邁卓斯(Metris)激光雷達(Laser Radar)測量系統成功為一家世界領先的風力發電機制造商制造的37m葉片原型進行詳細的全自動掃描。邁卓斯Focus Inspection軟件分析點云數據,然后以不同點云的對比方法為葉片原型與CAD進行比較。葉片的全局和局部幾何差異是推動風能葉片空氣動力學發展的重要工程資料。

    風能比其他再生能源更有優勢

    歐洲已經訂立了野心勃勃的目標,積極推動清潔及再生能源的發展。在未來25年,風能可以滿足大概25%的歐洲能源的需求。目前,風力發電機的高度為70-150m,而葉輪的直徑則超過100m,足以覆蓋8,000-10,000 sq. m.的吹氣面積。風力發電機將風力輸送到葉輪機械扭矩,然后轉化為1.5-4兆瓦的電力。

    借產生能率的葉片空氣動力學動力必需優化來收集最高能量的同時,讓葉片部件疲勞的不良空氣動力學負載發生也必需要減輕以延長機械的壽命。邁卓斯歐洲地區業務發展總監Francky Demeester先生表示:“為了達到重量輕及強度高的目標,風能葉片都是由強化塑料制造的。由于葉片的尺寸極大,加上強化塑料逐漸產生輕微的收縮,這對于保持葉片形狀在公差范圍是一大挑戰。邁卓斯激光雷達協助工程人員開發風能葉片原型,主要是通過檢查葉片表面及匯報原型的幾何結構與CAD在哪個地方有差別,差別有多大。

    幾何機構檢查優化空氣動力學

    最近,一家世界領先的風能發電機制造商制造的37m葉片原型就是利用邁卓斯激光雷達作檢測。在運作過程中,激光雷達系統發射一線性紅外線激光束,并計算激光束反射的時間。準確的光纖技術及光束角度驗證允許測量方案精確地找到檢測點的三維座標。

    葉片被橫放在地面上,而其后緣則向上。為了保持葉片的位置,其葉輪連結處被固定住及在中間的地方有支撐。由于葉片原型的制造是由現存的葉片開始,只有葉片外圍的15.5m是需要詳細的幾何結構驗證。Demeester先生解釋邁卓斯激光雷達及Spatial Analyzer軟件在葉片自由曲面的凹處及凸處沿一預先確定的平行線進行個別點測量。測量分辨率朝著葉片尖端而逐漸增加:行間的測量分辨率(葉展)由10-5mm,而內部線的測量分辨率(葉弦)為10-1mm。上一代的葉片是利用500mm測量分辨率從這兩個方向去進行測量。

    進行最合適的原型與CAD對比

    葉片被分成6個區域,由激光雷達的景深控制。Demeester先生解釋這6個區域由放在4個不同位置的激光雷達在15個小時里面進行自動檢測。“這樣就得到一個大概由五百萬個測量點組成的點云。利用邁卓斯Focus Inspection軟件,將低密度測量數據與葉片CAD數據進行對比,就會得到全局最佳配合。取得的轉換距陣被應用于高密度點云,因而造成一個網格。葉片正壓面和負壓面的圖表報告顯示幾何結構偏差朝著葉片尖端而增加,而相反的偏差就是后緣的特征。”

    除了全局最佳配合,工程師們也完成了一個非常全面的局部配合。其與全局最佳配合的差別為利用高密度測量數據與CAD作對比,而不是用低密度測量數據。因此,葉片正壓面和負壓面的圖表提供更詳細的葉片幾何偏差。為了集中測量某幾個特定的區域,Focus Inspection軟件可以計算葉片展幅之前緣、中間及后緣500mm范圍的最佳配合。為了得到局部截面最佳配合,工程師們把高密度的葉片點云分成33個次級數據集,然后一個一個與CAD作對比。

    深入的了解能更好地推動葉片空氣工程學的發展

    據Demeester先生的介紹,Focus Inspection軟件的風能葉片分析??樘峁┬磯嗲廊霉こ淌γ嵌員徊飭懇鍍募負謂峁褂懈釗氳牧私?。“截面圖利用不同的顏色標記突出偏差程度與葉片表面成直角,以顯示被測量及標稱截面等高線之間的對比。在此檢測項目,工程師們選擇在截面等高線的前緣及后緣之間結合更高的測量分辨率。Focus Inspection軟件能準確地檢定葉片前緣及后緣在已計算弦線的任何特定百分比的厚度。另外一個圖表顯示葉片扭曲,就是沿葉片展幅的扭曲角度。”

    有關力豐

    力豐制造科技有限公司(力豐集團子公司)于2007年1月與Metris組成合作伙伴,為中國的客戶提供一系列先進的測量設備。公司致力為客戶提供最先進的機械設備及完善的解決方案,幫助客戶增加生產力、改善產品質素及提升市場競爭能力。

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