風電葉片檢測方案
發布時間：2024-05-25
專、用低頻相控陣探頭和夾持器在 GFRM 和 CFRM 風力發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，以增加結構堅固性。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合質量。
為了驗證粘接的完整性，奧林巴斯開發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?數據采集儀器完全兼容。
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。
除了風葉的結構復雜之外，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性。
由于標準探頭和支架不適用于風葉檢測，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。
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。 數據通過帶有 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構。
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。由于葉片相對較薄（7.7 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。
結論
奧林巴斯開發了一種專、用于葉片殼體及粘接區域的相控陣解決方案。雖然葉片的聲衰減、形狀和 結構使其很難檢測，但該解決方案的精心構思設計解決了這些問題，同時提供了高分辨率數據和 成像。相控陣檢測葉片的結構完整性具有更多的優勢，從而實現更少的操作員依賴性檢查。
