虹科案例|太赫兹技术应用于风电涡轮机叶片涂层厚度与涂层内缺陷检测

1.挑战：涡轮机叶片涂层损坏导致高额维护成本

为了应对气候危机，从电力和热能到运输和重工业，经济的各个方面都脱碳至关重要。为了实现这一目标，作为绿色能源的风能，已经逐渐成为人类能源的来源之一。

风电应用中，通常采用风电涡轮机这种装置来实现风的动能到电能的转变。而叶片是风电涡轮机最关键的部件，它的结构长期暴露在环境条件下，由此可能产生一些损伤，因此通常要对叶片采用涂层保护。这些涂层由多层先进材料组成，必须满足高质量要求，以确保涡轮机的平稳运行。

然而，涡轮机的叶片涂层损坏是当前涡轮机产生故障的主要来源之一，由此会导致长时间的停机和昂贵的运营维护（O&M）费用，使得风能行业面临重大的经济损失，这是目前行业标准质量控制流程中的技术还无法检测到的。

实际上，风能行业30%的O&M成本都用于叶片涂层的检查或维护上。因此，为了降低这些成本，在安装之前确保任何风电涡轮机叶片的质量水准至关重要，以避免过早失效。除此以外，还需要现场定期检测风电涡轮机叶片上的涂层缺陷，以防止意外停机。

通常，叶片涂层的质量控制只能通过目视检查进行。但是实际检测的情况会更加复杂，由于涡轮机的叶片暴露于高热、机械和化学应力下，涂层的内部完整性经常有所损伤，肉眼无法察觉。此外，微小的外部缺陷往往预示着内部隐藏着更大的问题，基于目视检查的维修活动并不能解决根本问题。目前，至少有1/3已维修的涡轮机零件最终仍然需要再次进行维修操作。对于涂层内部的质量控制，有时只能使用破坏性的统计分析方法，但是这样的检查方式花费时间长，对叶片可能造成明显损伤，反而增加了维护成本。

因此，风电行业迫切需要一种全新的检测技术，能够探测叶片涂层的内部是否存在缺陷，检测过程不会对被测叶片及涂层造成损伤，并且适应生产制造与现场维护等多场景的应用。

2. 太赫兹无损检测技术

太赫兹波具有优异的穿透性，通过太赫兹时域光谱技术的反射式、无接触、非电离辐射的检测方式不会对叶片涂层造成任何可能的损伤，专业算法可以实现厚度与粘附性检测，具体包括涂层厚度检测、吸附控制、磨砂缺陷检测、孔隙检测、空洞缺陷检测与气泡检测，从而对涂层的内部损伤实现快速的评估与检测。

太赫兹技术可以对任何涂层结构和任何风车叶片的涂层进行深入表征，适用于任何基材：复合材料（碳或玻璃）和金属（钢、铝、钛、镁等）。这种可以量化涂层间粘附性的无损检测工具，能够预测可能的缺陷，从而防止已安装的涡轮风车的停机和叶片更换，还可以应用于船舶与航空航天领域的零部件生产检测与部件维护等。

虹科提供的 Notus 无损检测系统，是市场上唯一能够有效检测风电涡轮机的叶片涂层内部缺陷的无损检测工具。特别的是，基于相同的太赫兹探测原理，Notus 系统针对不同的使用场景开发了不同的版本，适应实验室、工厂制造与现场维护的特定场景的应用需求。

3、结果：更可靠、成本更低的叶片涂层控制

西门子歌美飒（Siemens-Gamesa）是世界风能行业的先驱，致力于为世界范围提供利用风能的尖端技术释放风能的未来潜力，以应对当今最大的挑战：气候危机。西门子-歌美飒目前已经在约90个国家开展风电业务，提供广泛的陆上风能涡轮机技术，涵盖所有风力能级与现场条件，还提供海上风力发电的解决方案与服务。

遍布世界的风电涡轮机对西门子-歌美飒的运营维护能力而言是一个巨大的挑战，同样地，风能行业普遍存在的涡轮机叶片涂层损害造成的停机与维护成本也是西门子歌美飒面临的难题。

太赫兹技术成为了西门子歌美飒的首要选择。通过在风车叶片制造质量控制过程中利用基于太赫兹技术的 Notus 系统，可以实现更可靠、更低成本的叶片涂层控制。自2017年以来，西门子歌美飒一直依靠 Notus 系统进行风电涡轮机叶片涂层的制造质量控制。

通过利用不同版本的 Notus 系统，材料研究部门能够利用 Notus-lab 实现对涂层材料的快速准确表征与研究，以选择出最优的涂层材料，并深入了解材料的性质与损伤情况。叶片制造工厂能够利用 Notus-factory 检测大面积的叶片涂层情况，通过厚度优化与减少返工来达到节省材料的目的。最为重要的是，Notus-field 是一种便携式设备，不仅可以用于制造工厂，还可以移动到物流中心和风电现场进行预防性或纠正性维护的检测，降低了返工成本与维修的时间与难度。

得益于太赫兹技术，西门子歌美飒可以在生产过程中和整个使用寿命期间获得有关风车叶片涂层状况的实时数据。Notus 的使用表明，风电场运营商每年可能节省10%的运维成本，考虑到目前风能行业每年的运维支出为150亿，这是一个巨大的节省成本的机会。

审核编辑 黄宇