葉輪不平衡檢測
2025-09-26 北京公司

1. 產(chǎn)品概況

為了追逐更低的度電成本，葉片尺寸越來越大（長度、弦長、重量），風(fēng)機穩(wěn)定性對葉片制造、安裝和控制精度更敏感，而這些因素最終通過氣動不平衡反應(yīng)在對風(fēng)機振動、載荷和發(fā)電量的影響上。根據(jù)風(fēng)機認(rèn)證規(guī)范Guideline for the Certification of Wind Turbines Edition 2010中第4章（4.3.4.1）載荷計算的要求，葉片角度偏差不超過±0.3°。該要求為載荷計算的輸入條件，產(chǎn)生額外的極端載荷和周期性疲勞載荷。如果角度偏差過大，將造成實際載荷超過設(shè)計載荷，也會減少疲勞壽命，甚至引發(fā)共振帶來災(zāi)難性事故。

通過近期對風(fēng)機事故的調(diào)研和對一些出現(xiàn)振動大的風(fēng)機故障分析發(fā)現(xiàn)，葉片零度角不準(zhǔn)確是引起葉片角度偏差的重要原因。因此如何準(zhǔn)確測定在運行風(fēng)機的葉片零度角顯得十分重要。相關(guān)機構(gòu)調(diào)查發(fā)現(xiàn)歐洲：73%的機組葉輪不平衡超出標(biāo)準(zhǔn)要求；中國400多臺機組的氣動不平衡檢測，發(fā)現(xiàn)50%的機組氣動不平衡存在嚴(yán)重問題；某業(yè)主3個風(fēng)電場72臺機組的氣動不平衡，合格率也僅有17.7%，某些機組葉片角度偏差甚至超過8°。造成機組葉輪氣動不平衡的原因多種多樣，其中葉片較零問題是主要原因，其次葉片氣動外形不一致、葉片制造誤差、葉片維修等都會導(dǎo)致葉輪出現(xiàn)氣動不平衡。

2. 系統(tǒng)原理

基于葉片視頻凈空的葉輪不平衡測試系統(tǒng)使用高質(zhì)量的數(shù)字單鏡頭相機和大焦距變焦鏡頭進行光學(xué)測量。通過圖像處理程序，從提取的葉尖位置和相關(guān)塔架位置確定塔架凈空的像素值。利用相關(guān)數(shù)學(xué)公式和風(fēng)機相關(guān)參數(shù)計算出葉尖在塔筒上的投影點，能夠精確計算出機組運行狀態(tài)下凈空變化值。利用三支葉片的凈空變化情況獲取機組葉輪不平衡狀態(tài)及相關(guān)分量。

地面實施的葉片凈空檢測手段就具有了天然的便捷性和精準(zhǔn)性，在固定坐標(biāo)系下可以方便有效的測得葉片凈空結(jié)果，保證了較高的分辨率和精度，并且方便易操作，在不同機組和環(huán)境下可以重復(fù)使用。通過將攝像機放置到塔底的正下方，向上拍取葉片運行的視頻，通過計算標(biāo)記的葉尖投影點到葉尖點之間的距離，可以獲得實時凈空結(jié)果。

圖1 葉輪不平衡視頻檢測原理

3. 案例介紹

內(nèi)蒙古包頭某風(fēng)電場一臺機組頻繁觸發(fā)振動故障，我公司派遣技術(shù)人員到達現(xiàn)場進行系統(tǒng)測試，對數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)機組存在非常大的葉輪氣動不平衡，通過視頻數(shù)據(jù)能夠明顯看出葉片偏差。如下圖所示。

圖2支葉片偏差較大

通過對視頻數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)其中一支葉片偏差較大。對葉片進行系統(tǒng)檢查發(fā)現(xiàn)葉片零刻度線標(biāo)識存在較大的錯誤，導(dǎo)致葉片較零異常。檢查發(fā)現(xiàn)機組一支葉片零刻度標(biāo)尺安裝錯誤。零刻度標(biāo)尺設(shè)計安裝位置是0度線與合模縫距離14.9cm，經(jīng)測量該葉片0刻度線距離約24.5cm，安裝偏差約10cm，安裝角度偏差約6°。對零刻度標(biāo)尺重新安裝，滿足設(shè)計要求，重新安裝零刻度標(biāo)尺后歸零校準(zhǔn)。并對機組重新測試，測試三支葉片數(shù)據(jù)正常，如圖13和圖14所示。