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  • 塔筒、葉片等風電設備的無損檢測應該怎么做?
    時間:2021-09-01 16:02:07   閱讀

    風力發電是我國重要的可再生能源,近年來有著廣泛的應用,大大推動了我國社會經濟的發展。從技術方面上來看,風力發電是一種集空氣動力學、材料科學、計算機應用技術等學科技術為一體的新能源開發技術,其中風力發電設備是風力發電工作的基礎,因此,要重視風力發電設備的維修檢測工作,從而保證設備運行的穩定性和安全性。通過定期對風力發電設備進行無損檢測,可以起到節省設備維修成本、提升設備運行質量的作用,進而實現風力發電設備使用壽命的延長。


    風電葉片的主要缺陷類型與產生原因

    受制造工藝、黏結工藝等隨機因素的影響,風電葉片難免會帶有孔隙、裂紋、分層、脫黏等結構缺陷。風電葉片的缺陷可能只是一種類型,也可能是好幾種類型的缺陷同時存在。缺陷產生的原因是多種多樣的,可以歸納為以下幾點:①工藝方面:葉片手糊成型過程中氣泡排擠不完全;葉片灌注過程中樹脂體系引入的氣泡,導致局部纖維未浸透;玻纖布層鋪時出現褶皺,在灌注前沒有發現和處理。②原材料方面:樹脂與纖維浸潤不良、芯材導流效果不良,不同的材料在結合部位經固化后存在明顯界面。③使用方面:葉片的裂紋主要發生在粘接區域,分為膠粘劑本體裂紋和膠粘劑與葉片殼體粘接裂紋。產生的主要原因是外界沖擊、環境驟變、疲勞作用。裂紋在葉片運轉一定時間后產生的頻率較高。葉片整體是一種復雜的層合板結構,由于各種干擾因素會產生分層現象。葉片的分層主要指纖維層合板間的分層、芯材與纖維層合板間的分層。分層形成的原因有:樹脂用量不夠、布層污染、真空泄壓、二次成型。夾雜指葉片生產過程中引入非結構材料。夾雜的產生主要是主觀因素,如:布層鋪設時不慎落入的異物、灌注樹脂中的異物雜質。


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    1.常見無損檢測方法

    目前風電行業針對在役機組塔架焊縫和機組螺栓的常用無損檢測方法有:

    1)磁粉探傷

    通過磁粉在缺陷附近漏磁場中的堆積以檢測鐵磁性材料表面或近表面處缺陷的一種無損檢測方法。將鋼鐵等磁性材料制作的工件予以磁化,利用其缺陷部位的漏磁能吸附磁粉的特征,依磁粉分布顯示被探測物件表面缺陷和近表面缺陷的探傷方法。

    2)超聲波探傷

    聲源產生超聲波,采用一定方式進入工件。在工件中傳播并與工件材質以及工件中缺陷相互作用,使傳播方向或特征發生改變。改變后的超聲波通過檢測設備被接收,對其進行處理和分析。根據接收超聲波的特征,評估工件本身及其內部是否存在缺陷及缺陷的特征。

    3)超聲波相控陣

    該方法和常規超聲波檢測的原理相似,都是基于脈沖反射的原理。相對于常規超聲波探傷,其優勢在于:

    • 相控陣超聲通過對探頭依次激發使超聲波發生偏轉,按照一定角度進行掃查,掃查焊縫時,相控陣無需鋸齒掃查,只要沿著焊縫挪動探頭即可,掃查鍛件時,掃查范圍更廣,檢測效率比常規掃查效率更高。同時不易對工件造成漏檢,提高檢測準確性和可靠性。

    • 相控陣超聲通過探頭依次激發可以產生超聲聚焦,而常規超聲波一般沒有(除了聚焦探頭外),因此能克服超聲近場區對工件檢測帶來干擾,使相控陣探頭可以對較薄工件進行有效檢測。

    • 相控陣檢測同時擁有B掃、S掃和C掃描,使缺陷顯示直觀、清晰,根據B掃、S掃和C掃描顏色不同判斷工件缺陷,易于對工件內部缺陷當量進行評定。而常規超聲波只能通過波形高低來分辨缺陷當量。


    2 塔架焊縫無損探傷

    2.1磁粉探傷方案

    2.1.1檢驗等級

    塔架焊縫的質量分級按照下表進行:

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    其他部件的質量分級按下表進行:

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    2.1.2檢測關鍵點

    1)使用觸頭法局部磁化工件時,點擊間距應控制在75mm~200mm之間,其檢測有效寬度為觸頭中心線兩側各1/4極距;

    2)檢測時通電時間不應太長,電極與工件之間應保持良好的接觸,以免燒傷工件。

    3)兩次磁化區域間應有不小于10%的磁化重疊;

    4)工件被檢區表面及其相鄰至少25mm范圍內應干燥,并不得有油脂、污垢、鐵銹、氧化皮、纖維屑、焊劑、焊接飛濺或其他粘附磁粉的物質;表面的不規則狀態不得影響檢測結果的正確性和完整性,否則應做適當的修理,修理后的被檢工件表面粗糙度Ra≤25μm;

    5)被檢工件表并面有非磁性涂層時,如果夠保證涂層厚度不超過0.05mm,并經檢測單位(或機構)技術負責人同意和標準試片驗證不影響磁痕顯示后可帶涂層進行磁粉檢測,并歸檔保存驗證資料。


    2.2超聲探傷方案

    2.2.2檢驗等級

    根據質量要求焊縫超聲檢驗等級分為A、B、C三級,檢驗的完善程度A級最低,B級一般,C級最高,檢驗工作的難度系數按A、B、C順序逐級增高。應按照工件的材質、結構、焊接方法,使用條件及承受載荷的不同,合理地選用檢驗級別。檢驗等級應按產品技術規范和有關規定選擇或經合同雙方協商選定。

    A、B、C三種檢驗等級之間有所區別,現將其探頭種類數、面數、側數、板厚等方面的區別簡單列于下表中:

    3.jpg2.2.3檢測關鍵點

    a)  探頭移動區應清除油垢及其它外部雜質,探傷表面應平整光滑,便于探頭的自由掃查,其表面粗糙度不應超過6.3μm,必要時應進行打磨,超聲波探傷檢驗應在焊縫及探傷表面經外觀檢查合格且滿足以上要求后進行;

    b)  檢驗前,探傷工程師應了解被檢工件的材質、結構、厚度、焊接方法、焊縫種類、坡口形式及焊縫余高等情況;

    c)  探傷靈敏度應不低于評定線靈敏度;

    d)  掃查速度不應大于150mm/s,相鄰兩次探頭移動間隔保證至少有探頭寬度10%的重疊。

     

    3 螺栓無損探傷

    高強螺栓是一種不帶孔的剛性螺栓,裂紋波形特點是波形清晰、陡直、尖銳,部位一般在結合面附近1~2道螺紋處;對于較大的裂紋,底波明顯減弱甚至消失,緊靠裂紋波之后的螺紋將由于裂紋的遮擋而消失或減弱。

    3.1常規超聲探傷方案檢測關鍵點

    a) 需清除高強螺栓兩側端面的油垢及其它外部雜質。檢驗表面應打磨,其表面粗糙度應不大于6.3μm;

    b) 檢驗前,探傷工程師應了解被檢工件的材質、高度等情況,先進行宏觀檢查合格;
    c) 螺栓的檢驗區域應覆蓋螺栓的全體積,并關注應力集中部位,例如接合面附近一至三道螺紋根部(如下圖 a區)、退刀槽附近(b區)及兩區之間受力較大區域(c區)。

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    3.2相控陣超聲探傷方案

    超聲相控陣常用的有線性掃查和扇形掃查,有效克服了材料內部缺陷取向對檢測結果的影響。圖5和圖6分別為相控陣超聲探傷作業示意與檢測結果。

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    圖5 剛性無中心孔螺栓縱波探傷

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    圖6 從左到右分別為螺栓無裂紋,有裂紋和2mm深裂紋

    4檢測周期及比例

    依據通用標準,焊縫和螺栓抽檢比例可參考GB/T2828-2012《計數抽樣檢驗程序》中的一般Ⅱ類。同時GBT20319-2017《風力發電機組 驗收規范》中的規定了螺栓預緊力抽檢比例為10%,可供參考使用。

    建議檢測周期為每年檢測,如發現損傷螺栓,宜對其周邊螺栓提高檢測頻次。


    5總結

    隨著風電機組運行年限的增長,作為承載結構的螺栓和塔筒焊縫疲勞損傷風險日益提高。同時我國早期安裝運行的機組即將進入設計壽命晚期,需要進行延壽評估以確定其是否可以繼續使用,因此對螺栓和塔筒焊縫進行無損檢測便顯得尤為重要。





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