[发明专利]一种风力机叶片超声检测的缺陷种类判定方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械行业风力发电技术领域，尤其涉及一种风力机叶片超声检测的缺陷种类判定方法。

背景技术

风能是一种重要的可再生能源，我国仍处在风力发电高速发展的时期。风力发电机的寿命和安全性影响着风电利用和发展的脚步，是风能利用能否健康快速发展的重要因素。风电叶片作为风力发电机基础和关键的部件，其寿命和安全性直接影响着整个风电机组的寿命和安全状况。在风电叶片生产、运行的过程中，可能会因为生产工艺和运行工况导致叶片内部复合材料和结构产生损伤。损伤的存在会在叶片运行过程中复杂交变载荷的影响下进一步扩展，造成局部薄弱区，并最终降低叶片的寿命和运行安全性。为使风电叶片的寿命和安全性得到保障，有必要对其开展损伤和故障的诊断。这些风电叶片内部的缺陷是无法通过常规质检、日常维护被发现出来。无损检测是一种不破坏物体结构，发现物体内部缺陷损伤的检测手段，可以尝试应用于风电叶片中对其内部损伤进行探寻，以保障风电叶片乃至整个风电机组的安全运行及使用寿命。超声波无损检测具备穿透能力较大，对平面型缺陷探伤灵敏度较高，可较为准确地测定缺陷的深度和大小，设备轻便，操作安全，易于实现自动化检验等优点。但由于不同种类的缺陷对风力机叶片性能的影响程度不同，通过超声波无损检测直接获取的信号，无法对叶片内部缺陷种类进行识别，这将有碍于对风力机叶片质量的评估和对生产工艺过程的反馈。建立一套应用于风电叶片超声波检测的缺陷种类判别方法，是开展风电叶片超声检测的重要保障。

本专利所提供的方法，基于对风电叶片典型缺陷进行分析，建立缺陷损伤的物理模型，通过实测叶片与物理模型中声强反射系数的对比，确定缺陷对应的物理模型，并结合缺陷出现的位置和规模判定缺陷种类。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对风力机叶片超声无损检测中，在得到缺陷超声信号的前提下，无法通过直观的超声反射信号图像确定缺陷种类的问题，需要有一种评估方法，对超声反射波信号进行评判，确认具体的缺陷种类。

(二)技术方案

本发明提供了一种利用超声波声强反射系数对比的方法，能够有效地对风力机叶片缺陷种类进行判定。其特征在于，该方法由以下几部分组成：分析典型缺陷；简化物理模型；计算物理模型声强反射系数；计算实际缺陷声强反射系数；确定缺陷种类。具体步骤如下：

1)分析典型缺陷。本方法适用于如下几种典型缺陷：分层、气孔、夹杂、结构胶缺胶等缺陷。以上几种缺陷中均出现了声阻抗差异较大介质的界面，如复合材料与空气或者复合材料与杂质之间。如所待测的叶片缺陷可能属于上述缺陷类型，可采用该方法进行检测与评定。

2)简化物理模型。对于上述几种叶片缺陷中分层、气孔、结构胶缺胶缺陷，可简化为玻璃钢复合材料-空气物理模型，模型如附图1所示；对于夹杂缺陷，可简化为玻璃钢复合材料-杂质物理模型，模型如附图2所示。

3)计算物理模型声强反射系数。根据不同材料的声阻抗，通过公式计算2)中所建立的两种物理模型中玻璃钢复合材料与空气界面、玻璃钢复合材料与杂质界面的声强反射系数。式中I_o指入射波声强，I_r指反射波声强，Z₁指声波传出材料的声阻抗，Z₂指声波传入材料的声阻抗，P_o指入射波声压，P_r指反射波声压。

4)实际测试并计算实际缺陷声强反射系数。对实际待测叶片进行超声测量，并计算出缺陷界面的声强反射系数。其实现的原理与过程如下：