CN111780976A - 轮盘超转试验破裂位置监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轮盘超转试验破裂位置监测装置，包括用于驱动轮盘的转动组件，转动组件控制轮盘绕自身轴线转动，该监测装置还包括若干导电丝和信号记录器，导电丝贴合于轮盘的盘面上，导电丝绕轮盘的周向设置，每个导电丝形成一个独立的电流回路，导电丝断开时电流回路断电；信号记录器与若干导电丝形成电连接，信号记录器用于记录每个电流回路的断电时间。该监测装置，根据轮盘上的导电丝的电流信号中断的顺序，弥补当前高速摄像头拍摄角度和数目的不足，准确捕捉轮盘在超转试验时裂纹产生的先后顺序，进而判读起始破裂位置，对于轮盘超转分析验证以及轮盘结构优化具有重要的参考价值。

Description

轮盘超转试验破裂位置监测装置
技术领域
本发明涉及一种轮盘超转试验破裂位置监测装置。
背景技术
超转试验是航空发动机轮盘必须要开展的强度试验，破裂转速是衡量转子轮盘的超转能力的重要指标。
如图1所示，现有的轮盘超转试验破裂位置监测装置，包括用于驱动轮盘100的转动组件1，转动组件1控制轮盘100绕自身轴线转动，从而开展轮盘100的超转试验。在超转试验过程中，位于轮盘100下方的摄像头2将轮盘100的转动过程全程拍下，从而捕捉到轮盘破裂的全过程，以便后续研究人员对轮盘破裂的过程进行分析。
但现有的超转试验中，由于试验设备及试验件空间的限制，高速摄像机的位置及数目有限，无法对试验件进行全方位无死角的拍摄，从而无法准确捕捉到轮盘破裂的全过程，尤其是对起始破裂位置的判断，依据现有的监测装置无法准确判断。如图2所示，若轮盘100的起始破裂位置位于轮盘100的内表面101、102、103，则摄像头2无法拍摄到该区域，从而无法准确判断轮盘的起始破裂位置，也无法准确捕捉到轮盘破裂的全过程。
发明内容
本发明的目的在于提供一种轮盘超转试验破裂位置监测装置，以解决在轮盘超转试验时无法对轮盘进行全方位无死角拍摄，无法准确捕捉轮盘破裂的全过程并判断起始破裂位置的问题。
为解决上述问题，本发明提供以下技术方案：
本发明提供一种轮盘超转试验破裂位置监测装置，包括用于驱动轮盘的转动组件，所述转动组件控制所述轮盘绕自身轴线转动，所述监测装置还包括若干导电丝和信号记录器，所述导电丝贴合于所述轮盘的盘面上，所述导电丝绕所述轮盘的周向设置，每个所述导电丝形成一个独立的电流回路，所述导电丝断开时所述电流回路断电；所述信号记录器与若干所述导电丝形成电连接，所述信号记录器用于记录每个所述电流回路的断电时间。
在本技术方案中，根据电流回路的电流的中断顺序，可判断轮盘产生裂纹的先后顺序，进而推断轮盘最先发生裂纹的区域。
优选地，所述监测装置还包括连接线、导电滑环，所述导电滑环的定子侧通过所述连接线与所述信号记录器相连接，所述导电滑环的转子侧与所述导电丝相连接。
在本技术方案中，采用导电滑环将转动的导电丝与静止的连接线进行电连接，再将连接线与信号记录器相连接，保证了信号记录器与导电丝之间的电连接的稳定性。
优选地，所述导电丝绕所述轮盘的轴线等半径环绕。
在本技术方案中，导电丝的半径与轮盘的半径成对应关系。当该导电丝断开时，即可直接判断出轮盘的破裂位置的半径，而不需要结合影像对照实际的破裂位置。
优选地，若干所述导电丝覆盖所述轮盘的盘面，若干所述导电丝沿所述轮盘的径向等间距分布。
在本技术方案中，导电丝覆盖轮盘的盘面，可以无遗漏地监测轮盘的破裂位置，达到更佳的监测效果。
优选地，所述导电丝包括金属内芯和包覆于所述金属内芯的外周面的绝缘层。
在本技术方案中，导电丝的绝缘层，保证了各个导电丝之间、导电丝与轮盘之间保持绝缘。
优选地，所述导电丝包括依次首尾相连的第一重叠段、环形段和第二重叠段、第二引出段，所述环形段绕所述轮盘的周向延伸，所述第一重叠段、第二重叠段沿所述轮盘的周向形成重叠。
在本技术方案中，由于第一重叠段、第二重叠段之间相互重叠，将轮盘的圆周方向全覆盖，保证无遗漏地监测轮盘的破裂位置。
优选地，所述监测装置还包括摄像头，所述摄像头正对所述轮盘的盘面设置，所述摄像头用于拍摄所述轮盘。
在本技术方案中，在超转试验中，摄像头可以捕捉到轮盘破裂的全过程。将导电丝的断开顺序，结合摄像头拍摄到的高速影像，研究人员即可准确判断轮盘破裂的起始位置，分析出轮盘破裂的全过程。
优选地，所述监测装置还包括试验腔壁，所述试验腔壁围成一试验腔，所述试验腔用于容纳所述轮盘。
在本技术方案中，在轮盘转动过程中，试验腔可包容破裂的轮盘，避免轮盘的碎片飞出而发生危险。
优选地，所述转动组件包括旋转轴、阻尼器、齿轮箱和驱动电机，所述驱动电机的转动轴与所述齿轮箱的输入轴形成轴连接，所述齿轮箱的输出轴通过所述阻尼器与所述旋转轴形成轴连接，所述旋转轴用于与所述轮盘同轴连接。
在本技术方案中，齿轮箱用于调整驱动电机、旋转轴之间的转速比，而阻尼器用于减小旋转轴的振动。
优选地，所述轮盘为航空发动机轮盘。
在本技术方案中，将轮盘超转试验破裂位置监测装置用于航空发动机轮盘的超转试验，对航空发动机轮盘超转分析验证以及轮盘结构优化具有重要的参考价值，进而提高了发动机的安全性，降低了发动机的重量。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
该轮盘超转试验破裂位置监测装置，根据轮盘上的导电丝的电流信号中断的顺序，弥补当前高速摄像头拍摄角度和数目的不足，准确捕捉轮盘在超转试验时裂纹产生的先后顺序，进而判读起始破裂位置，对于轮盘超转分析验证以及轮盘结构优化具有重要的参考价值。
附图说明
图1为现有技术中的轮盘超转试验破裂位置监测装置的结构示意图。
图2为图1所示的轮盘超转试验破裂位置监测装置的局部放大图。
图3为本发明轮盘超转试验破裂位置监测装置的结构示意图。
图4为图3所示的轮盘超转试验破裂位置监测装置的结构示意图。
图5为图4所示的轮盘超转试验破裂位置监测装置的电流回路的示意图。
图6为图3所示的轮盘超转试验破裂位置监测装置的局部放大图。
图7为图4所示的轮盘超转试验破裂位置监测装置的导电丝的走线示意图。
图8为图7所示的导电丝的走线的局部放大图。
附图标记说明
转动组件1，旋转轴11，阻尼器12，齿轮箱13，驱动电机14；
摄像头2；
导电丝3，第一引出段31，第一重叠段32，环形段33，第二重叠段34，第二引出段35；
第一电流回路41，第二电流回路42，第三电流回路43；
信号记录器5；连接线6；导电滑环7；试验腔壁8；试验腔9；调整机构10；
轮盘100，内表面101、102、103。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
图3所示为本发明轮盘超转试验破裂位置监测装置的一实施例。该监测装置，包括用于驱动轮盘100的转动组件1，转动组件1控制轮盘100绕自身轴线转动，从而开展轮盘100的超转试验。
如图4所示，为了监测轮盘100在转动过程中的起始破裂位置和破裂的全过程，该监测装置还包括若干导电丝3和信号记录器5，导电丝3贴合于轮盘100的盘面上，导电丝3绕轮盘100的周向设置，每个导电丝3形成一个独立的电流回路，导电丝3断开时电流回路断电；信号记录器5与若干导电丝3形成电连接，信号记录器5用于记录每个电流回路的断电时间。
当开始超转试验时，信号记录器5对各电流回路施加电压产生电流，并记录电流变化历程。信号记录器5的采样频率可调，可根据裂纹扩展速率进行设定。在轮盘100未破裂时，由于电压恒定，回路电流保持稳定值。随着转速增加，轮盘100发生变形，对导电丝3产生拉伸作用。
当某一导电丝3因轮盘100发生大塑性变形或者破裂而导致被拉断时，该导电丝3所在的电流回路断开，即对应的电流值变为0。在后续轮盘100的裂纹扩展过程中，其它位置的导电丝3按照先后顺序断开，其对应的电流回路的电流值依次变为0。根据电流回路中断的顺序，可准确捕捉轮盘100在超转试验时裂纹产生的先后顺序，进而判读起始破裂位置。
图5所示为由三根导电丝3分别形成的三条独立的电流回路，即第一电流回路41、第二电流回路42、第三电流回路43。若这三条电流回路的电流值变为0的先后顺序为第一电流回路41、第二电流回路42、第三电流回路43，则证明轮盘100首先从第一电流回路41所在的位置开始破裂，并沿第二电流回路42、第三电流回路43所在的位置逐步延伸。
如图3和图6所示，该监测装置还包括摄像头2，摄像头2正对轮盘100的盘面设置，摄像头2用于拍摄轮盘100。在超转试验中，摄像头2可以捕捉到轮盘破裂的全过程。在摄像头2拍摄不到的位置，如轮盘100的内表面101、102、103，布置有导电丝3。将导电丝3的断开顺序，结合摄像头2拍摄到的高速影像，研究人员即可全方位地判断轮盘100破裂的起始位置和轮盘破裂的全过程。
如图3所示，该监测装置还包括连接线6、导电滑环7，导电滑环7的定子侧通过连接线6与信号记录器5相连接，导电滑环7的转子侧与导电丝3相连接。在轮盘100的超转试验中，导电丝3会跟随轮盘100一起转动。
为了保证信号记录器5与导电丝3之间的电连接的稳定性，采用导电滑环7将转动的导电丝3与静止的连接线6进行电连接，再将连接线6与信号记录器5相连接。导电滑环7设有若干独立的电流通道，每个导电丝3对应一个电流通道，使各电流回路保持相对独立。
导电丝3最好绕轮盘100的轴线等半径环绕。这样，导电丝3的半径与轮盘100的半径成对应关系。当某一导电丝3断开时，根据导电丝3的半径，即可直接推断出轮盘100的破裂位置的半径，而不需要结合影像对照实际的破裂位置。
为了能全方位地监测轮盘100的破裂位置，若干导电丝3最好能覆盖轮盘100的盘面，且若干导电丝100沿轮盘100的径向等间距分布。这样，可以无遗漏地监测轮盘100的破裂位置，达到更佳的监测效果。
上述导电丝3包括金属内芯和包覆于金属内芯的外周面的绝缘层。金属内芯由极细的导电金属制成，其直径足够小，对轮盘100的不平衡量及离心力的影响可忽略不计。同时，在轮盘100发生破裂时，导电丝3也能第一时间被断开。导电丝3的绝缘层，保证了各个导电丝3之间、导电丝3与轮盘100之间保持绝缘。
如图7至图8所示，导电丝3包括依次首尾相连的第一引出段31、第一重叠段32、环形段33、第二重叠段34、第二引出段35，环形段33绕轮盘100的周向延伸，第一重叠段32、第二重叠段34沿轮盘100的周向形成重叠。由于第一重叠段32、第二重叠段34之间相互重叠，将轮盘100的圆周方向全覆盖，保证无遗漏地监测轮盘100的破裂位置。而，第一引出段31、第二引出段35伸出至轮盘100的外部，第一引出段31、第二引出段35与导电滑环7的转子侧相连接。
如图3所示，该监测装置还包括试验腔壁8，试验腔壁8围成一试验腔9，试验腔9用于容纳轮盘100。在轮盘100转动过程中，试验腔9可包容破裂的轮盘100，避免轮盘100的碎片飞出而发生危险。
如图3所示，转动组件1包括旋转轴11、阻尼器12、齿轮箱13和驱动电机14，驱动电机14的转动轴与齿轮箱13的输入轴形成轴连接，齿轮箱13的输出轴通过阻尼器12与旋转轴11形成轴连接，旋转轴11用于与轮盘100同轴连接。齿轮箱13用于调整驱动电机14、旋转轴11之间的转速比，而阻尼器12用于减小旋转轴11的振动。
如图3所示，该监测装置还包括调整机构10，调整机构10与转动组件1的驱动电机14相连接，调整机构10带动转动组件1整体移动。调整机构10用于在超转试验前调整轮盘100的位置。
在超转试验时，轮盘100的轴线竖直设置，轮盘100水平旋转。此时，摄像头2位于轮盘100的正下方，调整机构10可以为升降机，带动转动组件1整体沿轮盘100的轴线方向(即高度方向)移动，从而调整轮盘100的高度。
上述轮盘超转试验破裂位置监测装置，将导电丝沿周向粘贴在轮盘的表面，尤其是高速摄像机无法拍摄的背面及内部，并将导电丝引出至信号记录器，信号记录器可对导电丝通电，并记录电流信号。在轮盘发生破裂前，电流从导电丝内正常通过。当轮盘的某一位置先于其他位置发生破裂时，该位置的导电丝会被分开的轮盘裂纹拉断，该电流回路中断。随着裂纹扩大，其它位置对应的电流回路的电流陆续中断，最终直至轮盘破裂。在信号记录器中会记录各路电流回路的电流中断时间，根据电流的中断顺序，即可判断产生裂纹的先后顺序，进而推断最先发生裂纹的区域。
将上述轮盘超转试验破裂位置监测装置，用于航空发动机轮盘的超转试验，对航空发动机轮盘超转分析验证以及轮盘结构优化具有重要的参考价值，进而提高了发动机的安全性，降低了发动机的重量。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轮盘超转试验破裂位置监测装置，包括用于驱动轮盘的转动组件，所述转动组件控制所述轮盘绕自身轴线转动，其特征在于，所述监测装置还包括：
若干导电丝，所述导电丝贴合于所述轮盘的盘面上，所述导电丝绕所述轮盘的周向设置，每个所述导电丝形成一个独立的电流回路，所述导电丝断开时所述电流回路断电；
信号记录器，所述信号记录器与若干所述导电丝形成电连接，所述信号记录器用于记录每个所述电流回路的断电时间。
2.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括连接线、导电滑环，所述导电滑环的定子侧通过所述连接线与所述信号记录器相连接，所述导电滑环的转子侧与所述导电丝相连接。
3.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：所述导电丝绕所述轮盘的轴线等半径环绕。
4.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：若干所述导电丝覆盖所述轮盘的盘面，若干所述导电丝沿所述轮盘的径向等间距分布。
5.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：所述导电丝包括金属内芯和包覆于所述金属内芯的外周面的绝缘层。
6.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：所述导电丝包括依次首尾相连的第一重叠段、环形段和第二重叠段，所述环形段绕所述轮盘的周向延伸，所述第一重叠段、第二重叠段沿所述轮盘的周向形成重叠。
7.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括摄像头，所述摄像头正对所述轮盘的盘面设置，所述摄像头用于拍摄所述轮盘。
8.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：所述监测装置还包括试验腔壁，所述试验腔壁围成一试验腔，所述试验腔用于容纳所述轮盘。
9.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：所述转动组件包括旋转轴、阻尼器、齿轮箱和驱动电机，所述驱动电机的转动轴与所述齿轮箱的输入轴形成轴连接，所述齿轮箱的输出轴通过所述阻尼器与所述旋转轴形成轴连接，所述旋转轴用于与所述轮盘同轴连接。
10.根据权利要求1所述的轮盘超转试验破裂位置监测装置，其特征在于：所述轮盘为航空发动机轮盘。
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