風電葉片配重自動計算系統(tǒng)的開發(fā)研究

秦成立，彭曉娟

（中材科技（酒泉）風電葉片有限公司，酒泉 735000）

0 前言

1 葉片配重要求

不同葉片制造商在葉片配重時采取的方式并不完全一致，有的制造商采用3點配重［2］，有的采用4點配重，無論哪種配重方式其最終的目的都是要達到質(zhì)量和質(zhì)量矩均在標準規(guī)范內(nèi)［3］。

1.1 配重點介紹

以4點配重為例進行介紹，從葉尖到葉根依次稱為配重點1、2、3、4，一般情況下1、2點為配重盒配重，3、4點為配重塊配重。配重點1、2的配重盒內(nèi)一般填充密度較大的無機物與樹脂混合物，配重點3、4的配重塊一般為玻璃鋼塊，其中配重點1、2的配重盒配重要求的質(zhì)量范圍相對3、4點配重質(zhì)量要小，但是配重點1、2由于遠離風機旋轉(zhuǎn)中心，其對質(zhì)量矩的影響要遠大于配重點3、4點［4］。

1.2 配重計算

對擬成套葉片在配重計算之前首先要對葉片本身的質(zhì)量、質(zhì)量矩進行初步計算（葉片稱重時一般為兩個起吊點，兩個起吊點的質(zhì)量分別定為M1、M2，起吊點距葉根的距離分別定為L1、L2，法蘭、螺栓、防雨罩質(zhì)量分別定為Mf、Ml、My，防雨罩位置距葉根的距離定為Ly）：

計算結(jié)果后，通過平均值法或者極差法（根據(jù)主機廠要求采用對應的方法）進行質(zhì)量偏差或質(zhì)量矩偏差計算，然后同偏差標準進行對比，根據(jù)對比數(shù)值確定是優(yōu)先進行質(zhì)量配重還是質(zhì)量矩配重，原則上質(zhì)量配重優(yōu)先配葉根、質(zhì)量矩配重優(yōu)先配葉尖；兩者偏差均較大時優(yōu)先配質(zhì)量矩。

配重時，對于四個配重點的配重質(zhì)量分別定為：Mp1、Mp2、Mp3、Mp4；四個配重點距葉根的距離分別定為：Lp1、Lp2、Lp3、Lp4。配重計算過程：

備注：不是所有點都需配重，列出公式在計算時不配重的點質(zhì)量為零。

1.3 配重計算的發(fā)展

關于配重計算，早期做法采用手工逐個試錯。現(xiàn)在的常規(guī)做法，做一個excel配重計算的模板如圖1，將葉片基礎數(shù)據(jù)和配重計算的公式均提前輸入到Excel表格的對應單元格內(nèi)（為方便讀者查看，所有包含公式的單元格均未顯示計算結(jié)果而是顯示公式），有經(jīng)驗的工藝工程師根據(jù)葉片原始質(zhì)量和原始質(zhì)量矩的互差以及與標準值之間的差值，在配重數(shù)據(jù)輸入下方對應的單元格輸入配重數(shù)據(jù)，然后根據(jù)配重后顯示結(jié)果進行調(diào)節(jié)，直至滿足所有標準為止。

半夜里，妻子身上癢，由不得不伸手抓一抓。有時候，手抓癢，人沒醒，一動一動卻把我倒騰醒。我是一覺睡到天亮的人，半夜醒過來，好長時間睡不著。我不能跟妻子分被窩睡，更不能分床睡，只能有意無意地離開妻子遠一點。妻子睡覺有一個習慣，喜歡一只胳膊搭在我身上，好像這樣她睡覺才有安全感。要是搭過來的一只胳膊空下來，她會迷迷糊糊地咕噥說，你的人呢？你人哪里去了！有時候，我確實離開她遠了一點，脫離開她胳膊的監(jiān)控。有時候，我被她抓癢折騰醒，躺在床上睡不著覺，去衛(wèi)生間小便。不管前者后者，妻子挪一挪身子緊靠我，伸開胳膊重新搭在我身上，一小會就安全地睡著了。

圖1 Excel配重計算模板

2 葉片配重自動計算模型的構(gòu)建

鑒于在Excel表格中調(diào)節(jié)配重點、配重質(zhì)量的過程繁瑣、速度慢、精確度低的情況，我們可以設想制作一個模擬人工計算的模型，此模型中可以對所有配質(zhì)量結(jié)果逐個進行實驗以便找到最佳配重組合。

在模型中，首先對質(zhì)量互差、質(zhì)量矩互差與標準進行比較，確定質(zhì)量和質(zhì)量矩中偏差最大值與標準相比哪個偏離更大（比較方法詳見圖1中的公式），如果質(zhì)量偏差大則優(yōu)先進行質(zhì)量配重，按照質(zhì)量配重從葉片中質(zhì)量最小的葉片的葉根第四個配重點開始進行配重的原則進行；如果質(zhì)量矩偏差大則優(yōu)先進行質(zhì)量矩配重，按照質(zhì)量矩配重從葉片中質(zhì)量矩最小的葉尖第一個配重點開始進行配重的原則進行。配重時無論從葉根開始配重還是從葉尖開始配重，配重質(zhì)量均從1開始循環(huán)，循環(huán)過程中遇到配重質(zhì)量達到該配重點最大值或者滿足配重標準即停止循環(huán)。如果第一個點的配質(zhì)量達到最大值仍然無法滿足時，則進行第二個配重點的循環(huán)，仍然從1開始進行配重，同樣循環(huán)過程中遇到配重質(zhì)量達到該配重點最大值或滿足配重標準即可停止循環(huán)。依次對4個配重點進行條件判定，并依次進行循環(huán)配重。循環(huán)結(jié)束，再次進行對進行一輪配重后的3支葉片再次重復上一循環(huán)的互差判定并進行再次循環(huán)配重，直至所有葉片的質(zhì)量矩、質(zhì)量全部符合標準，所有循環(huán)方才結(jié)束，顯示最終的配重結(jié)果。

3 配重自動計算系統(tǒng)的開發(fā)

模型構(gòu)建后，考慮Excel作為大家最常用的軟件，最終程序的開發(fā)選擇依托于Excel的VBA宏進行開發(fā)。首先我們將質(zhì)量、質(zhì)量矩的互差標準、最大允許配質(zhì)量依次輸入到Excel表格中的B35、B36、C36單元格中；將每個配重點的最大允許配質(zhì)量依次輸入到E23、E24、E25、E26單元格中；利用excel函數(shù)公式在D38、D40單元格中確定出質(zhì)量矩最小的葉片所在三支葉片中的位置和質(zhì)量最小的葉片所在三支葉片中的位置；在B42、B43、E42、E43單元格中輸入求最大質(zhì)量、求最大質(zhì)量矩、求最小質(zhì)量和求最小質(zhì)量矩的函數(shù)公式，在F38、F40單元格分別輸入求最大質(zhì)量矩互差與最大允許質(zhì)量矩互差標準差值與最大允許質(zhì)量矩互差標準比值、最大質(zhì)量互差與最大允許質(zhì)量互差標準差值與最大允許質(zhì)量互差標準比值的公式；然后開始進行編程，首先創(chuàng)建一個過程（為了便于理解，在編程過程中增加了語句注釋，加“'”符號的語句即為注釋語句。這些語句只是為了對前面的語句進行注釋，說明該部分語句的功能和作用，并不參與編程運算，實際程序中并不包含該部分內(nèi)容）：

'Sub過程用以存放執(zhí)行任務的過程。所有的完成任務的語句均在該過程中進行編程。為了編程過程引用方便，將部分單元格數(shù)值進行賦值：將質(zhì)量、質(zhì)量矩標準以及質(zhì)量矩、質(zhì)量與最大偏差之比進行賦值：

'然后用if語句對C、D進行比較（為方便讀者，筆者把編程過程進行了分拆，并增加了文字描述）：

If C＞D then

'先行質(zhì)量矩配重①

Else②

'先行質(zhì)量配重③

End if

先行質(zhì)量矩配重①部分的編程，主要通過For語句和Do While語句進行循環(huán)，具體內(nèi)容如下：

'該語句是for循環(huán)，與Next X配合組成完整的語句，表示反復進行循環(huán)的次數(shù)，其中Range("c36")放置的是最大允許配重，如果該數(shù)據(jù)是100，則進行100次循環(huán)，即下方的所有程序執(zhí)行100次。

'上述語句全是賦值語句，是為了后續(xù)引用方便。然后在For語句中間輸入如下代碼：

'以上便是質(zhì)量矩的配重過程，其中1、2、3、4分別代表4個配重點的檢驗和循環(huán)。質(zhì)量矩配重結(jié)束再行對質(zhì)量進行配重，改配重過程仍然采用For語句和Do While語句進行循環(huán)，具體內(nèi)容如下：

'質(zhì)量

然后對else②后面的語句進行編程，即質(zhì)量互差與標準差值大于質(zhì)量矩互差與標準差值，先行質(zhì)量配重③。編程語言內(nèi)容基本與先行質(zhì)量矩配重①一致，只要將先行質(zhì)量矩配重部分的編程語言中“'質(zhì)量”和“'質(zhì)量矩”下方的語句進行互換位置即可。

再通過開發(fā)工具，插入一個表單按鈕，將其關聯(lián)到AutoCWT過程，后續(xù)在輸入到各吊點質(zhì)量后點擊按鈕即可自動運行AutoCWT過程，便可實現(xiàn)自動配重計算，將需要配重的質(zhì)量顯示在配重數(shù)據(jù)輸入下方對應的單元格中。

該配重過程可以實現(xiàn)精確到kg，如果需要精確到小數(shù)點后的質(zhì)量，只需要將循環(huán)次數(shù)乘以10的N次方，然后在循環(huán)時將每次增加的質(zhì)量除以10的N次方即可實現(xiàn)。同時也可以根據(jù)要求進行最佳配重和最經(jīng)濟配重之間進行切換。

在編程結(jié)束后對歷史15套葉片的配重數(shù)據(jù)進行了自動計算，通過與歷史配重數(shù)據(jù)進行比較，最終平均每套配質(zhì)量偏差在5kg以內(nèi)，15套葉片配重點少1個，詳細數(shù)據(jù)如圖2。

圖2 15套葉片自動配重計算與手工配重計算的對比

4 結(jié)論

為了實現(xiàn)對葉片配重的自動、快速、精確配重，對葉片配重計算過程進行了Excel宏編程，實現(xiàn)了自動計算功能，且通過對比確認自動計算的精確度完全超預期滿足要求。同時，使用本程序，計算過程從原來的短則幾分鐘長則數(shù)十分鐘直接縮短到1秒鐘，優(yōu)勢明顯。本研究為風電葉片自動配重計算提供了新的方向，為免配重挑選葉片提供了方向。