Page 59 - 无损检测2022年第一期

王 婷, 等:

风机塔筒早期损伤的磁记忆检测

进行, 开展对塔筒构件早期损伤的试验, 获取不同影
响因素下的磁记忆信号规律, 为在役风机塔筒的早
期损伤检测提供经验。

1 试验方法

1.1 塔筒模型设计与制作
目前塔筒大部分为上直下锥的结构, 以国电联

合动力有限公司 1.5 MW 风力发电机组为参照物,
通过相似理论等比例设计风机塔筒模型, 原型和模
型高度比例为 40∶1 , 直径比例为 8∶1 。设计模型的

高度和壁厚分别为1600mm 和7mm ; 采用塔筒常
用材料 Q345E 钢 进 行 加 工, 其 抗 拉 强 度 为 470~

630MPa , 屈服强度为 345MPa , 伸长率为 22% 。
为了对比不同缺口类型诱发早期损伤导致的应
力集中现象, 在两个塔筒模型上分别预制了刻槽和

平底孔两种缺陷, 刻槽长为 15mm , 宽为 5 mm , 平

底孔直径为 15mm 。为了模拟塔筒的早期损伤, 每

个塔筒共预制了 12 处缺口, 平均分布在与塔筒的顶
部、 中部和底部同一高度的圆周上, 每个高度 4 个缺
口的方位分别为塔筒的迎风面、 迎风右 侧面、 背风
面、 背风右侧面。为保证整个试验过程的稳定性, 为

塔筒 模 型 设 计 了 支 撑 底 座, 尺 寸 为 1000 mm×

1000mm×50mm ( 长 × 宽 × 高), 塔筒模型及底座 图 1 塔筒模型及底座的结构示意

的结构如图 1 所示。
1.2 载荷简化
图 2 为风机结构示意及受力简化图( 图中 F XH
为塔筒所受的风载荷;
为风机所受的轴向推力; W f
G 为塔筒所受的重力)。依据文献[ 15 ] 可知, 塔筒主
要承受风载荷和重力载荷, 重力载荷可被认为是恒
定值, 风载荷包括风轮承受的水平推力以及塔筒承
受的水平风载荷两种( 以作用于风轮上的水平推力
为主)。在搭建载荷加载试验平台时, 将整个模型受
到的水平载荷简化为作用于风轮中心的水平载荷。
塔筒工作的4种典型工况是切入风速、 额定风速、
图 2 风机结构示意及受力简化图
切向风速和极限风速。通过相似理论计算不同风速下
在试验室多通道协调加载平台( 见图 3 ) 的辅助
塔筒受到的风载荷和竖向载荷, 结果如表1所示。
表 1 不同风速下试验塔筒的载荷计算结果 下, 对塔筒试验构件进行水平及竖直方向的匀速加
载。水平加载工装的设计是为了实现塔筒和加载装
风速 / 载荷和工况
置的配合, 支撑架的作用是稳定加载过程。为保证
-1
( m · s ) 风载荷 / kN 典型工况 竖向载荷 / kN
塔筒下端的稳定, 使用高强度的螺栓将塔筒底座固
3 8.79 切入风速 12.342
定于台座上。
10.5 9.29 额定风速 12.342
1.3 检测步骤
25 10.51 切向风速 12.342
( 1 )按照扫查路径( 见图 4 ) 对平底孔缺陷进行
极限风速
50 31.44 12.342
标定, 刻槽缺陷检测路径与之相同。
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2022 年 第 44 卷 第 1 期
无损检测