专利名称：风轮机叶片的无损检测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及风轮机的领域。本发明尤其涉及对应尽可能检测的风轮机、特别是大型风轮机的叶片的完整性的无损检测，而无需拆卸叶片。
背景技术：
通过风轮机生产能量特别是电能的行业快速增长。对用风轮机集聚最大能量的关注及对规模经济的追求，致使设计具有根据叶展的大长度的叶片和支撑大高度机舱的塔架的越来越大的机器。目前，风轮机的叶片达到大于50米的叶展尺寸，超过75米的样机在建造中。这些叶片受到很多约束，这些约束导致用金属材料和/或复合材料制造这些叶片。使用的复合材料是这样的类型:包括如ICevIar 纤维的有机纤维、或者如玻璃纤维或碳纤维的无机纤维，其以叠置层保持在硬质有机树脂基体中，以形成叶片的不同的装配件。已知的不同技术可用于制造这种叶片，但是，当叶片在风轮机上运转时，叶片承受很大的机械应力，必须定期检测这些机械应力，以确保叶片完整性及其良好的时效。出于经济上的考量，大型风轮机的叶片尺寸不能考虑拆卸或运输叶片来进行经常性检测，因此，在气象条件许可时应对风轮机本身进行所述经常性检测。检测质量及检测频率则是在缺陷出现的最早阶段探测所述缺陷如裂缝、分离或脱层的存在以及在结构损坏要求进行大修、甚至使叶片和风轮机完整性处于危险中之前修理这些叶片所必要的。为进行叶片结构的检测，应用于金属结构或复合材料结构的各种已知的无损检测(CND)技术可用于风轮机叶片上，特别是与渗透探伤技术和荧光技术相关或不相关的叶片表面的目视检测、以及通过射线检验或超声波对组装件和材料的检测。这类技术尤其在工厂用于在叶片制造时和叶片安装之前检测这些叶片。不管采用什么CND无损检测技术，在使用中的风轮机叶片的情况下存在的一个问题在于接近叶片外表面的所有位点以在此进行检测作业所遇到的困难。已经提出过各种解决方案来解决接近叶片不同部位的问题。例如从文献W02009/121792和W02009/155918中已知的一种解决方案在于:使用沿着支承风轮机的塔架活动的台架，使得当叶片向下竖直保持、因而平行于塔架时，可由从台架工作的操作人员沿叶片在任何高度上检查叶片表面的每个位点，以便例如进行目视检测或者超声波检测。当检查完一个叶片时，台架再下降，然后风轮机转动以使另一个叶片竖直安置，接着对该另一个叶片进行检查，重复所述作业直至所有叶片都被检测。这种无损检测方法的主要困难源自于这样的事实:检测操作由位于台架上的操作人员进行，台架需要在困难的条件下升高到地面上方的数十米处，这需要风轮机很长时间停机以进行检查，限制了检测质量，对操作人员具有潜在的危险性，而对其的掌控是强制性的。此外，这种机舱本身需要进行许多安全性检测，以便能够在符合现行标准下使用。文献US2010/0132137提出另一种装置，其使用一种在叶片上移动的自主的自动装置。在这种情况下，待检测叶片布置于水平位置，其前缘朝上，自动装置具有滚动件，滚动件支承在叶片前缘上以沿叶展移动。但是，通过仅有接近叶片前缘的区域可被检测到的事实及自动装置的位置证明是不稳定的事实，证明了这种自动装置的能力有限。此外，自动装置接触叶片的移动需要采取预防措施，以使叶片在自动装置进行标准或非标准运行时没有受损坏的可能性。另外，目视检测技术仅允许探测从叶片外部可见的、尺寸足以使能被观测到、即往往在缺陷非常前期的缺陷，而可探测内部缺陷的超声波检测技术长期得到应用。

发明内容
本发明这样来简化对风轮机叶片的检测并提高其维护质量:提供在较近时间间隔进行高质量检测的可能性，而无需长时间停止风轮机，以便尽早探测到叶片的任何损坏。为此，本发明的对风轮机叶片一其中叶片结构具有蒙皮，考虑到可位于叶片内部的结构元件或非结构元件，至少部分地，蒙皮确定叶片外表面和叶片中空内部空间一进行无损检测的CND无损检测方法包括:-第一步骤，用于通过改变充填叶片内部中空空间的流体的至少一物理特性来施加应力(solIicitation)于叶片结构,如果允许叶片内部空间与大气相连通,则所述流体特别是空气；-第二步骤，用于观测叶片外表面的待检测区域，所述观测包括利用与外表面相隔一定距离保持的一个或多个传感器在所述外表面的一些位点上无接触地测量对所述第一步骤的应力施加敏感的至少一个物理参数，以建立对所述待检测区域所测物理参数的值的测量图表；-第三步骤，用于通过将在所述第二步骤的过程中测得的值与对于无显著缺陷的叶片所期望的额定值即对应完好叶片的值进行比较，来探测异常。在CND无损检测方法的第一实施方式中，主要改变的物理特性对应叶片内部中空空间中的流体的温度。该流体温度在第一步骤的过程中达到与叶片外部温度不同即更大或更小的数值，第二步骤的过程中所测的物理参数对应叶片外表面的温度。通过采用常规的加热或冷却部件加热或冷却所述流体、同时确保流体循环到叶片中空空间内，来获得温度的改变。在该实施方式中，精确的快速测量有利地用红外测温法与测量传感器无物理接触地进行，所述测量传感器在测量期间与叶片外表面保持一定距离。在CND无损检测方法的另一实施方式中，主要改变的物理特性对应叶片内部中空空间中的流体的压力。该流体压力在第一步骤的过程中达到与叶片外部压力不同的数值，即达到低压或高压，在第二步骤的过程中所测的物理参数相应于叶片外表面的表征该外表面几何形状的几何尺寸或对应在压力变化的作用下该外表面变形的尺寸变化。根据所述方法的该实施方式，差动压力的产生利用泵实施，所述泵密封地连接于叶片中空空间，至少在检测期间，该叶片中空空间没有直接连接到环境大气。在该实施方式中，叶片外表面的几何尺寸或其变形有利地用激光遥测法、数字摄影测量法、激光干涉测量法甚至或剪切照相(shearographie)法无接触地进行测量。在一实施方式中，在所述第三步骤时进行的异常探测包括比较步骤，所述比较步骤用于比较在每个位点的测量值与在所考虑位点的相邻位点的测量值，以建立所测物理参数的值的对照图表，所述异常探测还包括将所述对照图表与所述叶片的内部结构相关联的步骤，这允许除对经受检测的叶片所测得的值以外无需具备其它比较基准，就可探测异常。在另一种实施方式中，将测量图表与被测参数的值的基准图表进行比较，所述基准图表有利地是这样建立的基准图表:其根据所述方法的第一和第二步骤对一个视为无缺陷的叶片一必要时对在运转之前经受过CND无损检测的一个已检测叶片、或对多个视为无缺陷的叶片进行测量来建立，因而可实现表示同型所有叶片的平均基准图表；或者所述基准图表是采用所述方法对叶片数字模型进行数字模拟所建立的理论基准图表，从而可实现被测叶片的没有所探测的缺陷或没有与制造问题有关的任何人为缺陷的基准图表，还可模拟缺陷以具有根据所述方法的其测量图示；或者所述基准图表是混合测量值和模拟获得的值所建立的基准图表。为便于说明相对于基准图表可观测到的异常，CND无损检测方法有利地包括第四步骤，所述第四步骤用于通过将对于每个观测到的异常在测量过程中实时地或延时地识别出的异常、与其特征储存在异常数据库中的已知异常进行比较，来表征缺陷。本发明还涉及CND无损检测系统，其适于实施本发明的CND无损检测方法，以检验风轮机叶片的结构完整性，所述叶片具有蒙皮，其限定叶片外表面和叶片内部中空空间，CND无损检测系统具有:-空气热力装置，其改变充填叶片内部中空空间的流体的物理状态；-测量装置，其使用一个或多个无接触式传感器来测量叶片外表面的至少一个物理参数；-测量结果处理装置，其构造成建立叶片外表面的所述至少一个物理参数的测量值图表及识别测量值图表的异常。根据第一实施方式，CND无损检测系统对应所述方法的第一实施方式,空气热力装置是加热装置，例如其具有加热电阻，或者是冷却装置，例如冷却压缩机组，其改变叶片内部中空空间中的流体的温度，以使该温度达到与叶片外部温度不同的呈正值或负值的数值，无接触式测量装置使用测量叶片外表面温度的热成像摄影机，或使用可无接触地测量表示叶片外表面温度的数值的任何其它传感器。在可具备简化了进行检测用的CND无损检测系统的安置的预装备叶片的一实施方式中，改变叶片中空空间中的流体温度的加热装置的加热部件被固定在叶片内的中空空间中，所述加热部件具有一个或多个加热电阻和/或保持流体循环到中空空间中的保持部件。根据另一实施方式，空气热力装置是压力发生装置，例如气泵，其改变叶片内部中空空间中的流体例如空气的压力，在检测作业期间使该压力保持在与叶片外部压力不同的具有预定的为正或负的差距的受控数值。为了 CND无损检测系统的该实施方式的需要，无接触式测量装置在第一实施方式中使用一个或多个用于在检测过程中用数字摄影测量法测量叶片外表面几何形状的测量装置，或者在另一实施方式中，其使用扫描测距仪，用以在遥测检测的过程中测量叶片外表面的几何形状。还可使用其它的传感器无接触式测量装置，如激光干涉仪或剪切照相装置，用以测量叶片外表面在叶片中流体压力变化的作用下的变形。在CND无损检测系统中使用的这些装置的优点在于工业上是可获得的且成本比较低，从而可考虑在每个风轮机中持久地安装一个空气热力装置以在进行检测作业时便于CND无损检测系统安置的可能性。选择允许扫描叶片的无接触式传感器测量装置以及传感器支承件，有利地考虑到所要求的测量的快速性和精度，还考虑到可能随风轮机的安置而多变的环境条件。根据风轮机的可接近性条件，及根据检测快速性还是其它条件优先，无接触式测量装置可在测量期间与风轮机相距一定距离、通常约为风轮机高度，被固定于地面上、陆地车辆上或水面船舶上，或无接触式测量装置可被固定于叶片附近沿所述叶片活动的空中台架，以在通常为叶型弦长的较短距离、或甚至接近叶片表面进行测量，其由支承在叶片上在叶片上移动的自动装置承载。空中台架例如由相对于叶片位置受到控制的旋转翼无人机或旋转翼微型无人机支承在空中，或者由相对于待检测叶片位置受到控制的、轻于空气的系留气球支承在空中。


通过阅读下面参照附图对本发明的非限制性实施例的说明，本发明的其它特征和优越性将得到更好理解，附图如下:图1是大型三叶片风轮机的实施例的总透视图；图2a是一叶片部段的透视图，示出叶片内部结构，其包括具有两个腹板的箱式梁体；图2b是一叶片部段的透视图，示出叶片内部结构，其具有梁体，所述梁体具有唯一的腹板，该腹板分开前缘箱和后缘箱；图3是本发明的CND无损检测系统的空气热力装置的布置示例；图4a示出本发明的CND无损检测系统的测量装置的利用旋转翼无人机或旋转翼微型无人机的空中台架的第一实施方式；图4b示出本发明的CND无损检测系统的测量装置的利用系留气球的空中台架的第二实施方式；图5是本发明的方法的简化框图。
具体实施例方式对如图1上所示的风轮机100的叶片10进行称为CND的无损检测的本方法，基于采用离开叶片即不接触测量传感器进行观测的传输测量技术。在本文献中，表述“无接触测量”意味着:用于实施测量的传感器不与被检测叶片表面进行物理接触，来进行测量，但是所述传感器的支承系统可支承在叶片上，以与表面相距一定距离地保持所述传感器。风轮机叶片10呈具有大伸长度的浮升流线形状，其外表面19由一系列气动型部11在几何上确定，每个气动型部11相应于上覆层111和下覆层112的几何形状，上覆层111和下覆层112在前缘113和后缘114之间，确定叶片的外表面19，如图2a和2b所示。叶片10固定在转轴上，所述转轴连接于技术机舱30，所述机舱30位于塔架20的上部分，集装风轮机的功能元件:发电器，减速器，叶片螺距控制器等，这里不予详述。出于最大程度减轻叶片质量的原因和为节省其制造材料，叶片10，如同通常大部分的大型风轮机的叶片，是中空的。为确保叶片在其运转时所产生的气动力的传输及气动功能，叶片10实施成或多或少有些复杂的箱式结构的形式，但其如图2a上所示往往具有纵向箱，该纵向箱形成沿叶展的叶片梁体12。这种梁体12例如具有基本呈矩形的截面，即具有至少两个腹板:前腹板121a和后腹板121b，它们由基板122a、122b连接，梁体12被覆以蒙皮13，蒙皮赋予叶片以沿叶展随位置变化的其气动外型。蒙皮13可由多个元件形成，用以在其前缘113侧及在其后缘114侧重构叶片的下覆层112和上覆层111，它们按照已知方法例如附接固定方法和/或胶接方法，相互间装配在一起并装配于梁体12。根据叶片10的该实施方式，所述叶片具有相对蒙皮13的内部的中空叶片空间18，其具有呈多箱的总体结构:在图2a所示的情况下，在前缘113和梁体12的前腹板121a之间的前缘箱14、在梁体12的后腹板121b和后缘114之间的后缘箱15、在梁体的前腹板121a和后腹板121b之间的梁体箱16。应当注意的是，如图2b上所示，梁体12也可仅具有唯一的腹板121a，在这种情况下，叶片的抗扭刚度由前缘箱14和/或后缘箱15确保，而没有梁体箱；或者相反地，可具有这样一个梁体:该梁体具有多于两个的腹板，限定多个梁体箱，该解决方案未被示出。叶片的处于由外表面19确定的空间中的结构元件，这里根据情况部分地或全部地集于“内部结构”表述下。根据图5上以示意方式所示的本发明的CND无损检测方法200，通过改变充填叶片中空空间18的流体的至少一物理特性，叶片10经受对其结构的应力施加；以如下方式在叶片的外表面19处观测该内应力的效应:在所述外表面的不同位点测量对内应力敏感的至少一个物理参数，以通过与每个位点处的物理参数的基准值进行比较，探测可能符合叶片结构缺陷的被测参数的值的异常。在方法200的第一实施方式中，通过改变流体温度实现对结构的应力施加，所述流体理论上是在环境压力的空气，或者必要时是任何其它流体，在该第一方式中，其用于填充中空空间18和用作载热流体，占据中空空间18 ;温度变化对结构的效应由测温部件从所述叶片的外部观测，以致由此导致的叶片内部及其外部之间的温度梯度与内部温度的变化结果，通过能量以热形式向其传输的蒙皮12、13的外表面19处的其热效应来观测。在第一步骤201中，相对于叶片外部的空气温度改变叶片内部的流体温度。这种内部流体温度变化引起叶片内部与叶片外部之间的结构中的热流，热流在每个位点取决于该热流通过的结构的本地特性，其效应可从叶片外部在叶片10的外表面处观测到，在此所述效应通过随内部结构的不规则性而变化的温度差来表现。应当注意的是，叶片内部温度可被带到高于外部温度的数值或低于外部温度的数值，以引起所需要的热流，于是，根据内部流体温度是增加还是降低，相对于外部环境温度按照叶片表面的所考虑部位，所述效应通过更热或较冷的部位或者更冷或较热的位点表现在叶片的外表面19处。在第二步骤202中，观测叶片的外表面19，以建立所述外表面的热图表，实际上是在经受检测的叶片外表面的区域的不同位点测得的温度的图表，在其中，所述表面的每个被测位点与测得的温度相关联。在第三步骤203中，分析在第二步骤202时建立的测量温度的图表，以识别热异常，即在叶片表面的温度差，所述温度差不反应在叶片表面的期望温度差。热异常识别在该第三步骤203的一实施方式中具有这样的识别步骤:对热图表进行热反差识别，所述热反差没有相应于由于内部结构元件的存在所期望的效应，特别是没有相应于在被观测区域与叶片内这种结构元件的已知存在相应时由于内部结构的存在所期望的热反差。热异常尤其通过以下方式识别:测得温度与期望温度之差距的征候；和/或反应热异常之间的强度的对照，即测得温度和期望温度之间差距的绝对值；和/或具有热异常的区域的范围。在该第三步骤的一种实施方法中，热异常这样来探测:分析源于测量的热图表的反差，即叶片表面的测量温度的每个位点与相邻位点的测量温度进行比较，以识别在叶片表面的不对应内部结构元件特性的温度梯度。在该第三步骤的另一实施方法中，将测量温度图表与对类似结构的完好叶片预先获得210的所谓基准图表的热反差或温度基准图表相比较，以得出在任何测量位点都与这两个图表之间的热反差强度或温度差相对应的热异常图表，其中所述测量温度图表必要时转换成热对照图表，即与基准温度相关联，以便在测量时抵消外部温度的影响。这里，应当注意的是，一个叶片具有许多正常的结构“缺陷”——它们是叶片内部结构和叶片生产工艺所引起的结果，它们导致一种复杂的基准图表，小的结构缺陷的效应在该复杂的基准图表上难以直接观测到。通过如下方式例如获得210基准图表:理论上在工厂、对一个或优选多个完好的被检测叶片进行的试验；必要时，对使用中的经受过检测的叶片进行的试验211 ;采用任何适当的CND无损检测技术，例如超声波无损检测技术，以便建立一种通过测量确立的基准图表。用于形成基准图表的另一方法在于:实现叶片结构的详细数字模型，用数字模拟法确定一个或多个以理论方式建立的基准图表。在第四步骤204中，分析热异常图表，以识别与这些热异常相对应的缺陷的类型和严重程度。实际上，缺陷的类型和严重程度根据异常部位的观测到的热异常的范围、特别是根据热异常强度、和下层内部结构的重要性加以确定。作为非限制性示例，对应与由狭长区域限定的叶片外部与叶片内部流体之间的温度差具有相同征候的、相对于期望反差增大的热反差的热异常，以很高的概率表明壁中有裂纹，具有其变化相对于叶片外部与叶片内部流体之间的温度差呈相反征候的热反差的大面积扩散热异常，以很高的概率表明叶片蒙皮13有局部脱层区域或者内部结构元件脱落。有利地，具有可被观测到的异常的特征的数据库220，允许更快速地描绘这些缺陷的特征。这种数据库220有利地这样实现:对叶片数字模型进行缺陷数字模拟，以便至少描绘在分析风轮机安全性时被视为最关键的缺陷的特征。优选地，该数据库220根据所进行的观测予以充实，这些观测在可超过15年的风轮机使用寿命的过程中，强调在叶片维护范围内已通过本发明的方法探测到的、然后表征过的缺陷。一旦缺陷被探测和表征过，通常进行适当的维护作业205:加强监控缺陷及其变化，现场检修，或拆卸叶片以进行检修。所述方法的优越性在于，它允许进行缺陷的早期精确探测，因而降低监控和维护成本及降低风轮机不可用的危险性。在所述方法的另一实施方式中，通过在占据叶片中空空间18的流体与叶片外部空气之间施加为正或负的差动压力，来实现对叶片结构的应力施加201。在该实施方式中，限于与叶片结构强度相容的一些数值的差动压力，引起可通过物体几何形状测量方法在外表面19处观测到的叶片结构变形。为了对叶片的外表面19的几何形状进行无接触测量，例如，使用激光遥测、或数字摄影测量、或激光干涉测量甚至或剪切照相的测量方法。与所述第一实施方式类似地，实施202然后分析203外表面19的图表，这里是所述表面在差动压力作用下的几何变形图表，以便识别经受差动压力的叶片10的几何异常，即外表面19的不符合考虑到内部结构所期望的几何变形的变形。几何异常的识别在第三步骤203的一实施方式中产生于对变形的识别，这些变形相对于叶片表面的相邻区域，由于在叶片表面的变形位置和/或其形状和/或其幅度而不对应内部结构元件。在另一实施方式中，通过在经受差动压力的检测过程中的叶片10的外表面19的几何形状、与也经受差动压力的类似的视为无缺陷叶片的外表面的几何形状之间实施扣减(soustraction)，而获得异常图表，所述外表面19的后一种几何形状对应采用差动压力所获得的几何形状在这种情况下的基准图表，必要时以两次试验之间使用的压力之差的效应对其进行校正。因此，异常图表具有非期望变形的叶片区域，带有关于所述区域的位置和所述变形幅度的信息。通过对预先检验过的和视为无缺陷的叶片的物理试验或数字模拟，可获得210经受差动压力、用作异常确定参考的无缺陷叶片的形状，必要时，通过对使用中的经受过检测的叶片的物理试验获得211所述无缺陷叶片的形状。于是将所述异常与缺陷数据库进行比较220，所述缺陷数据库给出已知异常的特征，这些特征是通过模拟或根据经验建立的特征。本发明还涉及CND无损检测系统，用于根据本发明的CND无损检测方法对风轮机叶片进行无损检测。为实施CND无损检测方法的所述第一实施方式，CND无损检测系统具有用于改变叶片10内部流体温度的第一空气热力装置40，如图3上所示。空气热力装置40具有发生器41，发生器41改变流体、有利的是空气的温度，在该实施例中，发生器产生内部空气43，内部空气的温度不同于外部空气温度，比叶片10外部空气更热或更冷。温差一方面足以在叶片10的结构中引起热梯度，从而导致在叶片的外表面19处可探测到的温度变化，温差另一方面限于与叶片中应用的材料和装配方法相容的温度值。在使用输送到叶片内部的过热流体的一实施例中，流体温度例如在70摄氏度至120摄氏度之间，根据考虑风轮机叶片的当前技术和可使用的常规的温差探测部件的这两种标准，这种温度是可接受的。尽管可探测到的缺陷的最小尺寸理论上取决于由所用部件可观测到的温差的最小值，但有利的是考虑在叶片表面可探测到的约为0.01°C的温差，以避免使用复杂和昂贵的测量部件，这类测量部件用于风轮机的环境中在经济上太不合算。与该级别温差探测相兼容的热成像摄影机采用适当的光学系统，能够在十米的距离上提供优于厘米级的分辨率。在一优选实施方式中，空气发生器41安装在技术机舱30中，空气发生器在机舱中固定安装和专用于所考虑的风轮机，以允许进行检测作业，而无需用于操作所述发生器的特殊的后勤设施。空气热力装置40还具有分配器42，其分配空气发生器41所产生的空气。这种分配器42主要由一个或多个柔性或刚性的喷管组成，所述喷管在叶片基部17处将热空气或冷空气从空气发生器41引向叶片10内部，以使热空气或冷空气由所述叶片基部的轴向开口注入叶片的中空空间18中。在这种情况下利用风轮机叶片的总体结构，其叶片基部17对应位于固定到机舱30的侧上的端部，是可通达的。在本发明的情况下，空气43注入到叶片10的中空空间18中，以沿随预定通路如叶片的整个中空空间、或至少期望的空间，其由来自空气发生器41的热空气或冷空气43的连续流通过。为确保这种结果，有利地利用叶片10的必要时进行调节的内部结构，以使由叶片基部17注入的空气43沿叶展经由所述箱14、15、16中的至少一个穿过整个叶片，直至沿叶展与叶片基部相对的叶片端部附近，及经由其它箱从端部向叶片基部沿相反路径流动。在叶片区部示于图2a上的叶片示例中，空气例如注入到梁体箱16中，经由叶片蒙皮所形成的前缘箱14和后缘箱15沿相反的路径流动。梁体的腹板121a、121b具有开口，这些开口允许空气从注入空气的箱朝空气沿相反路径流动的箱循环。这些开口布置在叶片端部附近，必要时沿叶展分布，以分配在其它箱的不同位点的注入空气，和以确保流体在中空空间18中快速均匀温度的实现。为确保空气循环，注入空气43也在叶片基部17处从叶片排出44。从叶片排出的空气44可向外释放，围绕喷管流动，但是有利地，空气以闭路保持，用以其加热或其冷却的更佳效率，从叶片排出的空气44向空气发生器41回流，以便在其中再循环。在这种情况下，排出的空气可释放到机舱30中，空气在其中由空气发生器41提取，或者通过一个或多个专用排出管从叶片基部17向空气发生器41返回，这是未示出的一个解决方案。喷管和排出管的布置没有特殊问题，但是，考虑到风轮机叶片运转时的旋转，这些管优选是可拆卸的，以避免复杂的旋转接头。有利地，风轮机100的叶片10 —个接一个地进行检测，可拆卸的管可使空气发生器41相继连接于每个叶片，以进行检测。在一实施变型中，加热部件如一个或多个电阻持久地或者在检测时被安装在叶片内部，以加热叶片内部的空气，有利地，空气通过本身同样持久或非持久地安装在叶片中的一个或多个风机或涡轮机，在叶片内被强制循环。为实施所述方法的所述第一实施方式，该系统还具有测量叶片外部表面温度的第
二测量装置50。测量装置50实现至少在叶片10的应经受通过所述方法的检测的一些区域中、对于每个表面的叶片10的热图表。在一优选实施方式中，第二装置是测温系统，其使用无接触式传感器51如热成像摄影机。热成像摄影机本身是常规型式的热成像摄影机，该热成像摄影机使用红外传感器，其分辨率和温度探测性能根据缺陷探测中所需的精度加以选择。传感器51由支承件支承，支承件可使摄像机镜头的视域扫描叶片的整个待检测外表面。这种支承件例如是陆上支承件，即在测量期间，其承靠于地面或陆地车辆上，或者对于安装在海上环境的风轮机的情况其承靠在水面船舶上，如支承传感器51以对叶片外表面的不同区域进行测量的铰接支承件。必要时需平稳的支承件运动，可以手动或自动进行，有利地，无接触式测量装置具有定位部件，用于使每次测量关联于叶片表面的被测区域。这种定位部件可具有一个或多个位置传感器，位置传感器指示支承件的位置和朝向，其实际上相应于在传感器测量过程中的叶片表面区域52，以使传感器所实现的每个图像能够与叶片10的该图像相对应的表面部分相关联。这种定位部件还可具有由风轮机叶片承载的识别部件，例如在叶片外表面19上沿叶展的刻度尺，在传感器51进行测量的同时读取或记录所述刻度尺。在另一实施方式中，支承件是由飞行装置支承在空中的空中台架，其如旋转翼无人机或旋转翼微型无人机53a，如图4a所示，又或者如用轻于空气的气体充胀的系留气球53b，如图4b所示，其承载传感器51和以与叶片表面相距一段选定距离沿叶片10移动。在这些实施例中，对空中台架53a、53b的控制可由地面操作人员或由自动操控仪进行。在该实施方式中，有利地，在天空中的空中台架的位置传感器，例如通过激光遥测，必要时通过所述空中台架上的传感器51的变向，和/或通过探测标记如叶片外表面19上的可见目标，允许操纵空中台架和使传感器形成的每个图像与相应的叶片表面部分52相关联。使用空中台架53a、53b，允许用低成本传感器进行比远距离摄像时具有更高分辨率和精度的近距测量。在未示出的支承件的另一实施方式中，自动装置在叶片10上活动地安装，使得能够通过支承在叶片本身上而沿着所述叶片的经受检测的整个叶展移动。自动装置载有至少一个无接触式传感器，有利地载有多个传感器，所述传感器对叶片外表面的不同部分例如下部分和/或上部分以及前缘区域进行测量，以便在沿叶展的单一路线或沿叶展的往复路径对叶片的宽大表面进行测量。根据所述传感器的支承件的实施方式，所述传感器适应于到叶片10表面的距离，在所述距离上应进行所述测量。例如，在摄像机类传感器的情况下，根据用大视域镜头近距离所必需地从自动装置还是用视域窄小的镜头从地面或空中台架远离地进行观测，摄像机配有较长或较短的聚焦镜头。为了实施所述方法的第二实施方式，第一空气热力装置40是压力发生器，其由分配器42密封地连接于叶片10的内部中空空间18，以将流体例如空气以高于或低于外部空气压力的压力引导到该内部空间，并使压差或差动压力保持在基本恒定的所需的预定值。在这种情况下，叶片的不同箱14、15、16通过梁体的腹板121a、121b中的开口彼此间连通，以使压力在叶片内部均匀。测量期间在叶片内部和外部之间需保持的差动压力随叶片结构和叶片外表面变形的测量装置的灵敏度而变化。实际上，对于已知的叶片，10毫巴至100毫巴的差动压力一般就足以产生可观测到的变形，而不会有损坏经受该差动压力的叶片的风险。在该实施方式中，第二测量装置50利用无接触式传感器51进行叶片外部表面的几何测量，从而绘制所述传感器所观测到的表面区域52的几何形状。这种传感器51例如可由激光扫描测距仪组成，激光扫描测距仪可获得约为0.01毫米的测量精度，或者这种传感器51由数字摄影测量装置、或激光干涉仪或剪切照相装置组成，这些装置可获得接近的精度，如同在所述第一实施方式中，根据所用传感器的性能和所需精度，其可布置于地面，固定于空中台架53a、53b或由用于沿叶片移动的自动装置承载。另外，CND无损检测系统还具有测量结果处理装置。这种测量结果处理装置有利地具有计算机，计算机具有计算单元、存储器、和数字数据贮存部件，用于实时或延时接收实现的测量结果、存储基准图表和异常数据库，计算机还具有显示器，用于向负责检测的操作人员呈现测量结果。计算单元是程序控制的，用以构建表示对叶片表面被测参数的测量值的图表，及用以显示获得的图表，优选地用以构建和显示异常图表，异常图表例如显示在显示屏上和/或打印，利用表现在叶片所考虑每个位点上的异常的强度的色码来使叶片视图上的异常显现。
权利要求
1.CND无损检测方法(200)，用于无损检测风轮机的叶片(10)，所述叶片的结构具有确定所述叶片的外表面(19)和所述叶片的内部中空空间(18)的蒙皮(13)，其特征在于，所述CND无损检测方法包括: -第一步骤(201)，用于通过改变充填所述叶片的内部中空空间(18)的流体的至少一物理特性，施加应力于所述叶片的结构； -第二步骤(202)，用于观测所述外表面(19)的待检测区域，所述观测包括在所述外表面(19)的一些位点上用测量传感器无接触地测量对所述第一步骤(201)的应力施加敏感的至少一个物理参数，以建立对所述待检测区域所测的所述物理参数的值的测量图表； -第三步骤(203)，用于通过将在所述第二步骤的过程中测得的值与对于无显著缺陷的叶片所期望的值进行比较，来探测异常。
2.根据权利要求1所述的CND无损检测方法，其特征在于，改变的所述至少一物理特性对应所述内部中空空间(18)中的流体的温度，所述流体的温度在所述第一步骤(201)的过程中达到与叶片外部温度不同的数值；并且，在所述第二步骤(202)的过程中所测的所述物理参数对应所述叶片的外表面(19)的温度。
3.根据权利要求2所述的 CND无损检测方法，其特征在于，用红外测温法无接触地测量所述叶片的外表面(19)的温度。
4.根据权利要求1所述的CND无损检测方法，其特征在于，改变的所述至少一物理特性对应所述内部中空空间(18)中的流体的压力，所述流体的压力在所述第一步骤(201)的过程中达到与叶片外部压力不同的数值；并且，在所述第二步骤(202)的过程中所测的所述物理参数对应所述外表面(19)的几何尺寸，该几何尺寸表征所述外表面的几何形状。
5.根据权利要求4所述的CND无损检测方法，其特征在于，用激光遥测法、数字摄影测量法、激光干涉测量法或剪切照相法之一来测量所述外表面(19)的几何尺寸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的CND无损检测方法，其特征在于，在所述第三步骤(203)时进行的异常探测包括比较步骤，所述比较步骤用于比较在每个位点的测量值与在所考虑位点的相邻位点的测量值，使得建立所测物理参数的值的对照图表，所述异常探测还包括将所述对照图表与所述叶片(10)的内部结构相关联的步骤。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的CND无损检测方法，其特征在于，在所述第三步骤(203)时进行的异常探测包括比较步骤，所述比较步骤用于比较所述测量图表与基准图表，所述基准图表是根据所述无损检测方法的第一步骤(201)和第二步骤(202)对一个或多个视为无缺陷的叶片进行测量所建立的所测物理参数的值的基准图表，或者是通过对叶片数字模型进行所述无损检测方法的数字模拟所建立的基准图表，或者是通过测量或通过数字模拟所建立的全部基准图表或部分基准图表混成获得的混合图表。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的CND无损检测方法，其特征在于，所述无损检测方法包括第四步骤(204)，所述第四步骤用于通过将对于每个观测到的异常在所述第三步骤(203)时在测量过程中实时地或延时地识别出的异常与其特征储存在异常数据库中的已知异常进行比较，来表征缺陷。
9.CND无损检测系统，用于根据权利要求1至8中任一项所述的CND无损检测方法检验风轮机的叶片(10)的结构完整性，所述叶片具有确定所述叶片的外表面(19)和所述叶片的中空空间(18)的蒙皮(13)，其特征在于，所述CND无损检测系统具有:-空气热力装置(40)，用于改变充填所述叶片的内部的中空空间(18)的流体的物理状态； -测量装置，其使用至少一个无接触式传感器(50)来测量所述叶片的外表面(19)的至少一个物理参数； -测量结果处理装置，其被构造成建立所述叶片的外表面(19)的所述至少一个物理参数的测量值图表及识别所述测量值图表的异常。
10.根据权利要求9所述的CND无损检测系统，其特征在于，所述空气热力装置(40)是将所述叶片的中空空间(18)中的流体的温度改变到与叶片外部温度不同的数值的加热装置或冷却装置。
11.根据权利要求10所述的CND无损检测系统，其特征在于，改变所述叶片(10)的中空空间(18)中的流体的温度的所述加热装置的加热部件被固定在所述叶片内部的中空空间中，所述加热部件具有一个或多个加热电阻和/或保持所述流体循环到所述内部中空空间(18)中的保持部件。
12.根据权利要求10或11所述的CND无损检测系统，其特征在于，无接触式传感器测量装置(50)使用测量所述叶片的外表面(19)的温度的热成像摄影机。
13.根据权利要求10所述的CND无损检测系统，其特征在于，所述空气热力装置(40)是压力发生装置，其改变所述叶片的中空空间(18)中的流体的压力，在检测作业期间使所述压力保持在与叶片外部压力不同的、具有预定差距的受控数值。
14.根据权利要求13所述的CND无损检测系统，其特征在于，无接触式测量装置(50)使用通过激光遥测法、或通过数字摄影测量法、或通过激光干涉测量法或通过剪切照相法来测量所述叶片的外表面(19)的几何形状的一个或多个装置。
15.根据权利要求12或14所述的CND无损检测系统，其特征在于，无接触式测量装置(50)在测量期间被固定于地面、或陆地车辆上，或水面船舶上并与待检测的所述叶片分隔开。
16.根据权利要求12或14所述的CND无损检测系统，其特征在于，无接触式测量装置(50)被固定于所述叶片附近沿所述叶片(10)活动的空中台架(50)。
17.根据权利要求16所述的CND无损检测系统，其特征在于，所述空中台架(50)由旋转翼无人机或旋转翼微型无人机(53a)支承在空中，其相对于待检测的所述叶片(10)位置受控。
18.根据权利要求16所述的CND无损检测系统，其特征在于，所述空中台架(50)由轻于空气的系留气球(53b)支承在空中，其相对于待检测的所述叶片(10)位置受控。
19.根据权利要求12或14所述的CND无损检测系统，其特征在于，无接触式测量装置(50)被固定于沿所述叶片(10)活动且支承在所述叶片上的自动装置。
全文摘要
风轮机叶片(10)的CND无损检测方法(200)包括通过改变充填叶片内部中空空间(18)的流体的物理特性施加应力于叶片结构的步骤(201)；利用在叶片外表面(19)一些位点上无接触地测量物理参数来观测叶片外表面(19)的待检测区域的步骤(202)；比较所测物理参数值的图表与基准图表的步骤(203)。根据CND方法检验风轮机叶片(10)的结构完整性的CND无损检测系统具有改变充填叶片内部中空空间(18)的流体的物理条件即温度或压力的空气热力装置(40)；无接触地测量叶片外表面(19)的物理参数即温度或尺寸的无接触式测量装置(50)；以及测量结果处理装置。
文档编号G01M99/00GK103154697SQ201180046675
公开日2013年6月12日 申请日期2011年9月27日 优先权日2010年9月28日
发明者J·布泰尔, P·茹昂 申请人:阿斯特里姆简易股份公司