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风机叶片检测的研究现状及进展

摘要：叶片是风力单位的关键组成部分，在能量转换中发挥作用。在风扇运

行期间，必须确保叶片的安全和可靠性，以便有效地提高吸收的风力发电的转换

效率，并对整个风力发电系统产生积极影响。通过提高叶片性能，还可以保证风

扇稳定运行。但是，叶片的工作环境相对复杂，面临离心力、空气功率、热应力

和弯曲应力，甚至雨雪冰侵蚀和闪电积聚破坏等现象。在此基础上，我们必须重

视风扇叶片的检测和分析，以确保准确快速地确定其疲劳程度，这是保持风扇安

全运行、降低成本和提高风力利用率的有效途径。

关键词：风机叶片检测；研究现状；进展

引言

叶片是风力发电的关键组成部分之一。在运行过程中可能受到强风、冲洗、

空气氧化和潮湿空气腐蚀的影响。可能会出现空气孔、裂纹、磨损和腐蚀等问题。

否则叶片可能断裂，严重威胁设备的安全运行。因此，对风力发电机叶片进行状

态检测和故障排除非常重要。风扇叶片检测有助于避免潜在的叶片故障，减少意

外丢失和停机。降低叶片维护成本，直接影响整体稳定性和整体效率。风力棒状

态检测分为结构损伤检测和运行状态诊断，叶片结构损伤检测方法包括复制方法、

电位法、显微镜直接观察和各种无损检测方法；叶片状态诊断包括监测风力发电

机运行过程中产生的振动、冲击和噪声信号，用各种动态驱动器性能参数描述信

号，提取故障信息，并将其用作诊断基础，以确定故障的类型、位置和原因。与

复印方法、电子定位方法、显微镜直接观察等其他传统试验方法相比，无损检测

方法不需要停机，检测成本低，可以方便地在工程中使用。

1风机叶片损伤机理

风机叶轮是风力发电机组中最重要的部件，造价较高，而叶片是其中的关键

组成部分，长期处于复杂工作环境下，容易遇到静力风、气动力、重力和离心力

等作用的影响，并形成挥舞、摆振、扭转等复杂运动，同时叶片内部也容易发生

多个区域、程度不一的损伤。在叶片上长期作用的荷载存在交变性与随机性等特

点，从而导致叶片出现疲劳破坏。此外，叶片使用中也面临沙粒冲刷、紫外线照

射等影响，并存在大气氧化和腐蚀、海洋潮湿空气腐蚀等问题。对复合材料叶片

来说，在以上因素影响下，会导致复合材料结构发生脱层、纤维断裂等损伤，且

成型工艺期间也容易出现质量不稳定、复杂性造成的初始缺陷等。多种损伤的生

成、扩展以及演化，将导致叶片安全性与可靠性面临巨大威胁，也导致复合材料

叶片使用寿命缩短。

2风机叶片检测方法

2.1观察法

通过观察刀片是否损坏来确定刀片的状态。一般来说，维修人员需要定期检

查，通过大望远镜或大篮子抬工作人员，观察风扇叶片，检查叶片损坏情况，记

录损坏的叶片，但检查时间长，效率低，费用高。随着科技的发展，各领域无人

机的使用提供了检测风机叶片的新方法。陈晨使用无人驾驶飞机，利用高清摄像

机和激光测距仪对风机叶片进行停止检查，拍摄风机叶片表面照片，确定叶片损

伤程度，对叶片损伤进行分类，提高风机叶片检测效率，降低手动成本。

2.2载荷分析法

风扇组件运行时，叶片会根据振动或温度的变化而变化载荷，并根据叶片上

载荷的变化分析风扇状态。笔者在风机叶片上安装光纤网络传感器系统，通过检

测光纤网络耦合波长的变化来推断叶片变形变化，并利用它们连续在线监测风机

叶片负荷。笔者采用有限差分法，利用布拉格光纤网络传感器（FBG）测量叶片

变形，计算风机叶片尖端偏差，防止风机叶片撞击塔体，将传统电气变形器粘贴

到FBG传感器和scu作者旁边的光栅表面通过惠顿大桥进行阻抗测量和温度补偿，

并改变叶片阻抗，将偶极子效应聚氯乙烯薄膜传感器（PVDF）粘贴到风机表面，

得到叶片阻抗特性，并与传感器的各种静态载荷和位置、变化进行对比。

2.3超声波检测法

超声波检测是一种检测零件缺陷的方法，当超声波穿过受控材料的深度并从

一个截面移动到另一个截面时，使用界面边缘的反射特性来检测零件缺陷。当试

样表面通过材料内的探针时，会产生反射波，零件的底面在荧光屏上形成脉冲波，

由缺陷的位置和大小决定。正是由于声波传播规律和叶片复合材料声波的特征才

使其释放出来与其他无损检测方法相比，超声波检测方法具有以下优点：(1）适

用于金属、非金属材料和复合材料等各种成分的无损检测；(2）具有较强的穿透

能力，可在较宽的厚度检测零件内部缺陷，检测深度可达数米；(3）表面缺陷检

测率高；(4）能检测直径约10毫米的空气半径和检测到的缺陷尺寸的高灵敏度

反射器，通常可视为波长的三分之一；(5）更准确地确定方位、大小、形状等。

室内反