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風電葉片檢測方案

發(fā)布時間：2024-05-25

葉片的粘接區(qū)域檢測解決方案

專、用低頻相控陣探頭和夾持器在 GFRM 和 CFRM 風力發(fā)電機葉片檢測中的應用

應用

相控陣檢測解決方案用于檢測風電葉片中的粘接區(qū)域。

背景

在其使用壽命期間，風電葉片承受相當大的升力。為了保證葉片組件的基本剪切強度，頂部和底部的葉片外殼通過一組抗剪腹板粘合在一起。葉片殼體是粘結(jié)在抗剪腹板上的外殼部分，通常由厚 GFRM（玻璃纖維增強材料）或 CFRM（碳纖維增強材料）制成，以增加結(jié)構(gòu)堅固性。風力葉片的完整性高度依賴于抗剪腹板和翼葉片殼體之間的結(jié)合質(zhì)量。

為了驗證粘接的完整性，奧林巴斯開發(fā)了一種新型相控陣檢測解決方案。該套件與

OmniScan?MX，MX2 和 SX 探傷儀以及 FOCUS LT?和 FOCUS PX?數(shù)據(jù)采集儀器完全兼容。

風電葉片的典型橫截面

存在的問題

由于抗剪腹板和葉片殼體通過不同厚度的粘合劑粘合在一起，因此必須檢查兩個界面：（1）葉片殼體和粘合劑之間以及（2）粘合劑和抗剪腹板之間。

除了風葉的結(jié)構(gòu)復雜之外，裝配材料在聲學上不友好的特性可能成為檢驗障礙。風力葉片殼體通常使用玻璃纖維制造，并且粘合劑由環(huán)氧樹脂制成。這些材料非常迅速地衰減超聲波束，使超聲波檢測極具挑戰(zhàn)性。

由于標準探頭和支架不適用于風葉檢測，因此我們開發(fā)了一種改進的相控陣解決方案，該解決方案具有優(yōu)化的探頭和支架設計。

雖然 OmniScan?探傷儀是在制造或在役檢測過程中手動或半自動檢測的首、選儀器，但 FOCUS PX?采集儀器可用作制造過程中定制自動檢測系統(tǒng)的一部分。

解決方案

該解決方案基于安裝在支架上的大口徑低頻相控陣探頭。該支架可以安裝一個用于手動編碼檢測的編碼器，或者安裝在 GLIDER?掃描儀上進行半自動化 2 軸測繪。

風力機葉片試驗樣品

有兩個主探頭支架：半接觸式設計將探頭表面靠近部件表面，而AQ25 設計采用25 毫米Aqualene

延遲線。

半接觸式支架非常適合檢查葉片較厚的部分。它的高能量超聲波束更深入地穿過該部分，沒有任何重復的表面回波。缺點是接近表面的盲區(qū)增加。

Aqualene 支架可提高表面附近的分辨率，因此更適用于較薄部件（厚度可達 40 mm）。

這兩種設計都有一個平面或輪廓的變化。雖然輪廓模型非常適合沿著葉片長度進行掃描，但平面模型可用于掃描寬度。

設備

相控陣解決方案由下列項目組成：

*Item* *Number*	*Part Number*	*Description*	*Application Recommendation*
*PA probes*
Q3300971	0.5L64-96X22-I5-P-5- OM	0.5 MHz I5 type linear phased array probe, 64 elements, 96 × 22 mm total active aperture, 1.50 mm pitch, 22 mm	Greater penetration in very attenuative and/or thick materials.
Q3300970	1L64-96X22-I5-P-5- OM	1 MHz I5 type linear phased array probe, 64 elements, 96 × 22 mm total active aperture, 1.50 mm pitch, 22 mm	General purpose, better resolution.
*Probe Holders*

Q7201106	SI5-0L-WHC	Flat semicontact probe holder for I5 PA probe.	To scan across the length of the blade. Required on parts thicker than 40 mm.
Q7201114	SI5-0L-WHC- COD1978-4414M	Curved semicontact probe holder for I5 PA probe.	To scan along the length of the blade. Required on parts thicker than 40 mm.
Q7201108	SI5-0L-AQ25	Flat Aqualene delay line probe holder for I5 PA probe.	To scan across the length of the blade. For increased near-surface resolution on parts up to 40 mm thick.
Q7201107	SI5-0L-AQ25- COD1978-4414M M	Curved Aqualene delay line probe holder for I5 PA probe.	To scan along the length of the blade. For increased near-surface resolution on parts up to 40 mm thick.
*Encoding Systems*
U8775296	ENC1-5-LM	Mini-Wheel^? encoder, 5 m long cable with LEMO^? connector compatible with the OmniScan MX2 and SX flaw detectors.	Manual encoded inspection.
Q7750157	Y-PA-65x64-5Deg	Yoke to mount an SI5 probe holder to a GLIDER scanner	Semiautomated encoded inspection with the GLIDER scanner
Q7500034	Glider-72x24	Two-axis encoded scanner with a manually activated vacuum cup mounting system. 72-in. stroke on the fixed axis (X) and 24-in.stroke on the	Semiautomated encoded inspection with the GLIDER scanner.

左：相控陣探頭中心：Semicontact 支架右：Aqualene 支架

結(jié)果

測試一：厚板葉片檢測

對風電葉片的切片樣品進行測試。

下圖顯示了半接觸支架和 50 mm 厚樣品上的 1 MHz 探頭獲得的結(jié)果。反射器是兩個 12.5 mm

的平底孔（FBH），位于 16 mm 和 32 mm 深處。

模擬葉片蒙皮的分層，在 time-of- flight 和 C 掃描中均可輕松檢測到這兩種指示。

測試二：粘接區(qū)域檢測

使用與 GLIDER TM 掃描儀相似的定制 2 軸編碼掃描儀在制造中的風電葉片上進行測試。數(shù)據(jù)通過帶有 1 MHz I5 PA 探頭和連接支架的 OmniScan?MX2 采集。

C 掃描用于全、面查看兩個抗剪腹板的粘合情況。兩條藍線表示抗剪腹板與葉片殼體的接合界面，波束在腹板中傳播，導致返回信號的幅度較低。 C-掃描也可使用測量光標來測量粘接的寬度。在這個測試中，寬度約為 130 毫米。紅色的區(qū)域代、表沒有粘合的地方。在那里，我們觀察到殼體的底面反射信號強烈。

在這個應用中，粘合劑的厚度足夠大，可以區(qū)分兩個界面。在 S 掃描和 A 掃描視圖中使用測量光標，粘合劑被確定為 15 毫米厚。

為了檢測類似葉片之類的大面積工件，可以使用 2 軸編碼的掃查器。 GLIDER 掃描儀可以針對風力葉片的檢測應用進行優(yōu)化。 GLIDER 掃查架的總長 72 英寸，沿著葉片長度方向放置。第二根軸的長度為 24 英寸，因此它可以覆蓋一般的的抗剪腹板結(jié)構(gòu)。

測試 3：薄板葉片檢測

該測試是在具有 12.5 毫米平底孔（FBH）的樣品上進行的，該樣品模擬了葉片中的層壓。由于葉片相對較?。?.7 毫米），因此選擇 Aquelene 支架（AQ25），它能夠檢測更接近表面的缺陷，探頭是 1 MHz I5。

在下圖中，我們清楚地看到位于表面下 3.6 mm 處的模擬缺陷。

結(jié)論

奧林巴斯開發(fā)了一種專、用于葉片殼體及粘接區(qū)域的相控陣解決方案。雖然葉片的聲衰減、形狀和結(jié)構(gòu)使其很難檢測，但該解決方案的精心構(gòu)思設計解決了這些問題，同時提供了高分辨率數(shù)據(jù)和成像。相控陣檢測葉片的結(jié)構(gòu)完整性具有更多的優(yōu)勢，從而實現(xiàn)更少的操作員依賴性檢查。