风力发电机组叶片质量不平衡检测应用

风力发电机组叶片质量不平衡检测应用

刘耀华

甘肃省特种设备检验检测研究院  甘肃省兰州市  730050

摘要：由于风扇在快速变化的负载和恶劣的环境中长期运行可能会随着时间的推移造成疲劳损伤，因此叶轮偏差等结构性健康指标会降低，光线会使风扇偏离原始设计指标，导致风扇捕捉效率降低，并且数据表明，风扇性能下降或故障的大多数原因与叶片性能下降或飞机系统故障有关。不平衡的叶片故障占所有风扇故障的很大一部分。风扇叶片不平衡故障检测和分析可快速检测叶片的各种故障。早期预警－故障电流对降低故障率和维修成本以及提高风力发电机运行可靠性至关重要。

关键词：风力发电；机组叶片；质量不平衡；检测；应用策略

引言

近年来，风能作为清洁、廉价和可再生能源的新来源受到越来越多的关注，风能资源的开发已进入快速增长阶段。随着联网风力发电能力的提高，风力发电的主要组成部分开始出现故障。其中，车轮是风力吸收的一个关键组成部分，长期暴露在高海拔环境中，受到大气腐蚀、风蚀或闪电等损害，刀片的长期操作可能导致裂纹、沙子、跌落等缺陷叶片的一系列缺陷将导致叶片质量发生变化，导致叶片质量不平衡；在风机叶片生产过程中，加工误差、材料不均匀等可能导致叶片质量不同，不同质量的叶片可能安装在同一介质上，这也可能导致叶片质量不平衡。在风机运行过程中，由于叶轮质量不平衡，叶轮将产生离心力，不仅会引起传动系统振动，还会增加塔的振动，从而降低风力的稳定性。因此，如何发现和解决叶轮质量参差不齐的问题是一个需要紧急解决的重要问题。

1叶片制造常见缺陷

出厂前，叶片不受各种复杂多样环境的约束，由于未释放部分内部应力，因此缺陷通常反映在外观上，主要表现在:(1)弯曲。主要是由于纤维织物在铺设前未开、是否有覆盖物、杂质混合、铺设后纤维织物在注射前的滑动等因素。(2)未注射。以玻璃钢表示，有足够的胶、干纤维、弹出、气泡等。主要原因有:导向网布置不符合，真空试验不符合，模具温度、环境温度和湿度不符合注射时的技术要求，树脂混合程度不符合等。(3)粘接面缺少胶。主要原因是粘结面抛光不当，粘结面条件在粘结试验中没有准确测试，粘结剂的应用不均匀。(4)表面缺陷。主要在表面乳胶中没有清除，油漆表面不均匀、针眼、流量悬挂、条纹等。(5)堆芯姿势不合格，堆芯缺陷、位置差、堆芯偏差等。(6)清洁问题。出厂前，叶片内部没有按照要求清洗，外部污物等(7)堆场叶片保存不良引起的问题。主要表现为:高强螺栓螺纹保护不良，叶片保存方式不正确，起吊运输造成油漆损坏等。刀片的明显缺陷并不影响操作开始时的生产，但在振动、疲劳、风和太阳等条件下，它逐渐成为严重的质量问题，如裂纹、裂纹、变色、老化甚至断裂。

2气动不平衡产生原因分析

空气动力不平衡主要由叶片0度角偏差引起的叶片空气动力不平衡引起，叶片角度偏差的主要原因是:(1)叶片制造误差:叶片生产过程中需要零位定位， 根据螺栓孔或工作角度偏差，在组合和放置叶片后，使用工具打开叶片根部的螺栓孔。多重转换本地化标准不可避免地导致0度制造错误。(2)叶片安装误差:风扇安装和研制完成后，应在调试前对叶片安装角进行校准。根据叶片0度规则和轮毂0度基准，实际操作中经常存在叶片0度规则不精确和轮毂0度基本模糊等问题，很容易导致叶片0度实际操作不一致。(3)螺旋桨执行机构误差:电动螺旋桨风机角度位置由螺旋桨角度传感器和螺旋桨发动机绝对编码器确定。绝对编码器计算螺旋角。必须建立螺旋减速器与螺旋轴承之间的传动比。长期运行误差的累积受0度角偏差的影响，导致叶片角度不一致。(4)叶片状态:如果叶片受到损伤和修理、表面处理或表面空气磨损或严重污染，叶片外表面状态发生变化，导致三个叶片空气动力学方面的不规则。此时，还必须调整0度角。否则，角度差为0度。

3实施方案

对于经常报告塔振动重大故障并通过数据分析系统进行分析的风力机组，应按照以下步骤进行叶轮质量不平衡检测:(1)使用高精度望远镜对机组叶片进行非起吊面检查，并记录损坏托盘的程度。(2)对单位进行叶轮质量不平衡检测试验，准备表1等测量设备。

（3）对于机组登船试验，测量时风速小于3m/s。(4)如图所示，使用钢笔均匀地标记齿轮箱进口环外部的12个点和主轴上的随机h点。

图2齿轮箱、主轴标记图

使用锁销锁定叶轮，拆卸齿轮箱高速轴上的轴联轴器屏蔽，将鱼线固定在轴联轴器紧固螺栓上(图3)，测量和计算螺栓中心与轴联轴器旋转中心之间的r距离(6)在保证轴联轴器和制动盘转动不会危及人员和设备安全的前提下，保持机组处于螺旋桨状态，离开叶轮锁销，松开齿轮箱高速轴制动器。(7)在齿轮箱高速轴上进行手动变速器，调整主轴上标记的h点，使其与齿轮箱外环上标记的12点相匹配。使用压力计捕捉鱼线，保持轴联轴器静止，测量轴联轴器上紧固螺栓点外的切向拉伸，保存完好。(8)为连续测量的拉伸值绘制虚线，以验证测量数据的准确性。如果测量是精确的，则数据曲线必须是正弦曲线。如果理论曲线不匹配，则必须拆除路肩的出口端，以减少阻尼并重新测量数据。(9)根据数据曲线计算叶轮不平衡质量引起的扭矩。当拉力f达到最大值时，如果主轴倾向于顺时针旋转，则表示不平衡的质量在3点方向；如果主轴倾向于逆时针方向旋转，则不平衡的质量方向为9点。叶轮不平衡质量造成的最大扭矩为:t1 = mgr = fmxri(10)，不平衡叶轮得到平衡处理时，必须在轮毂上不平衡质量位置的相反方向上添加平衡。假设添加重量的位置距离叶轮的中心。则需添加配重质量为：

图3齿轮箱高速轴处联轴器

4叶片质量控制要点

4.1审核叶片厂家资质

工程师应仔细检查与生产资格、质量管理体系、设备状况、工艺等有关的文件。叶片制造商。由于项目单位通常是购买所有风扇设备，而且风扇厂的托盘部分通常是由承包商生产的，因此承包商应向项目业主提出建议，并对技术水平不高的制造商进行严格控制。

4.2严控原材料质量关

叶片原料是叶片质量的基础。根据设计选择原材料后，叶片制造商和监理工程师应共同对出厂时的叶片原材料进行检查:如果确定了制造现场的关键证人，则加强了出厂时叶片原材料加工前的质量控制；检查原材料品牌、规格参数、质量认证文件等符合合同规定；从技术角度检查工厂，并比较物理化学性能等关键指标是否符合设计标准。

4.3加强储运及装卸的管控

(1)对于出厂检验过但尚未发货的产品设备，检查储存地点、储存条件等。产品满足文档存储要求。(2)在装载货盘前，工程师应检查运输计划，检查货物的运输方式、运输条件和应采取的预防措施，检查是否符合市场要求，并进行相应的监理。运输刀片时，不应让刀片水平放置，否则会影响刀片的强度；在运输过程中，每个叶片必须至少具有两个支撑点，一个位于叶片的根部，另一个位于叶片长度(可变叶片)或叶片体长度(固定滑动)的三分之二左右，以便能够均匀分布弯曲。(3)叶片的装卸应严格遵守规定，使用正确的起重工具。

结束语

简而言之，作者提出了一种车轮质量不平衡检测方法和一种对传动系统中装有变速箱的风力发电机进行检测的实施方案，为叶轮的平衡提供了理论依据。此外，随着气动失衡加剧，风机风力利用率下降，功率曲线下降，年发电量下降，严重影响了企业的经济效益。

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