風力渦輪機葉片翼梁蓋與腹板貼合檢查解決方案

應用背景

風力渦輪機葉片在整個使用壽命期間會承受相當大的升力與結構負載。為了確保其剪力強度，葉片上下殼體需圍繞一組剪力腹板（shear webs）進行膠合。翼梁蓋（spar cap）作為殼體中連接腹板的部分，通常由厚層的玻璃纖維增強材料（GFRM）或碳纖維增強材料（CFRM）製成，以提供結構穩定性。

葉片結構的完整性極度依賴於翼梁蓋與剪力腹板間的膠合品質，因此高效率且高可靠度的檢查系統至關重要。

挑戰與困難

膠合層厚度不一，導致需同時檢查兩個界面：

  • 翼梁蓋與膠合劑之間。
  • 膠合劑與剪力腹板之間。

此外，葉片所使用的玻璃纖維與環氧膠為強聲衰減材料，使得超音波束的穿透深度降低，增加了檢查難度。傳統探頭與治具亦不適合此複雜結構，需開發專用解決方案。

Evident的解決方案

Evident提供完整的低頻相控陣（PA）與傳統超音波（UT）解決方案，包含多種專用探頭與支架設計，搭配 OmniScan X3 探傷儀或 FOCUS PX 資料擷取系統。

 

1. RollerFORM XL 輪式相控陣探頭

  • 頻率：1 MHz，128元素，相間距1 mm
  • 探頭內建於充液輪胎中，類似水的聲阻抗，免除耦合水需求
  • 具備雷射導引、編碼器與觸發按鍵，可進行2D編碼掃描
  • 高覆蓋面積，適合大面積風葉檢查，提高檢查效率

 

 

 

 

 

 

2. I5 相控陣探頭搭配 SI5 支架

  • 頻率：0.5 MHz與1 MHz，升高能量以穿透厚材
  • 半接觸（Semicontact）：高穿透力，適合厚件，但表面解析度較差：
  • AQ25（Aqualene 25 mm）：提升表面解析度，適用於厚度 ≤ 40 mm 組件
  • 提供平面與曲面兩種外型，適用於不同掃描路徑
  • 支援編碼器或GLIDER™
  • 雙軸掃描器經濟型方案，適合目標區域或小範圍檢查

 

3. M2008 探頭搭配 SM2008 支架

 

    • UT檢查選項，頻率0.5 MHz
    • 同樣提供半接觸與AQ25版本
    • 可搭配 Mini-Wheel 編碼器或安裝於GLIDER掃描器

 

 

測試案例與結果

測試1：厚翼梁蓋體積檢查（50 mm）

  • 樣品含兩個12.5 mm平底孔，位於深度16 mm與32 mm
  • 使用 RollerFORM XL、I5 + SI5-AQ25 與 M2008 + SM2008-AQ25
  • 結果：三種系統均成功偵測缺陷。RollerFORM XL具最大掃描效率；I5具最佳解析度；M2008具優異訊雜比但解析度稍低。

測試2：剪力腹板黏合檢查

  • 使用GLIDER™雙軸編碼掃描器 + 1 MHz I5探頭 + 半接觸支架
  • 結果：C掃描圖可明確顯示黏合區寬度（約130 mm），紅色區域表示脫膠處，S掃描可觀察15 mm膠合層厚度與兩個界面

 

測試3：薄翼梁蓋體積檢查（7.7 mm）

  • 模擬缺陷為深度3.6 mm之平底孔
  • 使用 AQ25 支架 + I5 1 MHz探頭
  • 結果：成功清晰呈現近表面缺陷，證實AQ25於薄件表面檢查優勢

 

 

系統選型建議比較

解決方案適用厚度優勢適用情境
RollerFORM XL≤ 40 mm高效率大面積掃描、免耦合大型葉片掃描
I5 + SI5 支架> 40 mm穿透力強、高解析度厚翼梁蓋檢查
M2008 + SM2008 支架≤ 40 mm經濟實惠、便於部署小範圍目標檢查


結論

Evident為風力渦輪機葉片檢查所設計的低頻相控陣與UT解決方案，針對材料衰減與結構複雜性挑戰提出了完整對策。無論是厚翼梁蓋、薄膠合區或大面積剪力腹板，其高解析度影像與靈活硬體配置皆能提供穩定的檢測品質與更高的缺陷檢出率（POD），同時降低操作員依賴性。

根據應用需求選擇合適設備，可提升檢測效率與精確度，為風電製造與維護作業提供可靠支援。

 

 

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