艾法斯特杜青阳：风电主机螺栓状态监测

　　2020年10月14日-16日，2020北京国际风能大会暨展览会（CWP 2020）在北京新国展隆重召开。作为全球风电行业年度最大的盛会之一，这场由百余名演讲嘉宾和数千名国内外参会代表共同参与的风能盛会，再次登陆北京，本届大会以“引领绿色复苏，构筑更好未来”为主题，聚焦中国能源革命的未来。能见App全程直播本次大会。

　　

　　在15日下午召开的风资源精细化评估分论坛上，北京艾法斯特科技发展有限公司技术总监杜青阳发表《风电主机螺栓状态监测》主题演讲。

　　以下为发言实录：杜青阳：今天演讲的题目是螺栓状态监测。我认为螺栓没什么状态，螺栓的预警，就是螺栓连接的唯一的设计和使用指标，这个可能讲了半天大家印象不深，举一个例子，我媳妇现在就看我能挣多少钱，这就是唯一的设计和使用指标，大家可能能够了解到螺栓是什么意思了？关于螺栓的重要性简单说一下，在螺栓小行业里面，有人说螺栓是工业之米，肯定是从日本过来的，欧洲人和美国人他们不会主食是大米，肯定日本过来的，反映了日本人很无趣的那种感觉，一点表达力都没有，一点张力都没有，我看到过一个英文的文献，写的非常好，关于螺栓语言的张力写的非常好，他说整个的工业文明是用螺栓团结起来的，每次路过天安门广场，世界人民大团结，应该讲的也是螺栓，螺栓的确的确非常重要，整个工业文明连接的一个东西。

　　

　　很多客户跟我们说，现在叶根部分的螺栓的监测变成了钢需，那么这个问题就是螺栓到底需不需要去监测，我觉得我不用回答，我觉得让王校长回答就可以，王校长有一辆920万的劳斯莱斯，我可以肯定的告诉大家，920万里边没有螺栓轴的监测，有一颗螺栓掉了，王校长那一天正好拉着他爸去找马云吃饭，都是身家加起来过亿人民币的人，车很不值钱，我找王校长说，要不然我给你螺栓，开玩笑的例子，但是这个玩笑它像预言，螺栓明明不需要监测为什么咱们现在风电主机厂变成了一个钢需，这原因是在哪？唯有螺栓特别的不可控，如果我和两个人去拧螺栓，一天只挣三百，少干活，只要没有考核指标就没有问题，这个螺栓连接有多么的可靠，需求我觉得深层次的需求，是由这个原因所导致的。

　　

　　螺栓到底需不需要监测，对于有一些行业，比如说咱们风电的行业，是需要监测的，对于什么行业不需要监测，对于汽车行业不需要监测，不管你买了一个什么样的汽车，上至920万，下至7手的奥拓，您都不会考虑螺栓，您开着开着车轮子飞了一个，发动机钢盖崩了一个，为什么您的亲戚朋友，您在网上的新闻都没有碰到这些东西，因为螺栓连接特别特别的可靠，可靠到什么程度，在工业设计上可以认为是一个具有无限寿命的，换成技术语言，螺栓连接的寿命，螺栓质量没有问题，工艺没有问题，设计没有问题，您这个螺栓永远不会松动，所以关于日本人说的，艺术成分应该大于技术成分，对于咱们风电的螺栓，甚至一些其他行业的螺栓，需不需要监测。需要，也需要，为什么呢？不是因为技术原因，而是因为人的原因，譬如说99%的螺栓根本就没有测过扭矩系数就被扭上去，关于扭多大扭距这个关我啥事，见过昌平线，为了抢工期什么都是次要的工程质量，大量的螺栓被滥用是被胡用，作为一个件捆上去，今天我拧不动，大量的螺栓处在这种状态。还有一个我觉得更像咱们风电行业，年龄还是比较短，汽车行业有百年的经验，车毁人亡的人数多了都是血淋淋的教训，必须规范螺栓，但是咱们风电行业，因为比较年轻没有这些数据的积累，没有这些数据的传承，以及经验教训都相对来讲少，所以我觉得它需要监测。然后底下技术我尽量少讲一点，其实您需要的螺栓是需要让它产生压力，如果没有加紧螺栓是没有任何意义，扳手只有10%转化成了螺栓的紧力比例非常非常小，您拿一颗生锈的螺栓，不要说10%，连1%的转化率都没有，风到电的转化率是一样的，这个就是说扭矩做的工多少转化成为螺栓。

　　

　　我画一个冰山，冰山测量都是测量过扭矩系数，端面摩擦系数，风电行业基本上都测量过扭矩系数，都实测过，海面以下的，美国的数据我是知道的，一年100亿颗螺栓，什么都没有被测过，包括在美国在欧洲也一样，却在这么小的东西上有什么纠缠。

　　

　　对于螺栓的监测我举一些案例，像这种建设型的超声式的螺栓，猎鹰9重型火箭，可回收的，如果结构是没有问题两个结构没有问题，那也就说这个结构很完整，再去注油，我找了一个通用的这个GE的风机，也做了这个决定就是巡检，也是我们公司的一个主打的产品，当然用的不是我们公司的是美国公司要用美国公司的产品。但是是巡检不是监测，这里面有一个假设，这个假设我认为是对的，就是螺栓不会出现猝死现象，就是螺栓不可能出现一下轴力就小时了，大量都是螺栓预警力不足，就跟人的衰老是一样的是一个缓慢的过程。定期去检查大量的疾病在这个年龄段都是可以治疗的，是一样的，检查是病检而不是监测。

　　

　　这个有监测的，有监测的案例，就是播音公司，那么播音公司对机翼尾翼和机体上的螺栓，只要你睡醒我就监测，就靠另外一个发动机，该飞哪儿还飞哪儿有这个备份，机翼没有这个备份，解体尾翼没了，再用发动机也去不到哪儿。这个专利你看发的位置，专利始终没有提装在什么位置，但是它的图中很明显，只要学航空的一看就知道这是机翼那是尾翼，这两个地方像不像叶根螺栓，这是几亿美金。经济性的问题。

　　

　　螺栓大量的监测就是我们现在的监测，是为了以后不监测，干干净净的就像汽车行业那么成熟我一年生产一千万车辆汽车，我老板坐在家里边，丰田公司的老板，坐在家里边不会睡不着觉，咱们确实也没有看到丰田公司一千多万辆车，因为螺栓掉了车毁人亡，数百起，就是因为前期投入非常大，他对工艺的研究，他对质量的管控，比如在这里边我可以告诉大家，对螺栓这方面，汽车做得最好的就是标致，抽样率达到39，然后才是丰田33。大众才十几个这都是成本，大家对成本的看法，法国人不光很浪漫，标致的汽车很多人都反映汽车还是很皮实我们建议在螺栓的监测有大量的想法，其实不如把这个重点放到工艺的研究上面，那么改善了工艺之后，我就要看效果，所以监测的原因来了，也就是说我改善了工艺，我的目标螺栓像汽车行业一样，一次紧固终身免维护。咱们能不能做到25年，我觉得这是一个奋斗的目标，我上监测的目的是什么？是我工艺确定了以后我要积攒数据，我五年，我发现这种机型在这种条件下的螺栓的轴力没有衰减，这种机型在这种条件下，我连定检都不用了，只要我手里有数据，我有数据所带来的信心，我觉得这个是监测的目的，这个的监测是现在我的投入的产出是以后我什么也不干，我可以舒舒服服的来享受我投入带来的回报，这是一种预防的药而不是一种治病的药，这个是监测的目的，我对螺栓轴力监测的理解，我非常非常相信我的理解是正确的，因为这个行业中有标杆就是汽车行业，就连播音公司也没有把机翼螺栓全部建起来，何必强求一种心理的不安，然后我觉得要以积累数据的这种想法去提高紧固工艺，以后再出的风机手里有数据，按照这个工艺执行下去就没有问题，我觉得这个是监测的目的，而不是为了监测而监测…把我们的价格压的低低的，就因为自己没想法，投资能算得到投资回报率，就对数据性真实性可靠性变得要求那么高，为了监测而监测，这是我们的一个看法。

　　

　　简单的说一下我们公司的三个产品，我觉得也是在这种需求的引导下，我们公司做的第一超声式的，你们一看图片就知道了，减少价格高测量准，那么我们还有一个深度学习的，就是螺母，这种非接触式的，然后还有一个就是我们的视觉振动分析，通过振动视觉。

　　

　　螺栓就像一个大弹簧，所有加紧来源于螺栓的拉力，螺栓是一个大弹簧，你拉它，我们利用超声的方式，一边紧固一边去测这是我们做的监测，这是塔筒螺栓监测，这是水电站做的，这个是给咱们风机做的，这个做的您可以看到非常非常的麻烦，所有的螺栓上面扣了一个小帽，我为什么不喜欢超声去做监测，如果这颗螺栓工人拧完，这个事故算谁的，肯定找我，找我不是我的错，这项技术的弊端。您可以看到这个，懂行的人一看就看出来了，你看那个走线非常麻烦，只要接触式的都避免不了，在有限的空间内形成巨大的盘丝洞，非常的痛苦，走线都是有规律的，施工成本调控成本非常高，但是我们用超声钱花在刀刃上，其他风机问题也不大，在这种情况下是可以上超声，因为成本高，数据是要准确的。

　　

　　后面我说一下我们这个深度学习的，对于其余的螺栓怎么办？需要不需要监测，也需要监测，不光风电行业，像桥梁拿望远镜40万颗螺栓，现在拿望远镜靠人眼看，现在的现状，他们看什么，螺栓变成这个样子，他们看什么，其实就是看防控边际线有没有偏看螺母掉没到，我们这个产品就是靠人脸识别的技术，去测量落幕反转的角度，你螺栓怎么拧进去的产生的轴力，反转回来，所有的螺栓的防松形式，不让螺母转回来为依据。把这个螺母给它固定死，你要不放心把螺母焊丝在那上面，有的用户有的朋友可能会问我螺栓不反转，那不是使用因素，那么我们现在做的，这是我们现在做出来的结果，您看看螺母自动能够识别，塔筒螺栓，螺母上的每一个点，特征点，全部都提取出来，而且做的绝对超过人类，我们标注将近十几万张做出来的结果就是这个结构，非常好，上面我画的是螺母就剩两面，当时还有错误，我当时加了样本测试就变得非常非常好，就是人脸识别，大家可以想象一下，外星人就长螺母那样，坐高铁，我训练他一些，一刷脸就刷成这样，比人脸识别难难在什么地方，人脸是两维的，看后脑勺看不出来，螺母是三维的，我预知你后面的点，这是我们的测试，都测试的非常好，拍一张照片知道螺母的方位。在桥梁风机上只要装上摄像头，现在摄像头多便宜，非常非常便宜，装上就可以监测螺母，还有没有更便宜的技术能够监测螺栓，还得装摄像头也很麻烦，我觉得还是有的，有一个叫视觉振动分析。我在旁边画了一个三叶虫，韩5G之前没有什么五中非常稀少，到了韩5G之后物质极大地丰富。视觉是非常非常好的，也是付出同样的工获得更高收益的技术，我们来看一下这是我的小孩，原来的视频和放大后的视频您可以看到我的小孩在呼吸，我们把非常微笑的运动放大，而且放的非常的大，一言惊就要可以看出来，我放大就可以提取信号。左边的你看到没有什么变化，右边你看到气管这个地方，它在动，这个是舷窗，左边也未必振动，右边振动被放大，放的非常大，这个是咱们风机，振动比较小，仔细看能看到右边的晃动比较大，稍微有点晃动，我补充一句，您看这个叶片，叶片旁边虚化，叶片搅动空气流体的密度发生变化导致折射率出现变化，被我给放大了，我放大了之后所以用这个东西来研究流体力学非常好，做一次流体力学实验花多少钱吗？这个是我用手机拍的。刚才录像我提取塔筒螺栓的频率二阶三阶四阶的频率，这个频率对螺栓轴力的影响，相对差是螺栓轴力的重要指标。

　　

　　第一阶和第二阶靠螺栓连接，第一个塔筒和第二个塔筒螺栓轴力下降10%，第一节塔筒和第二节塔筒偏差将近六七度，运动中也就是上边跟不上下边，这个是最重要的指标，反而不是频率，我这个只显示频率，因为我拿不准我没有获得到哪个设计院落不是这个频率，我也不知道，只是说我测出来，我们做的验证实验，这个是我做的这放加速度计，我在拍摄这个地方，这个是我拍摄所提取过来加速度的信号，51.76赫兹，最后我想补充一句，我对视觉的理解，我们有超声是点监测螺旋轴力，我们摄像的方式，是别人脸的方式监测，我们还有拿手机一拍弄个三脚架一拍就能够获得成本一个比一个低，我们觉得这是真正的智能。能够不停的讲成本，而且以指数级的程度讲成本，把轮毂里边搞的像盘丝洞的技术，这是我们公司的理念，视觉这一块任何象素都变成传感器这是我们公司视觉方向上的一个理念。韩5G我刚才提到韩5G，上市了中科院一计算所的，他们为什么叫韩5G，绝大多数人都不知道，因为他们是干这行的，他们懂，所以他们叫韩5G，市值过千亿，他们取这个名字是没有任何问题的，还给大家汇报一个很有趣的知识点，大家有用过抖音的见过类似的东西，抖音有四万标注人员，五六万人的员工，有四万标注人员，每天瞄眼睛，一二三四，什么是耳朵，有多少人工就有多少智能，我们生产中心九个人，各种场景，所以最后我想说的人工智能并不真智能，靠人工，你不好好教孩子，这孩子就学习成绩就不好，不停让他做训练，这个训练就是人工智能，所以最后讲完了，非常感谢专委会给我们提供这个机会，非常感谢，谢谢大家。

　　

　　（根据速记整理，未经本人审核）