陈露露

（国电联合动力技术（连云港）有限公司，江苏 连云港222200）

风电叶片是将风能转化成机械能的核心部件之一，其质量的好坏直接影响整机的性能和发电效率，因此被称为风机的“灵魂”。目前大型风电叶片的结构都是玻璃钢蒙皮与主梁形式。在制造过程中，受工艺影响，叶片制作盲区难免会出现空泡、裂纹、缺胶、固化不良等结构缺陷。这些缺陷在长期交变载荷的作用下，会不断扩展并发展成为疲劳损伤。随着风机行业大型化趋势愈发明显，叶片长度在不断加长，对叶片的质量提出更高的要求，因此，在叶片制造、测试及运输过程中通过有效检测手段及早发现缺陷和损伤显得尤为重要。

目前，叶片现场检测多采用目视法和敲击法。两种方法虽然简单，但是对检测人员有极大依耐性，对于叶片内部缺陷损伤难以进行准确判断，因此风电叶片无损检测技术逐渐受到关注，并且将成为叶片缺陷检测的重要手段之一，但目前国内外提出的关于风电叶片的无损检测技术和标准都很少，多处在试验研究阶段，本文主要针对在叶片制造、测试及运行过程中发展较快的几种无损检测技术进行研究，同时对未来无损检测标准的发展进行了展望。

1 无损检测技术

目前无损检测技术已非常成熟，种类很多，但在风电叶片领域应用较多且发展较快的主要有：X射线检测技术、超声波检测技术、红外热波检测技术、声发射检测技术等。

1.1 X射线检测技术

X射线检测技术为射线数字成像检测技术，它采用X射线源，该技术利用小焦点或微焦点X射线源透射工件，然后通过光学技术、电子技术和数字图像处理技术将图像传输在显示设备上[1]，其检测原理如图1所示。

图1 X射线检测原理示意

X射线检测技术在航天航空复合材料检测领域得到了广泛应用，该技术同样也适用于风电叶片，特别对检测叶片空泡、夹杂等体积型缺陷有明显优势，对风电叶片中的树脂暴聚、纤维褶皱等缺陷也有一定检测能力，但是对于叶片裂纹和分层等缺陷的检测存在一定局限性。Jasiuniene E等开发了一种X射线检测系统，采用实时成像和360°旋转相结合的方法对含有缺陷的叶片样品进行检测，提高检测概率，检测结果表明叶片内部缺胶和结构不规则等体积缺陷能够被检测出来[2]。李俊杰等研究并提出了基于经验模式分解（简称EMD）和迭代阈值分割的缺陷检测算法，实验结果表明，该算法不仅从根本上改善复合材料X射线检测图像的质量，而且能显著增强图像缺陷特征，并能成功提取和分割缺陷区域，为今后复合材料的缺陷的自动检测和识别，提供了重要的理论依据[3]。

1.2 超声检测技术

超声检测技术，是工业无损检测中应用最广泛、使用频率最高、发展较快的一种无损检测技术，主要通过超声波在材料内部缺陷区域和正常区域发生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小，其检测原理如图2所示。该技术可有效地检测出风电叶片内部的分层、粘接区域缺胶等缺陷，同时也可以测量粘接厚度等。超声检测方法按照超声发射和接受方式可分为超声脉冲回波法和穿透法，这两种方法在风电叶片领域均已得到应用。Ye G等研制出一种二维超声无损检测系统，该系统通过自动扫描技术，对损伤区域用不同颜色进行识别，系统测试了玻璃钢叶片试样，结果显示其内部缺陷可以通过颜色很快的被识别出来[4]。安静等采用超声波-回波无损探伤技术对风电叶片梁帽与腹板粘接处玻璃钢进行扫查，研究表明，超声波能穿透对声音衰减强烈的玻璃钢区域，接收到粘接区域的回波信息，进一步验证了该技术的可行性[5]。

图2 超声波检测原理示意

1.3 红外检测技术

红外检测技术采用的是一种非接触式的检测手段，主要运用光电技术将物体表面的温度分布转换成人眼可见的图像，并以不同颜色显示物体表面温度分布的技术，其检测原理如图3所示。

图3 红外检测原理示意

按照引起温差的方式可分为主动式和被动式，目前应用较多的为主动式加热方法。红外检测技术由于其具有高安全性、高灵敏度和高检测效率受到广泛关注，它可以有效地检测出玻纤多层复合材料的内部缺陷，包括粘接、白斑、褶皱、鼓包等，可以为叶片的质量控制提供新的参考依据。岳大皓等采用红外热波无损检测技术对风电叶片中的白斑、褶皱及鼓包等缺陷进行检测，结果表明通过观察红外热像图可以看到这些缺陷，但是对于更深层结构的缺陷检测还待进一步研究[6]。

目前该技术在国内外的研究主要集中在理论和实验室研究阶段，为了适应在线在役检测的要求，该技术已逐渐从实验室发展到市场应用中。

1.4 声发射检测技术

材料中局域源能量快速释放而产生瞬态弹性波的现象称为声发射，其检测原理如图4所示。在加载或苛刻环境下，材料内部发生像裂纹、变形等变化通常就会产生弹性波的发射，因此，声发射检测技术不同于常规无损检测方法，它是一种动态非破坏性检测技术，具有高效、长距离、可实现在线检测等优点，但也存在缺点，除损伤信号以外的噪声会对其检测产生一定影响。

图4 声发射检测原理示意

Tang J等采用了声发射检测技术对风电叶片进行了疲劳损伤生长监测，通过对45 dB的高检测阈值进行抑制，从而抑制了疲劳载荷产生的噪声，将运行时间和信号关联，从噪声中识别出损伤检测信号，成功的检测到疲劳损伤的增长[7]。Krause T等提出了一种用于在风电叶片中检测裂纹声音的算法。该算法采用了一种降噪方法，通过对两个麦克风信号进行处理，大致定位了所检测到的损伤信号[8]。因此，声发射检测技术能够及时预测并定位叶片损伤位置，有利于提前采取补救措施，减少损失。

2 无损检测标准现状

目前国际上无损检测的主要标准有国际标准（ISO）、欧洲标准（EN）、英国标准（BS）、德国标准（DIN）、法国标准（NF）、日本工业标准（JIS）、美国材料与试验协会标准（ASTM）等标准体系。我国无损检测技术发展相对较慢，在标准的规范统一和体系构建方面还很薄弱，虽然与国际上有很大差距，但是在许多方面已取得进展，并具有中国特色，无损检测标准在检测术语、检测仪器、检测探头、压力容器检测方法、其他结构件检测方法等均已颁布国家标准、国家军用标准和行业标准，其余尚处于企业或者内部标准阶段。

虽然国内外无损检测标准已逐渐成熟，多个行业标准也相继产生，例如船舶、电力、工程建设、航空工业、化工、机械等行业，但是风电叶片行业的无损检测标准还几乎没有。随着无损检测技术在风电叶片中的应用越来越多，行业检测标准的制定也是迫在眉睫，其标准对于选择检测方法、确定检测方案、选择检测器材以及在新器材、新产品和新方法的开发上至关重要，其规范化对检测技术质量有着重大意义。结合国内无损检测标准，与风电叶片行业相关的复合材料无损检测标准如表1所示。

表1 国内外复合材料相关的无损检测标准

3 结束语

国内外无损检测技术已初步成熟，形成了一套比较系统的无损检测体系，但是风电叶片领域的无损检测技术大部分还处在研究试验阶段，还有更多可应用的无损检测方法待开发，而相应的检测标准却几乎空白。风电市场迅猛发展，风电叶片的质量竞争愈发激烈，对叶片的检测技术提出了更高、更新的要求。无损检测技术逐渐被广泛应用，在以往复合材料结构的无损检测实践中发现，必须根据不用的缺陷形式、是否在线检测以及其他要求采用不同方法进行检测，因此相应的检测标准的制定对于风电行业的发展具有毋庸置疑的先导性和重要性。无损检测方法是评估叶片质量的重要手段，只有选择合适的无损检测方法，建立合适的无损检测标准，才能有效的控制产品质量。因此，在研究风电叶片无损检测技术的同时，应该重视无损检测标准的建立。

[1]程耀瑜.工业射线实时成像检测技术研究及高性能数字成像系统研制[D]．南京：南京理工大学，2003．

[2]Jasiuniene E，Raisutis R，Sliteris R，Voleisis A，et al.NDT of wind turbine blades using adapted ultrasonic and radio graphic techniques[J].Insight，2009，51：477-83.

[3]李俊杰.复合材料X射线数字成像检测技术研究[D].太原：中北大学，2008.

[4]Ye G，Neal B，Boot A，Kappatos V，Selcuk C，Gan TH.De velopment of anultrasonic NDT system for automated in-situ inspection of wind turbine blades[C]//In：Proceedings of the 7th European workshop on structuralhealthmonitoring.Nantes，France；2014：781-788.

[5]安 静，徐 宁，张淑丽，等.超声波技术用于风电叶片粘结区域检测的探究[J].玻璃钢/复合材料，2015（3）：50-53.

[6]岳大皓，伍耐明，李晓丽，等.风电叶片红外热波无损检测的实验探究[J].红外技术，2011，33（10）：614-617.

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