相信号进行耦合处理并发送耦合数据到处理单元(8)，所述处理单元(8)基于所述耦合数据判断盘类零件的状态是否正常。
10.根据权利要求9所述的监测方法，其特征在于：第三步骤(S3)中：所述处理单元(8)基于所述耦合数据获取轴心轨迹图、相位图和/或Nyquist图以判断盘类零件的状态是否正常，其中，
处理单元(8)通过将第一位移信号、第二位移信号作为横、纵坐标处理得到轴心轨迹图，
处理单元(8)基于键相信号分别提取每一转的第一位移信号、第二位移信号处理得到相位图，和/或
处理单元(8)对每一转的信号快速傅里叶变换提取信号的实部和虚部处理获得Nyquist图，当每个循环次数的Nyquist图是闭合的曲线时，认为盘类零件不存在裂纹；当Nyquist图不闭合时，即存在裂纹。
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