专利名称：检查层状物体的系统及检查风力发电机叶片的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检查层状物体的系统和方法，确切地说，涉及用于检查涡轮叶片中瑕疵的系统和方法。
背景技术：
风力发电机叶片的使用寿命通常为约20年。在这段时间内，风力发电机叶片会受到各种力的作用，包括静态升力和动态升力以及惯性负载和拉力负载。此外，风力发电机叶片必须在极端温度、紫外线、降水(暴雨、雪、冻雨和冰雹)和鸟撞等各种环境条件下承受这些力。风力发电机叶片必须特别构建，通过将轻重量和低旋转惯性与高刚性和高抗疲劳性和抗磨性相结合，使这些叶片能够在20年的使用寿命期间承受无数的力和各种条件。典型的风力发电机叶片由受主梁支撑的各外壳层构成。例如且如图I至3所示，风 力发电机叶片100具有涡轮叶尖102以及相对的涡轮叶根104。梁帽106和抗剪腹板108在叶尖102与叶根104之间延伸。抗剪腹板108用作涡轮叶片100内的主结构支架。梁帽106是以与抗剪腹板108重合的方式沿涡轮叶片的长度延伸的玻璃部分，且其用于承受叶片100的拉伸负载。涡轮叶片100等涡轮叶片在壳体中形成。例如，第一壳体105a从前缘114和后缘116延伸，且包括置于模具中的吸入表面118。第一壳体105a包括具有纤维强化材料110的区域，以及具有芯材料112的其他区域。芯材料部分可由泡沫、轻木或工程芯材料等组成。泡沫芯可包括，例如，聚氯乙烯(PVC)、氨基甲酸乙酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。相对于其他芯材料而言，轻木的成本较低、剪切性质良好但较重。工程芯材料的实例包括Webcore 丁YGOR 和 NexCore 。第一壳体105a置于模具中，以使吸入表面118抵靠所述模具并露出表面B。从前缘114延伸至后缘116并包括压力表面120的第二壳体105b置于第二模具中，以使压力表面120抵靠所述模具并露出表面B。与第一壳体105a—样,第二壳体105b包括主要由玻璃构成的区域以及具有芯材料112的其他区域。壳体105a、105b可作为多个薄层来应用。每层可为纤维树脂基质。各层壳体105a、105b可由与复合树脂粘结的E型玻璃纤维或碳纤维构成。其他可能的复合材料包括石墨、硼、KLVLARvH;等芳族聚酰胺，以及能形成强化纤维的其他有机材料和混杂纤维混合物。强化纤维可采用连续原丝毡(CSM)、织物或单向毡(UNI)的形式。有两类聚合物树脂基质热固性树脂和热塑性树脂。热固性树脂包括环氧树脂、苯酚、双马来酰亚胺和聚酰亚胺；而热塑性树脂包括NYLON 等聚酰胺、聚砜、聚苯硫醚和聚醚醚酮(PEEK)。基质将纤维固定在合适位置，并在施加负载时，使纤维变形并向纤维施加应力。复合层可形成层状结构或夹层结构。层状结构包括连续多层粘结在一起的合成材料。夹层结构包括复合材料层之间的低密度芯。各层壳体150a、105b中发生的纤维强化材料的强化效应取决于纤维百分比(也称作纤维体积分数)、纤维类型、纤维相对于负载方向的定向，以及纤维与基质之间的粘结强度。有时，在构建模塑壳体105a、105b过程中，可能出现影响多层第一壳体105a或第二壳体105b，或在梁帽106和第一壳体105a之间的粘结位置不断扩大的瑕疵。与瑕疵相关的典型区域是前缘114、后缘116和梁帽106附近。由于这三个区域均承受叶片100的拉伸负载，因此，如果这些部分中的纤维在翼展方向124上发生任何弯曲，则纤维强度都将降低。例如，毛边或其他异常在梁帽106处从第一壳体105a的B表面凸出，或在前缘114或后缘116处从壳体105a或105b的B表面凸出。根据异常在第一壳体105a或第二壳体105b中的位置，所述异常可在处于模具中时从表面B中看出。由于在构建后表面B即成为叶片100的内表面，因此，在将第一壳体105a和第二壳体105b胶合在一起以形成叶片100后，任意表面B上原本能够看到的任何异常将不再可见。由于吸入表面118和压力表面120抵靠模具，因此这两侧不会移动并与模具的轮廓相合。因此，所有瑕疵或皱纹仅能从B表面检测。壳体105a、105b中异常的深度决定了是否可在B表面上明显地检测出该异常。因此，如果异常更靠近前缘114，则可将第·一壳体105a或第二壳体105b中的充足材料层涂覆到所述异常上，以便在胶合之前对表面B进行外部检查时看不到所述异常。反之，如果异常更靠近后缘116，则第一壳体105a或第二壳体105b中可能没有充足材料层来使所述异常在胶合之前对表面B进行外部检查时看不到。在风力发电机叶片的构建中出现的异常，无论其在胶合之前是否可通过外部检查看见，均会影响涡轮叶片的强度。一些异常对涡轮叶片强度产生非常大的不良影响，以至于涡轮叶片被认为不符合规格且无法通过检查。在此类情况下，涡轮叶片必须送回以进行修理或拆毁。现有检查技术包括在将两个壳体105a、105b胶合在一起之前进行外部检查以及查阅表。通过在胶合之前对壳体进行的目视检查，可发现能从外部看到的瑕疵。可测量此类能从外部看到的瑕疵的长度(L)和高度(aj。现有查阅表包括相应外部瑕疵纵横向间距(L/ae)的强度降低。现有检查技术是完全在外部进行且均在胶合之前进行，因此所测量的瑕疵的参数仅为外部瑕疵纵横向间距的长度(L)和高度(aj。瑕疵在风力发电机叶片中的位置影响风力发电机叶片的最大理论强度，但现有检查技术无法确定其风力发电机叶片中的位置。另夕卜，如果瑕疵所处的位置无法通过在胶合之前对表面B进行的外部检查看到，则现有检查技术无法检测到瑕疵，因此可能放过强度受影响的风力发电机叶片。因此，需要有一种能够确定更多瑕疵参数，且能确定存在即使从外部无法看见的瑕疵的检查技术。

发明内容
本发明的一个实施例提供一种检查层状物体的系统。所述系统包括扫描机，其用于拍摄所述层状物体的内部的图像；测量设备，其用于对在所述层状物体内反映出的瑕疵进行多项测量；以及查阅表，其用于确定所述层状物体的理论强度。其中所述扫描机包括超声波机、X射线计算机断层成像机或X射线分层成像机。其中所述图像是所述层状物体的所述内部的截面图像。
其中所述层状物体是风力发电机叶片。其中所述测量设备包括经配置以进行高分辨率编码扫描的超声波仪器。其中所述多项测量包括由以下项构成的测量组中的一项或多项内部瑕疵长度、内部瑕疵高度、瑕疵到表面厚度，以及层状物体厚度。其中所述查阅表针对由以下项构成的群组中的至少一项与所述层状物体的结构强度相关瑕疵长度与瑕疵高度的内部纵横比、所述瑕疵所在平面中所述瑕疵的深度与所述层状物体的厚度的比率，以及所述瑕疵所在平面中所述瑕疵高度与所述层状物体的厚度的比率。
本发明的另一个实施例提供一种用于检查层状物体的方法。所述方法包括对层状物体内部进行扫描；对在所述层状物体内反映出的瑕疵的内部参数进行测量；以及部分根据对内部特性和外部特性的测量来确定所述层状物体的理论强度。其中所述进行扫描包括进行超声波扫描、X射线计算机断层扫描或X射线分层扫描。其中所述进行扫描产生所述层状物体的所述内部的截面图像。其中所述层状物体包括风力发电机叶片。其中所述进行测量包括对由以下项构成的测量组中的一项或多项进行测量内部瑕疵长度、外部瑕疵长度、内部瑕疵高度、外部瑕疵高度、瑕疵到表面厚度，以及层状物体厚度。其中所述确定包括使用查阅表。其中所述查阅表针对由以下项构成群组中的至少一项与所述层状物体的结构强度相关瑕疵长度与瑕疵高度的内部纵横比、所述瑕疵所在平面中所述瑕疵的深度与所述层状物体的厚度的比率，以及所述瑕疵所在平面中所述瑕疵高度与所述层状物体的厚度的比率。本发明的其它实施例提供了一种检查风力发电机叶片的系统。所述风力发电机叶片具有围绕抗剪腹板的一对壳体，所述系统包括扫描机，其用于拍摄所述风力发电机叶片的所述壳体的内部的图像；测量设备，其用于对在所述风力发电机叶片的所述壳体中反映出的瑕疵进行多项测量；以及查阅表，其用于确定所述风力发电机叶片的理论强度。其中所述瑕疵靠近所述风力发电机叶片的后缘、所述风力发电机叶片的前缘、或梁帽与所述风力发电机叶片的所述壳体中的一个壳体之间的粘结位置。其中所述多项测量包括由以下项构成的测量组中的一项或多项内部瑕疵长度、内部瑕疵高度、瑕疵到表面厚度，以及层状物体厚度。其中所述查阅表针对由以下项构成的群组中的至少一项与所述层状物体的结构强度相关瑕疵长度与瑕疵高度的内部纵横比、所述瑕疵所在平面中所述瑕疵的深度与所述层状物体的厚度的比率，以及所述瑕疵所在平面中所述瑕疵高度与所述层状物体的厚度的比率。通过考虑以下结合附图的详细说明，可进一步了解和/或理解本发明的这些和其他特征、方面和优点。


图I是风力发电机叶片的示意图。图2是风力发电机叶片的局部示意图。图3是在风力发电机叶片的各层中的瑕疵的超声波图像。图4是在风力发电机叶片的各层中的瑕疵的示意图。图5是在风力发电机叶片的各层中的瑕疵的示意图。图6是在风力发电机叶片的各层中的无法通过外部检测看到的瑕疵的示意图。图7是根据本发明的一个实施例的用于确定风力发电机叶片的机械强度的查阅表的样本。图8是根据一个实施例的用于检查涡轮叶片中瑕疵的方法的流程图。部件标号列表
权利要求
1.一种检查层状物体(100)的系统，其包括 扫描机，其用于拍摄所述层状物体的内部的图像； 测量设备，其用于对在所述层状物体内反映出的瑕疵(132)进行多项测量；以及 查阅表(160)，其用于确定所述层状物体的理论强度。
2.根据权利要求I所述的系统，其中所述扫描机包括超声波机、X射线计算机断层成像机或X射线分层成像机。
3.根据权利要求I所述的系统，其中所述图像是所述层状物体的所述内部的截面图像。
4.根据权利要求I所述的系统，其中所述层状物体是风力发电机叶片。
5.根据权利要求I所述的系统，其中所述测量设备包括经配置以进行高分辨率编码扫描的超声波仪器。
6.根据权利要求I所述的系统，其中所述多项测量包括由以下项构成的测量组中的一项或多项内部瑕疵长度(140)、内部瑕疵高度(142)、瑕疵到表面厚度(144)，以及层状物体厚度(146)。
7.根据权利要求I所述的系统，其中所述查阅表针对由以下项构成的群组中的至少一项与所述层状物体的结构强度相关瑕疵长度与瑕疵高度的内部纵横比、所述瑕疵所在平面中所述瑕疵的深度与所述层状物体的厚度的比率，以及所述瑕疵所在平面中所述瑕疵高度与所述层状物体的厚度的比率。
8.—种检查风力发电机叶片(100)的系统，所述风力发电机叶片具有围绕抗剪腹板(108)的一对壳体(105a、105b)，所述系统包括 扫描机，其用于拍摄所述风力发电机叶片的所述壳体的内部的图像； 测量设备，其用于对在所述风力发电机叶片的所述壳体中反映出的瑕疵(132)进行多项测量；以及 查阅表(160)，其用于确定所述风力发电机叶片的理论强度。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述瑕疵靠近所述风力发电机叶片的后缘(116)、所述风力发电机叶片的前缘(114)、或梁帽与所述风力发电机叶片的所述壳体中的一个壳体之间的粘结位置。
10.根据权利要求15所述的系统，其中所述多项测量包括由以下项构成的测量组中的一项或多项内部瑕疵长度(140)、内部瑕疵高度(142)、瑕疵到表面厚度(144)，以及层状物体厚度(146)。
全文摘要
一种用于检查风力发电机叶片的系统，所述风力发电机叶片具有围绕抗剪腹板的一对壳体。所述系统包括扫描机，其用于拍摄所述风力发电机叶片的所述壳体的内部的图像；测量设备，其用于对在所述风力发电机叶片的所述壳体内反映出的瑕疵进行多项测量；以及查阅表，其用于确定所述风力发电机叶片的理论强度。
文档编号G01N29/06GK102901773SQ201210262800
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月26日 优先权日2011年7月28日
发明者W.I.费迪, D.C.达文波特, C.S.耶拉马利, 郭书敬 申请人:通用电气公司