CN101957164A - 焊缝分析装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及焊缝分析装置和方法。公开了一种用于分析风力涡轮系统的形成焊缝的装置。该装置包括量规、第一部件、第二部件和第三部件。该量规测量距离。第一部件接收量规。第二部件附连到第一部件上并且可释放地附连到形成焊缝的第一侧上的第一表面。第三部件附连到第一部件上，并且可释放地附连到形成焊缝的第二侧上的第二表面。该量规可定位于多个位置处。该装置通过将量规定位于多个位置处并测量多个尺寸来确定焊缝的质量。

Description

焊缝分析装置和方法

技术领域

本公开大体涉及用于分析焊缝的装置和方法。具体地，本公开涉及用于在焊缝形成之后分析风力涡轮塔架上的偏移的或其它不合乎期望的焊缝的装置和方法。

背景技术

近来，风力涡轮作为环境安全且较廉价的替代能源受到越来越多的关注。随着这种关注的不断增加，进行大量的工作来开发可靠且有效的风力涡轮。

通常，风力涡轮可包括通过毂部联接至发电机转子的多个叶片。发电机转子可安装于外壳或吊舱内，外壳或吊舱可位于管状塔架或基座的顶部。毂部和叶片可形成风力涡轮转子。公用级风力涡轮(例如，设计成将电力提供至公用电网的风力涡轮)可具有较大的风力涡轮转子(例如，三十米或更大的直径)。旋转地联接于这些风力涡轮转子上的叶片可将风能转变成驱动一个或多个发电机的转子的旋转扭矩或力。

塔架或基座，或者风力涡轮的其它部分可包括通过焊接彼此固定的节段。这些焊缝可将两个表面固定在一起。例如，圆柱形节段可固定于另一圆柱形节段下方，从而形成塔架的一部分。下节段和上节段可彼此焊接。

焊接部件可能会经受许多物理力。例如，焊接的塔架构件可随着风力涡轮摇摆而经历循环的压缩力和张力。此外，物理力可由于其它因素造成，包括但不限于环境影响、操作影响和/或暴露于变化的条件。如果焊接构件的焊缝不成功，则部件可能更易于失效。例如，由风供应的力和/或由风力涡轮上的叶片旋转供应的力可能会在风力涡轮中的塔架上产生疲劳负载。这种疲劳可导致焊缝的失效和风力塔架的失效。

通常，当对部件进行焊接时，在焊接过程期间执行用于分析焊缝是否具有期望机械性能的方法，或者涉及复杂和/或昂贵的分析仪器。

需要的是用于测量焊缝是否具有期望机械性能的装置和方法，其可在焊接过程之后利用并且具有减小的费用和/或复杂性。

发明内容

在示范性实施例中，用于分析风力涡轮系统的形成焊缝的装置包括：用于测量距离的量规(gage)；构造为用于接收量规的第一部件；附连到第一部件的第二部件，第二部件构造为可释放地附连到形成焊缝的第一侧上的第一表面上；以及附连到第一部件上的第三部件，第三部件构造为可释放地附连到形成焊缝的第二侧上的第二表面。在该实施例中，量规可定位于第一部件上的多个位置，多个位置包括邻近第二部件并远离第三部件的第一位置和邻近第三部件并远离第二部件的第二位置。此外，该装置构造为用于通过将量规定位于多个位置处并测量从第一部件到第一表面和第二表面中的每个的多个尺寸来确定焊缝的质量。

第二部件和第三部件可基本上相同。第二部件和第三部件中的每个可包括至少一个磁体，磁体可附连到第一表面和第二表面中的一个或两个上。一实施例可包括其中第二部件和第三部件中不超过一个可释放地附连到第一表面上的装置。其中第二部件构造为可释放地附连到第一表面上的装置可包括构造为在第一组多个位置处邻接第一表面的第二部件。其中第三部件构造为可释放地附连到第二表面的装置可包括构造为在第二组多个位置处邻接第二表面的第三部件。

该装置可构造为用于在第一位置和第二位置处定位并启用(activate)量规，该量规构造为用于比较在第一位置处从第一部件到第一表面的第一距离与在第二位置处从第一部件到第二表面的第二距离。该装置可构造为用于通过构造成在第三位置处定位和启用量规来分析形成焊缝。该装置还可构造为用于通过构造成在第四位置处定位和启用量规来分析形成焊缝。

第一基底可包括第一表面，第二基底可包括第二表面。第一基底可包括第一表面和第二表面。第一基底和形成焊缝可大体上形成圆柱体。圆柱体可形成用于风力涡轮系统的塔架的一部分。

在另一示范性实施例中，用于分析风力涡轮系统的形成焊缝的装置包括：用于测量距离的量规；构造为用于接收量规的第一部件；附连到第一部件上的第二部件，第二部件构造为可释放地附连到形成焊缝的第一侧上的第一表面；以及附连到第一部件的第三部件，第三部件构造为可释放地附连到形成焊缝的第二侧上的第二表面。在该实施例中，量规可定位于第一部件上的多个位置处，多个位置包括邻近第二部件并远离第三部件的第一位置和邻近第三部件并远离第二部件的第二位置，该装置构造为用于通过将量规定位于多个位置处并测量从第一部件到第一表面和第二表面中的每个的多个尺寸来确定焊缝的质量，构造为可释放地附连到第一表面的第二部件包括构造为在第一组多个位置处邻接第一表面的第二部件，构造为可释放地附连到第二表面的第三部件包括构造为在第二组多个位置处邻接第二表面的第三部件，该装置构造为在第一位置和第二位置处定位和启用量规，量规构造为用于比较在第一位置处从第一部件到第一表面的第一距离与在第二位置处从第一部件到第二表面的第二距离，该装置构造为用于通过构造成在第三位置处定位和启用量规来分析形成焊缝，并且该装置构造为用于通过构造成在第四位置处定位和启用量规来分析形成焊缝。

在另一示范性实施例中，分析风力涡轮的形成焊缝的方法包括提供装置，其包括：用于测量距离的量规；构造为用于接收量规的第一部件；附连到第一部件上的第二部件，第二部件构造为可释放地附连到形成焊缝的第一侧上的第一表面；以及附连到第一部件的第三部件，第三部件构造为可释放地附连到形成焊缝的第二侧上的第二表面。该方法可包括量规可定位于第一部件上的多个位置处，多个位置包括邻近第二部件并远离第三部件的第一位置和邻近第三部件并远离第二部件的第二位置。该方法还可包括该装置构造为用于通过将量规定位于多个位置处并测量从第一部件到第一表面和第二表面中的每个的多个尺寸来确定焊缝的质量。该方法还包括在第一位置处定位和启用量规来确定第一距离，第一距离为在第一位置处从第一部件到第一表面，在第二位置处定位并启用量规以确定在第二距离，第二距离为在第二位置处从第一部件到第二表面，并且比较第一距离与第二距离。

该方法还可包括在第三位置处定位和启用量规以分析形成焊缝，第三位置在第一表面或第二表面上。该方法还可包括在第四位置处定位和启用量规以分析形成焊缝，第四位置在第一表面或第二表面上，第三位置和第四位置在不同的表面上。该方法还可包括记录至少第一距离、第二距离和第三距离。该方法还可包括记录至少第一距离、第二距离和第三距离之间的相对位置。确定焊缝是否偏移可包括确认共面几何形状。

本公开的一个优点包括能够确定焊缝是否不合乎期望。

本公开的另一优点包括能够确认焊缝包括期望机械性能。

本公开的另一优点包括对使用中的组装风力涡轮上的焊缝进行现场分析。

本公开的另一优点是增加测量的一致性，这是由于可归因于仅仅一个部件接触每个表面的增加的稳定性。

本公开的另一优点是测量平面和非平面几何形状的焊缝的能力。

本公开的另一优点是利用廉价且较简单的过程来分析形成焊缝的能力。

通过下文结合附图对优选实施例的更详细的描述，本公开的其它特征和优点将会明显，附图通过举例示出了本公开的原理。

附图说明

图1示出风力涡轮的侧视图。

图2示出在第一位置的焊缝分析装置的示范性实施例的侧视图。

图3示出在第二位置的焊缝分析装置的示范性实施例的侧视图。

图4示出在第一位置安装于圆柱形表面上的焊缝分析装置的示范性实施例的侧视图。

图5示出在第二位置安装于圆柱形表面上的焊缝分析装置的示范性实施例的侧视图。

图6示出在预期形成平面表面的结构上的焊缝分析装置的示范性实施例的放大示意图。

图7示出在预期形成圆柱形表面的结构上的焊缝分析装置的示范性实施例的放大示意图。

图8示出焊缝分析方法的示范性实施例的图解视图。

在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的附图标记来表示相同部件。

具体实施方式

如图1所示，风力涡轮系统100通常包括容纳发电机(未示出)的吊舱102。吊舱102可为安装于塔架104顶部上的外壳。风力涡轮系统100可安装于各种地形上，从而接近具有期望风力条件的区域。地形可显著地变化，并且可包括但不限于山地地形或离岸位置。风力涡轮系统100还可包括附连到旋转毂部110上的一个或多个转子叶片108。系统100可包括用于将转子叶片108的旋转转换成电力的发电机。

塔架104可包括通过焊缝114固定到第二部分112上的第一部分109。本文所述的焊缝是形成焊缝。如本文所使用的，术语“形成焊缝”包括通过加热、超声焊接和任何其它合适焊接过程形成的焊缝。例如，通过加热所产生的形成焊缝可为冷却焊缝。如图所示，第一部分109构造为用于支承第二部分112。第一部分109和第二部分112可为弓形、圆柱形或其某些部分。在一个实施例中，第一部分109、第二部分112和其它部分形成塔架104，其具有圆锥形或截头圆锥形几何形状。在其它实施例中，塔架104可具有其它合适的几何形状，从而导致与焊缝114相邻的表面具有不同的几何形状。塔架104的几何形状形成可包括焊缝114的多个轮廓。例如，在第一部分109焊接到第二部分112的实施例中，焊缝114可具有弯曲轮廓(参看图2和图3)。在此实施例中，相邻表面可为单独的基底。例如，单独基底可为不同材料和/或不同件。如本文所使用的，术语“相邻”是指邻近或附近的结构。例如，相邻表面包括预期焊接到表面上的任何表面。在第一部分109为圆柱形并被焊接以形成圆柱体几何形状的实施例中，焊缝114可具有基本上平面的轮廓，其中相邻表面弯曲以形成圆柱体或圆柱体的一部分(参看图4和图5)。在此实施例中，相邻表面可为相同基底(例如，构造为形成为圆柱体并焊接到其本身的金属基底)。在其它实施例中，焊缝114可具有由相邻表面的其它形状/几何形状形成的其它轮廓。

参看图2，示出用于分析焊缝114的装置202。对于用于分析焊缝114的装置202，优选地形成焊缝114。装置202包括第一部件204，其构造为用于接收量规206。量规206可为用于测量距离的机械或电子装置。例如，量规206可为机械或电子深度测量装置或凹坑量规(pitgage)。第一部件204包括保持特征205，诸如槽、通道、表面或可调整地和/或可释放地固定量规206的其它结构。第二部件208可附连或另外固定到第一部件204。第二部件208可以可释放地固定到焊缝114的第一侧212上的第一表面210。在一个实施例中，第二部件208可由磁体可释放地固定。第三部件214可以可释放地固定到焊缝114的第二侧218上的第二表面216。另外地或替代地，第三部件214可由磁体可释放地固定。第二部件208和/或第三部件214可由磁体固定和/或附连到金属表面。金属表面可形成包括但不限于塔架104的结构的一部分或全部。在一个实施例中，第二部件208和第三部件214基本上相同。在另一实施例中，第二部件208和/或第三部件214可与第一部件204成整体。将装置202限制为三个部件204、208、214可允许测量具有额外轮廓的表面。包括多于三个部件可导致不一致的确定。例如，多于三个部件可使得装置不稳定和/或某些部件更可能不适当地附连和/或固定到基底。

参看图2和图3，装置202构造为用于通过将量规206定位于沿第一部件204的多个位置处来分析焊缝114。在一个实施例中，多个位置包括第一位置220和第二位置222。第一位置220可邻近第二部件208并远离第三部件214。第二位置222可邻近第三部件214并远离第二部件208。在一个实施例中，第二部件208可构造为在多个第一表面位置处可释放地固定到第一表面210和/或邻接第一表面210。另外地或替代地，第三部件214可构造为在多个第二表面位置处可释放地固定到第二表面216和/或邻接第二表面216。因此，第二部件208和/或第三部件216可沿表面选择性地定位。

通过在沿第一部件204的位置处启用量规206，可测量在第一部件204与表面之间的距离。在一个实施例中，可通过定位量规206来启用量规206。在另一实施例中，可通过按压量规206上的按钮来启用量规206。可在第一位置220处测量在第一部件204与第一表面210之间的第一距离224。可在第二位置222处测量在第一部件204与第二表面216之间的第二距离302。如上所述，第一表面210和/或第二表面216可为单独基底或相同基底。在一个实施例中，可通过在第三位置306处启用量规206来测量第三距离304。第三位置304可在第一表面210或第二表面216上，但不在第一位置220、第二位置222或焊缝114处。在另一实施例中，可通过在第四位置310处启用量规206来测量第四距离308。第四位置310可在第一表面210或第二表面216上，但不在第一位置220、第二位置222、第三位置306或焊缝114处。应了解的是，在更多位置处的测量可允许进一步分析焊缝114；然而，期望限制测量的次数以避免不必要的费用和时间。

如果第一表面210和第二表面216基本上共面并且焊缝114预期连接这些表面从而形成大体平面的更大表面，则第一距离224相比于第二距离302的测量可指示焊缝114是否偏移或另外地不合乎期望。如本文所使用的，术语“偏移”或未对准是指预期共面的两个表面的相邻边缘之间的关系不是共面的或者预期形成预定几何形状(例如，圆柱体)的两个表面的相邻边缘之间的关系不形成该预定几何形状。如果焊缝114偏移，则第一距离224和第二距离302可不同。为了确认该焊缝114不偏移，可比较第一距离224、第二距离302和第三距离304。如果第一距离224、第二距离302和第三距离304全都相同并且第一表面210和第二表面216基本上平面，则焊缝114不偏移。

参看图4和图5，装置202可用于在相邻表面不共面时分析焊缝114。在一个实施例中，第一表面210和第二表面216可为圆柱体或其它弯曲结构的一部分。如果第一表面210和第二表面216为圆柱体的部分并且焊缝114预期连接表面从而形成圆柱体的更大部分(或者整个圆柱体)，则第一距离224相对于第三距离304(第三距离304在第一表面210上)的测量可与第二距离302相对于第四距离308(第四距离308在第二表面216上)的测量进行比较来确定焊缝114是否偏移。为了确定焊缝114是否偏移，必须确定第一位置220与第三位置306之间的第一距离402并且必须确定第二位置222与第四位置310之间的第二距离502。该信息可被比较、记录或输入至多个数学计算中，从而指示焊缝114是否偏移。

在第一表面210和第二表面216形成不为圆柱形或平面的几何形状的实施例中，可执行额外测量。额外测量可包括位置距焊缝114的相对距离、表面斜度和/或焊缝114的厚度。在其它实施例中，用于装置202的量规206可计算焊缝114是否偏移。

图6示出在示范性偏移焊缝114中装置202的实施例的放大示意图，其中第一表面210和第二表面216预期形成平面的更大表面。如图6所示，第一距离224、第二距离302、第三距离304和第四距离308不同。因此，图6所示的焊缝114偏移。

图7示出在示范性偏移焊缝114中装置202的实施例的放大示意图，其中第一表面210和第二表面216预期形成圆柱形表面或其它弯曲表面的一部分。如图7所示，第一距离224、第二距离302、第三距离304和第四距离308不同。因此，图7所示的焊缝114偏移。

图8示出用于分析焊缝114以确定焊缝114是否偏移的示范性方法800。方法800包括：提供装置202(框802)，在第一位置220处定位并启用量规206以确定第一距离(框804)，在第二位置222处定位并启用量规206以确定第二距离(框806)，以及比较在第一位置220处从第一部件204到第一表面210的第一距离224与在第二位置222处从第一部件204到第二表面216的第二距离302(框808)。确定第一距离224是否不同于第二距离302(框810)可允许确定焊缝114是否偏移。如果第一距离224不同于第二距离302(在框810中“是”)并且预期几何形状被确认为共面(框812)，则焊缝114可被认为是偏移的(框814)。

为了基于基底的几何形状来确认焊缝114未偏移，方法800还可包括在第三位置306处定位并启用量规206以确定第三距离304(框815)。响应于第一距离224等于第二距离302(框810中“否”)，比较第三距离304与第一距离224(框816)。确定第一距离224是否不同于第三距离304(框818)可允许确定焊缝114是否偏移。如果第一距离224不同于第三距离304(在框818中“是”)并且预期几何形状被确认为共面(框812)，则焊缝114可被认为是偏移的(框814)。如果第一距离224等于第三距离304(框818中“否”)并且预期几何形状被确认为共面(框820)，则焊缝114可认为是不偏移的(框822)。在其它实施例中，额外的几何形状(例如，弓形或圆柱形几何形状)可允许通过以下步骤来确定焊缝114是否偏移：在第四位置310处定位和启用量规206以确定第四距离308，记录第一距离224、第二距离302、第三距离304和/或第四距离308，和/或记录至少这些位置之间的相对位置。确定是否需要额外的测量是基于预期由第一表面210、第二表面216形成的几何形状与焊缝114之间的数学和/或几何关系。对于风力涡轮100中的塔架104，可确定基于设计模型的特定几何形状，其允许对表面进行测量从而允许周期性地确认焊缝114未偏移。

虽然参考优选实施例描述了本公开，但是本领域技术人员应了解的是，在不偏离本公开的范围的情况下，可做出各种变化并且可用等效物来替代本发明的元件。此外，在不偏离本公开的本质范围的情况下，可做出许多修改来使特定情形或材料适应本公开的教导。因此，预期本公开并不限于作为设想用于执行本公开的最佳方式公开的特定实施例，而是本公开将包括属于所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于分析风力涡轮系统(100)的形成焊缝(114)的装置(202)，其包括：

量规(206)，其用于测量距离；

第一部件(204)，其构造为用于接收所述量规(206)；

第二部件(208)，其附连到所述第一部件(204)上，所述第二部件(208)构造为可释放地附连到所述形成焊缝(114)的第一侧(212)上的第一表面(210)；

第三部件(214)，其附连到所述第一部件(204)上，所述第三部件(214)构造为可释放地附连到所述形成焊缝(114)的第二侧(218)上的第二表面(216)；

所述量规(206)可定位于所述第一部件(204)上的多个位置，所述多个位置包括邻近所述第二部件(208)并远离第三部件(214)的第一位置(220)和邻近第三部件(214)并远离第二部件(208)的第二位置(222)；以及

所述装置(202)构造为用于通过将所述量规(206)定位于所述多个位置处并测量从所述第一部件(204)到所述第一表面(210)和所述第二表面(216)中的每个的多个尺寸来确定所述焊缝(114)的质量。

2.如权利要求1所述的装置(202)，其特征在于，所述第二部件(208)和所述第三部件(214)基本上相同。

3.如权利要求1所述的装置(202)，其特征在于，所述第二部件(208)和所述第三部件(214)中的每个包括至少一个磁体，所述磁体可附连到所述第一表面(210)和所述第二表面(216)中的一个或两个上。

4.如权利要求1所述的装置(202)，其特征在于，构造为可释放地附连到所述第一表面(210)的所述第二部件(208)包括构造为在第一组多个位置处邻接所述第一表面(210)的第二部件(208)。

5.如权利要求4所述的装置(202)，其特征在于，构造为可释放地附连到所述第二表面(216)的所述第三部件(214)包括构造为在第二组多个位置处邻接所述第二表面(216)的第三部件(214)。

6.如权利要求1所述的装置(202)，其特征在于，所述第二部件(208)和所述第三部件(214)中不超过一个可释放地附连到所述第一表面(210)上。

7.如权利要求1所述的装置(202)，其特征在于，所述装置(202)构造为用于在所述第一位置(220)和所述第二位置(222)处定位和启用所述量规(206)，所述量规(206)构造为用于比较在所述第一位置(220)处从所述第一部件(204)到所述第一表面(210)的第一距离(224)与在所述第二位置(222)处从所述第一部件(204)到所述第二表面(216)的第二距离(302)。

8.如权利要求7所述的装置(202)，其特征在于，所述装置(202)构造为用于通过构造成在第三位置(306)处定位并启用所述量规(206)来分析所述形成焊缝(114)。

9.如权利要求8所述的装置(202)，其特征在于，所述装置(202)构造为用于通过构造成在第四位置(310)处定位并启用所述量规(206)来分析所述形成焊缝(114)。

10.如权利要求1所述的装置(202)，其特征在于，第一基底包括所述第一表面(210)和所述第二表面(216)，所述第一基底和所述形成焊缝(114)大体上形成圆柱体，所述圆柱体形成用于所述风力涡轮系统(100)的塔架(104)的一部分。

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