随着风电产业在全球的蓬勃发展，各类事故也在频繁发生，其中有一部分严重的事故与螺栓疲劳断裂和预紧力不足有密切关系。针对我国风电发展的要求，有必要结合我国风电发展自身特点开展检测技术真研究，以保证检测结果的可靠性。为此，本项目在分析关键部件超声检测特点的基础上，开展风电机组超声检测技术研究，主要有以下两个子任务：

任务一：基于超声技术的风机螺栓紧固轴向力测量技术研究；

任务二：风力发电机组螺栓超声柱面导波相控阵检测技术研究。

目前在役风力发电机组螺栓安全维护方面还没有可靠的技术手段。螺栓轴力需要每年对螺栓进行扭矩复检来保证，扭矩法受到多种外部因素影响，精度低，不能保证全寿命周期内螺栓的安全。螺栓的缺陷很难进行在线探伤，现有的技术或者需要将螺栓拆卸下来，或者只有螺栓断裂后才能发现，不能满足防患于未然的安全理念。

关键部件的缺陷检测与评定是保证风电机组安全运行的基础。超声波检测以其对裂纹类缺陷敏感、对人体和环境无影响，且成本低、方便快捷的特点被广泛应用于风电设备的在役检查。由于风电站关键部件的结构特点、部件材质及其环境增加了超声检测的难度，且其关键部件的重要性对超声检测的缺陷的定量定位也提出了更高的精度要求。本项目攻克了超声在螺栓安全维护方面的技术障碍，在同行业中处于领先地位。

根据声弹性理论，超声波在各向均一金属材料中的传播速度与应力值大小有一定的对应关系，且可以通过横波与纵波表达式联立求解的方式，消除螺栓轴向长度以及温度变化带来的影响。在实际测量中，螺栓轴向应力在低载荷与高载荷分段校准，不同载荷段声时差之比与应力值大小呈单纯的线性关系。从而更准确地获得螺栓轴向应力值大小，解决这一急需的工业应用难题。该方法属于创新性的应用在风力发电机组螺栓轴力测量中。

螺栓是工业装备中的标准配件之一，但在复杂的应力、高温高压、周期振动等各种恶劣工况下工作时，很容易产生不易被发现的疲劳裂纹。在裂纹发展一定程度时，经常会发生脆性断裂。超声柱面导波相控阵方法将超声波相控阵技术创新性的将相控阵技术应用于螺栓探伤领域，能检测螺栓更小裂纹缺陷，更快更方便的发现缺陷。

根据本项目研发的螺栓超声轴力检测系统和螺栓便携式超声柱面导波相控阵系统可以实现单人现场操作，数据实时传送、远程分析等功能。在这方面国内外的一些公司都没有比较成熟的产品，更没有实现广泛应用，便携式便于高空作业的产品研究现在成为一个热点问题。而便携式检测设备可以适应野外检测和现场检测，携带方便，应用性较强。特别随着计算机技术和无线通信技术的发展，还可以在检测现场建立计算机无线终端，实现网络化和检测的高速化，成像的实时性。

采取螺栓超声轴力检测系统，对螺栓的预紧力检验采用新的检验方法：先用本系统对螺栓进行逐个检测，发现紧固力不满足相关标准时再用力矩扳手对松动螺栓重新进行紧固。此方法在保证设备可靠性的前提下，极大的节约了外委维护或购买维修力矩扳手的成本和人力成本，提高了工作效率。

螺栓便携式超声柱面导波相控阵系统可以快速完成螺栓探伤工作，消耗的人工成本很低，因此节约了大量外委检测费用，大大减少螺栓断裂的不可控风险，保证风电机组安全运行，避免了风机事故造成的损失。

本项目应用后，风电行业螺栓安全维护的传统做法将被抛弃，新方法结果更加可靠、精度更高、消耗的人力、物力更少，极大提高了风电机组的运行可靠性，因此对风电行业起到了革命性的推动作用。