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国际新闻

德国Fraunhofer IAF研究所推出复合材料风机叶片雷达探伤仪
来源:中国复材展组委会  2017-04-19 17:25:00
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原文:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=244&news_id=4676
       风力发电在社会发电总量中所占的比重逐年上升,这在全球范围内都是不争的事实。风电项目的纷纷上马,带动了大批风电叶片的订单。而后者作为影响风机性能的最重要指标之一,其生产和维护也需要执行严格的检测标准。德国Fraunhoer应用固态物理研究所(IAF)新近研发了一款雷达探伤仪,用于探测叶片内部材料的缺陷和损伤,并拍摄成横截面图像直观呈现,其精确度比传统方式有较大提高,能够显著降低叶片的生产和运营成本。


探测复合材料部件中的缺陷和损伤

       通常而言,一台风机装有三支叶片。这些叶片在风的作用下旋转做功,将动能转化为电能。叶片在工作状态下承受极大的外部载荷,因此对设计强度有很高的要求,这一点与机翼类似。当前,制造风机叶片的材料主要是玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料,这两种材料具有一定的韧性,不易折断。“生产过程中,需要铺设100层以上的纤维材料,对其剪裁成型并注入树脂。期间需要保证每一层的平整,不产生褶皱和折痕;同时需也要避免树脂或纤维层堆垒成块。”来自Fraunhofer IAF的Axel Hülsmann博士表示说。上述种生产过程中可能存在的问题,加上层间剥离、纤维断裂等可能发生的缺陷,一般可以通过红外热成像的手段探测出来。“但通过此次研发的雷达探伤仪,可以大大提升探测的准确性。即便面对一些通过超声手段都无法探及的部位,它也能够进行深度辨识。”

精确到毫米的截面成像图

       这款探伤仪的核心区装有一台高频雷达,可释放W波段内85-110GHz的电磁波,传输功率仅有几瓦。通过计算软件对信号进行捕捉和处理,将结果以视觉图像的形式呈现出来。“该仪器可以甄别毫米级的伤口,与传统探伤方式相比,准确度有了很大提高。”Hülsmann博士表示说。该雷达的研发是基于铟镓砷化物半导体技术。由于将不同部件和功能集成在单块芯片上,这台雷达的结构相当紧密,质量很轻仅有160克,尺寸仅为42*28*79mm,跟一盒香烟大小差不多。它的功率仅为5瓦,通过集成微处理器释放探测信号。

       据称,在下一代改良产品中,雷达的探测波频将延伸至260GHz范围内,也就是通常人们说的H波段。这将使得雷达信号的带宽扩大了四倍,从原先的15GHz提升到60GHz。同时,风机叶片截面成像图的分辨率还将进一步提高。

缩短维护时间意味着更低的维护成本

       这款雷达探伤仪不仅可以在叶片生产过程中发挥作用,还能在叶片维护时大展拳脚。“目前,叶片维护的传统方式是人工作业。维护工程师用小锤敲击叶片表面,通过声音判断该处是否有损伤。而通过我们开发的雷达探伤技术,可以极大缩短叶片检测的时间,从而降低维护成本。”Hülsmann表示说。据了解,雷达探伤仪的优势在检测海上风电叶片时尤为突出。因为大海之上气候条件复杂恶劣,工程师需要克服困难到达风机所在处,于是在真正实施检测之前,维护人员已经消耗了大量的时间和体力,此时拥有更加快速便捷的检测方式,其好处毋庸赘言。

       至于其他的探伤方式,包括超声探伤,相比之下操作较为不便。“以超声探伤为例,为保证超声信号传导的顺畅,工程师需要借助水或凝胶作为偶联剂,涂覆在传感器和探测部位之间,避免气穴(air pocket)的产生。因为任何微小气穴的存在,都会极大地影响检测的准确性,然而这么做的负面效应显而易见。尽管在叶片生产过程中进行探伤不存在问题,但若想在大叶片的维护作业中,在空中对叶片表面涂覆水或者凝胶,则极为困难。这种情况下,需要对叶片进行无接触的遥感探伤,雷达无疑是一个更好的选择。”

       据了解,此次Fraunhofer IAF推出的雷达探伤仪也可以应用于其他行业,例如航空制造业。最新型的波音787和空客A350客机的机翼部位都使用了大量的轻质复合材料。“航空工业急需一种准确、快速,能在生产和维护过程中采用的探伤手段。这不仅可以帮助企业降低成本,更能将材料疲劳可能带来的损失降到最低。”Hülsmann表示说。
文章来源:http://www.chinacompositesexpo.com/cn/news.php?show=detail&c_id=244&news_id=4676