風力發電渦輪機葉片檢測

風力渦輪機葉片的翼梁蓋和腹板貼合檢查解決方案

特定應用的低頻陣列探頭和治具,用於檢查GFRM和CFRM風力渦輪機葉片


背景

在整個使用壽命中,葉片會承受相當大的阻力。為了確保葉片組件的基本強度,頂部和底部葉片外殼圍繞一組腹板黏合在一起。翼梁蓋是連接到剪力網殼的一部分,通常由較厚的GFRM(玻璃纖維增強材料)或CFRM(碳纖維增強材料)製成,以提高結構堅固性。風力葉片的完整性在很大程度上取決於腹板和翼梁蓋之間的黏貼質量。


風力渦輪機葉片的典型橫截面
風力渦輪機葉片的典型橫截面


對於製造商來說,監控翼梁罩材料的本質非常重要。他們一旦發現了缺陷,就需要快速調整生產參數,以確保所使用的玻璃纖維或碳纖維材料具有合格的質量。分層,起皺,多孔性和脫粘缺陷可生成顯示於陣列式探傷儀螢幕,操作人員通過這些訊號圖像,可輕鬆地探測和定量這些缺陷。



問題

由於腹板和翼梁蓋使用一層厚度不同的黏著劑貼合在一起,因此必須檢查兩個界面:(1)翼梁蓋和黏合劑之間以及(2)黏合劑和腹板之間。

除了葉片的結構複雜性之外,組裝材料特性可能會成為檢查的障礙。風力渦輪機葉片殼體通常使用玻璃纖維製造,而黏合劑則由環氧樹脂製成。這些材料會非常迅速地衰減超音波束,從而使超音波檢查極具挑戰性。

由於標準探頭和支架不適用於風葉片檢查,因此我們開發了一種改進的相控陣解決方案,該解決方案具有優化的探頭和支架設計。

OmniScan探傷儀是製造或現場檢查首選儀器,而FOCUS PX採集儀器可以做為自動檢查系統的一部分。


解決方案


該解決方案使用安裝在支架上的低頻陣列式探頭。固定器可以搭配手動檢查的編碼器,也可以安裝在GLIDER ™掃描器上進行半自動2軸掃描。


有兩個主要的探頭支架:半接觸設計使探頭表面靠近零件表面,而AQ25設計具有25 mm的Aqualene水距,可測得更薄的缺陷。


半接觸支架是檢查葉片較厚部分的理想選擇。它的高穿透超音波可以更深入地穿透零件,不會產生任何重複的表面回波。缺點是靠近表面的死區增加。

Aqualene固定器提高了表面附近的分辨率,因此更適合於更薄的組件(最厚40 mm)。

兩種設計均採用平面或弧面變化。輪廓造型適合沿著葉片的長度進行掃描,而平面模型可用於在整個寬度上進行掃描。



結果

測試#1:厚的翼梁蓋檢測

對風輪機葉片的葉片樣品進行了測試。


對風輪機葉片的切片樣品進行了測試。


下圖顯示使用半接觸式夾具和1 MHz探頭在50 mm厚度的樣品上所獲得的結果。兩個12.5毫米平底孔(FBH),分別位於16毫米和32毫米深處。


C掃描



測試#2:腹板黏合檢查

使用定制的2軸編碼掃描器(類似於GLIDER 掃描儀),在製造過程中進行測試。設備使用OmniScan ® MX2、1 MHz I5 PA探針和semicontact支架。




C掃描可觀測兩個腹板的黏合情況。兩條藍線代表腹板與翼梁蓋的黏結界面。超音波在腹板中傳播,從而使回波信號的振幅降低。C掃描還可使用測量光標測量黏合的寬度。在該測試中,寬度約為130mm。紅色區域代表沒有黏接的地方。在那裡,我們觀察到來自翼梁蓋後壁的反射信號很強。


C掃描


在該應用中,黏合劑的厚度足夠大,可以區分兩個界面。使用S掃描和A掃描視圖中的測量光標,確定黏合劑的厚度為15毫米。


S掃描和A掃描視圖


為了檢查大面積區域,例如葉片,使用2軸編碼的掃描器可能更合適。GLIDER掃描器現已以針對葉片應用進行優化。



GLIDER掃描儀


測試#3:薄翼梁蓋檢查

該測試是在具有12.5毫米平底孔(FBH)的樣品上進行的,以模擬在翼梁蓋中的層壓。在這種情況下,翼梁蓋相對較薄(7.7毫米)。因此,選擇Aquelene支架(AQ25)能夠檢測更靠近表面的缺陷。探頭為1 MHz I5。


Aquelene持有


在下圖中,我們可以清楚地看到位於表面下方3.6毫米處的模擬缺陷。


位於表面下方3.6毫米處的模擬缺陷的清晰視圖。


結論

奧林巴斯開發了一種陣列式解決方案,專門用於檢查翼梁蓋和腹板的黏結。儘管葉片的材料衰減,形狀和結構使檢測更困難,但精心的設計解決了這些問題,同時提供了高分辨率的數據和成像。現在可以使用陣列超音波檢測葉片的結構完整性,從而實現更高的POD和更少的操作員依賴性。