翁振輝：葉片測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用

 

翁振輝：各位領(lǐng)導(dǎo)、專家們，上午好，我是來(lái)自艾郎科技股份有限公司的翁振輝，我一直在艾郎從事葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)試認(rèn)證方面的工作。我今天發(fā)言的主題是《葉片測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用》。主要是談兩個(gè)部分：第一，葉片測(cè)試技術(shù)的發(fā)展大致歷程。第二，疲勞測(cè)試技術(shù)的發(fā)展和使用情況。

隨著這幾年風(fēng)電行業(yè)迅猛發(fā)展，葉片越做越大，葉片的長(zhǎng)度從十年前的40米、50米一直發(fā)展到現(xiàn)在90米，甚至到今年的110米、120米長(zhǎng)度。為了適應(yīng)平價(jià)時(shí)代的到來(lái)，如何充分地利用材料的性能來(lái)進(jìn)行葉片的輕量化設(shè)計(jì)，就成了產(chǎn)品是否具有競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素。如何協(xié)調(diào)低成本的目標(biāo)和產(chǎn)品的安全性的矛盾？就如金風(fēng)科技老總所說(shuō)，這不是幾個(gè)工程師加班能解決的問(wèn)題，而是需要充分的技術(shù)積累和大量的實(shí)驗(yàn)，包括材料級(jí)別、部件級(jí)別及全尺寸級(jí)別的測(cè)試和驗(yàn)證。葉片的全尺寸結(jié)構(gòu)測(cè)試作為葉片安全性驗(yàn)證最后一個(gè)環(huán)節(jié)顯得格外重要了。如果從材料、設(shè)計(jì)一直到工藝、生產(chǎn)質(zhì)量各個(gè)環(huán)節(jié)如果出了問(wèn)題，則很有可能在葉片全尺寸測(cè)試上暴露出來(lái)。

舉個(gè)例子，結(jié)構(gòu)膠在材料級(jí)別測(cè)試中進(jìn)行用于極限測(cè)試和疲勞測(cè)試，但在產(chǎn)品中，不同位置的粘貼形式是多種多樣的，比如在后緣粘貼形狀有L型，有帶弧線，前緣和主梁腹板上的結(jié)構(gòu)膠，不同的膠厚、結(jié)構(gòu)膠的形狀等使之存在差異，在結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度驗(yàn)證方面全尺寸測(cè)試顯得格外重要。

第一部分的主要內(nèi)容是關(guān)于葉片測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。伴隨著行業(yè)發(fā)展，葉片測(cè)試的內(nèi)容和要求也在不斷地提高，在十年前，我們根據(jù)相關(guān)規(guī)范做葉片測(cè)試主要指葉片的靜力測(cè)試，對(duì)疲勞測(cè)試沒(méi)有做強(qiáng)制要求。隨著2014年新標(biāo)準(zhǔn)頒布以來(lái)，一直到現(xiàn)在，目前做的測(cè)試包含全尺寸的靜力測(cè)試、疲勞測(cè)試、屬性測(cè)試及重量、頻率、剛度及一些前沿的廠商比較關(guān)注的流轉(zhuǎn)剛度、剪切中心的測(cè)試。

葉片靜力測(cè)試主要的目的是為了驗(yàn)證葉片在設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命中所承受的極限載荷的能力。同時(shí)，通過(guò)葉片在測(cè)試載荷下的應(yīng)變和變形的響應(yīng)來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)。

（PPT圖示）這里顯示了去年8月份，在艾郎南通實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的全尺寸靜力測(cè)試，當(dāng)時(shí)做得是四個(gè)主方向的測(cè)試，但近幾年，在對(duì)葉片進(jìn)行360度Polar載荷驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)葉片在其他結(jié)構(gòu)也有安全性系數(shù)點(diǎn)，很多廠商做葉片設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)考慮polar載荷對(duì)葉片結(jié)構(gòu)的影響。

為了適應(yīng)百米機(jī)葉片測(cè)試的需求，加載點(diǎn)從原來(lái)6個(gè)點(diǎn)增加到現(xiàn)在8到12個(gè)點(diǎn)，加載的裝置從原來(lái)液壓更新到現(xiàn)在四伏電擊。因?yàn)闇y(cè)試方案的局限性，即使是大葉片測(cè)試也有低載加載點(diǎn)。并不是所有的加載點(diǎn)都有很大載荷，通過(guò)不同量程力傳配置和加載算法的優(yōu)化提高實(shí)驗(yàn)的精度。

葉片屬性測(cè)試方面包括葉片的重量、頻率及彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、剪切重心的測(cè)試。

關(guān)于疲勞測(cè)試的發(fā)展。葉片疲勞測(cè)試可以驗(yàn)證葉片在設(shè)計(jì)運(yùn)行壽命中承受疲勞載荷的能力，在葉片材料設(shè)計(jì)工藝及制造過(guò)程中所存在的問(wèn)題，通常都是經(jīng)過(guò)疲勞測(cè)試中展現(xiàn)、暴露出來(lái)，特別是近兩年葉片越做越大，加上輕量化的設(shè)計(jì)，這兩年聽(tīng)說(shuō)有各種各樣的問(wèn)題出現(xiàn)，比如皺褶造成的開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)膠的開(kāi)裂等等。這時(shí)候如何制定合理的實(shí)驗(yàn)方案，在測(cè)試驗(yàn)證區(qū)域達(dá)到目標(biāo)載荷同時(shí)減少過(guò)度測(cè)試對(duì)葉片造成的損傷，這是設(shè)計(jì)人員需要關(guān)注的問(wèn)題。

（PPT圖示）首先，葉根方面，在往常實(shí)驗(yàn)中是大家經(jīng)常忽略的部分，但從現(xiàn)在看來(lái)，這也是很重要的部分。測(cè)試過(guò)程中，由于測(cè)試螺桿斷裂的問(wèn)題造成葉片測(cè)試的中斷，不僅會(huì)耽誤測(cè)試的周期，而且還會(huì)引起根部受力的部件造成損傷。我們經(jīng)過(guò)大量的根本原因的分析，發(fā)現(xiàn)預(yù)緊力施加不當(dāng)是螺栓斷裂的主要原因。液壓扳手校準(zhǔn)工裝是我們自己設(shè)計(jì)的，用來(lái)膠狀液壓扳手，同時(shí)在葉片測(cè)試過(guò)程中，監(jiān)控預(yù)緊力的變化，按需要更換螺栓，可以減少螺桿斷裂造成的實(shí)驗(yàn)停止，保證葉片測(cè)試結(jié)構(gòu)根部的安全。

關(guān)于疲勞測(cè)試標(biāo)定，這是常規(guī)工作，大家可能經(jīng)常忽略這部分工作，其實(shí)這是非常重要的事情，特別是我們和一些國(guó)際客戶進(jìn)行交流時(shí)也發(fā)現(xiàn)，疲勞測(cè)試標(biāo)定的數(shù)據(jù)的精度對(duì)測(cè)試結(jié)果具有非常大的影響。即使我們有1%的偏差，在疲勞測(cè)試時(shí)計(jì)算累計(jì)損傷時(shí)有可能造成10%的累計(jì)損傷的偏差。所以我們?cè)谧銎跍y(cè)試標(biāo)定時(shí)，都需要進(jìn)行可重復(fù)性的校核工作。當(dāng)標(biāo)定的精度不滿足要求時(shí)，我們就要進(jìn)行原因分析，是否加載點(diǎn)精度問(wèn)題，還是葉片本身有損傷，都要進(jìn)行詳細(xì)的分析并解決。

第三部分，均值載荷對(duì)葉片疲勞測(cè)試的影響。目前常規(guī)的疲勞測(cè)試方案并沒(méi)有考慮到均值載荷對(duì)測(cè)試的影響，但實(shí)際上由于復(fù)合材料的特性，不同的數(shù)值之間的性能存在差異。在葉片測(cè)試過(guò)程中，葉片的自重及加載的設(shè)備、夾具帶來(lái)的彎矩會(huì)對(duì)葉片測(cè)試的均值造成影響，均值不是0。我們考慮葉片自重均值影響時(shí)，部分截面的材料可能存在過(guò)度測(cè)試的問(wèn)題。即常規(guī)使用的測(cè)試方法，測(cè)試載荷有可能偏大，過(guò)度測(cè)試增加了測(cè)試的額外風(fēng)險(xiǎn)。所以在葉片測(cè)試時(shí)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)測(cè)試方案會(huì)更多考慮均值對(duì)疲勞測(cè)試載荷的影響。一方面是為了避免過(guò)度測(cè)試造成不必要的損傷，也避免由于測(cè)試載荷不足造成葉片的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)于疲勞測(cè)試設(shè)備方面。目前主要有三個(gè)類型的疲勞加載設(shè)計(jì)，一是直線式的疲勞加載設(shè)計(jì)。這也是艾郎一直在用的，載荷控制非常好，但可能氣振能力有限，可以慢慢退出使用了。第二，離心式的疲勞加載設(shè)備，該設(shè)備結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，成本低廉，但自身重量比較大，特別是在大葉片的測(cè)試上有額外的自重載荷。第三，目前引入的由同濟(jì)大學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的牽引式疲勞測(cè)試系統(tǒng)。

 一開(kāi)始我們引入設(shè)備是基于100米及大葉片測(cè)試碰到疲勞測(cè)試載荷不足的困難而尋找的解決方案，它的自身重量比較大，100米以上葉片疲勞測(cè)試需要更大功率的設(shè)備。這么大設(shè)備的重量收縮了設(shè)計(jì)人員通過(guò)葉片的配重調(diào)整載荷的空間，同時(shí)重量加大，使測(cè)試的頻率大大降低，加強(qiáng)測(cè)試的周期。牽引式疲勞加載系統(tǒng)是模塊化設(shè)計(jì)，可以疊加多臺(tái)設(shè)備滿足大葉片的測(cè)試需求。

（PPT圖示）這里展示得是去年一款80米級(jí)別的葉片使用牽引式設(shè)備加載實(shí)驗(yàn)。控制軟件也具有自動(dòng)調(diào)節(jié)載荷的功能，可以通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控葉片頻率的變化調(diào)節(jié)頻率，也可以同步調(diào)整載荷。

（PPT圖示）該視頻是進(jìn)行的單點(diǎn)雙模塊的疲勞加載。右邊是雙軸疲勞加載的實(shí)驗(yàn)，很遺憾，因?yàn)樯虾Ｒ咔榈脑颍窘衲晟习肽陮⒃趯?shí)驗(yàn)室進(jìn)行的牽引式疲勞的雙軸加載實(shí)驗(yàn)推遲了，推遲到今年下半年進(jìn)行，所以雙軸方面目前就放了當(dāng)時(shí)在上海實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的雙軸加載的實(shí)驗(yàn)。

牽引加載設(shè)備有什么弊端？目前比較大的弊端是牽引纜繩強(qiáng)度的問(wèn)題，該問(wèn)題我們和同濟(jì)大學(xué)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，目前基本上滿足日常的測(cè)試需求。

最后給大家分享我們南通測(cè)試臺(tái)的基本情況。艾郎的南通實(shí)驗(yàn)臺(tái)從去年7月份開(kāi)始運(yùn)營(yíng)到現(xiàn)在進(jìn)行了10款左右的葉片測(cè)試，葉片長(zhǎng)度從80米覆蓋到接近110米，我們總共有4個(gè)工位，能測(cè)試120米以上的葉片，大家如果有需要的話可以會(huì)后與我們聯(lián)系。

以上是我今天發(fā)言的全部?jī)?nèi)容，謝謝！

（文章內(nèi)容來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)速記，未經(jīng)本人審核）