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海上风电塔筒及叶片清洗检查机器人

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成果主要完成人

王胜利、范朝峰、王 锋、朱天华、申云乔、方海涛、黄曙光、杨 涛

项目概况

海洋环境恶劣,不仅盐雾浓度高、湿度大,且时常伴有台风、海冰等灾害性天气;风机伫立海中,受到海面与海底风涌、浪流的影响,运行环境复杂多变、受非定常载荷的影响显著;同时,海上风机可及性差,出海与海上作业对天气条件有严格的要求。风机叶片在运行中受海洋盐雾腐蚀环境影响大,表面保护层容易损坏,继而产生集尘、结垢,严重影响发电效率。有报道显示,叶片集尘及结垢,影响发电效率达到5%;叶片的例行检查也较陆上风电更加困难,陆上风电常用的无人机观察、陆地大倍率光学望远镜观察和蜘蛛人抵近观察实施起来都非常困难;同时,由于风电主机减速箱漏油等原因,风电塔筒有时也会严重受污,需要清洗。为了保证运行安全高效,联合高科技公司研发一种基于人工智能技术的能够进行叶片清洗、塔筒清污、叶片表面涂层剥落及裂纹等检查的机器人是非常迫切。该项目将研制一款海上风电塔筒、叶片清洗检查机器人装置,实现对海上风电塔筒、叶片的安全清洗除垢,并采用摄像装置检查叶片外在可视缺陷。 风电机器人采用永磁轮行走设计,具有很好的吸附性能和负载能力,可承载100米长的悬垂电、水缆重量。风电机器人配备了2组包胶主动行走轮,驱动轮架与车架采用铰接浮动方案,可满足风电机器人在塔筒上任意位置均处于最佳贴合吸附状态。风电机器人搭载了塔筒清洗装置、叶片清洗装置、高清拍摄系统、高度编码装置、前置摄像头、喷枪摄像头。塔筒清洗装置设置在风电机器人正上方,采用高压射流冲洗方式;叶片清洗装置设置在风电机器人中下部,也采用高压射流冲洗方式,设有喷水云台;高清拍摄系统设置在风电机器人上方,设有摆动云台及调焦机构;高度编码装置由钟摆、全向轮、高精度编码器组成,风电机器人各种行走姿态均能实时定位爬行高度。 地面控制站和遥控器是海上风电清洗检查机器人的便携式控制中心,能够对机器人的行走、清洗作业及拍摄进行远程操控。地面控制站配置了一面15英寸和一面10.4英寸的监控屏,可以实时显示单反相机图像、工作摄像头图像的监控画面。遥控器上配置了一面操作辅助显示屏,可实时显示风电机器人的爬行高度、左右驱动行走速度等信息。 风电机器人搭载两套清洗装置:工作原理是利用高压水射流的冲刷、楔劈、剪切、磨削等复合破碎作用清洗表面污物。一套是覆盖风电机器人全横断面的塔筒高压水冲洗装置,亦称塔筒高压水射流清洗装置,简称塔筒清洗装置;另一套为叶片高压水冲洗装置,亦称叶片高压水射流清洗装置,简称叶片清洗装置。塔筒清洗装置清洗角度距离可在一定范围内调整,本装置采用大角度扇形喷嘴。叶片清洗装置采用长杆远程喷枪,可以远程控制喷射角度方向。 风电机器人上方搭载了一套高清拍摄系统,由一台高清单反相机,配有摆动云台及调焦机构,配合风电机器人不同高度位置变化,可以覆盖叶片的主要表面。