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利用超聲波a掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法

文檔序號(hào):6244161閱讀:583來(lái)源:國(guó)知局
利用超聲波a掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造提供一種利用超聲波A掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法,包括采用與風(fēng)電葉片相同的材料制作若干對(duì)比試塊,利用超聲波A掃描分別探測(cè)對(duì)比試塊,獲得具有特征波群的完好部位波形圖以及缺陷部位波形圖,并將待測(cè)部位波形圖所述完好部位波形圖或缺陷部位波形圖進(jìn)行對(duì)比,獲得待測(cè)風(fēng)電葉片的待測(cè)部位的缺陷信息的過(guò)程。本發(fā)明提供的方法簡(jiǎn)單可靠,適用于樹(shù)脂基玻璃纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電葉片的檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】利用超聲波A掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造設(shè)及一種風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)方法,特別設(shè)及一種利用超聲 波判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前,兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電葉片多為樹(shù)脂基玻璃纖維復(fù)合材料,在其成型過(guò)程中,受人 為因素、工藝穩(wěn)定性、環(huán)境變化等因素的影響,產(chǎn)品很可能出現(xiàn)裂紋、滲雜、氣泡,粘接區(qū)域 出現(xiàn)缺膠,氣泡等缺陷,該些缺陷對(duì)葉片的整體質(zhì)量和壽命影響很大。尤其是隨著風(fēng)電行業(yè) 的發(fā)展,風(fēng)電葉片逐漸向大尺寸大功率方向發(fā)展,由原來(lái)的普遍的1.5MW37. 5m葉片,到現(xiàn) 在出現(xiàn)的5MW75m葉片,甚至有超過(guò)100m長(zhǎng)的葉片在研發(fā)中。大型風(fēng)電葉片由于體積較大, 制作工藝復(fù)雜,難免存在生產(chǎn)缺陷,使得葉片的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)加大。
[0003] 目前用于風(fēng)電葉片檢測(cè)的方法主要有目視法、敲擊法等比較原始的方法,該兩種 方法簡(jiǎn)單易行,但很大程度上依賴于檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn),準(zhǔn)確性和可靠性較低。且葉片是由多 組分材料組成的復(fù)合材料構(gòu)件,各組分的物理界面常常易于出現(xiàn)缺陷,采用目視法和敲擊 法很難對(duì)葉片內(nèi)部缺陷等損傷進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。所W可靠的、易于操作判斷的風(fēng)電葉片無(wú)損 檢測(cè)方法備受關(guān)注。
[0004] 超聲波探傷是利用超聲波在固體中傳輸?shù)倪^(guò)程中,在異質(zhì)界面上會(huì)發(fā)生反射、折 射等現(xiàn)象,通過(guò)收集并分析其反射信號(hào)來(lái)獲得內(nèi)部結(jié)構(gòu)缺陷的一種方法。掃描方式一股有 S種,即常說(shuō)的A掃描、B掃描和C掃描。其中A掃描是將超聲信號(hào)處理成波形圖像,輸出 橫軸為時(shí)間或深度,縱軸為反射波強(qiáng)度的波形圖,適用于工業(yè)檢測(cè),目前對(duì)于樹(shù)脂基玻璃纖 維復(fù)合材料的檢測(cè)較少,在風(fēng)電葉片上的應(yīng)用研究更少。對(duì)于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的風(fēng)電葉片構(gòu)件,波 形的理解和判斷對(duì)于葉片缺陷的判斷至關(guān)重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明創(chuàng)造為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,提供一種方法簡(jiǎn)單、可靠性好、適用于 樹(shù)脂基玻璃纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)電葉片無(wú)損檢測(cè)的方法,尤其適用于對(duì)風(fēng)力發(fā)電葉 片粘接區(qū)域缺陷的檢測(cè)。
[0006] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題,本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是,包括下述步驟;(1)采用與 風(fēng)電葉片相同的材料制作若干對(duì)比試塊,所述對(duì)比試塊的表面狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特征、缺陷類型與 待測(cè)風(fēng)電葉片具有一致性;(2)利用超聲波A掃描分別探測(cè)對(duì)比試塊,獲得具有每一界面的 特征波群的完好部位波形圖,W及若干不具有或具有部分或全部界面的特征波群的缺陷部 位波形圖;(3) W與步驟(2)相同或相近的掃描設(shè)置和參數(shù),對(duì)待測(cè)風(fēng)電葉片的待測(cè)部位進(jìn) 行探測(cè),獲得不具有或具有部分或全部界面的特征波群的待測(cè)部位波形圖;(4)將步驟(3) 中待測(cè)部位波形圖與步驟(2)中完好部位波形圖或缺陷部位波形圖進(jìn)行對(duì)比,獲得待測(cè)風(fēng) 電葉片的待測(cè)部位的缺陷信息。
[0007] 其中,所述完好部位波形圖為對(duì)比試塊無(wú)結(jié)構(gòu)缺陷時(shí)獲得的波形圖;所述缺陷部 位波形圖為對(duì)比試塊存在已知結(jié)構(gòu)缺陷時(shí)獲得的波形圖,每一缺陷部位波形圖與對(duì)比試塊 中存在的一種缺陷結(jié)構(gòu)類型一一對(duì)應(yīng)。由于對(duì)比試塊與待測(cè)風(fēng)電葉片的表面狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特 征、缺陷類型具有一致性,因此,經(jīng)對(duì)對(duì)比試塊進(jìn)行檢測(cè)確定了無(wú)結(jié)構(gòu)缺陷、W及具有各類 已知缺陷的各種波形圖之后,只要將待測(cè)風(fēng)電葉片的待測(cè)部位波形圖與之進(jìn)行對(duì)比,即可 確知待測(cè)風(fēng)電葉片的待測(cè)部位是否具有缺陷、W及具體的缺陷類型。
[000引其中,待測(cè)部位波形圖為W與對(duì)比試塊相同的掃描設(shè)置和參數(shù)為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)超 聲波的掃描參數(shù)進(jìn)行微調(diào),提高檢測(cè)精度并減小反射波之間的干擾后,獲得的形狀穩(wěn)定的 波形圖,可W不包含或包含部分或全部界面的特征波群。
[0009] 其中,所述特征波群的獲得方法為;通過(guò)調(diào)整超聲波的掃描參數(shù),提高檢測(cè)精度并 減小反射波之間的干擾,獲得形狀穩(wěn)定的波形,然后根據(jù)所述對(duì)比試塊或待測(cè)風(fēng)電葉片的 每相鄰兩個(gè)組成層界面的設(shè)計(jì)深度,在A掃描顯示的波形圖的橫軸上W各個(gè)界面的設(shè)計(jì)深 度的位置為基礎(chǔ),向軸兩側(cè)延伸,至該組波的強(qiáng)度最低處,最終確定每一界面的特征波群。
[0010] 本發(fā)明中,超聲波A掃描獲得的波形圖橫軸代表深度,縱軸代表反射波強(qiáng)度。
[0011] 一股來(lái)說(shuō),界面的設(shè)計(jì)深度在橫軸上的位置為該界面的特征波群的中屯、位置,或 略有偏差。
[0012] 當(dāng)由于相鄰界面間距離過(guò)小使得兩相鄰特征波群的部分反射波出現(xiàn)疊加時(shí)(如 圖1),可每一該特征波群在橫軸上設(shè)計(jì)深度的位置至該特征波群未發(fā)生反射波疊加的 一側(cè)在橫軸上的截止位置的距離為參考,由該特征波群在橫軸上設(shè)計(jì)深度的位置反向等距 離延伸至該特征波群發(fā)生反射波疊加的一側(cè),W確定每一特征波群在反射波疊加位置的截 止范圍。
[0013] 上述每相鄰兩個(gè)組成層界面的設(shè)計(jì)深度指對(duì)比試塊或待測(cè)風(fēng)電葉片中每相鄰兩 個(gè)組成層的界面至該對(duì)比試塊或待測(cè)風(fēng)電葉片表面的深度距離,該深度距離可在設(shè)計(jì)制作 時(shí)確定,在對(duì)比試塊或待測(cè)風(fēng)電葉片實(shí)際產(chǎn)品中每一所述界面的實(shí)際深度距離與設(shè)計(jì)深度 相比可W具有一定的合理誤差。隨著每一界面的深度逐漸增加,可將各個(gè)界面按順序命名 為第一反射界面、第二反射界面、……,相應(yīng)的,每一界面的特征波群可按順序命名為第一 反射界面特征波群、第二反射界面特征波群、……。
[0014] 其中,所述步驟(4)的對(duì)比的內(nèi)容包括;a.對(duì)比所述待測(cè)部位的波形圖中特征波 群的數(shù)量是否與所述完好部位波形圖或缺陷部位波形圖中特征波群的數(shù)量一致;b.對(duì)比 所述待測(cè)部位的波形圖中每一特征波群的走勢(shì)W及波數(shù)是否與所述完好部位波形圖或缺 陷部位波形圖中每一相應(yīng)的特征波群一致;C.對(duì)比所述待測(cè)部位的波形圖中每一特征波 群中各個(gè)波的位置、相對(duì)強(qiáng)度是否與所述完好部位波形圖或缺陷部位波形圖中每一相應(yīng)的 特征波群一致。
[0015] 由于對(duì)比試塊的表面狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特征與待測(cè)風(fēng)電葉片的完好部位具有一致性,因 此,若待測(cè)部位內(nèi)部結(jié)構(gòu)無(wú)缺陷,則其波形圖應(yīng)與對(duì)比試塊的完好部位波形圖完全一致,即 上述a、b、C項(xiàng)對(duì)比內(nèi)容完全一致;若待測(cè)部位內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷,則其波形圖應(yīng)與對(duì)比試 塊的某一缺陷部位波形圖完全一致,即與該圖的上述a、b、C項(xiàng)對(duì)比內(nèi)容完全一致,則判定 待測(cè)部位存在該種缺陷部位波形圖對(duì)應(yīng)的缺陷類型。
[0016] 風(fēng)力發(fā)電葉片為多層復(fù)合材料結(jié)構(gòu),層間常用粘接劑進(jìn)行粘合,風(fēng)力發(fā)電葉片的 結(jié)構(gòu)缺陷也多發(fā)生在此,因此對(duì)粘接區(qū)域的缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確判斷尤為重要。
[0017] 風(fēng)力發(fā)電葉片粘接區(qū)域一股包括S個(gè)組成層(如圖2) ;A層-主梁帽和殼體玻璃 鋼整體層;B層-粘接劑層;C層-粘接角層;其中,A層和C層一股為樹(shù)脂基玻璃纖維復(fù)合 材料,B層一股為環(huán)氧粘接劑。利用超聲波A掃描對(duì)該中粘接區(qū)域進(jìn)行缺陷檢測(cè)時(shí),結(jié)構(gòu)完 好的部位可獲得具有S個(gè)界面的特征波群的波形圖;若粘接劑層上表面脫粘,則波形圖中 僅存在第一反射界面特征波群;當(dāng)粘接劑層與粘接角層脫粘或粘接劑層內(nèi)部出現(xiàn)缺陷時(shí), 波形圖中僅存在第一反射界面特征波群和第二反射界面特征波群;若組成層厚度不均發(fā)生 界面偏移,則波形圖中存在S個(gè)界面的特征波群,但發(fā)生偏移的界面對(duì)應(yīng)的特征波群的走 勢(shì)、波數(shù)、中屯、位置、W及特征波群中各個(gè)波的位置、相對(duì)強(qiáng)度等會(huì)發(fā)生變化。
[001引本發(fā)明創(chuàng)造具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是;(1)該方法能夠簡(jiǎn)單、可靠、準(zhǔn)確、高效地 判斷出風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)存在的缺陷,特別適用于風(fēng)力發(fā)電葉片粘接區(qū)域的缺陷判斷,保證了 葉片生產(chǎn)質(zhì)量的可靠性;(2)能夠在風(fēng)電葉片生產(chǎn)過(guò)程中隨時(shí)進(jìn)行檢測(cè),保證風(fēng)電葉片的 安全生產(chǎn)和運(yùn)行;(3)能夠在幫助風(fēng)電葉片運(yùn)行過(guò)程中的維護(hù),減少維護(hù)費(fèi)用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1是兩相鄰特征波群的部分反射波出現(xiàn)疊加時(shí)的波形圖。
[0020] 圖2是實(shí)施例1風(fēng)電葉片粘接區(qū)域完好部位的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 圖3是實(shí)施例1風(fēng)電葉片粘接區(qū)域的完好部位波形圖。
[0022] 圖4是實(shí)施例1風(fēng)電葉片粘接區(qū)域粘接劑層上表面脫粘的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖5是實(shí)施例1風(fēng)電葉片粘接區(qū)域粘接劑層上表面脫粘部位的波形圖。
[0024] 圖6是實(shí)施例1風(fēng)電葉片粘接區(qū)域粘接劑層與粘接角層脫粘的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025] 圖7是實(shí)施例1風(fēng)電葉片粘接區(qū)域粘接劑層與粘接角層脫粘部位的波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
[0027] 連施例1對(duì)具有化圖2所示結(jié)構(gòu)的風(fēng)力發(fā)由奸片粘接區(qū)域講行檢測(cè)
[002引 (1)采用與風(fēng)電葉片粘接區(qū)域相同的材料制作若干對(duì)比試塊,所述對(duì)比試塊的結(jié) 構(gòu)分別如圖2、圖4、圖6所示,圖中標(biāo)注的每一反射界面的深度為其設(shè)計(jì)深度;所述對(duì)比試 塊的表面狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特征、缺陷類型與待測(cè)風(fēng)電葉片具有一致性;其中,圖2中所示對(duì)比試 塊無(wú)結(jié)構(gòu)缺陷,圖4中所示對(duì)比試塊粘接劑層上表面脫粘,圖6中所示對(duì)比試塊粘接劑層與 粘接角層脫粘;
[0029] (2)利用超聲波A掃描探測(cè)對(duì)比試塊(圖2),調(diào)整超聲波的聲速和增益,使精度最 高,反射波之間的干擾最小,獲得形狀穩(wěn)定的波形;由于該對(duì)比試塊第一反射界面、第二反 射界面與第立反射界面的設(shè)計(jì)深度分別為27mm、34mm、44mm,在A掃描顯示的波形圖的橫軸 上W該=個(gè)深度位置為基礎(chǔ)(圖中向下的黑=角對(duì)應(yīng)的橫軸位置),向軸兩側(cè)延伸,至該組 波的強(qiáng)度最低處,確定該=個(gè)反射界面的特征波群。由于本例中第一反射界面特征波群與 第二反射界面特征波群的部分反射波出現(xiàn)疊加,此時(shí)僅能確定第=反射界面特征波群,W 及第一反射界面特征波群的左邊界和第二反射界面特征波群的右邊界;將第一反射界面特 征波群的左邊界的位置距第一反射界面的設(shè)計(jì)深度的位置的距離設(shè)為X,由該第一反射界 面特征波群在橫軸上設(shè)計(jì)深度的位置(27mm位置)向右側(cè)等距離延伸距離X,獲得第一反射 界面特征波群的右邊界,從而確定第一反射界面特征波群;然后用同樣的方法獲得第二反 射界面特征波群的左邊界,從而確定第二反射界面特征波群;最終獲得該對(duì)比試塊的完好 部位波形圖(如圖3);
[0030] 利用超聲波A掃描探測(cè)對(duì)比試塊(圖4),步驟同上,由于具有粘接劑層上表面脫粘 的結(jié)構(gòu)缺陷,因此獲得的對(duì)應(yīng)該缺陷的缺陷部位波形圖(如圖5)僅存在一個(gè)特征波群,即 第一反射界面特征波群;
[0031] 利用超聲波A掃描探測(cè)對(duì)比試塊(圖6),步驟同上,由于具有粘接劑層與粘接角 層脫粘的結(jié)構(gòu)缺陷,因此獲得的對(duì)應(yīng)該缺陷的缺陷部位波形圖(如圖7)僅存在兩個(gè)特征波 群,即第一反射界面特征波群和第二反射界面特征波群;
[003引 做W與步驟似相同或相近的掃描設(shè)置和參數(shù),對(duì)待測(cè)風(fēng)電葉片的待測(cè)部位進(jìn) 行探測(cè),然后對(duì)超聲波的掃描參數(shù)進(jìn)行微調(diào),提高檢測(cè)精度并減小反射波之間的干擾,獲得 不包含或包含部分或全部界面的特征波群的待測(cè)部位波形圖;
[003引 (4)將步驟做中待測(cè)部位的波形圖與步驟似中各個(gè)完好部位波形圖或缺陷部 位波形圖進(jìn)行對(duì)比,依次判斷a.所述待測(cè)部位的波形圖中特征波群的數(shù)量;b.所述待測(cè)部 位的波形圖中每一特征波群的走勢(shì)W及波數(shù)是否與所述完好部位波形圖或缺陷部位波形 圖中每一相應(yīng)的特征波群一致;C.對(duì)比所述待測(cè)部位的波形圖中每一特征波群中各個(gè)波 的位置、相對(duì)強(qiáng)度是否與所述完好部位波形圖或缺陷部位波形圖中每一相應(yīng)的特征波群一 致;若待測(cè)部位的波形圖與完好部位波形圖完全一致,則待測(cè)部位無(wú)結(jié)構(gòu)缺陷存在;若待 測(cè)部位的波形圖與某一缺陷部位波形圖完全一致,則待測(cè)部分存在與該缺陷部位波形圖對(duì) 應(yīng)的結(jié)構(gòu)缺陷。
[0034] 上述實(shí)施例中圖3、圖5、圖7中各反射界面特征波群的探測(cè)深度及掃描參數(shù)如表 1所示。
[0035] 表 1
[0036]

【權(quán)利要求】
1. 一種利用超聲波A掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法,包括下述步驟:(1)采用 與風(fēng)電葉片相同的材料制作若干對(duì)比試塊,所述對(duì)比試塊的表面狀態(tài)、結(jié)構(gòu)特征、缺陷類型 與待測(cè)風(fēng)電葉片具有一致性;(2)利用超聲波A掃描分別探測(cè)對(duì)比試塊,獲得具有每一界面 的特征波群的完好部位波形圖,以及若干不具有或具有部分或全部界面的特征波群的缺陷 部位波形圖;(3)以與步驟(2)相同或相近的掃描設(shè)置和參數(shù),對(duì)待測(cè)風(fēng)電葉片的待測(cè)部位 進(jìn)行探測(cè),獲得不具有或具有部分或全部界面的特征波群的待測(cè)部位波形圖;(4)將步驟 (3)中待測(cè)部位波形圖與步驟(2)中完好部位波形圖或缺陷部位波形圖進(jìn)行對(duì)比,獲得待 測(cè)風(fēng)電葉片的待測(cè)部位的缺陷信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用超聲波A掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法, 其特征在于:所述步驟(2)和(3)中特征波群的獲得方法為:通過(guò)調(diào)整超聲波的掃描參數(shù), 提高檢測(cè)精度并減小反射波之間的干擾,獲得形狀穩(wěn)定的波形,然后根據(jù)所述對(duì)比試塊或 待測(cè)風(fēng)電葉片的每相鄰兩個(gè)組成層界面的設(shè)計(jì)深度,在A掃描顯示的波形圖的橫軸上以各 個(gè)界面的設(shè)計(jì)深度的位置為基礎(chǔ),向軸兩側(cè)延伸,至該組波的強(qiáng)度最低處,最終確定每一界 面的特征波群。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用超聲波A掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法, 其特征在于:當(dāng)兩相鄰所述特征波群的部分反射波出現(xiàn)疊加時(shí),可以以每一該特征波群在 橫軸上設(shè)計(jì)深度的位置至該特征波群未發(fā)生反射波疊加的一側(cè)在橫軸上的截止位置的距 離為參考,由該特征波群在橫軸上設(shè)計(jì)深度的位置反向等距離延伸至該特征波群發(fā)生反射 波疊加的一側(cè),以確定每一特征波群在反射波疊加位置的截止范圍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種利用超聲波A掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺 陷的方法,其特征在于:所述步驟(4)的對(duì)比的內(nèi)容包括:a.對(duì)比所述待測(cè)部位的波形圖 中特征波群的數(shù)量是否與所述完好部位波形圖或缺陷部位波形圖中特征波群的數(shù)量一致; b.對(duì)比所述待測(cè)部位的波形圖中每一特征波群的走勢(shì)以及波數(shù)是否與所述完好部位波形 圖或缺陷部位波形圖中每一相應(yīng)的特征波群一致;c.對(duì)比所述待測(cè)部位的波形圖中每一 特征波群中各個(gè)波的位置、相對(duì)強(qiáng)度是否與所述完好部位波形圖或缺陷部位波形圖中每一 相應(yīng)的特征波群一致。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種利用超聲波A掃描判斷風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)缺陷的方法, 其特征在于:當(dāng)待測(cè)部位波形圖與對(duì)比試塊的完好部位波形圖完全一致時(shí),結(jié)構(gòu)內(nèi)無(wú)缺陷; 當(dāng)待測(cè)部位波形圖與對(duì)比試塊的某一缺陷部位波形圖完全一致時(shí),則待測(cè)部位存在該種缺 陷部位波形圖對(duì)應(yīng)的缺陷類型結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK104502449SQ201410546354
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】劉鮮紅, 李鑫龍, 徐坤, 吳海亮, 江一杭, 李波 申請(qǐng)人:天津東汽風(fēng)電葉片工程有限公司
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