風電機組葉片缺陷的無損檢測方法

風能是綠色的可再生能源,，有良好的發(fā)展前景。我國可開發(fā)的風能潛力巨大,，資源豐富,，總的風能可開發(fā)量約有1000——1500GW，可見,，風電有潛力成為未來能源結(jié)構(gòu)中重要的組成部分,。因此，風力發(fā)電的發(fā)展也備受關(guān)注,，而風機葉片是風電機組的重要組成部分,，一般由玻璃纖維復合材料制成，因其制造工藝的復雜性,，在成型過程中難免會出現(xiàn)缺陷,；另外，由于工作環(huán)境的惡劣性與工況的復雜多變性,，在運行過程中也會出現(xiàn)不同程度的損傷,。武漢科技大學材料與冶金學院的劉雙等研究人員通過對文獻的調(diào)研了解到，目前,，對于風機葉片缺陷的無損檢測方法主要有X射線,、超聲波、聲發(fā)射,、光纖傳感器,、紅外熱成像檢測技術(shù)等。但每種檢測方法都具有各自的優(yōu)點和使用局限性,，而且并沒有完善的標準來規(guī)定檢測方法的適用階段,。

風機葉片的缺陷和損傷分析

風機葉片產(chǎn)生缺陷的原因是多方面的,，在生產(chǎn)制造過程中，會出現(xiàn)孔隙,、分層和夾雜等典型缺陷,。孔隙缺陷主要是由于樹脂與纖維浸潤不良，空氣排擠不*等因素造成,；分層缺陷主要是因為樹脂用量不夠,，二次成型等；夾雜缺陷的產(chǎn)生主要是由于加工過程中的異物混入,。

此外,，葉片在運輸和安裝過程中，由于葉片本身尺寸和自重較大而且具有一定的彈性,。因此,，一定要做好保護葉片的工作，以防產(chǎn)生內(nèi)部損傷,。值得注意的是,，風機在運行過程中葉片也會出現(xiàn)不同程度的損傷，其主要形式有裂紋,、斷裂和基體老化等,，外界沖擊是產(chǎn)生裂紋的主要原因，斷裂通常是由缺陷損傷累積引起的,，風機在正常運行情況下葉片不會發(fā)生突然斷裂,，而基體老化是由于風機葉片長期工作在沙塵、雨水和鹽霧腐蝕的惡劣條件下,。

無損檢測方法的比較與分析X射線檢測技術(shù)

對于風電葉片而言,，何杰等研究人員通過實驗驗證了X射線技術(shù)是檢測風電葉片中孔隙和夾雜等體積型缺陷的良好方法，可以檢測垂直于葉片表面的裂紋,，對樹脂,、纖維聚集有一定的檢測能力，也可以測量小厚度風電葉片鋪層中的纖維彎曲等缺陷,，但對風電葉片中常見的分層缺陷和平行于葉片表面的裂紋不敏感,，文獻中對孔隙和夾雜等缺陷進行了檢測,，從實驗結(jié)果中可以觀察到缺陷的存在,，可滿足葉片出廠前的檢測，能夠進行定性分析,。

中北大學電子測試國防重點實驗室的研究人員將X射線與現(xiàn)代測試理論相結(jié)合,，在數(shù)字圖像處理階段，通過小波變換與圖像分解理論,，將一幅圖像分解為大小,、位置和方向都不同的分量,，改變小波變換域中的某些參數(shù)的大小，實時地識別出X射線圖像的內(nèi)部缺陷,。朱省初等研究人員通過試驗驗證了不同工藝條件下的缺陷檢出情況,，并表明進行射線探傷的工藝管理是非常必要的。綜上可知,，在實驗條件下,，X射線技術(shù)可實現(xiàn)對風機葉片的缺陷檢測。

對于在役風機葉片,，由于受現(xiàn)場因素的影響及高度的限制,，使用X射線檢測方法很難實現(xiàn)現(xiàn)場檢測，但對于風機葉片的體積缺陷有一定的檢出能力,，由于受葉片尺寸的限制,，該方法還未廣泛的應用于葉片的全尺寸檢測。 

超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)比較適用于風機葉片成型后的檢驗,，此時,，風機葉片還未安裝，檢測的目的是為了保證風機葉片的出廠質(zhì)量;利用超聲波檢測技術(shù)可以有效地檢測厚度變化,，能夠顯示出產(chǎn)品的隱藏故障,，如分層、夾雜,、氣孔,、缺少膠粘劑以及粘結(jié)處粘結(jié)不牢等缺陷，從而可大幅度降低葉片失效的風險,。由于復合材料結(jié)構(gòu)具有明顯的各向異性,，會產(chǎn)生反射、散射及衰減的影響,，使得超聲波在復合材料多層結(jié)構(gòu)中的傳播變得復雜,，針對風機葉片結(jié)構(gòu)的超聲波檢測方法主要有脈沖回波法和空氣耦合超聲導波法。

由于該方法檢測周期長,，對不同類型的缺陷需使用不同規(guī)格的探頭,，在檢測過程中需使用耦合劑，也是局限性所在,。所以,，對于實時的動態(tài)監(jiān)測，超聲波檢測技術(shù)很難實現(xiàn),，但可以進行出廠前的靜態(tài)檢測,，對于缺陷存在的區(qū)域會形成反射脈沖，因此,，可以判斷出缺陷產(chǎn)生的位置,。 

聲發(fā)射檢測技術(shù)

聲發(fā)射檢測技術(shù)可對裂紋的萌生和擴展進行動態(tài)監(jiān)測,，進而，能夠有效檢測出風機葉片結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量水平,，評價缺陷的實際危害程度,，可預防意外事故的發(fā)生。在檢測過程中,，接收的信號是缺陷在應力作用下自發(fā)產(chǎn)生的,，但在實際應用中，由于聲發(fā)射對環(huán)境因素十分敏感,，因此對監(jiān)測系統(tǒng)會造成干擾,，影響檢測的準確性，所以很難對缺陷進行定量分析,，但是能夠提供缺陷在應力作用下的動態(tài)信息,，對于壽命評估有一定的優(yōu)勢，可對葉片進行安全評價,。

深圳市泰立儀器儀表有限公司成立于2005年11月,，是專業(yè)從事測試儀器儀表設備的代理、銷售和服務工作,。并與國外儀表生產(chǎn)廠商有著廣泛的技術(shù)與銷售合作的良好基礎,。作為德國FOERSTER霍釋特、美國Dakota達高特,、英國SONATEST聲納,、英國ETHER NDE易德、美國GE通用,、日本SHIMPO新寶,、日本KANOMAX加野麥克斯、中國臺灣Motive一諾等公司的中國銷售代理,。主要銷售的儀器有：超聲波測厚儀,、超聲波探傷儀、汽車點焊探傷儀,、超聲波硬度計,、電導率儀、磁導率儀,、渦流探傷儀,、涂層測厚儀等等，歡迎您的來電,。

該方法與超聲波法相比,，在檢測靜態(tài)葉片質(zhì)量方面沒有優(yōu)勢;然而，由于該技術(shù)其對被檢件的接近要求不高,，因而比較適用于在役風機葉片的實時監(jiān)測,，采用多傳感器長距離布置的方式，能夠接收到葉片在運行過程中所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號,，通過后處理,，可以獲得損傷部位的動態(tài)信息。采用該方法對葉片進行監(jiān)測,，主要是因為葉片在運行過程中,，會受到外力作用，進而產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象,，缺陷處在外力作用下會自發(fā)的產(chǎn)生信號,，這樣就能夠判斷出缺陷產(chǎn)生的位置。 

光纖傳感器技術(shù)

在風機葉片的關(guān)鍵位置埋人光纖傳感器陣列,，探測其在加工,、成型及服役的動態(tài)過程中內(nèi)部應力、應變的變化,，并對外力,、疲勞等引起的變形、裂紋進行實時監(jiān)測,，可實現(xiàn)對風機葉片的狀態(tài)監(jiān)測與損傷評估,。

光纖具有體積小、重量輕,、靈敏度高,、抗電磁干擾等特點，本身既是傳感器,，又能傳輸光信號,，易于埋在構(gòu)件中而不影響構(gòu)件整體的強度，而且光纖可對內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化進行連續(xù)實時的安全檢測,，可探測出各種原因造成的材料與結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷,，因此，該方法具有很好的發(fā)展前景,，但由于光纖傳感器存在性能穩(wěn)定性及價格方面的問題,，使其在應用中受到很大的限制。 

紅外無損檢測技術(shù)　國內(nèi)不少研究和文獻的調(diào)研說明,，紅外熱成像檢測技術(shù)能夠檢測出玻璃纖維制葉片的幾種典型缺陷,。并且，缺陷尺寸越大,、深度越淺,，冷卻過程中形成的zui大表面溫差越大，使用紅外熱成像儀越容易進行檢測，對于制造風力機葉片的玻璃纖維增強復合材料,，熱成像技術(shù)是一種比較適用的無損檢測方法,，尤為適用于常見的分層和滲膠類型的缺陷。

該方法與其他檢測方法相比,，具有非接觸,、可大面積遠距檢測以及操作簡單和易于實時觀察等特點，更加適用于風機葉片的現(xiàn)場檢測;但由于受到塔筒的高度限制,，在現(xiàn)場檢測中有一定的局限性,，考慮到光線的照射以及葉片表面溫差較小等因素，這都會對檢測結(jié)果造成不利影響,，對于缺陷的檢出和定性分析有一定難度,。所以，該方法在應用方面還有待進一步的開發(fā)研究,，研究意義較大,。

風電機組葉片缺陷的無損檢測方法