CN111927720B - 用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，依靠永磁吸附于风力发电机塔身的被检测表面，搭载列阵超声探头并通过设置在风力发电机塔身顶部的牵引装置牵引在风力发电机塔身的被检测表面上移动，吸附移动装置包括上安装板、下安装板、“U”形吸附架、水平永磁吸附板、永磁滚动球、永磁柱、探头固定连接架、水平探头安装板、电磁铁、连接立柱、铁质吸盘和永磁触角。本发明通过电磁铁通断电的擒纵控制和永磁触脚的永磁吸附力，实现非检测状态和检测状态的切换；非检测状态时，列阵超声探头与检测表面分离，整套装置处于可移动状态；检测状态时，列阵超声探头能够与检测表面零距离接触地开展裂纹检测作业，保证了检测可靠度。
Description
技术领域
本发明属于无损检测装置技术领域，特别涉及一种用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置。
背景技术
风能是当前世界各国重点攻关和竞相利用的重要可持续能源之一。我国拥有高原、丘陵与海岸线等广阔风能丰富地区，我国的风电行业迎来快速发展。2010年中国风力发电机总容量达到世界第一，预计2022年将达到2.1亿千瓦，届时我国风力发电机数量将达数十万台。随着风力发电机大型化发展趋势，当今风力发电机整体高度达到100-150米，其中塔身高度超过100米，重量达几十吨，是支撑风机叶片与发电机组的一个关键部件。塔身材料通常采用铁质合金钢，设计成圆锥或圆柱等筒形结构，此种塔身结构具有占地少、受力性能好、重量轻等诸多优点。塔身外围直径超过5米，外表面曲率较小；因此对于体积较小的参照物，可以近似看作平面。
风力发电机工作过程中，塔身不仅承受叶片与发电机组的巨大重力，而且受到叶片与发电机转动产生的震动影响，以及风力作用在叶片上的横向推力。因此，塔身承受复杂的弯矩、扭矩及剪切力的复合作用。塔身通常采取模块化设计制造，采用焊接或者法兰连接等形式加工而成。塔身的材料内部存在气泡或微裂纹等天然瑕疵，以及焊缝裂纹或者由于连接处应力集中而造成疲劳裂纹。这些裂纹在上述巨大的弯矩、扭矩及剪切力作用下，极易扩展开来，如果没有及时诊断发现，可能会造成塔身材料失效，甚至造成风力发电机整体倒塌，产生严重的经济损失与社会影响，同时形成巨大的安全隐患。风机塔身内部裂纹缺陷的早期诊断发现，有助于避免后期的社会经济损失。
目前，风力发电机塔身疲劳裂纹的早期检测一般为人工操作。①地面瞭望方式是经常采用的一种简单易操作的检测方法，工作人员站立在塔身附近借用目力或望远镜，观测塔身表面是否发生裂纹或者形变，此种方法检测的准确度与精度都比较差。②无人机巡查最近发展比较迅速，无人机搭载高清摄像头，飞行至塔身附近，采用扫掠方式对于塔身表面进行安全巡检，此种检测方式对于表面裂纹的检测精度比较高，但是对于材料内部的早期细微裂纹没有鉴别能力。③人工检测方法是指检测人员借助大型起重机、吊索、安全绳、吊筐等辅助设备，沿塔身表面贴附爬行行进，用手持式超声无损检测装置逐片区域地对塔身开展检测作业，诊断塔身内部材料的疲劳裂损状态和程度，并决定是否需要专业维修。采用此类专用设备的安全检测，能够发现塔身内部早期细微裂纹，尽早采取补救措施，从而有效避免重大经济损失。但前文所述，风力塔身高达100多米，专业检测人员不得不暴露在高空危险环境中开展检测作业，这样一方面浪费大量人力和物力，检测效率低，而且检测人员还面临极大安全风险。
因此，急需一种搭载无损检测探头用于风力发电机塔身裂纹早期检测的自动化检测装置来替代人工作业，如何解决检测装置与风力发电机塔身的吸附、移动以及自动检测问题是其中关键。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，该装置依靠永磁吸附于塔身表面，通过电磁铁通断电的擒纵控制和永磁触脚的永磁吸附力，实现非检测状态和检测状态的切换，并由位于塔身顶部的牵引装置提拉上升，实现风力发电机塔身无损检测作业。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，依靠永磁吸附于风力发电机塔身的被检测表面，搭载列阵超声探头7并通过设置在风力发电机塔身顶部的牵引装置牵引在风力发电机塔身的被检测表面上移动。
所述吸附移动装置包括上安装板1、下安装板2、“U”形吸附架3、水平永磁吸附板4、永磁滚动球5、永磁柱6、探头固定连接架8、水平探头安装板9、电磁铁10、连接立柱11、铁质吸盘13和永磁触角15。
所述上安装板1与下安装板2间隔一定距离相互固定。
所述“U”形吸附架3包括两个相互平行的吸附臂31以及与两个吸附臂31垂直固接的水平连接部32；所述水平连接部32固接在下安装板2的下端面，使得两个吸附臂31垂直于下安装板2。
两个水平布置并垂直于水平连接部32的水平永磁吸附板4分别垂直固接在两个吸附臂31的下端；两个水平永磁吸附板4的下端面均设有一对永磁滚动球5，两个永磁滚动球5分别在水平永磁吸附板4的下端面的两端，两个永磁滚动球5之间设置有多个永磁柱6；当永磁滚动球5吸附在风力发电机塔身的被检测表面时，所述永磁柱6的底面与风力发电机塔身的被检测表面之间间隔一定距离。
水平布置的探头固定连接架8固接在“U”形吸附架3的水平连接部32和下安装板(2)上，探头固定连接架8与水平连接部32相互垂直构成十字交叉结构。
所述水平探头安装板9通过一对移动套筒12可上下移动地设置在探头固定连接架8下方，且水平探头安装板9与探头固定连接架8相互平行。
所述连接立柱11可自由滑动地依次从下安装板2、“U”形吸附架3的水平连接部32和探头固定连接架8的光孔中穿过，连接立柱11的底端垂直固接在水平探头安装板9的上端面中部；所述铁质吸盘13的下端面中部设有限位凸台14，限位凸台14与连接立柱11的顶端螺纹连接；所述限位凸台14的直径大于下安装板2的光孔的直径。
所述电磁铁10固接在上安装板1的下端面上，电磁铁10与铁质吸盘13相互平行且二者的形状中心位于同一条垂直直线上。
在电磁铁10断电的情况下，电磁铁10与铁质吸盘13间隔一定距离，所述列阵超声探头7的底面与永磁滚动球5的底面和永磁触角15的底面位于同一水平面。
所述列阵超声探头7垂直安装在水平探头安装板9的下端面中部，列阵超声探头7的检测端竖直向下。
所述列阵超声探头7的四周设有多个固接在水平探头安装板9的下端面的永磁触角15，永磁触角15的底面与列阵超声探头7的底面位于同一水平面。
在电磁铁10通电的情况下，所述电磁铁10与铁质吸盘13之间的吸附力大于各永磁触脚15与塔身的被检测表面之间的吸附力总和。
优选地，所述探头固定连接架8通过榫卯结构与“U”形吸附架3的水平连接部32连接。
优选地，所述列阵超声探头7嵌入水平探头安装板9的下端面中部设置的凸台安装孔内，孔内设有压力弹簧。
优选地，所述永磁触角15上设有触角橡胶套。
优选地，所述永磁柱6的底面与风力发电机塔身的被检测表面之间的间隔距离为2±1mm。
优选地，所述上安装板1和下安装板2的材质为ABS塑料；所述连接立柱11为钢制双头螺柱。
优选地，所述“U”形吸附架3和水平永磁吸附板4采用3D打印一体成型。
优选地，所述探头固定连接架8和水平探头安装板9均通过3D打印制备。
优选地，四个永磁滚动球5构成的矩形区域面积为12cm×12cm。
优选地，所述列阵超声探头7的四周均匀分布有四个永磁触角15。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的吸附移动装置依靠永磁滚动球和永磁柱吸附于风力发电机塔身表面，通过电磁铁通断电的擒纵控制和永磁触脚的永磁吸附力，实现非检测状态和检测状态的切换；非检测状态时，列阵超声探头与检测表面分离，整套装置处于可移动状态；检测状态时，列阵超声探头能够与检测表面零距离接触地开展裂纹检测作业，保证了检测可靠度。牵引装置牵引吸附移动装置在塔身上移动，依据探头检测范围，以一定步长自动进行地毯式推进检测，保证了检测精度，同时确保了列阵超声探头在高空开展自动化无损检测作业，降低了人工费用，同时提高了检测效率，极大提高了检测人员的作业安全性。
附图说明
图1为本发明的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置的立体结构示意图一；
图2为本发明的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置的立体结构示意图二；
图3为本发明的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置的底视结构示意图。
其中的附图标记为：
1 上安装板
2 下安装板
3 “U”形吸附架
31 吸附臂
32 水平连接部
4 水平永磁吸附板
5 永磁滚动球
6 永磁柱
7 列阵超声探头
8 探头固定连接架
9 水平探头安装板
10 电磁铁
11 连接立柱
12 移动套筒
13 铁质吸盘
14 限位凸台
15 永磁触角
16 连接螺栓
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，一种用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，依靠永磁吸附于风力发电机塔身的被检测表面，搭载列阵超声探头7并通过设置在风力发电机塔身顶部的牵引装置牵引在风力发电机塔身的被检测表面上移动，该吸附移动装置包括上安装板1、下安装板2、“U”形吸附架3、水平永磁吸附板4、永磁滚动球5、永磁柱6、探头固定连接架8、水平探头安装板9、电磁铁10、连接立柱11、铁质吸盘13和永磁触角15。
所述上安装板1通过四个连接螺栓16与下安装板2间隔一定距离相互固定。
所述“U”形吸附架3包括两个相互平行的吸附臂31以及与两个吸附臂31垂直固接的水平连接部32；所述水平连接部32固接在下安装板2的下端面，使得两个吸附臂31垂直于下安装板2。
两个水平布置并垂直于水平连接部32的水平永磁吸附板4分别垂直固接在两个吸附臂31的下端；两个水平永磁吸附板4的下端面均设有一对永磁滚动球5，两个永磁滚动球5分别在水平永磁吸附板4的下端面的两端，两个永磁滚动球5之间设置有多个永磁柱6。当永磁滚动球5吸附在风力发电机塔身的被检测表面时，所述永磁柱6的底面与风力发电机塔身的被检测表面之间的间隔一定距离。优选地，永磁柱6的底面与风力发电机塔身的被检测表面之间的间隔距离为2±1mm。
水平布置的探头固定连接架8垂直固接在“U”形吸附架3的水平连接部32上，与水平连接部32构成十字交叉结构。优选地，所述探头固定连接架8通过榫卯结构与“U”形吸附架3的水平连接部32连接。
所述水平探头安装板9通过一对移动套筒12可上下移动地设置在探头固定连接架8下方，且水平探头安装板9与探头固定连接架8相互平行。
所述连接立柱11可自由滑动地依次从下安装板2、“U”形吸附架3的水平连接部32和探头固定连接架8的光孔中穿过，连接立柱11的底端垂直固接在水平探头安装板9的上端面中部。所述铁质吸盘13的下端面中部设有限位凸台14，限位凸台14与连接立柱11的顶端螺纹连接。所述限位凸台14的直径大于下安装板2的光孔的直径。
所述电磁铁10固接在上安装板1的下端面上，电磁铁10与铁质吸盘13相互平行且二者的形状中心位于同一条垂直直线上。
在电磁铁10断电的情况下，电磁铁10与铁质吸盘13间隔一定距离；所述列阵超声探头7的底面与永磁滚动球5的底面和永磁触角15的底面位于同一水平面。
所述列阵超声探头7垂直安装在水平探头安装板9的下端面中部，列阵超声探头7的检测端竖直向下。所述列阵超声探头7嵌入水平探头安装板9的下端面中部设置的凸台安装孔内，孔内设有压力弹簧，用于调节列阵超声探头7与被检测表面间的压合力，并减少列阵超声探头7下落时的冲击力，避免损伤探头。
所述列阵超声探头7的四周设有多个固接在水平探头安装板9的下端面的永磁触角15，永磁触角15的底面与列阵超声探头7的底面位于同一水平面。所述永磁触角15上设有触角橡胶套，减小列阵超声探头7与被检测表面的冲击力，并增加检测装置与被检测表面之间的摩擦力。
在电磁铁10通电的情况下，所述电磁铁10与铁质吸盘13之间的吸附力大于各永磁触脚15与塔身的被检测表面之间的吸附力总和。
优选地，所述列阵超声探头7的四周均匀分布有四个永磁触角15。
优选地，所述上安装板1和下安装板2的材质为ABS塑料。
优选地，所述连接立柱11为钢制双头螺柱。
优选地，所述“U”形吸附架3和水平永磁吸附板4采用3D打印一体成型。
优选地，所述探头固定连接架8和水平探头安装板9均通过3D打印制备。
优选地，四个永磁滚动球5构成的矩形区域面积大约为12cm×12cm。
本发明的工作过程如下：
将本发明的吸附移动装置与风力发电机塔身顶部的牵引装置连接，将吸附移动装置的四个永磁滚动球5与风力发电机塔身的铁质表面直接接触，并产生强大吸附力；同时，永磁柱6与风力发电机塔身的铁质表面间隔距离2mm，产生强大辅助吸附力，使吸附移动装置紧紧吸附在风力发电机塔身。吸附移动装置处于非检测状态时，电磁铁10通电，电磁铁10与铁质吸盘13间产生的吸附力大于永磁触角15产生的吸附力之和，将连接立柱11向上提升，进而使列阵超声探头7的底面高于永磁滚动球5的底面。牵引装置牵引吸附移动装置在风力发电机塔身上移动。当到达需要检测的被检测表面时，电磁铁10断电，吸附移动装置进入检测状态，电磁铁10与铁质吸盘13间失去吸附力，在永磁触角15产生的吸附力的作用下，连接立柱11向下移动，在限位凸台14和内置弹簧的作用下，列阵超声探头7正好与被检测表面紧密贴合列，同时获得无损检测作业所需的合理的压合力，列阵超声探头7自动完成无损检测作业。
检测完成后，电磁铁10通电，连接立柱11向上提升，列阵超声探头7和永磁触角15离开被检测表面。再次通过牵引装置将检测装置牵引到下一个检测位置进行无损检测作业。
Claims (8)
1.一种用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，依靠永磁吸附于风力发电机塔身的被检测表面，搭载列阵超声探头(7)并通过设置在风力发电机塔身顶部的牵引装置牵引在风力发电机塔身的被检测表面上移动，其特征在于，
所述吸附移动装置包括上安装板(1)、下安装板(2)、“U”形吸附架(3)、水平永磁吸附板(4)、永磁滚动球(5)、永磁柱(6)、探头固定连接架(8)、水平探头安装板(9)、电磁铁(10)、连接立柱(11)、铁质吸盘(13)和永磁触角(15)；
所述上安装板(1)与下安装板(2)间隔一定距离相互固定；
所述“U”形吸附架(3)包括两个相互平行的吸附臂(31)以及与两个吸附臂(31)垂直固接的水平连接部(32)；所述水平连接部(32)固接在下安装板(2)的下端面，使得两个吸附臂(31)垂直于下安装板(2)；
两个水平布置并垂直于水平连接部(32)的水平永磁吸附板(4)分别垂直固接在两个吸附臂(31)的下端；两个水平永磁吸附板(4)的下端面均设有一对永磁滚动球(5)，两个永磁滚动球(5)分别在水平永磁吸附板(4)的下端面的两端，两个永磁滚动球(5)之间设置有多个永磁柱(6)；当永磁滚动球(5)吸附在风力发电机塔身的被检测表面时，所述永磁柱(6)的底面与风力发电机塔身的被检测表面之间间隔一定距离；
水平布置的探头固定连接架(8)固接在“U”形吸附架(3)的水平连接部(32)和下安装板(2)上，探头固定连接架(8)与水平连接部(32)相互垂直构成十字交叉结构；
所述水平探头安装板(9)通过一对移动套筒(12)可上下移动地设置在探头固定连接架(8)下方，且水平探头安装板(9)与探头固定连接架(8)相互平行；
所述连接立柱(11)可自由滑动地依次从下安装板(2)、“U”形吸附架(3)的水平连接部(32)和探头固定连接架(8)的光孔中穿过，连接立柱(11)的底端垂直固接在水平探头安装板(9)的上端面中部；所述铁质吸盘(13)的下端面中部设有限位凸台(14)，限位凸台(14)与连接立柱(11)的顶端螺纹连接；所述限位凸台(14)的直径大于下安装板(2)的光孔的直径；
所述电磁铁(10)固接在上安装板(1)的下端面上，电磁铁(10)与铁质吸盘(13)相互平行且二者的形状中心位于同一条垂直直线上；
在电磁铁(10)断电的情况下，电磁铁(10)与铁质吸盘(13)间隔一定距离，所述列阵超声探头(7)的底面与永磁滚动球(5)的底面和永磁触角(15)的底面位于同一水平面；
所述列阵超声探头(7)垂直安装在水平探头安装板(9)的下端面中部，列阵超声探头(7)的检测端竖直向下；
所述列阵超声探头(7)的四周设有多个固接在水平探头安装板(9)的下端面的永磁触角(15)，永磁触角(15)的底面与列阵超声探头(7)的底面位于同一水平面；
在电磁铁(10)通电的情况下，所述电磁铁(10)与铁质吸盘(13)之间的吸附力大于各永磁触角(15)与塔身的被检测表面之间的吸附力总和；
所述探头固定连接架(8)通过榫卯结构与“U”形吸附架(3)的水平连接部(32)连接；
所述列阵超声探头(7)嵌入水平探头安装板(9)的下端面中部设置的凸台安装孔内，孔内设有压力弹簧。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，其特征在于，所述永磁触角(15)上设有触角橡胶套。
3.根据权利要求1所述的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，其特征在于，所述永磁柱(6)的底面与风力发电机塔身的被检测表面之间的间隔距离为2±1mm。
4.根据权利要求1所述的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，其特征在于，所述上安装板(1)和下安装板(2)的材质为ABS塑料；所述连接立柱(11)为钢制双头螺柱。
5.根据权利要求1所述的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，其特征在于，所述“U”形吸附架(3)和水平永磁吸附板(4)采用3D打印一体成型。
6.根据权利要求1所述的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，其特征在于，所述探头固定连接架(8)和水平探头安装板(9)均通过3D打印制备。
7.根据权利要求1所述的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，其特征在于，四个永磁滚动球(5)构成的矩形区域面积为12cm×12cm。
8.根据权利要求1所述的用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置，其特征在于，所述列阵超声探头(7)的四周均匀分布有四个永磁触角(15)。
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| KR20130081759A (ko) * | 2012-01-10 | 2013-07-18 | 케이엔디이주식회사 | 다수의 초음파 탐촉자 고정장치 |
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| CN109854464A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-06-07 | 湖南沄耀中创科技有限公司 | 一种应用于风机塔筒清洗检测的磁性攀爬机器人 |
| CN111595942A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-08-28 | 核动力运行研究所 | 一种大直径马鞍面焊缝外壁自动超声检测装置 |
| CN212508655U (zh) * | 2020-09-17 | 2021-02-09 | 中国农业大学 | 用于风力发电机塔身列阵超声无损检测的吸附移动装置 |
-
2020
- 2020-09-17 CN CN202010977101.XA patent/CN111927720B/zh active Active
Patent Citations (6)
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于Ansoft的爬壁机器人吸附装置分析及设计;黄忠;刘泉;王茂;;机械工程师;20151210(第12期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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