您當(dāng)前的位置：檢測(cè)資訊 > 科研開發(fā)
嘉峪檢測(cè)網(wǎng) 2025-01-20 17:12
傳統(tǒng)的風(fēng)電機(jī)組葉片檢查方式一般有兩種：外部望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)和人工吊籃/蜘蛛人檢查。前者設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低，但存在無(wú)法記錄數(shù)據(jù)、難以100%全覆蓋等問(wèn)題，此外，根據(jù)維修部門的反饋，望遠(yuǎn)鏡觀察的結(jié)果和實(shí)際損傷情況往往相差很大；而人工檢查的方法存在巡檢效率低下，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、風(fēng)險(xiǎn)大，作業(yè)窗口受風(fēng)速影響較大等缺點(diǎn)，一般情況下，待檢機(jī)組停機(jī)時(shí)間為4~8小時(shí)。
根據(jù)上述兩種檢查方式的特點(diǎn)，風(fēng)電場(chǎng)一般采用將兩種方法相結(jié)合的辦法，先使用望遠(yuǎn)鏡初步篩查，如發(fā)現(xiàn)待確認(rèn)情況再停機(jī)采用人工吊籃/蜘蛛人的方式細(xì)致檢查，從而避免風(fēng)電機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間的停機(jī)，影響風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。但是，兩種傳統(tǒng)的人工檢查方式均存在嚴(yán)重依賴檢查人員的經(jīng)驗(yàn)、體力、關(guān)注度等個(gè)體差異的問(wèn)題。尤其是目前風(fēng)電機(jī)組向高塔筒長(zhǎng)葉片方向發(fā)展，人工檢查的時(shí)間成本和人力成本不斷增加。
隨著高精度儀器的不斷發(fā)展以及人工智能技術(shù)的改革創(chuàng)新，眾多學(xué)者針對(duì)風(fēng)機(jī)葉片缺陷的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究越發(fā)深厚，目前主流的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以根據(jù)采集的信號(hào)種類分為聲、光、熱三類，每類檢測(cè)技術(shù)都具有各自的優(yōu)勢(shì)和使用局限性。
1、風(fēng)電機(jī)組葉片的損傷和缺陷分析
風(fēng)電機(jī)組葉片產(chǎn)生損傷或缺陷的原因是多方面的，主要容易出現(xiàn)在葉片生產(chǎn)制造、運(yùn)輸安裝以及運(yùn)行服役三個(gè)階段中：
(1) 葉片生產(chǎn)制造過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的主要問(wèn)題是材料內(nèi)部缺陷，包括有孔隙、分層和夾雜等。
孔隙缺陷主要是由于樹脂與纖維浸潤(rùn)不良，空氣排擠不完全等因素造成；
分層缺陷主要是因?yàn)闃渲昧坎粔?、二次成形、粘合劑脫膠等；
夾雜缺陷主要是由于加工過(guò)程中混入雜物、異物等。
(2) 運(yùn)輸安裝過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的主要問(wèn)題是葉片外部損傷，包括擠壓變形、表面磨損等。
產(chǎn)生的主要原因是葉片本身尺寸和自重較大并且具有的彈性有限，容易產(chǎn)生不可逆的變形。
(3) 運(yùn)行服役過(guò)程中也會(huì)因外部環(huán)境等客觀因素出現(xiàn)不同程度的損傷，包括表面腐蝕、裂紋和老化等。
腐蝕主要是由于風(fēng)電機(jī)組大多在環(huán)境惡劣地區(qū)，受到風(fēng)沙、雨水、鹽霧等天氣的長(zhǎng)時(shí)間侵蝕；
裂紋主要是由于外力沖擊（如冰雹、鳥類撞擊等）和疲勞累積；
機(jī)組老化主要是由于氣溫驟變、雷擊等。
2、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的比較與分析
2.1基于聲學(xué)的風(fēng)電葉片無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
主要通過(guò)采集聲學(xué)信號(hào)并分析其特征，對(duì)葉片損傷或缺陷進(jìn)行檢測(cè)。目前較為成熟的技術(shù)分支是采用超聲波檢測(cè)技術(shù)和聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)。
超聲波檢測(cè)技術(shù)
超聲波檢測(cè)技術(shù)能檢測(cè)葉片復(fù)合材料的孔隙、氣泡、裂紋、夾雜等缺陷，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以進(jìn)一步判斷材料的疏密、纖維屈曲、彈性模量、厚度等特性和幾何形狀等方面的變化。
中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所以超聲檢測(cè)圖像作為分類對(duì)象，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建圖像損傷分類識(shí)別模型，提高了檢測(cè)效率，解決了其依賴現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、檢測(cè)效率低的問(wèn)題。
超聲檢測(cè)技術(shù)具有靈敏度高，可精確確定損傷或缺陷的位置與分布的優(yōu)點(diǎn)，但也存在對(duì)不同類型的缺陷要更換不同規(guī)格的探頭等缺點(diǎn)。
圖1. 超聲波檢測(cè)技術(shù)示意圖
聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)
聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)可對(duì)裂紋的萌生和擴(kuò)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，即檢測(cè)損傷或缺陷出現(xiàn)時(shí)的聲音信號(hào)，實(shí)時(shí)評(píng)估缺陷的危害程度，預(yù)防意外事故的發(fā)生。
在檢測(cè)過(guò)程中，接收的信號(hào)是缺陷在應(yīng)力作用下自發(fā)產(chǎn)生的，因此該方法無(wú)法對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的損傷或缺陷進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中，由于聲發(fā)射對(duì)環(huán)境因素十分敏感，因此對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)造成干擾，影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性，所以很難對(duì)缺陷進(jìn)行定量分析，但是能夠提供缺陷在應(yīng)力作用下的動(dòng)態(tài)信息，對(duì)于壽命評(píng)估有一定的優(yōu)勢(shì)，可對(duì)葉片進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。
圖2. 聲發(fā)射技術(shù)示意圖
新型聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)
新型聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)是直接采集、分析葉片本身旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的聲音，判斷葉片是否存在損傷或缺陷。
當(dāng)葉片存在損傷或缺陷時(shí)，采集到的聲音信號(hào)與正常狀態(tài)下的聲音信號(hào)不同，通過(guò)信號(hào)特征反映損傷或缺陷的嚴(yán)重程度，針對(duì)診斷結(jié)果提前處理風(fēng)電機(jī)組葉片。
該技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于可以通過(guò)一臺(tái)信號(hào)采集設(shè)備檢測(cè)三個(gè)葉片狀態(tài)，節(jié)約檢測(cè)成本；缺點(diǎn)是目前技術(shù)僅能檢測(cè)葉片是否存在損傷或缺陷，但無(wú)法確定具體損傷類別。
圖3. 新型聲學(xué)檢測(cè)技術(shù)流程圖
2.2基于光學(xué)的風(fēng)電葉片無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
主要通過(guò)采集光學(xué)信號(hào)并分析其特征，對(duì)葉片損傷或缺陷進(jìn)行檢測(cè)。目前較為成熟的技術(shù)分支是可見光檢測(cè)技術(shù)和光纖傳感器檢測(cè)技術(shù)。
可見光檢測(cè)
可見光檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)高清攝像頭等拍攝工具拍攝葉片圖像，并采用人工智能、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)識(shí)別和診斷葉片損傷或缺陷。
高清攝像機(jī)搭載無(wú)人機(jī)的組合檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前可見光檢測(cè)技術(shù)的熱門，無(wú)人機(jī)代替人工可以增加巡檢效率，降低巡檢風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合邊緣計(jì)算技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)診斷。
無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)目前的缺點(diǎn)是仍無(wú)法完全擺脫飛手，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)巡檢，同時(shí)由于風(fēng)電機(jī)組葉片葉尖轉(zhuǎn)速過(guò)大，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)無(wú)人機(jī)無(wú)法靠近拍攝，巡檢時(shí)需要先停機(jī)。
圖4. 無(wú)人機(jī)巡檢技術(shù)流程圖
光纖傳感器
光纖加速度傳感器主要基于干涉儀原理，使用光纖對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行傳輸。常見的干涉型加速度傳感器有順變柱體型、膜片型和光纖光柵型等，順變柱體型加速度傳感器通常采用橡膠換能器，可實(shí)現(xiàn)較高的加速度靈敏度，但是由于橡膠材料易老化、不耐高溫，從而限制了其實(shí)際應(yīng)用。
光纖光柵加速度傳感器是近年快速發(fā)展的一種光纖加速度傳感器，它體積小、靈敏度可調(diào)。在風(fēng)機(jī)葉片的關(guān)鍵位置埋入光纖傳感器陣列，探測(cè)其在加工、成型及服役的動(dòng)態(tài)過(guò)程中內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變的變化，并對(duì)外力、疲勞等引起的變形、裂紋進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)葉片的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與損傷評(píng)估。
圖5. 光纖傳感器技術(shù)示意圖
2.3基于熱力學(xué)的風(fēng)電葉片無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
目前較為成熟的技術(shù)分支是紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)，將物體發(fā)出的不可見紅外能量轉(zhuǎn)化成可見的熱圖像，進(jìn)而分析葉片是否存在缺陷或損傷。
國(guó)內(nèi)不少研究和文獻(xiàn)的調(diào)研說(shuō)明，紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)能夠檢測(cè)出玻璃纖維制葉片的幾種典型缺陷。經(jīng)過(guò)比較ANSYS軟件和理論計(jì)算結(jié)果，分析得到當(dāng)葉片內(nèi)部缺陷尺寸越大、深度越淺，越容易被熱成像技術(shù)檢測(cè)到。同時(shí)冷卻過(guò)程中形成的表面溫差隨缺陷深度的變化而變化，可以作為紅外熱成像技術(shù)檢測(cè)葉片缺陷的有力依據(jù)。
紅外熱成像檢測(cè)技術(shù)是一種比較適用于風(fēng)電葉片的無(wú)損檢測(cè)方法，尤為適用于常見的分層和滲膠類型的缺陷。
紅外熱成像技術(shù)優(yōu)點(diǎn)在于在檢測(cè)時(shí)無(wú)需與被檢測(cè)物體接觸，在較遠(yuǎn)距離既可以完成檢測(cè)任務(wù)，更加適用于檢測(cè)身處惡劣環(huán)境、運(yùn)維人員不易到達(dá)的風(fēng)電機(jī)組。其缺點(diǎn)在于可能會(huì)受到風(fēng)電機(jī)組高度的限制，在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中有一定的局限性。
2.4無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)比
不同無(wú)損檢測(cè)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)鮮明，具體如表1所示。在實(shí)際工程應(yīng)用中可以有效結(jié)合多種技術(shù)對(duì)風(fēng)電機(jī)組葉片從生產(chǎn)制造、運(yùn)輸安裝、運(yùn)行維護(hù)全過(guò)程進(jìn)行檢測(cè)，更有效地減少葉片的安全隱患，并為后續(xù)風(fēng)電機(jī)組葉片全生命周期的缺陷分析提供各階段的數(shù)據(jù)支持。
表1. 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)比分析
3、結(jié)語(yǔ)
通過(guò)比較傳統(tǒng)人工檢查技術(shù)和基于聲學(xué)、光學(xué)和熱力學(xué)的風(fēng)電機(jī)組葉片無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可知，無(wú)損檢測(cè)方法除了提高巡檢的安全性和效率以外，還有助于收集、整理和積累葉片缺陷和損傷數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)數(shù)據(jù)積累到一定程度時(shí)，可以結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)或深度學(xué)習(xí)算法搭建快速葉片缺陷快速診斷模型，及時(shí)檢測(cè)葉片狀態(tài)，保證風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
作者：張策，王立聞，蔣恩超，曾濤，彭凡
來(lái)源：東方電氣評(píng)論
轉(zhuǎn)自：CCIA維修檢測(cè)與回收專委會(huì)
來(lái)源：Internet
關(guān)于我們 聯(lián)系我們 營(yíng)業(yè)執(zhí)照 全國(guó)服務(wù)電話：400-818-0021 嘉峪檢測(cè)版權(quán)所有 備案號(hào)：京ICP備14047019號(hào)-2 
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
