檢查層狀物體的系統及檢查風力發電機葉片的系統的製作方法
2023-12-10 02:12:21 1
專利名稱：檢查層狀物體的系統及檢查風力發電機葉片的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於檢查層狀物體的系統和方法，確切地說，涉及用於檢查渦輪葉片中瑕疵的系統和方法。
背景技術：
風力發電機葉片的使用壽命通常為約20年。在這段時間內，風力發電機葉片會受到各種力的作用，包括靜態升力和動態升力以及慣性負載和拉力負載。此外，風力發電機葉片必須在極端溫度、紫外線、降水(暴雨、雪、凍雨和冰雹)和鳥撞等各種環境條件下承受這些力。風力發電機葉片必須特別構建，通過將輕重量和低旋轉慣性與高剛性和高抗疲勞性和抗磨性相結合，使這些葉片能夠在20年的使用壽命期間承受無數的力和各種條件。典型的風力發電機葉片由受主梁支撐的各外殼層構成。例如且如圖I至3所示，風 力發電機葉片100具有渦輪葉尖102以及相對的渦輪葉根104。梁帽106和抗剪腹板108在葉尖102與葉根104之間延伸。抗剪腹板108用作渦輪葉片100內的主結構支架。梁帽106是以與抗剪腹板108重合的方式沿渦輪葉片的長度延伸的玻璃部分，且其用於承受葉片100的拉伸負載。渦輪葉片100等渦輪葉片在殼體中形成。例如，第一殼體105a從前緣114和後緣116延伸，且包括置於模具中的吸入表面118。第一殼體105a包括具有纖維強化材料110的區域，以及具有芯材料112的其他區域。芯材料部分可由泡沫、輕木或工程芯材料等組成。泡沫芯可包括，例如，聚氯乙烯(PVC)、氨基甲酸乙酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。相對於其他芯材料而言，輕木的成本較低、剪切性質良好但較重。工程芯材料的實例包括Webcore 丁YGOR 和 NexCore 。第一殼體105a置於模具中，以使吸入表面118抵靠所述模具並露出表面B。從前緣114延伸至後緣116並包括壓力表面120的第二殼體105b置於第二模具中，以使壓力表面120抵靠所述模具並露出表面B。與第一殼體105a—樣,第二殼體105b包括主要由玻璃構成的區域以及具有芯材料112的其他區域。殼體105a、105b可作為多個薄層來應用。每層可為纖維樹脂基質。各層殼體105a、105b可由與複合樹脂粘結的E型玻璃纖維或碳纖維構成。其他可能的複合材料包括石墨、硼、KLVLARvH;等芳族聚醯胺，以及能形成強化纖維的其他有機材料和混雜纖維混合物。強化纖維可採用連續原絲氈(CSM)、織物或單向氈(UNI)的形式。有兩類聚合物樹脂基質熱固性樹脂和熱塑性樹脂。熱固性樹脂包括環氧樹脂、苯酚、雙馬來醯亞胺和聚醯亞胺；而熱塑性樹脂包括NYLON 等聚醯胺、聚碸、聚苯硫醚和聚醚醚酮(PEEK)。基質將纖維固定在合適位置，並在施加負載時，使纖維變形並向纖維施加應力。複合層可形成層狀結構或夾層結構。層狀結構包括連續多層粘結在一起的合成材料。夾層結構包括複合材料層之間的低密度芯。各層殼體150a、105b中發生的纖維強化材料的強化效應取決於纖維百分比(也稱作纖維體積分數)、纖維類型、纖維相對於負載方向的定向，以及纖維與基質之間的粘結強度。有時，在構建模塑殼體105a、105b過程中，可能出現影響多層第一殼體105a或第二殼體105b，或在梁帽106和第一殼體105a之間的粘結位置不斷擴大的瑕疵。與瑕疵相關的典型區域是前緣114、後緣116和梁帽106附近。由於這三個區域均承受葉片100的拉伸負載，因此，如果這些部分中的纖維在翼展方向124上發生任何彎曲，則纖維強度都將降低。例如，毛邊或其他異常在梁帽106處從第一殼體105a的B表面凸出，或在前緣114或後緣116處從殼體105a或105b的B表面凸出。根據異常在第一殼體105a或第二殼體105b中的位置，所述異常可在處於模具中時從表面B中看出。由於在構建後表面B即成為葉片100的內表面，因此，在將第一殼體105a和第二殼體105b膠合在一起以形成葉片100後，任意表面B上原本能夠看到的任何異常將不再可見。由於吸入表面118和壓力表面120抵靠模具，因此這兩側不會移動並與模具的輪廓相合。因此，所有瑕疵或皺紋僅能從B表面檢測。殼體105a、105b中異常的深度決定了是否可在B表面上明顯地檢測出該異常。因此，如果異常更靠近前緣114，則可將第·一殼體105a或第二殼體105b中的充足材料層塗覆到所述異常上，以便在膠合之前對表面B進行外部檢查時看不到所述異常。反之，如果異常更靠近後緣116，則第一殼體105a或第二殼體105b中可能沒有充足材料層來使所述異常在膠合之前對表面B進行外部檢查時看不到。在風力發電機葉片的構建中出現的異常，無論其在膠合之前是否可通過外部檢查看見，均會影響渦輪葉片的強度。一些異常對渦輪葉片強度產生非常大的不良影響，以至於渦輪葉片被認為不符合規格且無法通過檢查。在此類情況下，渦輪葉片必須送回以進行修理或拆毀。現有檢查技術包括在將兩個殼體105a、105b膠合在一起之前進行外部檢查以及查閱表。通過在膠合之前對殼體進行的目視檢查，可發現能從外部看到的瑕疵。可測量此類能從外部看到的瑕疵的長度(L)和高度(aj。現有查閱表包括相應外部瑕疵縱橫向間距(L/ae)的強度降低。現有檢查技術是完全在外部進行且均在膠合之前進行，因此所測量的瑕疵的參數僅為外部瑕疵縱橫向間距的長度(L)和高度(aj。瑕疵在風力發電機葉片中的位置影響風力發電機葉片的最大理論強度，但現有檢查技術無法確定其風力發電機葉片中的位置。另夕卜，如果瑕疵所處的位置無法通過在膠合之前對表面B進行的外部檢查看到，則現有檢查技術無法檢測到瑕疵，因此可能放過強度受影響的風力發電機葉片。因此，需要有一種能夠確定更多瑕疵參數，且能確定存在即使從外部無法看見的瑕疵的檢查技術。
發明內容
本發明的一個實施例提供一種檢查層狀物體的系統。所述系統包括掃描機，其用於拍攝所述層狀物體的內部的圖像；測量設備，其用於對在所述層狀物體內反映出的瑕疵進行多項測量；以及查閱表，其用於確定所述層狀物體的理論強度。其中所述掃描機包括超聲波機、X射線計算機斷層成像機或X射線分層成像機。其中所述圖像是所述層狀物體的所述內部的截面圖像。
其中所述層狀物體是風力發電機葉片。其中所述測量設備包括經配置以進行高解析度編碼掃描的超聲波儀器。其中所述多項測量包括由以下項構成的測量組中的一項或多項內部瑕疵長度、內部瑕疵高度、瑕疵到表面厚度，以及層狀物體厚度。其中所述查閱錶針對由以下項構成的群組中的至少一項與所述層狀物體的結構強度相關瑕疵長度與瑕疵高度的內部縱橫比、所述瑕疵所在平面中所述瑕疵的深度與所述層狀物體的厚度的比率，以及所述瑕疵所在平面中所述瑕疵高度與所述層狀物體的厚度的比率。
本發明的另一個實施例提供一種用於檢查層狀物體的方法。所述方法包括對層狀物體內部進行掃描；對在所述層狀物體內反映出的瑕疵的內部參數進行測量；以及部分根據對內部特性和外部特性的測量來確定所述層狀物體的理論強度。其中所述進行掃描包括進行超聲波掃描、X射線計算機斷層掃描或X射線分層掃描。其中所述進行掃描產生所述層狀物體的所述內部的截面圖像。其中所述層狀物體包括風力發電機葉片。其中所述進行測量包括對由以下項構成的測量組中的一項或多項進行測量內部瑕疵長度、外部瑕疵長度、內部瑕疵高度、外部瑕疵高度、瑕疵到表面厚度，以及層狀物體厚度。其中所述確定包括使用查閱表。其中所述查閱錶針對由以下項構成群組中的至少一項與所述層狀物體的結構強度相關瑕疵長度與瑕疵高度的內部縱橫比、所述瑕疵所在平面中所述瑕疵的深度與所述層狀物體的厚度的比率，以及所述瑕疵所在平面中所述瑕疵高度與所述層狀物體的厚度的比率。本發明的其它實施例提供了一種檢查風力發電機葉片的系統。所述風力發電機葉片具有圍繞抗剪腹板的一對殼體，所述系統包括掃描機，其用於拍攝所述風力發電機葉片的所述殼體的內部的圖像；測量設備，其用於對在所述風力發電機葉片的所述殼體中反映出的瑕疵進行多項測量；以及查閱表，其用於確定所述風力發電機葉片的理論強度。其中所述瑕疵靠近所述風力發電機葉片的後緣、所述風力發電機葉片的前緣、或梁帽與所述風力發電機葉片的所述殼體中的一個殼體之間的粘結位置。其中所述多項測量包括由以下項構成的測量組中的一項或多項內部瑕疵長度、內部瑕疵高度、瑕疵到表面厚度，以及層狀物體厚度。其中所述查閱錶針對由以下項構成的群組中的至少一項與所述層狀物體的結構強度相關瑕疵長度與瑕疵高度的內部縱橫比、所述瑕疵所在平面中所述瑕疵的深度與所述層狀物體的厚度的比率，以及所述瑕疵所在平面中所述瑕疵高度與所述層狀物體的厚度的比率。通過考慮以下結合附圖的詳細說明，可進一步了解和/或理解本發明的這些和其他特徵、方面和優點。
圖I是風力發電機葉片的示意圖。圖2是風力發電機葉片的局部示意圖。圖3是在風力發電機葉片的各層中的瑕疵的超聲波圖像。圖4是在風力發電機葉片的各層中的瑕疵的示意圖。圖5是在風力發電機葉片的各層中的瑕疵的示意圖。圖6是在風力發電機葉片的各層中的無法通過外部檢測看到的瑕疵的示意圖。圖7是根據本發明的一個實施例的用於確定風力發電機葉片的機械強度的查閱表的樣本。圖8是根據一個實施例的用於檢查渦輪葉片中瑕疵的方法的流程圖。部件標號列表
權利要求
1.一種檢查層狀物體(100)的系統，其包括 掃描機，其用於拍攝所述層狀物體的內部的圖像； 測量設備，其用於對在所述層狀物體內反映出的瑕疵(132)進行多項測量；以及 查閱表(160)，其用於確定所述層狀物體的理論強度。
2.根據權利要求I所述的系統，其中所述掃描機包括超聲波機、X射線計算機斷層成像機或X射線分層成像機。
3.根據權利要求I所述的系統，其中所述圖像是所述層狀物體的所述內部的截面圖像。
4.根據權利要求I所述的系統，其中所述層狀物體是風力發電機葉片。
5.根據權利要求I所述的系統，其中所述測量設備包括經配置以進行高解析度編碼掃描的超聲波儀器。
6.根據權利要求I所述的系統，其中所述多項測量包括由以下項構成的測量組中的一項或多項內部瑕疵長度(140)、內部瑕疵高度(142)、瑕疵到表面厚度(144)，以及層狀物體厚度(146)。
7.根據權利要求I所述的系統，其中所述查閱錶針對由以下項構成的群組中的至少一項與所述層狀物體的結構強度相關瑕疵長度與瑕疵高度的內部縱橫比、所述瑕疵所在平面中所述瑕疵的深度與所述層狀物體的厚度的比率，以及所述瑕疵所在平面中所述瑕疵高度與所述層狀物體的厚度的比率。
8.—種檢查風力發電機葉片(100)的系統，所述風力發電機葉片具有圍繞抗剪腹板(108)的一對殼體(105a、105b)，所述系統包括 掃描機，其用於拍攝所述風力發電機葉片的所述殼體的內部的圖像； 測量設備，其用於對在所述風力發電機葉片的所述殼體中反映出的瑕疵(132)進行多項測量；以及 查閱表(160)，其用於確定所述風力發電機葉片的理論強度。
9.根據權利要求8所述的系統，其中所述瑕疵靠近所述風力發電機葉片的後緣(116)、所述風力發電機葉片的前緣(114)、或梁帽與所述風力發電機葉片的所述殼體中的一個殼體之間的粘結位置。
10.根據權利要求15所述的系統，其中所述多項測量包括由以下項構成的測量組中的一項或多項內部瑕疵長度(140)、內部瑕疵高度(142)、瑕疵到表面厚度(144)，以及層狀物體厚度(146)。
全文摘要
一種用於檢查風力發電機葉片的系統，所述風力發電機葉片具有圍繞抗剪腹板的一對殼體。所述系統包括掃描機，其用於拍攝所述風力發電機葉片的所述殼體的內部的圖像；測量設備，其用於對在所述風力發電機葉片的所述殼體內反映出的瑕疵進行多項測量；以及查閱表，其用於確定所述風力發電機葉片的理論強度。
文檔編號G01N29/06GK102901773SQ201210262800
公開日2013年1月30日 申請日期2012年7月26日 優先權日2011年7月28日
發明者W.I.費迪, D.C.達文波特, C.S.耶拉馬利, 郭書敬 申請人:通用電氣公司