同济大学教授：智能制造与风机叶片的检测

能见APP讯：10月19日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。同济大学机械工程学院教授潘祖新在分论坛上作了主题发言，分享的主题是，智能制造与风机叶片的检测。

以下为发言全文：

首先非常感谢智能协会组委会给我们这个机会来讲一下我们的工作，欢迎各位同行专家过来参加这个会议。本来这个会议是由我导师乌建中教授来讲，由于他行程安排不开，他请我过来讲这个内容，我讲的内容范围比较小一点，主要在风电叶片的测试安装这一块。

首先我介绍一下我导师的相关的概况，乌建中教授的话他主要是做机械的，他有这么几大块，一块机械液压订伸的部分，比较代表性上海东方明珠塔90年代顶伸是他在做的，他在风电海上安装这一块像上海这边东海大桥3.6兆瓦那个叶片塔筒安装他是主要在做的，是CCTV超级工程也是拍了这个内容。还有他目前在做的一方面就是风电叶片的话全尺寸检测，包括叶片疲劳测试，叶片模态测试这一部分的内容。乌建中教授的话，他是享受国家特殊的津贴。

下面转回政体介绍一下叶片全尺寸测试系统。

我主要介绍三部分内容，第一部分的话叶片特征模态参数识别，包括叶片频率还有主梁，正形，叶片在天上运行过程中，它跟风交付负重的过程，尤其对叶片来说它这边风它是不稳定的，风跟叶片之间相互作用如果产生共振的话这里面会有比较大的振幅。第二个叶片全尺寸静态测试加载力的协调。最后一个叶片疲劳加载的测试系统。这一块刚才远景分享者他也说，我们现在的叶片它是越做越长，我们现在叶片的话今年可能是50多米，明年的话60多米，后年80多米，叶片出厂之前通过验证通过静态极限加载疲劳加载，通过完之后的话，我们叶片在安装到风场上面它的可靠性的话就会更高一点。

这套系统测试叶片的话振动，测试叶片振动这一部分的话，当然叶片振动的话如果是说同频率的话风的转速跟它相近的时候，这边叶片就会产生共振，而共振的话产生载荷是它正常情况下好几倍。共振的话两个因素，一个频率，还有一个就是阻尼，叶片跟风运转的阻尼。叶片在实验室里面通过在叶片上面安装传感器，通过信号来采集，采集完的信号通过后处理分析数列算法得出它的频率。这半部分我们采集回来的数据，这个上面数据的话就是它的一个振幅和时间历程曲线。

下面的话数据就是它通过转化把叶片特征频率过滤出来。下半部分图形的话是通过计算它的阻尼叶片整个振幅削减，一般来说我们在测试的时候它这边就是900秒采集时间，后面通过计算振幅衰减后面获得它的阻尼。这边是叶片测试的现场，叶片必须在一定振幅情况下，加载到一定振幅，后面通过插销把撞击释放，后面有信号进行采集，经过处理得到叶片频率和阻尼，这一整套软件是我们自主研发的，通过（英文）软件进行采集以及后续处理。这边的话叶片的衰减，这边的话就是随着时间的变化叶片的振幅是慢慢变小，直至回到终点。

这边我们测试的模态，叶片的频率在一阶二阶比较低比较好识别的，叶片的一些扭转比较大，56.5米的叶片，扭转在10赫兹左右，在0.6赫兹到10赫兹有好多频率，没有办法确定哪个频率是扭转频率，我们可以把叶片扭转频率给振形测试出来，测试过程中每一个叶片振形把频率一一对应出来。这边有关视频，大家可以目前看到这是一阶的振状，这边是二阶的，这边是结点，这是三阶的可以看到三个结点，通过这边在叶片上面安装角度传感器把它力阶出来，这边是旋转，这个扭转对应频率就是叶片扭转频率。

下面的话我介绍第二部分叶片静力加载测试，叶片是柔性，刚性也是属于非线性的，加载的话有五个拉力机叶架，叶片跟着随行随动，前面四个拉力机支架力会发生变化，反馈出来拉力还有叶片在加载过程中变形，后面的话输入到中央控制系统，这边的话通过神经网络算法，这边的话可以把叶片钢度跟电脑上面它会慢慢通过神经网络算法会学习叶片钢度这边达到五个拉力机支架进行协调和加载这样一个目的。

这边的话叶片测试一个现场，这边可以看出来这边是测试的平台，这边的话就是通过支架进行的一个叶片加载力的固定，这边的话通过拉力机进行，这边中间是中控台，所有数据性能都是后面最终反馈到中控台这边。这边设计的话这个目的就是整个叶片在测试过程中，它这边要有（英文）方向，叶片摆动测试，摆动最小摆动最大，叶片旋转一次可以测两个方向，一遍叶片可以向侧面拉进加载，另外一面叶片可以向下进行加载。这边的话就是加载的话测试平台，就像刚才看到叶尖测试平台，下面的话排装的过程，这边测试平台在做的过程中，上面会加先打桩这是桩位的布置图。

这边的话是测试平台上面塔筒的固定，跟螺栓的固定，大家可以看下面这张图就可以看的详细一点。这边的话上面的话桩上面的话塔筒这边有线由分析，左边是叶片变形，红色这块加载的受力，这边叶片关键部件支架硬力以及支架变形，对于叶片加载过程中主要承受力一个固定端，叶片塔筒支架，另外一个拉力机加载变形。右边是动滑轮工作组，一些动态的云图。这边的话就是加载了一个实地图从这边来看的话静载加载基座没有加载支撑的，静态加载力比较大，但是在加载过程中一次施加力，疲劳的话对塔的基座更危险，会做一些底座安全处理。

这边的话加载力端施力端控制，这边控制柜动滑轮拉力传感器，通过IS485主线反馈到控制箱，通过控制箱反馈到中控台，中控台指挥叶片加载装置后面角车控制加载频率，这个通过控制加载力的大小。这边可以看到中间上面有力的传感器，后面的话通过IS485主线反回到中控台，通过这个进行闭环加载。还有一个位移传感器监控叶片状态，通过位移传感器进行加载，这边是一些实例。从这边来看我们加载的话，叶片的话设定的值四个台阶40、60%、80%、100%，设定好以后，加载的曲线根据目标值进行加载，这里面的话最核心的东西就是要协调四个拉力机物移以及力距，一个点发生改变的话，其他三个也会跟着协调，这三个协调后面的话算法的计算就是这个测试的关键点。

这是叶片静载测试安装现场，通过吊车把叶片安装到塔筒上面，那个塔筒的话固定好叶片，这边通过旁边的拉力机来加载叶片。这是加载的实例，3.6叶片加载图看一下这个视频，由于时间关系我把视频加速了一下。通过这个来回反复进行加载。这边的话可以看到叶片的话四个方向加载的弯距，最大的话硬面可以变形达到12米。这面的话就是加载测试系统竖向加载。

最后一部分我想介绍一下疲劳，像这边的话疲劳加载这边有两部分，一部分就是通过离心式疲劳加载测试系统，另外一个通过直线电机共振疲劳加载。这上面离心式加载，有一个特点它加载的力不是很均匀的，受到重力影响向上离心力比较小的，向下离心力比较大的，最大质量受到限制的，这是早期的离心加载系统。后期离心加载系统使用的话这是离心加载实物图。然后我们后期的话看一下这个是我们最新式直线电机共振疲劳加载，刚开始测叶片模态，让叶片运行过程中避开模态进行加载，进行运行。这边来看叶片的话它反而利用叶片的共振，因为共振有什么好处呢，我就用最小的力达到最大加载的效果，从这边我花最小的力，这边达到最佳的测试的效果。

这边的话这个系统可以看出来这个加载力控制系统是由控制柜进行传递的，控制柜把信号传到PC电脑，这边激光物移传感器用来检测叶片共振的幅度。下面我们来看一下视频，这是叶片加载的话一个实物图，从这边可以看出来这是激振器加载黑色的，黄色是配送加载，这边为了提高局部区域硬力，这边根据目标弯距结合在一起。这边的话叶片弯矩匹配，像叶片弯矩，这边设定多少目标，要对叶片配重激振力，给我叶片弯度，和激真力自动算出来叶片匹配的是多少，这个是整个计算公式的过程。这边可以看出来我们把叶片质量分布截面干度输入进去，截面实际测试弯矩，还有叶片质量要配合多少，激振力就是振幅还有叶片振量，这是弯矩，中间达到弯矩的值，从这边来看跟实际弯矩可以控制在10%以内。这是叶片摆振测试，这是疲劳测试界面，我们叶片它可以调整，最后我播放一下测试现场。后面是加阻力器，减少叶片激振器的使用，这边是激振器，这边是摆振方向的值，这边就是主要内容。