风电叶片在线检测技术研究进展

南?京?工?业?职?业?技?术?学?院?学?报Journal?of?Nanjing?Institute?of?Industry?Technology 第18卷第2期2018年6月Vol.18,No.2Jun.,2018

风电叶片在线检测技术研究进展

吴国中，李?镇?，宋增禄

（南京工业职业技术学院?电气工程学院，江苏?南京?210023）?

摘?要：就风电设备运行过程中风机叶片的在线检测技术进行了讨论。叶片在线检测主要有两大类，分别是以应变、声发射等传感器检测为核心的侵入式检测和以图像检测为代表的非侵入检测，探讨了这两种检测模式中风电叶片损伤检测的实验手段以及损伤特征提取和识别的算法。关键词：风电；叶片；在线检测

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-4644（2018）02-0004-05

风电技术在展现出其独特优势的同时也存在一些问题。由于风力发电场通常位于较偏远的陆地、海岸或者海上，环境恶劣且无人值守，其运行状态的监测面临较大挑战。目前已有的在线监测、控制、调度技术为风电场的正常平稳运行提供了一定的保障，但是由于风电系统的复杂性、可靠性以及环境等各方面因素的影响，现有在线监控系统在风机状态信息检测的实时性、完备性、准确性等方面仍显不足，其中一个突出问题表现在风电叶片状态检测方面。

风电叶片是风力发电机的关键部件，叶片状态的检测以及寿命预测对提高风机工作效率、保障风机正常工作具有重要意义。本文将集中讨论风机叶片部分在线检测技术的研究进展。

1?侵入式检测技术

叶片在线检测主要分为两类，一类是侵入式的检测，即传感器网络需要内嵌在叶片中；另一类是非侵入式的检测，即采用光学或图像等方式实现非接触式的检测。

1.1?基于应变的检测

应变片在风电叶片在线检测中有较多应用。风电叶片在实际运行过程中会承受不同方向的载荷，导致叶片产生应变，应变的累积可能会导致叶片的宏观形变和开裂，因此在叶片的脆弱部位以及容易产生应力集中的部位，可以设置应变传感器以检测叶片的应变，从而可以直接反应叶片状态。

Jargensen?等人在2004年曾采用上百片应变传感器检测长达25米的叶片轴向应变。应变检测是一项比较成熟的技术［1］

，可以用于叶片的离线和在线测试，但是也有一些局限性。应变传感器容易失效，容易受到环境的影响甚至引起雷击，并且有的情况下不能准确反映叶片失效状况。

FBG传感器是针对传统应变传感器的不足，在风电叶片检测中引入的光纤传感器，以检测叶片的应变。较常用的是布拉格光纤光栅，其原理是利用纤芯内空间相位周期性分布的光栅形成一个窄带滤波器或反射镜，滤波器或反射镜中心频率会随外部应变而产生漂移，将频率漂移转换为应变可以准确、稳定、可靠地检测叶片的应变和疲劳状态。2007年郭等人最早利用FBG传感器网络检测叶片状态数据并应用无线技术上传［2］

，这种技术逐步发展并在一些大型风机上得到应用。FBG传感器稳定性对于叶片状态的长期检测是很有优势的，其不足在于成本高而且设备体积大，一定程度上限制了其在叶片在线检测中的应用。

1.2?基于声发射的检测

基于声发射检测叶片失效的研究已经比较广泛。声发射是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象，叶片在外部载荷作用下产生形变，使结构内部形成应力，由于叶片应力集中而产生各种失效，如纤维断裂、微裂纹等，从而导致局域快速释放能量。用于声发射检测的传感器由压电传感器、放大器和数模转换器以及信号处理单

收稿日期：2018-04-23

基金项目：?江苏风力发电工程技术中心2016年度开放基金（编号：ZK16-03-05）；江苏省品牌专业资助项目（编号：PPZY2015B189）作者简介：吴国中（1974-），男，南京工业职业技术学院副教授，工学硕士，研究方向：自动化控制及检测技术。

复合材料风电叶片先进制造技术研究现状

复合材料风电叶片先进制造技术研究现状 摘要：在风电行业中，材料的选择对叶片的性能有重要的影响。随着科技水平 的进步，复合材料自出现就得到了认可，并在发展中快速推广，作为风电叶片复 合材料有自身优势。复合材料风电叶片也比常规材料风电叶片有更好的性能，因 此获得了广泛的应用。本文将围绕复合材料风电叶片的制造和发展进行分析，以 供参考。 关键词：复合材料；风电叶片；制造；发展 1.前言 当前，自动化技术在逐渐向制造业慢慢渗透，推进了制造业进入了自动化的 行业。为了抓住这个千载难逢的机会，我国的各个行业都在积极探索先进的自动 化技术，促进制造行业的快速转型，促进发展。 2.自动化智能化制造技术 2.1智能温控模具技术 模具是形成叶片的关键。现有的叶片模具加热方法通常是电加热或水加热。 电加热重量轻，温度迅速升高，并且可以轻松实现灵活的控制。它具有低成本的 水加热和稳定的温度控制能力。然而，这两种常规加热方法的缺点是不能实时反 映模具工作表面的温度。在叶片成型过程中，特别是在固化阶段，模具表面温度 的准确性直接影响叶片材料的最终性能。如果叶片的固化温度过低且固化程度不足，则产品性能将无法满足设计要求。如果温度太高，树脂的反应可能会恶化， 热量可能会集中，并且模具和产品可能会报废。因此，能够智能地控制和调节温 度的模具对于确保风力涡轮机叶片制造的可靠性至关重要。 2.2自动铺放技术 如今，复合风叶片的组件生产以劳动力手工作业为主，包括蒙皮，玻纤布、 腹板和大梁，沉重、复杂并且难以准确放置。有效地保证铺层的平坦度并不容易，并且最终叶片的质量和性能不稳定。由于叶片的尺寸较大且布局复杂，因此很难 将自动布局应用于叶片生产，因此，近年来，这项技术是划时代的并且已得到广 泛应用。 （1）主梁自动铺放及成型技术 主梁是叶片的主要承重组件，通常在铺设过程中不能有褶皱，并且需要很高 的放置精度，因此需要很长时间。通常，大叶片主梁层需要大约2个小时的铺设 时间。 （2）壳体自动铺放技术 当前，铺设玻纤布的主要方法是使用手工来铺设，但是耗时长，并且在铺设 过程中需要手动调节和铺设。由于用手拉动玻璃纤维布，因此会发生玻璃纤维布 的变形及其对产品质量的影响等问题。用于风力发电叶片的自动铺设装置主要包 括机械臂，放置头，光纤交叉输出，光纤交叉切割，压缩，光学位置检测，3D激光扫描仪。在此过程中，压辊在每个输出设备顶部和底部的反向移动以及织物上 的相对压力允许织物的运输。在机械臂的驱动下，铺层沿着导轨移动，从而完成 了在模具中铺布。 2.3自动打磨技术 目前，复合风轮机叶片的打磨主要是人工打磨，劳动强度大，污染环境，粉 尘对人体有害。当前，正在开发各种自动研磨技术和设备，其基本上使用机器人臂，自动引导车辆或导轨，智能控制系统，传感器等来根据预设程序来定位和定

风电叶片监控系统解决方案

风电叶片监控系统解决方案

为什么要对叶片进行状态监测? ?叶片是风机中受压最大的部件之一 -面临着极端的外部条件，而且动态载荷大。 ?叶片更换费用非常昂贵 ?在极端损坏情况下，风机必须立刻停机减少直接或二次损害。 ?如果能提早发现损伤，叶片可以很好地被修复。 ?目前，主要检测手段是视觉，但这种方法时间间隔长，非实时，且花费巨大。 →完全不适用于海上风机 ?状态监测系统的两大功能 -提高可利用小时数 ?覆冰检测 ?静态和动态载荷评估 -叶片损伤检测 ?雷击检测 ?叶片内部和外部损伤

损伤检测 ?更早检测到叶片的损伤 →降低维修成本 ?严重损伤给出自动停机信号→安全操作，避免灾难?经过DNV GL认证 →得到官方认可 覆冰检测 ?精确检测叶片覆冰 →安全操作 ?自动重启 →可获得更高收益 ?经过DNV GL认证 →得到官方认可 改善运营 ?检测动态不平衡 →提高收益 →降低载荷 ?动态载荷配准 →预防过载 ?显著的运行状态检测 →避免额外支出

覆冰检测DNV-GL证书/ 叶片状态监测系统DNV-GL 证书 ?BLADE control?覆冰检测，2008年获得了DNV-GL 的认证。 ?含自动启机功能的认证 ?BLADE control?在2013年获得了首个风机叶片状态监测 系统的GL认证。

BLADEcontrol?检测的叶片故障类型 ?气动表面壳体损伤 -裂痕和分层，尤其是前缘和尾缘 -雷击导致的叶尖开裂 ?结构支撑件的损伤（致命） -腹板分层或断裂 -梁/ 翼梁分层或断裂 -叶片轴承损伤 腹板 翼梁 气动表面 前缘 尾缘 ?松动部件 -叶片内 -轮毂内 -叶片外部 （防损保护层，扰流器）?气动不平衡 -变桨偏差 -变桨传感器故障

风力机叶片翼型的研究现状与趋势

风力机叶片翼型的研究现状与趋势 风能作为一种可再生能源,在煤、石油和天然气等非可再生能源日益耗竭以及全世界对可持续发展要求的情况下,正越来越来受到世界各国的关注。风电技术复杂,风力发电机组的叶片作为捕获风能最直接的部件,其价值占到整机价值的25%左右。叶片的直径、弦长、各截面翼型选择、纵向的扭角分布等都会影响到叶片的气动性能,进而影响风轮的功率输出。而叶片的结构、材料和工艺直接影响风机的强度、疲劳、震动、载荷及成本等。因此,设计良好的叶片,翼型应该具有较佳的空气动力学性能,良好的结构和制造工艺,这样风力发电机组才能稳定运行并具有高的功率输出[1-3]。目前,因为风力发电机组向着更高的额定功率发展,最大的叶轮直径已经达到125m,风电机组对叶片的气动性能、结构和工艺提出了更高的要求。 一、国外发展与研究状况 风机翼型的设计分析理论从根本上决定风机整体的功率特性和载荷特性。因为其重要性,翼型设计分析理论的研究一直是世界各国专家和学者的科研热情所在。风机翼型的发展来源于低速应用的翼型,如滑翔机翼型。早期的低速翼型运用在风机上有WortmannFX-77翼型和NASALS翼型。在20世纪80年代,因为美国国家可再生能源实验室(NREL)的Tangler和Somers发展了许多的NREL翼型,对促进风机翼型的发展做出了很大贡献。同时,他们也提出了翼型的反设计方法。对NREL系列翼型的相关阐述可以在NREL一系列报告中找到。后续的瑞典的Bj·rkA发展了FFA-W系列的翼型,荷兰代尔夫特理工大学的TimmerWA和vanRooij也对风机翼型的发展做出了贡献,发展了DU系列的翼型。20世纪90年代中期,丹麦Risφ风能重点实验室开始研制新的风机翼型,到目前为止已经发展出了Risφ-A1,Risφ-P和Risφ-B1三种翼型系列。 翼型研究包括两方面,翼型分析和翼型优化设计。翼型分析是研究翼型气动性能,是翼型优化设计的基础。翼型设计有两种方法,包括直接数值优化设计方法和反设计方法。直接数值优化设计方法将CFD跟最优化设计理论结合起来,以升力或者升阻比为目标函数,通过不断修正翼型的几何形状,获得目标函数所要求的气动性能最佳的翼型几何形状。反设计方法的目标函数主要是目标压力分布,首先要给定一个基础翼型,通过翼型几何和流体控制方程,不断逼近所需的目标压力分布,从而得到满足给定流场分布的翼型几何。Jacobs的翼型设计方法是最早的翼型反设计方法,用这种方法设计的NACA6系列的翼型至今都在用。德国的学者Mangler(1938)和英国学者Lighthill(1945)首先提出基于保角变换的翼型反设计方法,但是计算冗长。Mangler和Lighthill的方法而且有三个重要缺点:基于保角变化的翼型反设计方法只能指定需要的翼型表面速率分布作为翼型保角变换后圆角坐标的一个函数,而不是翼型表面弧长的一个函数;并且因为指定的速率分布有三个积分限,需要定义三个自由参数,会导致不合理的速率分布和不合理的翼型形状;理论本身是单点反向翼型设计方法(速率分布只能在单个攻角下获得),不满足多点反设计的需要。20世纪60年代后,随着计算机技术的发展,翼型反设计方法更多地强调通过计算机辅助翼型设计。美国NREL的Eppler和Somers编了一个

风电叶片设计流程

叶片设计流程 一．空气动力设计 1．确定风轮的几何和空气动力设计参数 2．选择翼型 3．确定叶片的最佳形状 4．计算风轮叶片的功率特性 5．如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4，以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6．计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7．风力机叶片三维效应分析 8．非定常空气动力现象 9．风力机叶片的动态失速 10．叶片动态入流 二．风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。

2.1IEC61400-1 标准规定的载荷情况 2.2风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M xb、挥舞方向的剪力Q xb和弯矩M yb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M zb。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct, 通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷

（4）操纵载荷 2）轮毂上的载荷 3）主轴上的载荷 4）机舱上的载荷 5）偏航系统上的载荷 6）塔架上的载荷 三．风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统（包括偏航系统和变浆距系统等）的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1．风力机叶片气动弹性稳定性问题 2．风力机系统振动和稳定性问题 3.2风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后 稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值计算。

【CN110006950A】一种风电叶片裂纹检测装置及其检测方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910242463.1 (22)申请日 2019.03.28 (71)申请人 安徽驭风风电设备有限公司 地址 231402 安徽省安庆市桐城经济开发 区南三路 (72)发明人 张顺　陈俊　 (74)专利代理机构 深圳市科吉华烽知识产权事 务所(普通合伙) 44248 代理人 谢肖雄 (51)Int.Cl. G01N 27/00(2006.01) G01N 29/14(2006.01) G01B 7/00(2006.01) (54)发明名称 一种风电叶片裂纹检测装置及其检测方法 (57)摘要 本发明提供一种风电叶片裂纹检测装置及 其检测方法，包括风电叶片本体、底座、电位检测 装置和声发射检测装置，所述风电叶片本体两端 与底座之间均设置有支撑座，所述风电叶片本体 一端设置有正极接线柱与负极接线柱，所述正极 接线柱和负极接线柱均与风电叶片本体相互连 通，所述电位检测装置包括恒流源、记录装置、锁 相器、基准电位表和电位前置放大器。本发明通 过将电位法与声发射无损检测方法进行结合，有 效的通过电位法具有的可以对极小的裂纹进行 检测的优点，以及声发射法具有的灵敏度高，覆 盖面积广的优点，从而保证对风电叶片的每一个 位置达到稳定的检测，并且检测出裂纹的大小， 有效的提高裂纹检测效率。权利要求书2页 说明书4页 附图1页CN 110006950 A 2019.07.12 C N 110006950 A

权　利　要　求　书1/2页CN 110006950 A 1.一种风电叶片裂纹检测装置，包括风电叶片本体(1)、底座(2)、电位检测装置(3)和声发射检测装置(4)，其特征在于：所述风电叶片本体(1)两端与底座(2)之间均设置有支撑座(5)，所述支撑座(5)为硬性橡胶材料制成，所述风电叶片本体(1)一端设置有正极接线柱(6)与负极接线柱(7)，所述正极接线柱(6)和负极接线柱(7)均与风电叶片本体(1)相互连通。 2.根据权利要求1所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述电位检测装置 (3)包括恒流源(301)、记录装置(302)、锁相器(303)、基准电位表(304)和电位前置放大器(305)，所述声发射检测装置(4)包括声发射源(401)、声发射传感器(402)、声发射前置放大器(403)、主放大器(404)、高通滤波器(405)、半波整流器(406)、总事件电压比较器(407)、大事件电压比较器(408)和压频变换器(409)，所述电位检测装置(3)与声发射检测装置(4)连接有同一个计算机系统(8)。 3.根据权利要求2所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述正极接线柱(6)与负极接线柱(7)分别与恒流源(301)的正负对应连接，所述锁相器(303)、电位前置放大器(305)和基准电位表(304)与恒流源(301)组成串联电路，所述记录装置(302)与锁相器(303)、电位前置放大器(305)和基准电位表(304)之间为并联电路。 4.根据权利要求2所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述声发射源(401)位于风电叶片本体(1)两侧靠近两端的位置设置，所述声发射源(401)与风电叶片本体(1)的垂直线形成60度夹角，所述声发射源(401)位于相近的风电叶片本体(1)一端的1/3位置设置。 5.根据权利要求1所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述电位检测装置(3)连接用的带线均采用高绝缘性能的导线。 6.根据权利要求2所述的一种风电叶片裂纹检测装置，其特征在于：所述主放大器(404)采用可变增益宽带放大器AD603设置，所述高通滤波器(405)采用二阶有源高通滤波器(405)设置。 7.权利要求1-6任一项所述的一种风电叶片裂纹检测方法，包括以下步骤： S1：将恒流源(301)的正负极与正极接线柱(6)和负极接线柱(7)连接，使恒流源(301)对风电叶片本体(1)通电，经过电位前置放大器(305)，将电信号进行放大转换为脉冲发送给锁相器(303)，经过锁相器(303)将电压进行过滤震荡至基准电位表(304)以及记录装置(302)，进行记录，并且将记录数量输送给计算机系统，经过裂纹尺寸与电位之间的方程式进行计算得出裂纹尺寸； S2：使用声发射源(401)对风电叶片本体(1)提高声波探测，声波经过风电叶片本体(1)反射产生的声发射信号经过声发射传感器(402)接收，声发射传感器(402)采集到的声发射信号首先要经过声发射前置放大器(403)的放大，然后再次经过主放大器(404)进行适当放大便于后续处理； S3：将适当放大后的信号发送给高通滤波器(405)，经过高通滤波器(405)对声发射信号中混入的干扰噪音信号，进行滤波处理以剔除噪音信号； S4：为了便于分析，将剔除噪音后的信号发送给半波整流器(406)，采用出运放和二极管组成的半波精密整流电路将声发射信号交流信号转换为单向的正向信号； S5：将半波整流器(406)整流后的信号经过总事件电压比较器(407)和大事件电压比较 2

风电叶片的改进

风电叶片的改进 传统能源资源的大量使用带来了许多的环境问题和社会问题，并且其存储量大大降低，因而风能作为一种清洁的可循环再生的能源，越来越受到世界各国的广泛关注。风力发电机叶片是接受风能的最主要部件，其良好的设计、可靠的质量和优越的性能是保证发电机组正常稳定运行的决定因素，其成本约为整个机组成本的15%-20%。根据“风机功价比法则”，风力发电机的功率与叶片长度的平方成正比，增加长度可以提高单机容量，但同时会造成发电机的体积和质量的增加，使其造价大幅度增加。并且，随着叶片的增大，刚度也成为主要问题。为了实现风力的大功率发电，既要减轻叶片的重量，又要满足强度与刚度要求，这就对叶片材料提出了很高的要求。 1 碳纤维在风力发电机叶片中的应用 叶片材料的发展经历了木制、铝合金的应用，进入了纤维复合材料时代。纤维材料比重轻，疲劳强度和机械性能好，能够承载恶劣环境条件和随机负荷，目前最普遍采用的是玻璃纤维增强聚酯（环氧）树脂。但随着大功率发电机组的发展，叶片长度不断增加，为了防止叶尖在极端风载下碰到塔架，就要求叶片具有更高的刚度。国外专家认为，玻璃纤维复合材料的性能已经趋于极限，不能满足大型叶片的要求，因此有效的办法是采用性能更佳的碳纤维复合材料。 1）提高叶片刚度，减轻叶片质量 碳纤维的密度比玻璃纤维小约30%，强度大40%，尤其是模量高3～8倍。大型叶片采用碳纤维增强可充分发挥其高弹轻质的优点。荷兰戴尔弗理工大学研究表明，一个旋转直径为120m的风机的叶片，由于梁的质量超过叶片总质量的一半，梁结构采用碳纤维，和采用全玻璃纤维的相比，质量可减轻40%左右；碳纤维复合材料叶片刚度是玻璃纤维复合材料叶片的2倍。据分析，采用碳纤维／玻璃纤维混杂增强方案，叶片可减轻20％～30％。Vesta Wind System 公司的V90型3.0 MW发电机的叶片长44m，采用碳纤维代替玻璃纤维的构件，叶片质量与该公司V80 型2.0MW发电机且为39m长的叶片质量相同。同样是34 m长的叶片，采用玻璃纤维增强聚脂树脂时质量为5800kg，采用玻璃纤维增强环氧树脂时质量为5200kg，而采用碳纤维增强环氧树脂时质量只有3800kg。其他的研究也表明，添加碳纤维所制得的风机叶片质量比采用玻璃纤维的轻约32%，而且成本下降约16%。 2）提高叶片抗疲劳性能 风机总是处在条件恶劣的环境中，并且24h处于工作状态。这就使材料易于受到损害。相关研究表明，碳纤维合成材料具有良好的抗疲劳特性，当与树脂材料混合时，则成为了风力机适应恶劣气候条件的最佳材料之一。 3）使风机的输出功率更平滑更均衡,提高风能利用效率 使用碳纤维后，叶片质量的降低和刚度的增加改善了叶片的空气动力学性能，减少对塔和轮轴的负载，从而使风机的输出功率更平滑更均衡，提高能量效率。同时，碳纤维叶片更薄，外形设计更有效，叶片更细长，也提高了能量的输出效率。 4）可制造低风速叶片 碳纤维的应用可以减少负载和增加叶片长度，从而制造适合于低风速地区的大直径风叶，使风能成本下降。 5）可制造自适应叶片 叶片装在发电机的轮轴上，叶片的角度可调。目前主动型调节风机的设计风速为13～15m/s(29～33英里/h)，当风速超过时，则调节风叶斜度来分散超过的风力，防止对风机的损害。斜度控制系统对逐步改变的风速是有效的。但对狂风的反应太慢了，自适应的各向异性叶片可帮助斜度控制系统，在突然的、瞬间的和局部的风速改变时保持电流的稳定。自适

风电标准大全、整机厂及中国风力发电叶片厂商名录、风力发电机组特点

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风电机组叶片防雷检查

关于叶片防雷及接地的避免措施和检查方法整理如下，希望有所帮助。 一、目前叶片雷击基本为：雷电释放巨大能量，使叶片结构温度急剧升高，分解叶片内部气体高温膨胀， 压力上升造成爆裂破坏（更有叶片内存在水分而产生高温气体，爆裂）。叶片防雷系统的主要目标是避免雷电直击叶片本体而导致叶片损害。经过统计：不管叶片是用木头或玻璃纤维制成，或是叶片包导电体，雷电导致损害的范围取决于叶片的形式。叶片全绝缘并不减少被雷击的危险，而且会增加损害的次数。多数情况下被雷击的区域在叶尖背面（或称吸力面）。根据以上叙述，叶片防雷设计一般在叶尖装有接闪器捕捉雷电，再通过敷设在叶片内腔连接到叶片根部的导引线使雷电导入大地，约束雷电，保护叶片。 二、按IEC61400-24标准的推荐值，叶片防雷击铜质电缆导线截面积最小为50平方毫米。如果为高发区， 可适当增加铜质电缆导线截面积。 三、我集团近期刚出的一个检查标准： 1、叶片吊装前，逐片检查叶片疏水孔通畅。 2、叶片吊装前，逐片检查叶片表面是否存在损伤。 3、叶片吊装前，应逐片检查叶片防雷引下线连接是否完好、防雷引下线截面是否损伤，检测叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻，并做好检测记录。若叶片接闪器到叶片根部法兰之间的直流电阻值

高于20 mΩ，应仔细检查防雷引下线各连接点联接是否存在问题。 叶片接闪器到叶片根部法兰之间直流电阻测量采用直流微欧计、双臂电桥或直流电阻测试仪（仪器分辨率不低于 1 mΩ），采用四端子法测量，检查叶片叶尖及叶片上全部接闪点与叶片根部法兰之间直流电阻，每点应测三次取平均值。 4、机组吊装前后，应检查变桨轴承、主轴承、偏航轴承上的泄雷装置（碳刷、滑环、放电间隙 等）的完好性，并确认塔筒跨接线连接可靠。 表1 防雷检查及测试验收清单

风电叶片在线检测技术研究进展

南?京?工?业?职?业?技?术?学?院?学?报Journal?of?Nanjing?Institute?of?Industry?Technology 第18卷第2期2018年6月Vol.18,No.2Jun.,2018 风电叶片在线检测技术研究进展 吴国中，李?镇?，宋增禄 （南京工业职业技术学院?电气工程学院，江苏?南京?210023）? 摘?要：就风电设备运行过程中风机叶片的在线检测技术进行了讨论。叶片在线检测主要有两大类，分别是以应变、声发射等传感器检测为核心的侵入式检测和以图像检测为代表的非侵入检测，探讨了这两种检测模式中风电叶片损伤检测的实验手段以及损伤特征提取和识别的算法。关键词：风电；叶片；在线检测 中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1671-4644（2018）02-0004-05 风电技术在展现出其独特优势的同时也存在一些问题。由于风力发电场通常位于较偏远的陆地、海岸或者海上，环境恶劣且无人值守，其运行状态的监测面临较大挑战。目前已有的在线监测、控制、调度技术为风电场的正常平稳运行提供了一定的保障，但是由于风电系统的复杂性、可靠性以及环境等各方面因素的影响，现有在线监控系统在风机状态信息检测的实时性、完备性、准确性等方面仍显不足，其中一个突出问题表现在风电叶片状态检测方面。 风电叶片是风力发电机的关键部件，叶片状态的检测以及寿命预测对提高风机工作效率、保障风机正常工作具有重要意义。本文将集中讨论风机叶片部分在线检测技术的研究进展。 1?侵入式检测技术 叶片在线检测主要分为两类，一类是侵入式的检测，即传感器网络需要内嵌在叶片中；另一类是非侵入式的检测，即采用光学或图像等方式实现非接触式的检测。 1.1?基于应变的检测 应变片在风电叶片在线检测中有较多应用。风电叶片在实际运行过程中会承受不同方向的载荷，导致叶片产生应变，应变的累积可能会导致叶片的宏观形变和开裂，因此在叶片的脆弱部位以及容易产生应力集中的部位，可以设置应变传感器以检测叶片的应变，从而可以直接反应叶片状态。 Jargensen?等人在2004年曾采用上百片应变传感器检测长达25米的叶片轴向应变。应变检测是一项比较成熟的技术［1］ ，可以用于叶片的离线和在线测试，但是也有一些局限性。应变传感器容易失效，容易受到环境的影响甚至引起雷击，并且有的情况下不能准确反映叶片失效状况。 FBG传感器是针对传统应变传感器的不足，在风电叶片检测中引入的光纤传感器，以检测叶片的应变。较常用的是布拉格光纤光栅，其原理是利用纤芯内空间相位周期性分布的光栅形成一个窄带滤波器或反射镜，滤波器或反射镜中心频率会随外部应变而产生漂移，将频率漂移转换为应变可以准确、稳定、可靠地检测叶片的应变和疲劳状态。2007年郭等人最早利用FBG传感器网络检测叶片状态数据并应用无线技术上传［2］ ，这种技术逐步发展并在一些大型风机上得到应用。FBG传感器稳定性对于叶片状态的长期检测是很有优势的，其不足在于成本高而且设备体积大，一定程度上限制了其在叶片在线检测中的应用。 1.2?基于声发射的检测 基于声发射检测叶片失效的研究已经比较广泛。声发射是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象，叶片在外部载荷作用下产生形变，使结构内部形成应力，由于叶片应力集中而产生各种失效，如纤维断裂、微裂纹等，从而导致局域快速释放能量。用于声发射检测的传感器由压电传感器、放大器和数模转换器以及信号处理单 收稿日期：2018-04-23 基金项目：?江苏风力发电工程技术中心2016年度开放基金（编号：ZK16-03-05）；江苏省品牌专业资助项目（编号：PPZY2015B189）作者简介：吴国中（1974-），男，南京工业职业技术学院副教授，工学硕士，研究方向：自动化控制及检测技术。

风电叶片设计流程

叶片设计流程 一. 空气动力设计 1.确定风轮的几何和空气动力设计参数 2.选择翼型 3.确定叶片的最佳形状 4.计算风轮叶片的功率特性 5.如果需要可以对设计进行修改并重复步骤4,以找到制造 工艺约束下的最佳风轮设计。 6.计算在所有可遇尖速比下的风轮特性 对于每个尖速比可采用上面步骤4所述的方法，确定每个叶素的空气动力状态，由此确定整个风轮的性能。 7.风力机叶片三维效应分析 8.非定常空气动力现象 9.风力机叶片的动态失速 10.叶片动态入流 .风机载荷计算 作为风力机设计和认证的重要依据，用于风力机的静强度和疲劳强度分析。国际电工协会制定的IEC61400-1标准、德国船级社制定的GL 规范和丹麦制定的DS 472标准等对风力机的载荷进行了详细的规定。

2.1 IEC61400-1标准规定的载荷情况 2.2 风机载荷计算 1计算模型 1）风模型 （1）正常风模型 （2）极端风模型 （3）三维湍流模型 2）风机模型 风机模型包括几何模型、空气动力学模型、传动系统动力学模型、控制系统闭环模型和运行状态监控模型等。 2风力机载荷特性 1）叶片上的载荷 （1）空气动力载荷 包括摆振方向的剪力Q yb和弯矩M Xb、挥舞方向的剪力Q b和弯矩M Jb以及与变浆距力矩平衡的叶片俯仰力矩M b。可根据叶片空气动力设计步骤4中求得的叶素上法向力系数Cn和切向力系数Ct,通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷。 （2）重力载荷 作用在叶片上的重力载荷对叶片产生的摆振方向弯矩，随叶片方位角的变化呈周期变化，是叶片的主要疲劳载荷。 （3）惯性载荷 (4)操纵载荷

2 )轮毂上的载荷 3)主轴上的载荷 4)机舱上的载荷 5)偏航系统上的载荷 6)塔架上的载荷 三.风力机气动弹性 当风力机在自然风条件下运行时，作用在风力机上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使结构产生变形和振动，影响风力机的正常运行甚至导致风力机损坏。因此，在风力机的设计中必须考虑系统的稳定性和在外载作用下的动力响应，主要有①风力机气动弹性稳定性和动力响应②风力机机械传动系统的振动③风力机控制系统(包括偏航系统和变浆距系统等) 的稳定性和动力响应④风力机系统的振动。 3.1风力机气动弹性现象 1.风力机叶片气动弹性稳定性问题 2.风力机系统振动和稳定性问题 3.2 风力机气动弹性分析 目的是保证风力机在运行过程中不出现气动弹性不稳定。主要的方法 是特征值法和能量法。特征值法是在求解弹性力学的基本方 程中，考虑作用在风力机叶片上的非定常空气动力，建立离散的描述风力机叶片气动弹性运动的微分方程。采用Floquet理论求解，最后稳定性判别归结为状态转移矩阵的特征值 计算。 1.风力机气动弹性模型 1)结构模型

大型风电叶片结构设计方法研究

大型风电叶片结构设计方法研究 摘要：随着绿色能源的推广与利用，对风电叶片结构设计也提出了更高的要求。作为风电机组的主要部件，叶片的设计方法一直是风电机组研发的关键。本文主要对大型风电叶片结构设计方法进行探析。 关键词：风电叶片；结构设计；方法 前言 近年来，我国的风电设备在技术水平与创新方面已有了突破性的成就，但与国外发达国家相比，仍存在很大差距，尤其在大型风电叶片结构设计方面。因此，如何完善设计方法将是未来提高风电机组核心技术的必然途径。 1.风电叶片设计的基本概述 1.1 风电叶片设计 风电叶片设计的过程实际是对叶片参数的选取与确定的过程，其中的参数对叶片的性能起决定性的作用。一般对风电叶片进行设计主要目标在于：第一，通过较好的空气动力外形获得风能。第二，结构的强度与刚度能够承受各种荷载。第三，其结构动力学特性较好，防止出现共振与颤振。第四，叶片重量的降低使制造成本减少。设计的过程主要分为对气动与结构的设计。其中气动设计过程中，主要对叶片几何外形做出最佳的选择，实现年发电量最大的目标，而结构设计主要对叶片材料的选择、叶片结构形式以及设计参数进行分析，使叶片的强度、刚度及稳定性等目标得以实现。 1.2 叶片外形设计的主要方法 风电叶片设计的主要任务是确定气动外形。叶片外形作为结构设计的基础，对结构设计也有一定的限制。一般对气动外形的设计的方法主要包括基于动量叶素理论的简化设计方法、Glauert方法、以及维尔森方法。基于动量叶素理论的简化设计方法通常用于对风轮轴线截面与叶片产生的气动力，并以此确定叶片参数与翼弦的关系。而Glauert方法主要对风轮后涡流流动进行考虑，初步的设计、分析与修正气动性能，存在一定的局限性，但在设计过程中属于较好的指导方法。维尔森方法则是对Glauert方法的改进，是当前叶片启动外形设计常用方法之一[1]。 1.3 结构设计 结构设计的基本要求在于动力学特性、设计寿命、极限强度设计条件以及刚度设计条件与叶尖变形。在叶片材料方面，通常选择铝合金、玻璃钢、碳纤维增强复合材料等。叶片的内部夹芯结构一般以轻木与PVC为主，而且主体结构中

大型海上风电叶片关键技术及创新研究分析

大型海上风电叶片关键技术及创新研究

海上叶片技术挑战 Longer Blade Demanding for Innovative Technologies 材料科学 Material Science ?高模量 High stiffness ?轻质 Low weight ?性能稳定 Robust ?耐腐蚀及紫外线 Anti-erosion/UV 气动设计 Aerodynamics ?高叶尖速 High tip speed ratio ?高雷诺数 High Reynolds # ?粗糙度敏感性低 Dirt Airfoil ?气弹稳定性 Aeroelastic flutter ?失速余量 Stall margin ?载荷控制 Load control ?气动效率 Performance 结构设计 Structural Design ?高可靠性 High reliability ?后缘梁设计TE UD ?三明治结构稳定性 ?大厚度主梁帽 Thick Spar Cap ?叶根设计 Root connection 工艺设计 Mfg Process ?部件预制 Prefabrication ?大厚度梁帽制作 Thicker Spar cap ?防雷金属网灌注 Copper mesh application 防护设计 LPS & Anti-erosion ?碳材料防雷 LPS for carbon ?前缘防护 LE protection

价格因子/重量因子 Cost & Weight factors 0.0% 20.0% 40.0% 60.0% 80.0% 100.0% 120.0% 0.0% 50.0% 100.0% 150.0% 200.0% 250.0% 300.0% 350.0% 400.0% 常规玻纤布 大克重玻纤布 拉挤玻纤片材 碳纤灌注 碳纤预浸料 碳纤拉挤片材 单位模量价格因子 重量因子 价格因子 重量因子

常见风电叶片问题及风电叶片检查方案

常见风电叶片问题及风电叶片检查方案

目录catalog 01常见叶片问题及检查方法 Blade inspection methods 02介绍及案例展示 CobotAI-B1 introduce and inspection case

风电叶片容易受到强风、雷击、疲劳的影响，引起风电叶片结 构损伤；且由于出厂质量影响，有些缺陷长期存在，影响叶片的可靠性。 Wind turbine blades easily affected by strong winds, lightning, fatigue, caused blades damage ; And because of the influence of the factory quality, some defects exist for a long time, the influence on the reliability of the blade 随风机运行时间增长，叶片维修需求增加，但普通叶片检查只能查出表面缺陷，存在隐患，所以需要开展叶片无损内部检测。Grow along with the running time, blade repair demand increases, but blade visual inspection only can be found surface defect, so need for a nondestructive internal inspection.

分类人为检测仪器检测 检测方式Inspection way 人工目测、敲击、 单反相机远距拍照 visual inspect , knock, take picture 超声无损检测 Ultrasonic 红外无损检测 infrared 特点Feature 简单，直接，易于操作，成本较低。叶片成 型前缺陷及人不可及处缺陷无法检测，人为 因素影响检验结果Simple, direct, easy to operate, low cost . Blade molding defects and the person before and cannot detect flaw, human factors affect the test result 在工厂针对断层和缺胶检 查，目前无法实现风场实 时检测In view of the faults and short of glue in the factory inspection, at present can't wind field real- time detection 检测灵敏度高、检测速度快，检 测缺陷范围广，实时成像，能够 实现风场实时检测。High detection sensitivity, fast detection, real-time imaging, the testing range of the wind field can be implemented for real-time detection.

风机叶片运输装置研究现状

风力发电场主要建设在海拔较高的山区或开阔的平原地区。由于山区受地形的影响，风电路的设计困难较大，除了控制纵坡满足运输车辆的爬坡性能之外，还要考虑平曲线半径及加宽的影响。在风电路的设计中我们既要结合交通部颁发的公路工程规范中相应的规程及林业部颁发的林区公路设计规范中的相应规程，还要根据实际情况，按照设备运输厂家提供的车辆参数综合考虑设计。[1]分析一下陆上风电场总承包工程的成本，除了风电机组本身以外，风电场项目还包括其他成本，如前期开发、土地租赁、电网接入和融资成本等，而这些成本在不同国家、不同地区和不同环境有不同的成本结构。这些成本大致占风电场总投资的20%-40%，其中10%-15%用于风电机组基础的投资。[2]由于道路改造费用十分高昂，因此采取新型运输装置对可能存在的障碍进行避让，能够大大节约道路改造费用，预计可节约50%或更多道路改造费，使得风场建设成本大大降低。 在传统的风机叶片运输方法中，主要是以水平放置运输为主[3]，在根部和约总长2/3处加上两个固定支撑，叶片水平放置于半挂车体[4]上运输，这样的运输装置优点是结构简单，但是这种运输装置对运输道路的要求非常高，如果遇到复杂的路面情况由于车体过长，常常导致无法转弯或者尾部和路边障碍发生干涉，从而导致通过性受到限制。 为解决这一难题，可采取举升运输的方法运输风机叶片。目前已经有西方已经有多个国家研制出以举升运输方法运输风机叶片的装置[5]，国内也有类似成功例子[6]。研究国内外已有的风机叶片举升运输方案。其中固定式举升装置分为前置液压缸[7]和中置液压缸[8]两种布置方式，前置液压缸的优点是结构比较紧凑，但是油缸的工作压力较大，叶片根部所受弯矩载荷也较大[9]。中置液压缸正好相反，油缸的工作压力和叶片根部所受弯矩载荷都较小，但是在车板中部需向下留出液压缸安装空间，水平安装容易造成液压缸受力情况不佳[10]。旋转式举升装置根据调整整体结构重心方法的不同，也有固定配重调心和转向随动配重调心两种方案[11]，固定配重的好处是结构简单可靠，缺点是无法应用于所有叶片，调心的效果也较差[12]，转向随动配重是在旋转的同时配重块随之运动，有效地解决了不同风叶的调心问题，但缺点是控制装置复杂，机构可靠性差。目前还没有特别优秀的解决方案，同时解决上述问题。 设备的设计是一个优化设计的过程[13-18]，它本身是一个成本与结构相互妥协的产物，设计优化目标是从最开始的稳定性最大化到功能最大化再到现在的性价比最优化。风机叶片是一个纤维增强材料制成的薄壳结构[19]。结构上分3个部分:第一部分为根部，材质一般为金属;第二部分为外壳，一般为复合材料，通常是使用纤维增强体与基体树脂复合而成。根据具体需要选用增强纤维材料，再用

风力发电机叶片的维护讲解

酒泉职业技术学院 毕业设计（论文） 11 级风能与动力技术专业 题目：风力机叶片的故障分析及维护 毕业时间：二O一四年六月 学生姓名：王立伟 指导教师：甄亮 班级：风能与动力技术（1）班 2013年11月2日

酒泉职业技术学院届各专业毕业论文（设计）成绩评定表

目录 摘要 (3) 一、风机叶片简介 (3) 二、维护叶片的目的 (3) 三、叶片产生问题的原因及故障分析 (4) （一）叶片产生问题的原因类型 (4) (二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法 (9) 四、叶片的维护 (13) （一）叶片裂纹维护 (13) (二)叶片砂眼形成与维护 (13) (三)叶尖的维护 (13) 总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)

风力机叶片的故障分析及维护 摘要：叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。风机多是安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片又恰恰是工作在高空、全天候条件下，经常受到空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。定期检查，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方式。。 关键词：叶片；故障分析；维护 一、风机叶片简介 风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分根部、外壳、龙骨三个部分。类型多种，有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。制造工艺主要包括阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。设计难点包括叶型的空气动力学设计、强度、疲劳、噪声设计、复合材料铺层设计。工艺难点主要包括阳模加工、模翻制、树脂系统选用。叶片是一个大型的复合材料结构,其重量的90%以上由复合材料组成,每台发电机一般有三支叶片,每台发电机需要用复合材料达四吨之多。 二、维护叶片的目的 风机叶片是风电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。叶片工作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时每刻都在侵蚀着叶片, 春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对风机产生危害，隐患每天都有可能演变成事故。据统计，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而由叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。在我国风电开发还处于一个发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善，尤其是风电企业对叶片的维护还没有引起充分认识，投入严重不足，风电场运转存在许多隐患，随时都会出现许多意想不到的事故，直接影响到风电场的送电和经济效益。根据对风电场的调查和有关数据分析，并参阅了许多国外风电场维护的成功经验，我们对风电场的日常维护的必要性有

IEC 61400-23：风电叶片测试标准中文

目录 前言 (3) 引言 (4) 1．主题与范围 (5) 2．引用标准 (5) 3．定义 (5) 4．符号 (8) 4.1符号 (8) 4.2 希腊符号 (8) 4.3 下标符号 (8) 4.4缩写词 (9) 5 通用原则 (9) 5.1试验目的 (9) 5.2临界状态 (9) 5.3实际约束 (10) 5.4试验结果 (10) 6叶片数据 (11) 6.1概要 (11) 6.2外部尺寸与接触面 (11) 6.3 叶片特性 (11) 6.4 材料数据 (12) 6.5 设计负荷及条件 (12) 6．6试验区域 (13) 6.7 特殊的叶片修改 (13) 6.8根部固定 (13) 6.9机械装置 (13) 7．设计和试验负荷条件的不同 (13) 7.1 总述 (13) 8．试验负荷 (15) 8．1总述 (15) 8.2 以负荷为基础的试验 (15) 8.3以强度为基础的试验 (16) 8.4负荷静态试验各方面 (17) 8.5负荷疲劳试验各方面 (17) 8.6静态和疲劳试验顺序 (18) 8.7机械装置 (18) 9试验负荷因素 (18) 9.1概要 (18) 9.2设计中使用的准安全因子 (18) 9.3试验负荷因素 (19) 9.4负荷系数的应用以获得目标负荷 (20) 10 试验负荷分布之于设计负荷的评估 (20) 10.1概要 (20) 10.2 引入负荷的影响 (20) 10.3静态试验 (20)

10.4疲劳试验 (22) 11故障状态 (24) 11.1概要 (24) 11.2灾难性故障 (24) 11.3功能故障 (24) 11.4表面故障 (24) 12试验过程和方法 (25) 12.1概要 (25) 12.2试验台和根部固定装置要求 (25) 12.3引入负荷的固定装置第38页图6 (25) 12.4静态强度试验 (25) 12.5疲劳试验 (26) 12.6选择各种试验方法的优缺点 (28) 12.7决定性修正 (28) 12.8数据收集 (29) 13决定叶片性质的其他试验 (30) 13.1概要 (30) 13.2试验台偏移 (30) 13.3偏移 (30) 13.4刚度分布 (30) 13.5变形分布测量 (31) 13.6固有频率 (31) 13.7阻尼 (31) 13.8形态 (31) 13.9（物理）质量分布 (32) 13.10蠕变 (32) 13.11其他非破坏性试验 (32) 13.12叶片分段 (32) 14报告 (32) 14.1概要 (32) 14.2内容 (32) 14.2.1通用---所有试验 (32) 14.2.2静态试验和疲劳试验 (32) 14.2.3其他试验 (33) 附录A（常规性）准安全系数的考虑 (34) 附录B（常规性）疲劳公式敏感性评估 (35) 附录C（常规性）加载角度变化的考虑 (36) 附录D（资料性）试验安装实例 (37) Bibliography (39)