2023風(fēng)機(jī)在役葉片損傷智能檢測機(jī)器人應(yīng)用

風(fēng)電葉片全生命周期運行技術(shù)解決方案01 02 03 04葉片設(shè)計階段

葉片生產(chǎn)階段

葉片運行階段

葉片回收階段標(biāo)準(zhǔn)材料工藝聯(lián)合開發(fā)、自主設(shè)計

后市采購\

離線檢測在線監(jiān)測

無害化高利用值2/45 風(fēng)電運維市場形勢概述在役葉片智能檢測技術(shù)1.風(fēng)電運維市場形勢概述|行業(yè)概況近五年新增和累計風(fēng)電裝機(jī)容量

累計裝機(jī)容量,

風(fēng)電裝機(jī)量止跌回升 2018年20953累計裝機(jī)容量,累計裝機(jī)容量,2016年,16873

2017年,188392018年，行業(yè)迎來“回暖期”。全國新增裝累計裝機(jī)容量, 2015年,14536單位：萬千瓦累計裝機(jī)容量,單位：萬千瓦2014年,11461

機(jī)容量結(jié)束“兩連跌“，達(dá)到2114萬千瓦。截至2019年底，全國累計裝機(jī)容量達(dá)到億千瓦，連續(xù)9年位居世界第一。新增裝機(jī)容量,2014年,2320

新增裝機(jī)容量,2015年,3075

新增裝機(jī)容量, 新增裝機(jī)容量2016年,2337 2017年,1966

新增裝機(jī)容量, 預(yù)計2020年累計裝機(jī)將會達(dá)到3億千萬。2018年,21142014年2015年2016年2017年2018年新增裝機(jī)容量2014年2015年2016年2017年2018年新增裝機(jī)容量23203075233719662114累計裝機(jī)容量11461145361687318839209534/45 1.風(fēng)電運維市場形勢概述|平價時代風(fēng)火同價的基礎(chǔ)：風(fēng)電技術(shù)持續(xù)進(jìn)步9500

9000

7200

6900注：數(shù)據(jù)來自國家發(fā)改委可再生能源研究中心5/45 風(fēng)電運維市場形勢概述|風(fēng)電后市場風(fēng)電服務(wù)大趨勢國內(nèi)產(chǎn)能過剩及風(fēng)火同價風(fēng)電服務(wù)大趨勢國內(nèi)產(chǎn)能過剩及風(fēng)火同價機(jī)銷售業(yè)務(wù)的利潤將進(jìn)一步被壓縮；市場，成為各家整機(jī)企業(yè)、專業(yè)運維公司競爭的新陣地。（東北能源網(wǎng)）風(fēng)電服務(wù)市場前景到2020年，11萬臺風(fēng)機(jī)都將出質(zhì)保；風(fēng)電后市場規(guī)模近年均保持10%以上增速；（前瞻產(chǎn)業(yè)研究院）6/45 風(fēng)電運維市場形勢概述在役葉片智能檢測技術(shù)長期循環(huán)載荷運行條件導(dǎo)致復(fù)合材料提前疲勞退化主要材料：玻璃纖維、環(huán)氧樹脂、長期循環(huán)載荷運行條件導(dǎo)致復(fù)合材料提前疲勞退化主要材料：玻璃纖維、環(huán)氧樹脂、芯材（輕木/PVC泡沫）、結(jié)構(gòu)膠、涂層生產(chǎn)過程質(zhì)量運輸、吊裝等運行環(huán)境惡劣：強(qiáng)風(fēng)、雨蝕、鹽霧、雷擊等8/45 在役葉片智能檢測方案|在役葉片失效背景風(fēng)力發(fā)電機(jī)大部件故障數(shù)統(tǒng)計圖

現(xiàn)場服役風(fēng)力葉片損傷故障率高葉片結(jié)構(gòu)健康對風(fēng)場收益影響極大--占總故障>40%葉片結(jié)構(gòu)健康對風(fēng)場收益影響極大現(xiàn)場服役風(fēng)力葉片損傷后果--葉片失效占發(fā)電量損失>40%風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)成本高--葉片成本占機(jī)組超過20%服役風(fēng)機(jī)葉片更換成本高99/45 2.在役葉片智能檢測方案|在役葉片失效背景裂紋褶皺…>50%服役葉片失效裂紋褶皺…開裂 褶皺分層 干紗10/45 2.在役葉片智能檢測方案|在役葉片檢測意義11/45 11/45 超長葉片成技術(shù)發(fā)展趨勢P=2AUa(1a)32D 增加風(fēng)輪面積有效提高氣體輸出功率更長葉片對材料、工藝嚴(yán)峻挑戰(zhàn)提前預(yù)警、提前修復(fù)，防微杜漸統(tǒng)計初始損傷，反哺前端設(shè)計建立健康檔案，預(yù)測剩余服役壽命葉片結(jié)構(gòu)健康，保障發(fā)電收益2.在役葉片智能檢測方案|葉片檢測現(xiàn)狀12/45 膠粘狀態(tài)檢測分層等缺陷檢測產(chǎn)品出廠質(zhì)檢制造12/45 膠粘狀態(tài)檢測分層等缺陷檢測產(chǎn)品出廠質(zhì)檢制造服役葉片檢測塔底目視檢查吊籃平臺檢查吊籃平臺檢查13/45 葉片出廠檢測采用目視方法13/45 葉片出廠檢測采用目視方法觀察葉片內(nèi)外表面褶皺、裂紋等缺陷；采用超聲探傷儀檢測內(nèi)部膠粘狀態(tài)。缺點：檢測精確度低傳統(tǒng)超聲儀檢測效率低無法進(jìn)行數(shù)據(jù)成像2.在役葉片智能檢測方案|葉片檢測現(xiàn)狀服役葉片損傷檢測服役葉片損傷檢測采用塔底目視法觀察葉片外表面人員進(jìn)入葉根目視法檢測內(nèi)表面

采用吊籃形式通過人工目視役葉片結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)。缺點：目視法檢測精確度低45手持超聲儀檢測效率低4514/14/主動激勵法被動法主動紅外被動紅外服役葉片缺陷檢測技術(shù)在役葉片智能檢測方案|葉片復(fù)合材料檢測技術(shù)主動激勵法被動法主動紅外被動紅外服役葉片缺陷檢測技術(shù)連續(xù)實時地對風(fēng)電場服役葉片進(jìn)行監(jiān)測。應(yīng)變振動連續(xù)實時地對風(fēng)電場服役葉片進(jìn)行監(jiān)測。應(yīng)變振動聲發(fā)射主動聲發(fā)射被動聲發(fā)射電測法光測法機(jī)械測法15/45 X射線超聲機(jī)器視覺紅外渦流15/45 X射線超聲機(jī)器視覺紅外渦流機(jī)器人無人機(jī)離線檢測單點超聲相控陣超聲激光超聲空氣耦合超聲風(fēng)電運維市場形勢概述在役葉片智能檢測技術(shù)運達(dá)智慧運維解決方案|運達(dá)技術(shù)方案技術(shù)成熟度安全可靠性檢測成本技術(shù)成熟度安全可靠性檢測成本“光纖傳感器 在線監(jiān)測”光纖振動傳感器提取信號的振幅、強(qiáng)度、頻率等特征參數(shù)光纖載荷傳感器實時監(jiān)測葉片載荷變化

“機(jī)器人載體 光學(xué)&超聲掃描”機(jī)器人載體精確控制姿態(tài)、位移及超聲探頭相對位置自動掃描全自動掃描過程減少人工作業(yè)實時轉(zhuǎn)換大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)挖掘優(yōu)化算法提高精度

高耦合度提前浸潤被測表面，減少聲阻抗，提高超聲檢測精度攝像系統(tǒng)高清攝像系統(tǒng)行進(jìn)中拍攝被測表面，自動辨識表面裂紋1717/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|在線監(jiān)測智能改造方案葉根處安裝4個載荷傳感器葉中1/3處安裝1個振動傳感器葉中1/3處安裝1個振動傳感器系統(tǒng)主控柜安裝解調(diào)儀（12通道）

信號采集控制線路方案ChordwiseSpanwiseChordwise18/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|在線監(jiān)測智能改造方案19/4519/45 20/45光纖振動傳感器安裝光纖載荷傳感器安裝信號線及解調(diào)儀安裝裂紋擴(kuò)展實時檢測自動采集提高效率減少人為提高精度3.運達(dá)智慧運維解決方案|在線監(jiān)測智能改造方案20/45光纖振動傳感器安裝光纖載荷傳感器安裝信號線及解調(diào)儀安裝裂紋擴(kuò)展實時檢測自動采集提高效率減少人為提高精度3.運達(dá)智慧運維解決方案|離線檢測機(jī)器人技術(shù)檢測機(jī)器人研制關(guān)鍵技術(shù)檢測機(jī)器人研制關(guān)鍵技術(shù)SandiaWindBladeReliabilityRobot（U.S.）

InnoraRobotics：RoboticWindTurbineTesting21/4521/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|服役葉片智能檢測方案損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 路徑規(guī)劃系數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 路徑規(guī)劃系數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng) 安全保障系統(tǒng)損傷探測系統(tǒng)正視圖傷共168發(fā)射、接受晶元檢測葉片內(nèi)部深處損傷

覺圖像識別、特征提取自BDR-01葉片智能檢測機(jī)器人22/45 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 路徑規(guī)劃系數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng) 安全保障系統(tǒng)側(cè)視圖 側(cè)視圖 輪電動控制、進(jìn)退自如 輪耦合、精準(zhǔn)控制運動控制系統(tǒng)超聲探頭、運動機(jī)構(gòu)與葉片復(fù)雜曲面柔性貼合及精準(zhǔn)控制。BDR-01葉片智能檢測機(jī)器人23/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|服役葉片智能檢測方案損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 路徑規(guī)劃系數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 路徑規(guī)劃系數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 安全保障系統(tǒng)動辨識、快捷準(zhǔn)確

ifi信號遠(yuǎn)距無線傳輸數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)無線傳輸及視覺超聲檢測結(jié)果自動辨識。BDR-01葉片智能檢測機(jī)器人24/45 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 路徑規(guī)劃系數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 安全保障系統(tǒng)多重安全多重安全設(shè)計、保障本體及風(fēng)機(jī)安全。 纜確保安全、拖曳運行電控負(fù)壓、強(qiáng)勁吸力常閉設(shè)計、保障安全示機(jī)器人移動、吸附、檢測三種工作狀態(tài)指示燈 背視圖安全保障系統(tǒng)BDR-01BDR-01葉片智能檢測機(jī)器人25/45 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 路徑規(guī)劃系數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 安全保障系統(tǒng)BDR-01葉片智能檢測機(jī)器人BDR-01葉片智能檢測機(jī)器人葉片曲面三維掃描、自適應(yīng)訓(xùn)練檢測路徑規(guī)劃。 描三維掃描、實時感知規(guī)劃路徑、自動作業(yè)路徑規(guī)劃系統(tǒng)26/45 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 損傷探測系統(tǒng) 輔助系統(tǒng)運動控制系統(tǒng) 路徑規(guī)劃系數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 安全保障系統(tǒng)提高超聲探測精度、吸盤吸力及清潔葉片表面。提高超聲探測精度、吸盤吸力及清潔葉片表面。 抗去除多余水分 面電控運行、提前清掃精度BDR-01葉片智能檢測機(jī)器人輔助系統(tǒng)27/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|服役葉片智能檢測方案實地勘測反哺設(shè)計精細(xì)優(yōu)化突出實用 實地勘測反哺設(shè)計精細(xì)優(yōu)化突出實用運達(dá)股份-平湖公司-5MW風(fēng)電機(jī)組

28/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|運達(dá)離線檢測技術(shù)方案實施原則安全第一450mm660mm450mm

效率優(yōu)先

控制成本550mm側(cè)視 俯視 正視29/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|機(jī)器人檢測流程機(jī)器人吊裝 大梁定位 規(guī)劃路徑 機(jī)器視覺超聲檢測收回收回30/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|損傷檢測機(jī)器人測試BDR-01BDR-0BDR-01BDR-02技術(shù)規(guī)格參數(shù)值工作空間1020cm2有效載荷≥15kg本體質(zhì)量55kg本體移動速度1.2m/s檢測速度0.12m/s檢測深度≥0.06m檢測精度0.004m（直徑圓）防風(fēng)等級20m/s防雨等級IP55防雷等級防護(hù)感應(yīng)雷外形尺寸長寬高不大于1200×620×600mm工作電源220V交流電第二代產(chǎn)品改進(jìn) 多重測試提升性能①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗試驗階段②地面全尺寸葉片機(jī)器人運行測試試驗階段③檢測機(jī)器人安全性測試④檢測機(jī)器人風(fēng)電現(xiàn)場測試⑤防滑落微型輔助機(jī)器人開發(fā)31/45 32/45 32/45 ①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗對機(jī)器人-超聲機(jī)電集成效果進(jìn)行測試統(tǒng)計現(xiàn)有葉片損傷類型，共五類17對機(jī)器人-超聲機(jī)電集成效果進(jìn)行測試統(tǒng)計現(xiàn)有葉片損傷類型，共五類17同類型、位置、大小的缺陷/損傷，基本涵蓋目前葉片損傷類型范圍分析了檢測速率等參數(shù)對檢測結(jié)果的影響實驗室測試 實驗室測試33/45相控陣超聲測試3.運達(dá)智慧運維解決方案|損傷檢測機(jī)器人測試33/45相控陣超聲測試①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗（第一類損傷：豎裂紋）損傷編號類型寬度mm長度mm深度mm（1）豎狀裂紋26022（2）豎狀裂紋210222（3）圓孔4（直徑）6.5（4）豎狀裂紋4.54115（5）豎狀裂紋4.5601434/45 34/45 相控陣超聲測試①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗（第二類損傷：橫裂紋）損傷編號類型寬度mm長度mm深度mm（6）橫狀裂紋1.65217（7）橫狀裂紋1.55616（8）橫狀裂紋4.13410（9）橫狀裂紋4.4708（10）左圓孔右圓孔直徑）直徑）196.535/45 ①實驗室環(huán)境35/45 ①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗（第三類損傷：斜裂紋）相控陣超聲測試損傷編號類型寬度mm長度mm深度mm（11）斜狀裂紋1.86516（12）斜狀裂紋1.65117（13）斜狀裂紋57810（14） 圓孔 5（直徑） 31.536/45 ①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗（第四類損傷：缺膠）36/45 ①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗（第四類損傷：缺膠）損傷編號類型寬度mm長度mm深度mm（15）腹板缺膠56040（16）腹板缺膠26040①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗（第四類損傷：缺膠）3.運達(dá)智慧運維解決方案|①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗（第四類損傷：缺膠）3737/45 運達(dá)智慧運維解決方案|損傷檢測機(jī)器人測試①實驗室環(huán)境葉片損傷檢測試驗（檢測速率影響）圖像穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提升采用90ml/1min的蠕動泵進(jìn)行管路供水可以滿足要求檢測速度為0.18m/s時達(dá)到穩(wěn)定性和速率多目標(biāo)優(yōu)化38/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|損傷檢測機(jī)器人測試③檢測機(jī)器人安全性測試通訊中斷測試防雷保護(hù)測試抗瞬間電流干擾外殼上安裝電氣設(shè)備的保護(hù)接地裝置設(shè)計安裝三角形排列的頂線，防雷保護(hù)線通訊中斷測試防雷保護(hù)測試抗瞬間電流干擾外殼上安裝電氣設(shè)備的保護(hù)接地裝置設(shè)計安裝三角形排列的頂線，防雷保護(hù)線39/45 3.運達(dá)智慧運維解決方案|損傷檢測機(jī)器人測試40/45 運達(dá)智慧運維解決方案|損傷檢測機(jī)器人測試⑤防滑落微型輔助機(jī)器人開發(fā)等因素導(dǎo)致機(jī)器人滑落的風(fēng)險INNORARobotics保護(hù)機(jī)器人本體及風(fēng)機(jī)塔筒INNORARobotics國外使用套繩方案構(gòu)建機(jī)器人最后一道安全防線多重安全高性能強(qiáng)力吸盤高強(qiáng)度拖曳電纜多重安全41/4541/453.運達(dá)智慧運維解決方案|效果對比人工檢測 智能檢測測量精度人工肉眼檢測精度低，且僅限于表面容易誤判；人工手持超聲檢測效率低，數(shù)據(jù)不連續(xù)。

測量精度采用機(jī)器人智能檢測，能夠?qū)崿F(xiàn)葉片大梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)連續(xù)性檢測，測量精度能達(dá)到毫米級。測量效率現(xiàn)場葉片手持超聲檢測受人工、環(huán)境及吊籃穩(wěn)定度影響較大，效率極低。

測量效率智能檢測機(jī)器人通過葉片損傷自動辨識以及自動化探傷，50米葉片檢測時長在4小時以內(nèi)，比目前手動測量效率提升3倍以上，極大減少停機(jī)時間。在役葉片兩種檢測方式效果提升對比 在役葉片兩種檢測方式效果提升對