大連交通大學軟件學院 王 煜

目前依賴人工巡檢方式對風機葉片進行檢測容易引發(fā)疲勞，其主觀因素也影響檢測結果及效率，因此風電場迫切需求能對實際現(xiàn)場環(huán)境中的損傷圖像進行自動識別的技術來改善人工檢測的局限性。

本文以裝機投入使用的風機葉片損傷為識別檢測對象，針對目前人工巡檢為主的葉片損傷檢測的局限性，以先進的機器檢測方法為研究內(nèi)容，研究目的是實現(xiàn)對裝機投入使用的風機葉片損傷進行識別檢測任務。

風電創(chuàng)新技術在不斷展現(xiàn)出其獨特技術優(yōu)勢的時候同時也仍然存在一些突出問題。由于大型風力發(fā)電場通常主要位于較偏遠的地方陸地、海岸或者靠近海上，環(huán)境惡劣且無人實時值守，其中對運行環(huán)境狀態(tài)的實時監(jiān)測可能面臨較大技術挑戰(zhàn)。風電風機葉片檢測是生產(chǎn)風力渦輪發(fā)電機的一個關鍵部件，葉片運行狀態(tài)的準確檢測以及葉片壽命值的預測對逐步提高電力風機正常工作效率、保障電力風機正常穩(wěn)定工作運行具有重要指導意義。

1 風機損傷的影響因素

1.1 空濾芯未及時吹塵，未定期更換

空濾芯定期除塵不規(guī)律工作會直接導致空濾芯出現(xiàn)堵塞，進出的排氣量也因此會大大減少；不定期及時更換濾芯會直接造成機器負壓變化增大空氣滲透，進而導致污染物直接進入外部機器，堵塞內(nèi)部濾油器和大部分油芯，惡化機器冷卻液和潤滑油，磨損機器主機。

1.2 濾油器不時更換

濾油器時不時需要更換，設備前后濾油壓差變化增大，漏油量大大減少，主機前后排氣管內(nèi)溫度持續(xù)升高容易停機；如果前后濾油壓差變化過大，造成主機故障，污染物直接進入啟動機器，就可能會直接堵塞油氣分離器油芯，進而嚴重磨損機器主機。

1.3 油細分離器不定期更換

如果油分離器沒有及時更換，隨著壓差的增加，主電機的電流會增加，排量會減小。如果前后殼的壓差過大而外殼無法完全擊穿，冷卻泵和潤滑油泵就會隨著冷卻空氣回流進入冷卻管道，直至空氣耗盡，主機箱和排氣管的溫度自然升高，導致自動停機。

1.4 油管接頭未清潔

如果油管接頭不及時清洗，很容易導致回油管堵塞，導致油回流，使部分分離的油隨壓縮空氣排入管道，造成油損增加，油量不足。

1.5 主電機軸承不時潤滑

電機驅動軸承如果缺油，容易就會造成電機軸承嚴重磨損，直到導致主電機軸承燒壞。

1.6 散熱器和排氣扇未定期清洗

如果散熱器和排氣扇不定期清洗，油蒸汽和灰塵會長時間附著在上面，散熱效果不好。如果油溫沒有得到有效控制，排氣溫度會升高，主機會在高溫下停機。

1.7 儲氣罐沒有定期排空

一些空氣壓縮機設備將配備儲氣罐。在氣體的排出和儲存過程中，壓縮空氣中的水蒸氣在儲氣罐中被冷卻和再次液化，并停留在儲氣罐中。如果不定期排水，液態(tài)水會占用儲氣罐的空間，導致空壓機頻繁裝卸，增加末端氣體的含水量。

1.8 潤滑油不定期更換

潤滑油使用時間過長會導致油量下降，雜質多，潤滑性差，導致軸承和轉子磨損增加，使用壽命縮短，高溫停機，甚至油自燃，主機燒毀。

1.9 設備工作環(huán)境臟亂

溫度、濕度和灰塵是影響鼓風機、空氣壓縮機和其他風機設備使用壽命的重要因素。通風不良、潮濕、灰塵會影響機油濾清器、空氣濾清器、機油濾芯等部件以及主機各方面的使用壽命，也會直接降低主機的性能。

2 常見風機損壞檢測技術

2.1 光纖光柵檢測技術

光纖入射光柵相位檢測儀該技術主要利用各種光纖檢測材料的特殊光敏性，通過紫外線的曝光將其與入折射光互相干涉在光場中的圖形直接寫入纖芯，產(chǎn)生沿寫入纖芯中心軸向進行折射的頻率的高度周期性相位變化，形成永久的三維空間入射相位檢測光柵。在不同應用位置上可安裝不同光纖柵和光柵損傷傳感器，檢測不同風機驅動葉片內(nèi)部材料的各種結構特性損傷，進而準確獲得結構損傷檢測信號的具體特征，并對應用實驗室的數(shù)據(jù)分析進行綜合分析，實現(xiàn)風機葉片結構損傷的準確識別和科學判斷。徐萍通過利用光纖小波光柵信號傳感器可以測量整個葉片基層表面射頻應變信號分布的復雜變化，對葉片應變后的信號分布進行時域和頻域對比分析，研究基于雙面葉樹復合函數(shù)小波變換的射頻信號圖像處理計算方法，通過分析比較整個葉片完好和連續(xù)裂紋時間所獲得的各種特征參數(shù)數(shù)據(jù)來準確判斷整個葉片的正常工作運行狀態(tài)。提出了一種基于新型光纖布拉格反射光柵的新型風力發(fā)電壓縮機通風葉片非基準直線供電缺陷測量檢測新技術方法。利用卡方分布表征局部損傷特征，利用特征信息融合方法融合和優(yōu)化局部特征信息。然而，這種檢測技術不能從多個技術角度準確識別關于風機內(nèi)部葉片質量缺陷的詳細檢測缺陷，并不能給出相關實時檢測報告。

2.2 超聲波檢測技術

超聲波葉片檢測核心技術主要是一種基于利用聲波葉片不同材料間在聲學結構性能上的差異檢測引起的針對超聲波材料反射強度能量值的變化和聲波穿透檢測內(nèi)部軟件缺陷的安全無損性是檢測缺陷與信號表面之間的缺陷，距離大小是通過同時測量一個信號方向往返于一個缺陷的空間傳輸點和時間距離來分析確定的，缺陷的幅度大小和缺陷方向角度是通過同時測量一個回波發(fā)射信號的缺陷幅度和回波發(fā)射器與換能器的缺陷位置角度來分析確定的。當超聲葉片某處位置存在超聲缺陷時，接收器得到的多個超聲音頻信號諧波會同時具有超聲波速變化降低、振幅變化減小、波形發(fā)生失真、接收超聲信號諧波頻率發(fā)生變化等多種特點。對小波超聲變換信號分析進行了小波離散模式小波超聲變換、變分頻率模式小波分解和希爾伯特小波變換，并將其廣泛應用于了對風力發(fā)電壓縮機通風葉片各個節(jié)段中的脫粘性能缺陷的統(tǒng)計分析。楊凱等等有人建議采用基于量子超聲波的風機結構健康危害監(jiān)測技術，采用模態(tài)圖像分析、非線性的超聲學和量子導波學等方法應用來準確檢測平臺風機內(nèi)部葉片的結構損傷。

2.3 電阻應變檢測技術

電阻驅動應變儀的檢測元件是一種利用一個電阻驅動應變儀元件作為電阻傳感器的元件，將電阻應變儀直接貼在被電阻測量的物體上。電阻值隨被受受測構件物體的應力變形而發(fā)生變化，反映出被受力部位構件物體表面或內(nèi)部的受力應變，根據(jù)被測應力與物體應變的各種數(shù)學測量關系即可確定受力構件物體表面或內(nèi)部的物體應力應變狀態(tài)。

電阻強度應變?nèi)~片檢測系統(tǒng)會在應變?nèi)~片上直接鋪設電阻應變片，有利于通過應變?nèi)~片電阻的強度變化檢測來準確反映應變?nèi)~片整體內(nèi)部結構的強度變化和應力損傷，有效率的檢測應變?nèi)~片的內(nèi)部應力強度變化和葉片表面結構損傷。電阻值和應變電流測量的主要優(yōu)點之一是測量靈敏度和測量準確度高，測量應用范圍寬，便于在各種復雜應用環(huán)境中準確安裝和進行測量。缺點之處是該儀只能直接測量元件的外部表面運動應變，不能直接測量內(nèi)部運動應變。單個運動應變儀通常只能準確測量某一點沿某一直線方向的運動應變，不能測量整個面積。而且不同應變片重復使用后其在測量時的精度可能會大大降低。

3 風機葉片的發(fā)展近況

風機殼體葉片結構是一個是由復合材料葉片制成的圓形薄殼殼體結構，其中總重量的90%以上由多個復合金屬材料葉片組成，每臺風力發(fā)電機一般都裝有多支風機葉片。葉片在日常運輸和維修安裝使用過程中，由于風機葉片本身的大尺寸和自重較大而且本身具有一定的使用彈性時就會容易造成影響風機以及葉片內(nèi)部嚴重損傷的情況產(chǎn)生。更需要值得注意的一點是，由于風機工作現(xiàn)場環(huán)境的惡劣性與操作工況的復雜多變性，風機機的葉片在沒有陽光，酸雨，狂風，自振，風沙，鹽霧等不利的環(huán)境條件下隨著使用時間的不斷變化，其使用性能也隨之發(fā)生著巨大退化，直至葉片產(chǎn)生自然性的開裂，沙眼，表面摩擦磨損，雷擊侵蝕損壞，橫向變形裂紋等嚴重故障。

通過檢測與監(jiān)測相結合的方式，可以預防并且能夠避免事故的發(fā)生。目前對風機葉片檢測可分為生產(chǎn)質檢和服役葉片在位、在線檢測。生產(chǎn)質檢往往是對在生產(chǎn)過程的生產(chǎn)缺陷、材料檢測，這種檢測是容易操作實現(xiàn)的。

基于對圖像進行數(shù)字圖像處理可以準確的將受損葉片部位識別出來的智能程度高的檢測裝置，該裝置解決了現(xiàn)有的風力機葉片存在著不方便、檢測不準確、智能程度低、實用性性差、結構復雜等缺點。

結束語：葉片正常運行狀態(tài)缺陷及葉片故障診斷是影響風電風場機組安全正常運行的重大技術隱患之一，隨著大型風場機組葉片故障事故不斷升級增多，對其如何進行葉片狀態(tài)變化檢測與葉片故障原因診斷分析具有重要指導意義。此外，葉片風機運行物理狀態(tài)的在線維護監(jiān)測與故障診斷等也是另一個非常值得我們關注的技術問題，通過利用安裝在現(xiàn)場風機運行葉片上的在線故障監(jiān)測診斷設備，利用各種新型信息技術設備實現(xiàn)了對葉片風機運行物理狀態(tài)的在線實時故障檢測、實時故障反饋，反應風機葉片運行狀態(tài)反饋信息中各參數(shù)的相對應性變化，根據(jù)風機使用統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及各種相關技術判據(jù)可以指導現(xiàn)場進行風機驅動葉片的運行狀態(tài)維護檢測與運行故障分析診斷，從而大大降低現(xiàn)場風機運行葉片上的運行狀態(tài)維護與故障檢測技術成本，為提高風機運行葉片的可靠性和運行維護提供重要理論技術支撐與相關技術支持。