CN104234942B - 用于复合风轮机叶片的热成像检查系统 - Google Patents

用于复合风轮机叶片的热成像检查系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于复合风轮机叶片的热成像检查系统。本申请提供了一种检查连结接合部的方法。该方法可包括以下步骤：将放热粘合剂施加到第一外壳和/或第二外壳上，经由放热粘合剂将第一外壳附接到第二外壳上来产生连结接合部，允许放热粘合剂固化，以及沿连结接合部对由放热粘合剂释放的热进行成像。连结接合部可为涡轮叶片连结接合部。

Description

用于复合风轮机叶片的热成像检查系统
技术领域
本申请和所得的专利大体上涉及风轮机叶片及其检查系统，且更具体地涉及用于使用放热粘合剂的复合风轮机叶片连结接合部的热成像检查系统。
背景技术
现代风轮机叶片大体上使低重量和低旋转惯量与高刚度和高耐疲劳和耐磨损组合，以便经得起在典型寿命周期内遇到的各种力和极端条件。总的来说，涡轮叶片可由两个外壳半部形成。涡轮叶片的制造中的关键步骤为在前缘、后缘处和在翼梁缘条(spar cap)与抗剪腹板(shear web)的结合处经由粘合剂闭合叶片的两个外壳半部，以产生连结接合部。需要检验该粘合剂连结的宽度和总体完整性，以确保涡轮叶片将满足性能和寿命要求。沿着连结接合部的涡轮叶片故障可导致严重的损坏。
用于检查该粘合剂连结接合部的当前方法包括目视检查和各种类型的非破坏性成像检查技术，如，超声波测试。然而，此类超声波测试可为耗时和相对昂贵的。此外，叶片材料中的一些可能难以经由超声波穿透。具体而言，叶片的某些区域可由于使用泡沫、轻木或不可让典型的超声波频率穿过其间的其它类型的芯材料而在超声波测试被遮蔽。某些类型的微波检查技术也是已知的。然而，此类微波检查可受到暴露于辐射的限制。
因此，期望检查将风轮机叶片的半部接合的粘合剂连结的改善的系统及方法。作为优选，此类系统和方法可准确地且可靠地检查整个粘合剂连结接合部，而不需要昂贵且耗时的超声波测试等。
发明内容
因此，本申请和所得的专利提供一种检查连结接合部的方法。该方法可包括以下步骤：将放热粘合剂施加到第一外壳和/或第二外壳上，经由放热粘合剂将第一外壳附接到第二外壳上来产生连结接合部，允许放热粘合剂固化，以及沿连结接合部对由放热粘合剂释放的热进行成像。连结接合部可为涡轮叶片连结接合部。
本申请和所得专利还提供了一种涡轮叶片检查系统。涡轮叶片检查系统可包括具有放热粘合剂的连结接合部的一定数目的涡轮叶片、以及热成像装置。热成像装置可对由放热粘合剂释放的热进行成像，以确定连结接合部的完整性。
本申请和所得专利还提供了一种涡轮叶片检查系统。涡轮叶片检查系统可包括具有第一外壳和第二外壳周围的放热粘合剂的连结接合部的一定数目的涡轮叶片、以及红外相机。红外相机可对由放热粘合剂释放的热进行成像来确定连结接合部的完整性。
一种检查连结接合部的方法，包括：
将放热粘合剂施加到第一外壳和/或第二外壳上；
经由放热粘合剂将第一外壳附接到第二外壳上来产生连结接合部；
允许放热粘合剂固化；以及
沿连结接合部对由放热粘合剂释放的热进行成像。
优选地，连结接合部包括涡轮叶片连结接合部，并且其中将放热粘合剂施加到第一外壳和/或第二外壳的步骤包括将放热粘合剂施加到第一涡轮叶片外壳和/或第二涡轮叶片外壳。
优选地，将第一外壳附接到第二外壳上的步骤包括将第一涡轮叶片外壳附接到第二涡轮叶片外壳上。
优选地，将第一涡轮叶片外壳附接到第二涡轮叶片外壳上的步骤包括将第一外壳前缘附接到第二外壳前缘上，以及将第一外壳后缘附接到第二外壳后缘上。
优选地，将第一涡轮叶片外壳附接到第二涡轮叶片外壳上的步骤包括附接翼梁缘条和抗剪腹板。
优选地，对由放热粘合剂释放的热进行成像的步骤包括由红外相机对由放热粘合剂释放的热进行成像。
优选地，对由放热粘合剂释放的热进行成像的步骤包括沿连结接合部操纵红外相机。
优选地，对由放热粘合剂释放的热进行成像的步骤包括对连结接合部中的缺陷进行成像。
优选地，对由放热粘合剂释放的热进行成像的步骤包括对连结接合部中的宽度进行成像。
一种涡轮叶片检查系统，包括：
多个涡轮叶片；
多个涡轮叶片包括连结接合部；
连结接合部包括放热粘合剂；以及
热成像装置；
其中热成像装置对由放热粘合剂释放的热进行成像以确定连结接合部的完整性。
优选地，多个涡轮叶片包括在连结接合部处接合的第一外壳和第二外壳。
优选地，多个涡轮叶片包括在连结接合部处接合的翼梁缘条和抗剪腹板。
优选地，放热粘合剂包括甲基丙烯酸甲酯单体、氰基丙烯酸酯或两部分的环氧树脂。
优选地，热成像装置包括红外相机。
优选地，多个涡轮叶片选自包括复合材料、纤维树脂基质和芯材料的集合。
一种涡轮叶片检查系统，包括：
多个涡轮叶片；
多个涡轮包括第一外壳和第二外壳周围的连结接合部；
连结接合部包括放热粘合剂；以及
红外相机；
其中红外相机对由放热粘合剂释放的热进行成像来确定连结接合部的完整性。
优选地，多个涡轮叶片包括在连结接合部处接合的翼梁缘条和抗剪腹板。
优选地，放热粘合剂包括甲基丙烯酸甲酯单体、氰基丙烯酸酯或两部分的环氧树脂。
优选地，多个涡轮叶片包括复合材料。
优选地，多个涡轮叶片包括纤维树脂基质和芯材料。
在连同若干附图和所附权利要求时，在回顾以下详细描述时，本申请和所得的专利的这些及其它特征和改善将对于本领域的普通技术人员变得清楚。
附图说明
图1为风轮机叶片的示意图。
图2为图1的风轮机叶片的一部分的侧部截面视图。
图3为可如本文所述的用于与具有放热粘合剂连结接合部的风轮机叶片一起使用的热成像检查系统的示意图。
图4为具有放热粘合剂连结接合部的图3的风轮机叶片的放大视图。
图5为具有放热粘合剂连结接合部的图3的风轮机叶片的另一放大视图。
零件清单
100 风轮机叶片
110 末梢
120 根部
130 翼梁缘条
140 抗剪腹板
150 第一外壳
160 第一外壳前缘
170 第一外壳后缘
180 吸入表面
190 第二外壳
200 第二外壳前表面
210 第二外壳后表面
220 压力表面
230 放热粘合剂
240 连结接合部
245 缺陷
250 风轮机热成像检查系统
260 红外相机
270 宽度。
具体实施方式
现在参看附图，其中相似的数字在若干视图中始终表示相似元件，图1和图2示出了如本文所述的风轮机叶片100。总的来说，风轮机叶片100可由外皮的层构成，外皮由主翼梁支承。具体而言，风轮机叶片100可从末梢110延伸至相对的根部120。翼梁缘条130和抗剪腹板140可在末梢110与根部120之间延伸。抗剪腹板140可充当风轮机叶片100内的主结构支承件。翼梁缘条130可为延伸与抗剪腹板140一致的风轮机叶片100的长度的玻璃部分，以便适应风轮机叶片100上的拉伸负载。风轮机叶片100及其构件可具有任何尺寸、形状或构造。也可在此使用其它构件和其它构造。
如上文所述，风轮机叶片100可形成在外壳中。例如，第一外壳150可从第一外壳前缘160延伸至第一外壳后缘170，且可限定吸入表面180。第一外壳150可连结到第二外壳190上。第二外壳190可从第二外壳前缘200延伸至第二外壳后缘210，且可限定压力表面220。外壳150,190可由纤维加强材料以及芯材料制成。具体而言，外壳150,190的层可包括纤维树脂基质。芯材料可包括泡沫、轻木、工程芯材料等。在此可使用其它类型的材料。
在该示例中，外壳150,190可经由放热粘合剂230连结在一起来产生连结接合部240。适合的放热粘合剂230的示例可包括甲基丙烯酸甲酯单体(MMA)、不同类型的氰基丙烯酸酯，以及类似类型的材料。总的来说，放热粘合剂230将在固化期间由于加入催化剂等时的放热化学反应而产生热。许多两部分的环氧树脂是至少部分地放热的。外壳150,190的层和连结接合部240的放热粘合剂230可以以常规方式固化。
由放热粘合剂230形成的连结接合部240的缺陷245可具有对风轮机叶片100的总体操作和寿命的影响。此类缺陷的相关区域包括前缘160,200；后缘70,210；以及翼梁缘条130周围。这些区域中的各个区域承载叶片100上的拉伸负载的至少一部分，使得这些区域中的纤维的任何弯曲可减小纤维的强度。
因此，风轮机叶片100可经由如本文所述的风轮机叶片热成像检查系统250来检查。风轮机叶片热成像检查系统250可为使用热成像的非破坏性测试类型。具体而言，风轮机叶片热成像检查系统250可包括如图3和图4中所示的红外相机260等。能够提供本文的热图像的红外相机260的示例可由FLIR系统(FLIR Systems)、由Fluke 公司(FlukeCorporation)、由欧米茄工程(Omega Engineering)和由其它机构提供。在此可使用任何类型的热成像和/或感测装置。除热图像的目视检查之外，由红外相机260产生的热图像可由不同类型的软件和/或算法处理，以确保与预定参数等完全符合。在此可使用其它构件和其它构造。
在使用中，风轮机叶片100可如上文所述那样与形成外壳150,190之间的连结接合部240的放热粘合剂组装。当放热粘合剂230固化时，热可以以已知方式释放。该热可经由红外相机260或风轮机叶片热成像检查系统250的其它类型的热成像装置来可视化。因此，风轮机叶片热成像检查系统250可确保连结接合部240的完整性。此外，风轮机叶片热成像检查系统250可检验前缘160,200、后缘170,210和如图5中所示的别处的连结接合部240的宽度。这些区域通常由泡沫、轻木或通常不让超声波频率穿过其间的其它类型的芯材料遮蔽。
此外，使用放热粘合剂230具有的利益在于将热源准确地定位在相关区域处而不影响操作者。生成的热量必须受控，以便避免对涉及的材料的损坏。因此，由放热粘合剂230提供的放热反应降低了操作者使相关区域过热的潜在可能。具体而言，风轮机叶片100和风轮机叶片热成像检查系统250的使用提供了快速且低成本的检查系统以及提高的总体可靠性和可重复性。此外，对于其它类型的测试不可行的"原位"修理，检查可在现场执行。
尽管放热粘合剂230和风轮机叶片热成像检查系统250的使用已经在涡轮叶片连结接合部240的背景下论述，但在此可检查许多其它类型的连结接合部。在此可评估两个构件的任何连接或连结。
应当清楚的是，前述内容仅涉及本申请和所得的专利的某些实施例。可由本领域的普通技术人员在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的总体精神和范围的情况下在此制作出许多改变和修改。

Claims (20)

1.一种检查连结接合部的方法，包括：
将放热粘合剂施加到第一外壳和/或第二外壳上；
经由所述放热粘合剂将所述第一外壳附接到所述第二外壳上来产生所述连结接合部；
允许所述放热粘合剂固化；
沿所述连结接合部对由所述放热粘合剂释放的热进行成像以产生热图像；以及
经由所述热图像，检验第一外壳和第二外壳的相对表面之间的连结接合部的宽度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述连结接合部包括涡轮叶片连结接合部，其中将放热粘合剂施加到第一外壳和/或第二外壳的步骤包括将放热粘合剂施加到第一涡轮叶片外壳和/或第二涡轮叶片外壳。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述第一外壳附接到所述第二外壳上的步骤包括将所述第一涡轮叶片外壳附接到所述第二涡轮叶片外壳上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述第一涡轮叶片外壳附接到所述第二涡轮叶片外壳上的步骤包括将第一外壳前缘附接到第二外壳前缘上，以及将第一外壳后缘附接到第二外壳后缘上。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述第一涡轮叶片外壳附接到所述第二涡轮叶片外壳上的步骤包括附接翼梁缘条和抗剪腹板。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对由所述放热粘合剂释放的热进行成像的步骤包括由红外相机对由所述放热粘合剂释放的热进行成像，其中由红外相机产生的热图像可由相应的软件进行处理以确保所述连结接合部与预定参数相符合。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对由所述放热粘合剂释放的热进行成像的步骤包括沿所述连结接合部操纵所述红外相机。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对由所述放热粘合剂释放的热进行成像的步骤包括对所述连结接合部中的缺陷进行成像。
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，检验所述连结接合部中的宽度步骤包括沿着第一外壳和第二外壳的前缘或沿着第一外壳和第二外壳的后缘来检验第一外壳和第二外壳的相对表面之间的连结接合部的宽度。
10.一种涡轮叶片检查系统，包括：
多个涡轮叶片；
所述多个涡轮叶片中每一个包括涡轮叶片的相对表面之间的连结接合部；
所述连结接合部包括放热粘合剂；以及
热成像装置；
其中所述热成像装置对由所述放热粘合剂释放的热进行成像以产生热图像以确定所述连结接合部的完整性；
其中由所述热成像装置产生的热图像可由相应的软件进行处理以确保所述连结接合部与预定参数相符合；
其中，所述预定参数包括在涡轮叶片的相对表面之间的所述连结接合部的宽度。
11.根据权利要求10所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述多个涡轮叶片中的每一个包括在所述连结接合部处接合的第一外壳和第二外壳。
12.根据权利要求10所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述多个涡轮叶片中的每一个包括在所述连结接合部处接合的翼梁缘条和抗剪腹板。
13.根据权利要求10所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述放热粘合剂包括甲基丙烯酸甲酯单体、氰基丙烯酸酯或两部分的环氧树脂。
14.根据权利要求10所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述热成像装置包括红外相机。
15.根据权利要求10所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述多个涡轮叶片中的每一个选自包括复合材料、纤维树脂基质和芯材料的集合。
16.一种涡轮叶片检查系统，包括：
多个涡轮叶片；
所述多个涡轮叶片中的每一个包括第一外壳和第二外壳周围的连结接合部；
所述连结接合部包括放热粘合剂；以及
红外相机；
其中所述红外相机对由所述放热粘合剂释放的热进行成像来产生热图像以确定所述连结接合部的完整性；
其中由红外相机产生的热图像可由相应的软件进行处理以确保所述连结接合部与预定参数相符合；
其中，所述预定参数包括在第一外壳和第二外壳的相对表面之间的所述连结接合部的宽度。
17.根据权利要求16所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述多个涡轮叶片中的每一个包括在所述连结接合部处接合的翼梁缘条和抗剪腹板。
18.根据权利要求16所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述放热粘合剂包括甲基丙烯酸甲酯单体、氰基丙烯酸酯或两部分的环氧树脂。
19.根据权利要求16所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述多个涡轮叶片中的每一个包括复合材料。
20.根据权利要求16所述的涡轮叶片检查系统，其特征在于，所述多个涡轮叶片中的每一个包括纤维树脂基质和芯材料。
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