風機葉片缺陷的無損檢測方法比較與評價

李昊

摘 要：隨著社會的發展以及科技的進步，對于風機葉片的檢測技術也到了進一步優化升級，而且在葉片正常運行過程中勢必會出現各類損傷，所以加強對其的無損檢測尤為重要。

關鍵詞：風機葉片;缺陷;無損檢測;評價

引言

作為一種清潔可再生能源，風能具有較好的發展前景。隨著科技的進步我國目前對于風能的開發和利用效率逐漸提升，而在此過程中勢必會應用到風機葉片，該結構也是發揮和應用風能最為關鍵的部件之一，其各項質量的好壞將直接影響到對風能的應用效率，所以，加強葉片的安全以及可靠性研究尤為重要，而通過無損檢測技術則可以有效的滿足相關要求，從而確保風機的正常運行。

1 風機葉片的缺陷和損傷原因分析

導致風機葉片出現缺陷的情況較為復雜，譬如在生產過程中會導致葉片出現孔隙或者分層等缺陷。其中孔隙的缺陷則主要是因為在制造過程中樹脂和纖維浸潤不完全或者空氣沒有完全排除等造成的;分層則主要是由于樹脂用量較小等造成的。除此以外，葉片由于運輸或者安裝的不規范也會出現缺陷或者損傷。那是因為葉片本身就具有一定的重量和彈性，所以極易在運輸過程中出現葉片內部損傷。而且葉片在正常運行的情況下也會由于各方面因素的影響而出現損傷。其中最為常見的損傷為裂紋、基體老化以及斷裂等，造成裂紋產生的主要原因就是受到了外界的巨大沖擊，而基體老化則是由于葉片長時間的處于沙塵、雨水等惡劣環境下所導致的缺陷;斷裂則主要是因為裂紋的長期積累以及遭到一定的腐蝕而形成的。所以對風機葉片進行無損檢測不僅可以加強對葉片缺陷的研究，而且還可以確保其正常安全的運行。

2 無損檢測方法的比較與評價

2.1X射線檢測技術

作為風機葉片常用的無損檢測技術之一，X射線檢測技術主要是依托于X射線高強度的穿透力來確定葉片內部是否存在缺陷，如果葉片內部存有缺陷其會導致物體對射線的投射強度的改變，并借助于膠片感光成像方式來對缺陷的位置以及大小等進行確定。對于風機葉片而言，相關學者通過實驗證明了此技術對于葉片存在體積缺陷或者空隙缺陷具有較好的檢測效果，該技術可以直接通過對葉片表面的裂紋進行垂直檢測，不僅可以對樹脂、纖維來葉片中發揮作用，并且還可以應用在小厚度葉片中纖維彎曲的缺陷問題。為此，X射線無損檢測技術可以有效地實現對葉片缺陷的檢測，但是此技術對于在役風機葉片的檢測過程中由于受到高度以及環境等因素的營銷，導致其無法發揮檢測優勢，并且該技術會受到葉片尺寸的影響，所以并不適合應用在全尺寸葉片的檢測，但即使如此，其可以高效地對葉片體積缺陷進行檢測，為此具有一定的研究和應用價值。

2.2超聲波檢測技術

超聲波檢測技術顧名思義就是依據葉片存在缺陷部位對超聲波的傳播具有一定的影響從而對缺陷進行確定的檢測技術。在風機葉片缺陷檢測的常用技術中，超聲波檢測不僅檢測范圍廣泛、檢測深度較大等優勢，而且檢測的速度較快、方便用于現場缺陷檢測以及對于缺陷位置的確定較為精準等，為此，該技術是國內風機葉片缺陷最為常用的檢測技術。對于該無損檢測技術而言，其主要被應用在葉片成型后的檢測，因為在此階段，葉片并沒有完全投入使用，所以為了確保葉片的出廠品質必須要通過此技術對葉片的厚度等檢測，從而確定葉片內部是否存在分層、氣孔或者雜質等缺陷，進而有效地提升葉片的運行效率。當將此技術應用在復合材料結構的風機葉片中，由于材料性質的影響導致超聲波在此種材料的傳播變得較為復雜并對超聲波的放射、散射等產生不利影響，所以，此技術又被分為空氣耦合超聲導波法以及脈沖回波超聲法。但是此檢測技術的周期較長且對于不同類型的缺陷需要不同的探頭，為此不僅導致檢測周期的增長，而且還是其的應用存在較大的局限性，尤其是對于動態監測，幾乎難以實現。

2.3聲發射檢測技術

聲發射檢測技術原理主要是依據固體材料當出現缺陷等問題時會同時釋放出一定的能量，進而形成彈性波，通過對該能量的檢查來確定缺陷程度。該方式通過對聲發信號的接收以及分析來準確的判定葉片結構是否完整或者材料性能是否存有缺陷等，與其他檢測方式不同，該檢測技術由于是依靠被檢測物體的能量來進行檢測，所以其是一種動態非破壞性的無損檢測技術。雖然此技術對于超聲波檢測技術而言，對于靜態葉片缺陷的檢測沒有任何優勢，但是由于該檢測技術對于被檢葉片的距離要求不高，并且可以通過多傳感器進行長距離的布置，可以接受葉片在運行過程中的相應聲音發信號，所以非常適合應用在在役風機葉片的實時監測以及可以精準的獲取葉片缺陷位置的動態情況，具有效率高、可在線檢測等優勢。

2.4光纖傳感器檢測技術

光纖傳感器檢測技術主要是依托于葉片如果內部存有缺陷或者纖維斷裂等缺陷時，勢必也會導致該葉片內部的纖維發生斷裂，導致光纖輸出方向無法正常的探測到光，從而對葉片缺陷位置、大小以及趨勢等進行判斷和確認。該無損檢測技術不僅設備體積較小、靈敏度較高以及具有加強的抗干擾優勢外，光纖傳感器本身就可以作為傳感器使用，而且還可以進行光信號的傳輸，對于葉片內部強度等不易產生不利影響以及可以對葉片的相關參數進行實時檢測，所以該檢測技術具有較好的發展應用前景，但即使如此，因為光纖的性能問題以及造價成本較高等限制，導致其在具體的應用過程中受到較大的限制。

2.5紅外無損檢測技術

紅外無損檢測技術主要是依托于物體表面的輻射性的不同來進行缺陷的檢測，當葉片外部受到紅外熱源的照射時，缺陷的表面會由于受到熱源的影響而出現溫度的變化，此時則可以通過紅外熱像儀來對被測物體表面的溫度變化進行記錄分析，并通過相應的數據處理技術來對缺陷進行分析確定。作為一種非常規的檢測技術，該技術的操作較為安全、靈敏度也較高且效率較高等優勢，所以逐漸成為風機葉片缺陷檢測技術中的新寵兒。與其他檢測技術不同，該技術不僅可以應用在長距離、大面積、非接觸的葉片檢測，而且還可以應用在葉片的現場檢測環境中，但是在現場檢測中由于受到高度以及光線照射也會影響葉片表面溫度的變化等因素的限制導致其在應用過程中具有一定的局限性。

總而言之，對于風機葉片缺陷的檢測到目前國內尚未形成一套較為科學完善的損傷檢測方案，但是隨著社會的發展以及科技的進步，為了更好地確保風機的正常運行，降低葉片損傷事件的發生幾率，相關部門加強了對無損檢測技術的研發。通過上述的比較可以發現，對于葉片的靜態檢測則可以應用超聲波檢測技術，現場檢測則主要可以應用紅外熱成像檢測技術，而對于在疫葉片的動態檢測則主要可以通過聲發射檢測技術進行葉片缺陷的檢測。

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（甘肅省特種設備檢驗檢測研究院，甘肅 蘭州 730050）