[發明專利]一種風力機葉片超聲檢測的缺陷種類判定方法

有效

• 申請號: 201410779635.6
• 申請日: 2014-12-16
• 公開（公告）號: CN104458911A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 李蘇威;石可重
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及機械行業風力發電技術領域，尤其涉及一種風力機葉片超聲檢測的缺陷種類判定方法。

背景技術

風能是一種重要的可再生能源，我國仍處在風力發電高速發展的時期。風力發電機的壽命和安全性影響著風電利用和發展的腳步，是風能利用能否健康快速發展的重要因素。風電葉片作為風力發電機基礎和關鍵的部件，其壽命和安全性直接影響著整個風電機組的壽命和安全狀況。在風電葉片生產、運行的過程中，可能會因為生產工藝和運行工況導致葉片內部復合材料和結構產生損傷。損傷的存在會在葉片運行過程中復雜交變載荷的影響下進一步擴展，造成局部薄弱區，并最終降低葉片的壽命和運行安全性。為使風電葉片的壽命和安全性得到保障，有必要對其開展損傷和故障的診斷。這些風電葉片內部的缺陷是無法通過常規質檢、日常維護被發現出來。無損檢測是一種不破壞物體結構，發現物體內部缺陷損傷的檢測手段，可以嘗試應用于風電葉片中對其內部損傷進行探尋，以保障風電葉片乃至整個風電機組的安全運行及使用壽命。超聲波無損檢測具備穿透能力較大，對平面型缺陷探傷靈敏度較高，可較為準確地測定缺陷的深度和大小，設備輕便，操作安全，易于實現自動化檢驗等優點。但由于不同種類的缺陷對風力機葉片性能的影響程度不同，通過超聲波無損檢測直接獲取的信號，無法對葉片內部缺陷種類進行識別，這將有礙于對風力機葉片質量的評估和對生產工藝過程的反饋。建立一套應用于風電葉片超聲波檢測的缺陷種類判別方法，是開展風電葉片超聲檢測的重要保障。

本專利所提供的方法，基于對風電葉片典型缺陷進行分析，建立缺陷損傷的物理模型，通過實測葉片與物理模型中聲強反射系數的對比，確定缺陷對應的物理模型，并結合缺陷出現的位置和規模判定缺陷種類。

發明內容

(一)要解決的技術問題

針對風力機葉片超聲無損檢測中，在得到缺陷超聲信號的前提下，無法通過直觀的超聲反射信號圖像確定缺陷種類的問題，需要有一種評估方法，對超聲反射波信號進行評判，確認具體的缺陷種類。

(二)技術方案

本發明提供了一種利用超聲波聲強反射系數對比的方法，能夠有效地對風力機葉片缺陷種類進行判定。其特征在于，該方法由以下幾部分組成：分析典型缺陷；簡化物理模型；計算物理模型聲強反射系數；計算實際缺陷聲強反射系數；確定缺陷種類。具體步驟如下：

1)分析典型缺陷。本方法適用于如下幾種典型缺陷：分層、氣孔、夾雜、結構膠缺膠等缺陷。以上幾種缺陷中均出現了聲阻抗差異較大介質的界面，如復合材料與空氣或者復合材料與雜質之間。如所待測的葉片缺陷可能屬于上述缺陷類型，可采用該方法進行檢測與評定。

2)簡化物理模型。對于上述幾種葉片缺陷中分層、氣孔、結構膠缺膠缺陷，可簡化為玻璃鋼復合材料-空氣物理模型，模型如附圖1所示；對于夾雜缺陷，可簡化為玻璃鋼復合材料-雜質物理模型，模型如附圖2所示。

3)計算物理模型聲強反射系數。根據不同材料的聲阻抗，通過公式計算2)中所建立的兩種物理模型中玻璃鋼復合材料與空氣界面、玻璃鋼復合材料與雜質界面的聲強反射系數。式中I_o指入射波聲強，I_r指反射波聲強，Z₁指聲波傳出材料的聲阻抗，Z₂指聲波傳入材料的聲阻抗，P_o指入射波聲壓，P_r指反射波聲壓。

4)實際測試并計算實際缺陷聲強反射系數。對實際待測葉片進行超聲測量，并計算出缺陷界面的聲強反射系數。其實現的原理與過程如下：