风电叶片配重自动计算系统的开发研究

秦成立，彭晓娟

（中材科技（酒泉）风电叶片有限公司，酒泉 735000）

0 前言

1 叶片配重要求

不同叶片制造商在叶片配重时采取的方式并不完全一致，有的制造商采用3点配重［2］，有的采用4点配重，无论哪种配重方式其最终的目的都是要达到质量和质量矩均在标准规范内［3］。

1.1 配重点介绍

以4点配重为例进行介绍，从叶尖到叶根依次称为配重点1、2、3、4，一般情况下1、2点为配重盒配重，3、4点为配重块配重。配重点1、2的配重盒内一般填充密度较大的无机物与树脂混合物，配重点3、4的配重块一般为玻璃钢块，其中配重点1、2的配重盒配重要求的质量范围相对3、4点配重质量要小，但是配重点1、2由于远离风机旋转中心，其对质量矩的影响要远大于配重点3、4点［4］。

1.2 配重计算

对拟成套叶片在配重计算之前首先要对叶片本身的质量、质量矩进行初步计算（叶片称重时一般为两个起吊点，两个起吊点的质量分别定为M1、M2，起吊点距叶根的距离分别定为L1、L2，法兰、螺栓、防雨罩质量分别定为Mf、Ml、My，防雨罩位置距叶根的距离定为Ly）：

计算结果后，通过平均值法或者极差法（根据主机厂要求采用对应的方法）进行质量偏差或质量矩偏差计算，然后同偏差标准进行对比，根据对比数值确定是优先进行质量配重还是质量矩配重，原则上质量配重优先配叶根、质量矩配重优先配叶尖；两者偏差均较大时优先配质量矩。

配重时，对于四个配重点的配重质量分别定为：Mp1、Mp2、Mp3、Mp4；四个配重点距叶根的距离分别定为：Lp1、Lp2、Lp3、Lp4。配重计算过程：

备注：不是所有点都需配重，列出公式在计算时不配重的点质量为零。

1.3 配重计算的发展

关于配重计算，早期做法采用手工逐个试错。现在的常规做法，做一个excel配重计算的模板如图1，将叶片基础数据和配重计算的公式均提前输入到Excel表格的对应单元格内（为方便读者查看，所有包含公式的单元格均未显示计算结果而是显示公式），有经验的工艺工程师根据叶片原始质量和原始质量矩的互差以及与标准值之间的差值，在配重数据输入下方对应的单元格输入配重数据，然后根据配重后显示结果进行调节，直至满足所有标准为止。

半夜里，妻子身上痒，由不得不伸手抓一抓。有时候，手抓痒，人没醒，一动一动却把我倒腾醒。我是一觉睡到天亮的人，半夜醒过来，好长时间睡不着。我不能跟妻子分被窝睡，更不能分床睡，只能有意无意地离开妻子远一点。妻子睡觉有一个习惯，喜欢一只胳膊搭在我身上，好像这样她睡觉才有安全感。要是搭过来的一只胳膊空下来，她会迷迷糊糊地咕哝说，你的人呢？你人哪里去了！有时候，我确实离开她远了一点，脱离开她胳膊的监控。有时候，我被她抓痒折腾醒，躺在床上睡不着觉，去卫生间小便。不管前者后者，妻子挪一挪身子紧靠我，伸开胳膊重新搭在我身上，一小会就安全地睡着了。

图1 Excel配重计算模板

2 叶片配重自动计算模型的构建

鉴于在Excel表格中调节配重点、配重质量的过程繁琐、速度慢、精确度低的情况，我们可以设想制作一个模拟人工计算的模型，此模型中可以对所有配质量结果逐个进行实验以便找到最佳配重组合。

在模型中，首先对质量互差、质量矩互差与标准进行比较，确定质量和质量矩中偏差最大值与标准相比哪个偏离更大（比较方法详见图1中的公式），如果质量偏差大则优先进行质量配重，按照质量配重从叶片中质量最小的叶片的叶根第四个配重点开始进行配重的原则进行；如果质量矩偏差大则优先进行质量矩配重，按照质量矩配重从叶片中质量矩最小的叶尖第一个配重点开始进行配重的原则进行。配重时无论从叶根开始配重还是从叶尖开始配重，配重质量均从1开始循环，循环过程中遇到配重质量达到该配重点最大值或者满足配重标准即停止循环。如果第一个点的配质量达到最大值仍然无法满足时，则进行第二个配重点的循环，仍然从1开始进行配重，同样循环过程中遇到配重质量达到该配重点最大值或满足配重标准即可停止循环。依次对4个配重点进行条件判定，并依次进行循环配重。循环结束，再次进行对进行一轮配重后的3支叶片再次重复上一循环的互差判定并进行再次循环配重，直至所有叶片的质量矩、质量全部符合标准，所有循环方才结束，显示最终的配重结果。

3 配重自动计算系统的开发

模型构建后，考虑Excel作为大家最常用的软件，最终程序的开发选择依托于Excel的VBA宏进行开发。首先我们将质量、质量矩的互差标准、最大允许配质量依次输入到Excel表格中的B35、B36、C36单元格中；将每个配重点的最大允许配质量依次输入到E23、E24、E25、E26单元格中；利用excel函数公式在D38、D40单元格中确定出质量矩最小的叶片所在三支叶片中的位置和质量最小的叶片所在三支叶片中的位置；在B42、B43、E42、E43单元格中输入求最大质量、求最大质量矩、求最小质量和求最小质量矩的函数公式，在F38、F40单元格分别输入求最大质量矩互差与最大允许质量矩互差标准差值与最大允许质量矩互差标准比值、最大质量互差与最大允许质量互差标准差值与最大允许质量互差标准比值的公式；然后开始进行编程，首先创建一个过程（为了便于理解，在编程过程中增加了语句注释，加“'”符号的语句即为注释语句。这些语句只是为了对前面的语句进行注释，说明该部分语句的功能和作用，并不参与编程运算，实际程序中并不包含该部分内容）：

'Sub过程用以存放执行任务的过程。所有的完成任务的语句均在该过程中进行编程。为了编程过程引用方便，将部分单元格数值进行赋值：将质量、质量矩标准以及质量矩、质量与最大偏差之比进行赋值：

'然后用if语句对C、D进行比较（为方便读者，笔者把编程过程进行了分拆，并增加了文字描述）：

If C＞D then

'先行质量矩配重①

Else②

'先行质量配重③

End if

先行质量矩配重①部分的编程，主要通过For语句和Do While语句进行循环，具体内容如下：

'该语句是for循环，与Next X配合组成完整的语句，表示反复进行循环的次数，其中Range("c36")放置的是最大允许配重，如果该数据是100，则进行100次循环，即下方的所有程序执行100次。

'上述语句全是赋值语句，是为了后续引用方便。然后在For语句中间输入如下代码：

'以上便是质量矩的配重过程，其中1、2、3、4分别代表4个配重点的检验和循环。质量矩配重结束再行对质量进行配重，改配重过程仍然采用For语句和Do While语句进行循环，具体内容如下：

'质量

然后对else②后面的语句进行编程，即质量互差与标准差值大于质量矩互差与标准差值，先行质量配重③。编程语言内容基本与先行质量矩配重①一致，只要将先行质量矩配重部分的编程语言中“'质量”和“'质量矩”下方的语句进行互换位置即可。

再通过开发工具，插入一个表单按钮，将其关联到AutoCWT过程，后续在输入到各吊点质量后点击按钮即可自动运行AutoCWT过程，便可实现自动配重计算，将需要配重的质量显示在配重数据输入下方对应的单元格中。

该配重过程可以实现精确到kg，如果需要精确到小数点后的质量，只需要将循环次数乘以10的N次方，然后在循环时将每次增加的质量除以10的N次方即可实现。同时也可以根据要求进行最佳配重和最经济配重之间进行切换。

在编程结束后对历史15套叶片的配重数据进行了自动计算，通过与历史配重数据进行比较，最终平均每套配质量偏差在5kg以内，15套叶片配重点少1个，详细数据如图2。

图2 15套叶片自动配重计算与手工配重计算的对比

4 结论

为了实现对叶片配重的自动、快速、精确配重，对叶片配重计算过程进行了Excel宏编程，实现了自动计算功能，且通过对比确认自动计算的精确度完全超预期满足要求。同时，使用本程序，计算过程从原来的短则几分钟长则数十分钟直接缩短到1秒钟，优势明显。本研究为风电叶片自动配重计算提供了新的方向，为免配重挑选叶片提供了方向。