一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法技术

一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法，步骤如下：1)对齿轮进行数值模拟分析，分析齿轮运行中应力集中分布部位；2)制备齿轮模拟对比试块；3)在齿轮模拟对比试块的齿面、齿部倒角处，加工纵向人工槽缺陷；4)设计双晶片纵波探头，发射晶片和接收晶片在楔块内倾斜布置；5)识别齿轮模拟对比试块上的人工槽缺陷，制作人工槽AVG曲线作为基准；6)探头放置在相邻两齿之间，沿着两齿的齿面移动，若齿面无裂纹缺陷时，仪器屏幕上出现单一波峰；若齿面有裂纹缺陷时，仪器屏幕上不出现波峰或波峰较无裂纹时低；本发明专利技术能够实现带油污进行在役风机齿轮裂纹的识别，且检测准确率高。

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法
本专利技术属于无损检测
，特别涉及一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法。
技术介绍
在风力发电机组齿轮传动过程中，由于工况的变化以及环境、管理维护等诸多因素的影响，齿轮容易出现断齿及裂纹、齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合以及塑性变形等问题，据资料介绍，断齿及裂纹占齿轮故障率45.5％，齿轮的断裂多发生在齿根、齿身和齿面部位。导致断齿及裂纹的原因很多，包括制造质量差、过载、疲劳使用、磨削裂纹、淬火裂纹以及疲劳裂纹等。轮齿啮合时齿根处的局部啮合应力较大，再加之齿轮超载运行、瞬时产生的冲击、装配精度粗糙以及齿轮选材不足、可能会造成轮齿断裂；因加工工艺不完善造成的齿面、齿根应力集中，在齿轮周期性运转过程中会在齿根处形成细微裂纹，如果裂纹未被及时检测出来，将会恶化成断齿故障，严重影响安全生产。目前，在役风力发电机组齿轮的维护主要是巡检听异响、或者依据振动监测判断，这些监督手段都是在齿轮失效后才能被发现的。还有采用表面检测技术对齿轮定期检验，缺点是由于齿轮工作环境限制，检测设备难以到达，表面检测难以实施，再者齿轮检测部位油污难清理，清理不干净，降低表面检测的灵敏度，造成缺陷漏检。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法，该方法能够实现带油污进行在役风机齿轮裂纹的识别，且检测准确率高。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法，包括以下步骤：(1)利用ANSYS模拟软件对齿轮进行数值模拟分析，结合实际工况，明确齿轮运行中应力集中分布的部位；(2)制备齿轮模拟对比试块，并按齿圈加工工艺进行热处理，使其与实际工况中的齿轮材质具有相同或相近的化学成分、组织性能；(3)在齿轮模拟对比试块的齿面、齿部倒角处，加工纵向人工槽缺陷；齿轮模拟对比试块的各纵向人工槽缺陷中，从前到后，第一个纵向人工槽缺陷①的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、60mm、0mm；第二个纵向人工槽缺陷②的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、50mm、35mm；第三个纵向人工槽缺陷③的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、40mm、75mm；第四个纵向人工槽缺陷④的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、30mm、105mm；(4)设计双晶片纵波探头，探头透声楔曲面尺寸与齿轮检测面相匹配，能够耦合，探头内含发射晶片和接收晶片，晶片频率为5MHz，晶片材料为锆钛酸铅压电陶瓷PZT，晶片长宽尺寸为6×6mm，发射晶片和接收晶片在楔块内倾斜布置，使得检测声束折射角α度数为70°，发射晶片和接收晶片通过隔声层分开布置；(5)采用双晶片纵波探头，识别齿轮模拟对比试块上的人工槽缺陷，制作人工槽AVG曲线，自动存入与双晶片纵波探头相连接的超声波仪器中，作为后续评价基准；(6)将双晶片纵波探头放置在被测齿轮相邻两齿之间，沿着两齿的齿面移动，若齿面无裂纹缺陷时，表面下纵波沿齿面传播，超声波仪器屏幕上出现单一波峰；若齿面有裂纹缺陷时，超声波仪器屏幕上不出现波峰，或波峰比步骤(5)的人工槽AVG曲线低。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法，利用ANSYS模拟软件对齿轮进行数值模拟分析，结合实际工况，分析齿轮运行中应力集中分布部位，进一步对在役风机齿轮检测提供方向性。利用超声检测技术，开发齿轮检测专用工艺，有针对性地研制专用检测探头和缺陷模拟对比试块，对在役风电机组的主要齿轮开展现场检测，可有效检测出传统目视检验无法发现的齿轮早期缺陷，为今后有计划开展齿轮的金属监督检验提供了新的、可靠的检测方法，有效提升风机齿轮的运行的安全可靠性。附图说明图1为齿轮模拟对比试块图。图2为双晶片纵波探头结构及检测声束的传播图。图3为无裂纹时仪器显示的波峰图。图4为有较大裂纹及较小裂纹时仪器显示的波峰图，其中：图4(a)中是有较深裂纹时不出现波峰，图4(b)中是有较小裂纹时的波峰。图5是本专利技术的流程图。图6为AVG曲线图；图6(a)为无缺陷时波形图；图6(b)为有缺陷时波形图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述。参照图5，一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法，包括以下步骤：(1)利用ANSYS模拟软件对齿轮进行数值模拟分析，结合实际工况，明确齿轮运行中应力集中分布的部位。(2)制备齿轮模拟对比试块，并按齿圈加工工艺进行热处理，使其与实际工况中的齿轮材质具有相同或相近的化学成分、组织性能。(3)在齿轮模拟对比试块的齿面、齿部倒角处，加工纵向人工槽缺陷；参照图1，齿轮模拟对比试块的各纵向人工槽缺陷中，从前到后，第一个纵向人工槽缺陷①的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、60mm、0mm；第二个纵向人工槽缺陷②的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、50mm、35mm；第三个纵向人工槽缺陷③的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、40mm、75mm；第四个纵向人工槽缺陷④的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、30mm、105mm。这样设计齿轮对比试块，基本模拟了齿轮面各位置的裂纹；纵向人工槽缺陷的位置排布，操作使用简单；能发现最小为1mm的裂纹，检测灵敏度高。(4)参照图2，设计双晶片纵波探头，探头透声楔曲面尺寸与齿轮检测面相匹配，能够耦合，探头内含发射晶片和接收晶片，晶片频率为5MHz，晶片材料为锆钛酸铅压电陶瓷PZT，晶片长宽尺寸为6×6mm，发射晶片和接收晶片在楔块内倾斜布置，使得检测声束折射角α度数为70°，发射晶片和接收晶片通过隔声层分开布置。表面下，纵波沿齿面传播所覆盖的区域与声速、纵波脉冲宽度、频率、晶片间距有密切关系，这样设计双晶片纵波探头是考虑到上述这些因素，合理设定参数，使探头性能最佳。(5)采用双晶片纵波探头，识别齿轮模拟对比试块上的人工槽缺陷，制作人工槽AVG曲线，自动存入与双晶片纵波探头相连接的超声波仪器中，作为后续评价基准，参照图(6)，图6(a)为无缺陷时波形图；图6(b)为有缺陷时波形图。(6)将双晶片纵波探头放置在被测齿轮相邻两齿之间，沿着两齿的齿面移动，若齿面无裂纹缺陷时，表面下纵波沿齿面传播，超声波仪器屏幕上出现单一波峰(参照图3)；若齿面有裂纹缺陷时，超声波仪器屏幕上不出现波峰，或波峰比步骤(5)的人工槽AVG曲线低，参照图4，图4(a)中是有较深裂纹时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)利用ANSYS模拟软件对齿轮进行数值模拟分析，结合实际工况，明确齿轮运行中应力集中分布的部位；/n(2)制备齿轮模拟对比试块，并按齿圈加工工艺进行热处理，使其与实际工况中的齿轮材质具有相同或相近的化学成分、组织性能；/n(3)在齿轮模拟对比试块的齿面、齿部倒角处，加工纵向人工槽缺陷；齿轮模拟对比试块的各纵向人工槽缺陷中，从前到后，第一个纵向人工槽缺陷①的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、60mm、0mm；第二个纵向人工槽缺陷②的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、50mm、35mm；第三个纵向人工槽缺陷③的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、40mm、75mm；第四个纵向人工槽缺陷④的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、30mm、105mm；/n(4)设计双晶片纵波探头，探头透声楔曲面尺寸与齿轮检测面相匹配，能够耦合，探头内含发射晶片和接收晶片，晶片频率为5MHz，晶片材料为锆钛酸铅压电陶瓷PZT，晶片长宽尺寸为6×6mm，发射晶片和接收晶片在楔块内倾斜布置，使得检测声束折射角α度数为70°，发射晶片和接收晶片通过隔声层分开布置；/n(5)采用双晶片纵波探头，识别齿轮模拟对比试块上的人工槽缺陷，制作人工槽AVG曲线，自动存入与双晶片纵波探头相连接的超声波仪器中，作为后续评价基准；/n(6)将双晶片纵波探头放置在被测齿轮相邻两齿之间，沿着两齿的齿面移动，若齿面无裂纹缺陷时，表面下纵波沿齿面传播，超声波仪器屏幕上出现单一波峰；若齿面有裂纹缺陷时，超声波仪器屏幕上不出现波峰，或波峰比步骤(5)的人工槽AVG曲线低。/n...

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组齿轮裂纹的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)利用ANSYS模拟软件对齿轮进行数值模拟分析，结合实际工况，明确齿轮运行中应力集中分布的部位；
(2)制备齿轮模拟对比试块，并按齿圈加工工艺进行热处理，使其与实际工况中的齿轮材质具有相同或相近的化学成分、组织性能；
(3)在齿轮模拟对比试块的齿面、齿部倒角处，加工纵向人工槽缺陷；齿轮模拟对比试块的各纵向人工槽缺陷中，从前到后，第一个纵向人工槽缺陷①的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、60mm、0mm；第二个纵向人工槽缺陷②的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、50mm、35mm；第三个纵向人工槽缺陷③的长度、宽度、深度、与齿顶的距离、与试块前侧端面之间的距离，分别为5mm、0.5mm、1mm、40mm、75mm；第...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯召堂，孟永乐，王志强，王鹏，吴晓俊，高冲，李清龙，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61