2023风机在役叶片损伤智能检测机器人应用

风电叶片全生命周期运行技术解决方案01 02 03 04叶片设计阶段

叶片生产阶段

叶片运行阶段

叶片回收阶段标准材料工艺联合开发、自主设计

后市采购\

离线检测在线监测

无害化高利用值2/45 风电运维市场形势概述在役叶片智能检测技术1.风电运维市场形势概述|行业概况近五年新增和累计风电装机容量

累计装机容量,

风电装机量止跌回升 2018年20953累计装机容量,累计装机容量,2016年,16873

2017年,188392018年，行业迎来“回暖期”。全国新增装累计装机容量, 2015年,14536单位：万千瓦累计装机容量,单位：万千瓦2014年,11461

机容量结束“两连跌“，达到2114万千瓦。截至2019年底，全国累计装机容量达到亿千瓦，连续9年位居世界第一。新增装机容量,2014年,2320

新增装机容量,2015年,3075

新增装机容量, 新增装机容量2016年,2337 2017年,1966

新增装机容量, 预计2020年累计装机将会达到3亿千万。2018年,21142014年2015年2016年2017年2018年新增装机容量2014年2015年2016年2017年2018年新增装机容量23203075233719662114累计装机容量11461145361687318839209534/45 1.风电运维市场形势概述|平价时代风火同价的基础：风电技术持续进步9500

9000

7200

6900注：数据来自国家发改委可再生能源研究中心5/45 风电运维市场形势概述|风电后市场风电服务大趋势国内产能过剩及风火同价风电服务大趋势国内产能过剩及风火同价机销售业务的利润将进一步被压缩；市场，成为各家整机企业、专业运维公司竞争的新阵地。（东北能源网）风电服务市场前景到2020年，11万台风机都将出质保；风电后市场规模近年均保持10%以上增速；（前瞻产业研究院）6/45 风电运维市场形势概述在役叶片智能检测技术长期循环载荷运行条件导致复合材料提前疲劳退化主要材料：玻璃纤维、环氧树脂、长期循环载荷运行条件导致复合材料提前疲劳退化主要材料：玻璃纤维、环氧树脂、芯材（轻木/PVC泡沫）、结构胶、涂层生产过程质量运输、吊装等运行环境恶劣：强风、雨蚀、盐雾、雷击等8/45 在役叶片智能检测方案|在役叶片失效背景风力发电机大部件故障数统计图

现场服役风力叶片损伤故障率高叶片结构健康对风场收益影响极大--占总故障>40%叶片结构健康对风场收益影响极大现场服役风力叶片损伤后果--叶片失效占发电量损失>40%风力发电机生产成本高--叶片成本占机组超过20%服役风机叶片更换成本高99/45 2.在役叶片智能检测方案|在役叶片失效背景裂纹褶皱…>50%服役叶片失效裂纹褶皱…开裂 褶皱分层 干纱10/45 2.在役叶片智能检测方案|在役叶片检测意义11/45 11/45 超长叶片成技术发展趋势P=2AUa(1a)32D 增加风轮面积有效提高气体输出功率更长叶片对材料、工艺严峻挑战提前预警、提前修复，防微杜渐统计初始损伤，反哺前端设计建立健康档案，预测剩余服役寿命叶片结构健康，保障发电收益2.在役叶片智能检测方案|叶片检测现状12/45 胶粘状态检测分层等缺陷检测产品出厂质检制造12/45 胶粘状态检测分层等缺陷检测产品出厂质检制造服役叶片检测塔底目视检查吊篮平台检查吊篮平台检查13/45 叶片出厂检测采用目视方法13/45 叶片出厂检测采用目视方法观察叶片内外表面褶皱、裂纹等缺陷；采用超声探伤仪检测内部胶粘状态。缺点：检测精确度低传统超声仪检测效率低无法进行数据成像2.在役叶片智能检测方案|叶片检测现状服役叶片损伤检测服役叶片损伤检测采用塔底目视法观察叶片外表面人员进入叶根目视法检测内表面

采用吊篮形式通过人工目视役叶片结构健康状态。缺点：目视法检测精确度低45手持超声仪检测效率低4514/14/主动激励法被动法主动红外被动红外服役叶片缺陷检测技术在役叶片智能检测方案|叶片复合材料检测技术主动激励法被动法主动红外被动红外服役叶片缺陷检测技术连续实时地对风电场服役叶片进行监测。应变振动连续实时地对风电场服役叶片进行监测。应变振动声发射主动声发射被动声发射电测法光测法机械测法15/45 X射线超声机器视觉红外涡流15/45 X射线超声机器视觉红外涡流机器人无人机离线检测单点超声相控阵超声激光超声空气耦合超声风电运维市场形势概述在役叶片智能检测技术运达智慧运维解决方案|运达技术方案技术成熟度安全可靠性检测成本技术成熟度安全可靠性检测成本“光纤传感器 在线监测”光纤振动传感器提取信号的振幅、强度、频率等特征参数光纤载荷传感器实时监测叶片载荷变化

“机器人载体 光学&超声扫描”机器人载体精确控制姿态、位移及超声探头相对位置自动扫描全自动扫描过程减少人工作业实时转换大数据数据挖掘优化算法提高精度

高耦合度提前浸润被测表面，减少声阻抗，提高超声检测精度摄像系统高清摄像系统行进中拍摄被测表面，自动辨识表面裂纹1717/45 3.运达智慧运维解决方案|在线监测智能改造方案叶根处安装4个载荷传感器叶中1/3处安装1个振动传感器叶中1/3处安装1个振动传感器系统主控柜安装解调仪（12通道）

信号采集控制线路方案ChordwiseSpanwiseChordwise18/45 3.运达智慧运维解决方案|在线监测智能改造方案19/4519/45 20/45光纤振动传感器安装光纤载荷传感器安装信号线及解调仪安装裂纹扩展实时检测自动采集提高效率减少人为提高精度3.运达智慧运维解决方案|在线监测智能改造方案20/45光纤振动传感器安装光纤载荷传感器安装信号线及解调仪安装裂纹扩展实时检测自动采集提高效率减少人为提高精度3.运达智慧运维解决方案|离线检测机器人技术检测机器人研制关键技术检测机器人研制关键技术SandiaWindBladeReliabilityRobot（U.S.）

InnoraRobotics：RoboticWindTurbineTesting21/4521/45 3.运达智慧运维解决方案|服役叶片智能检测方案损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 路径规划系数据采集处理系统损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 路径规划系数据采集处理系统 安全保障系统损伤探测系统正视图伤共168发射、接受晶元检测叶片内部深处损伤

觉图像识别、特征提取自BDR-01叶片智能检测机器人22/45 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 路径规划系数据采集处理系统 安全保障系统侧视图 侧视图 轮电动控制、进退自如 轮耦合、精准控制运动控制系统超声探头、运动机构与叶片复杂曲面柔性贴合及精准控制。BDR-01叶片智能检测机器人23/45 3.运达智慧运维解决方案|服役叶片智能检测方案损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 路径规划系数据处理系统 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 路径规划系数据处理系统 安全保障系统动辨识、快捷准确

ifi信号远距无线传输数据处理系统数据处理系统数据无线传输及视觉超声检测结果自动辨识。BDR-01叶片智能检测机器人24/45 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 路径规划系数据处理系统 安全保障系统多重安全多重安全设计、保障本体及风机安全。 缆确保安全、拖曳运行电控负压、强劲吸力常闭设计、保障安全示机器人移动、吸附、检测三种工作状态指示灯 背视图安全保障系统BDR-01BDR-01叶片智能检测机器人25/45 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 路径规划系数据处理系统 安全保障系统BDR-01叶片智能检测机器人BDR-01叶片智能检测机器人叶片曲面三维扫描、自适应训练检测路径规划。 描三维扫描、实时感知规划路径、自动作业路径规划系统26/45 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 损伤探测系统 辅助系统运动控制系统 路径规划系数据处理系统 安全保障系统提高超声探测精度、吸盘吸力及清洁叶片表面。提高超声探测精度、吸盘吸力及清洁叶片表面。 抗去除多余水分 面电控运行、提前清扫精度BDR-01叶片智能检测机器人辅助系统27/45 3.运达智慧运维解决方案|服役叶片智能检测方案实地勘测反哺设计精细优化突出实用 实地勘测反哺设计精细优化突出实用运达股份-平湖公司-5MW风电机组

28/45 3.运达智慧运维解决方案|运达离线检测技术方案实施原则安全第一450mm660mm450mm

效率优先

控制成本550mm侧视 俯视 正视29/45 3.运达智慧运维解决方案|机器人检测流程机器人吊装 大梁定位 规划路径 机器视觉超声检测收回收回30/45 3.运达智慧运维解决方案|损伤检测机器人测试BDR-01BDR-0BDR-01BDR-02技术规格参数值工作空间1020cm2有效载荷≥15kg本体质量55kg本体移动速度1.2m/s检测速度0.12m/s检测深度≥0.06m检测精度0.004m（直径圆）防风等级20m/s防雨等级IP55防雷等级防护感应雷外形尺寸长宽高不大于1200×620×600mm工作电源220V交流电第二代产品改进 多重测试提升性能①实验室环境叶片损伤检测试验试验阶段②地面全尺寸叶片机器人运行测试试验阶段③检测机器人安全性测试④检测机器人风电现场测试⑤防滑落微型辅助机器人开发31/45 32/45 32/45 ①实验室环境叶片损伤检测试验对机器人-超声机电集成效果进行测试统计现有叶片损伤类型，共五类17对机器人-超声机电集成效果进行测试统计现有叶片损伤类型，共五类17同类型、位置、大小的缺陷/损伤，基本涵盖目前叶片损伤类型范围分析了检测速率等参数对检测结果的影响实验室测试 实验室测试33/45相控阵超声测试3.运达智慧运维解决方案|损伤检测机器人测试33/45相控阵超声测试①实验室环境叶片损伤检测试验（第一类损伤：竖裂纹）损伤编号类型宽度mm长度mm深度mm（1）竖状裂纹26022（2）竖状裂纹210222（3）圆孔4（直径）6.5（4）竖状裂纹4.54115（5）竖状裂纹4.5601434/45 34/45 相控阵超声测试①实验室环境叶片损伤检测试验（第二类损伤：横裂纹）损伤编号类型宽度mm长度mm深度mm（6）横状裂纹1.65217（7）横状裂纹1.55616（8）横状裂纹4.13410（9）横状裂纹4.4708（10）左圆孔右圆孔直径）直径）196.535/45 ①实验室环境35/45 ①实验室环境叶片损伤检测试验（第三类损伤：斜裂纹）相控阵超声测试损伤编号类型宽度mm长度mm深度mm（11）斜状裂纹1.86516（12）斜状裂纹1.65117（13）斜状裂纹57810（14） 圆孔 5（直径） 31.536/45 ①实验室环境叶片损伤检测试验（第四类损伤：缺胶）36/45 ①实验室环境叶片损伤检测试验（第四类损伤：缺胶）损伤编号类型宽度mm长度mm深度mm（15）腹板缺胶56040（16）腹板缺胶26040①实验室环境叶片损伤检测试验（第四类损伤：缺胶）3.运达智慧运维解决方案|①实验室环境叶片损伤检测试验（第四类损伤：缺胶）3737/45 运达智慧运维解决方案|损伤检测机器人测试①实验室环境叶片损伤检测试验（检测速率影响）图像稳定性需要进一步提升采用90ml/1min的蠕动泵进行管路供水可以满足要求检测速度为0.18m/s时达到稳定性和速率多目标优化38/45 3.运达智慧运维解决方案|损伤检测机器人测试③检测机器人安全性测试通讯中断测试防雷保护测试抗瞬间电流干扰外壳上安装电气设备的保护接地装置设计安装三角形排列的顶线，防雷保护线通讯中断测试防雷保护测试抗瞬间电流干扰外壳上安装电气设备的保护接地装置设计安装三角形排列的顶线，防雷保护线39/45 3.运达智慧运维解决方案|损伤检测机器人测试40/45 运达智慧运维解决方案|损伤检测机器人测试⑤防滑落微型辅助机器人开发等因素导致机器人滑落的风险INNORARobotics保护机器人本体及风机塔筒INNORARobotics国外使用套绳方案构建机器人最后一道安全防线多重安全高性能强力吸盘高强度拖曳电缆多重安全41/4541/453.运达智慧运维解决方案|效果对比人工检测 智能检测测量精度人工肉眼检测精度低，且仅限于表面容易误判；人工手持超声检测效率低，数据不连续。

测量精度采用机器人智能检测，能够实现叶片大梁内部结构连续性检测，测量精度能达到毫米级。测量效率现场叶片手持超声检测受人工、环境及吊篮稳定度影响较大，效率极低。

测量效率智能检测机器人通过叶片损伤自动辨识以及自动化探伤，50米叶片检测时长在4小时以内，比目前手动测量效率提升3倍以上，极大减少停机时间。在役叶片两种检测方式效果提升对比 在役叶片两种检测方式效果提升对