在风电机组运行中，叶片载荷是影响机组结构安全、疲劳寿命和运行效率的关键因素。传统叶片载荷监测方案通常需要在叶片上布置应变片、光纤等传感器，涉及传感器安装、信号传输、布线及长期运行维护等一系列工程难题。
上海应谱科技有限公司提出了一种新的技术思路：利用已安装的叶根智能螺栓，直接反演叶片实时载荷。这意味着，智能螺栓的价值不再局限于监测螺栓自身，还可以进一步延伸至叶片载荷感知——在不额外安装叶片载荷传感器的情况下，拓展现有监测系统的功能。
核心技术：叶根螺栓轴力反向叶片载荷技术
载荷传递路径与力学模型
从结构动力学角度分析，叶片在运行中承受的所有外载荷，最终均需通过叶根法兰的螺栓群传递至轮毂。换言之，叶片载荷的变化，必然表现为叶根螺栓轴向力的波动。
基于上述机理，应谱科技将智能螺栓视为测量叶片载荷的在线传感器，利用螺栓轴力偶与叶片载荷之间的力矩平衡关系，建立反演模型：
∑(fᵢ + fⱼ)·rᵢ = F·L
式中：fᵢ、fⱼ为智能螺栓实测轴力，构成一个力偶；rᵢ为螺栓分布半径；F为叶片载荷；L为力臂。通过实时螺栓测点的力偶和，即可推导出叶片载荷幅值与方向。
图1. 基于力矩平衡的螺栓轴力反演模型：螺栓群合力矩等效于叶片载荷
实战案例：12条智能螺栓，精准获取叶片实时载荷
某在役风电场，每个叶根法兰共有112根连接螺栓，其中12条智能螺栓均布。
图2. 12条智能螺栓(红色标记）如图所示
智能螺栓具有双重价值：
螺栓安全监测：
智能螺栓实时轴力自动预警螺栓松动、裂纹或断裂。
螺栓轴力信息呈现明显的对称的拉压力特点，构成力偶，如图3所示。
图3. 轴力数据呈现拉压力偶组合
其中：
11 和 68号螺栓互呈力偶关系
41 和 95 号螺栓互呈力偶关系
50 和 104 号螺栓互呈力偶关系
叶片载荷监测：
通过力学模型和反演算法，实时获取叶片载荷的数据。
图4. 叶片载荷曲线图
图4中纵坐标为叶片载荷，横坐标为不同时刻的采样点。由于风速在不停的变化，风机转速也在时刻变化，对应的叶片载荷也相应地高低变化。
系统监测每个叶片实时载荷幅值和方向的变化趋势，提供叶片运行过程中的受力特征等关键信息。
图5中，横坐标为转速，纵坐标为叶片载荷，叶片载荷与转速（或风速）呈现极强的相关性。
图5. 叶片载荷曲线图
数据预警：揪出“跑偏”的A叶片
图6为3个叶片载荷方位角对比。横坐标为方位角，纵坐标为采样点。在连续监测中，系统敏锐地捕捉到A叶片载荷方位角与B、C叶片存在显著差异，系统随即触发了“A叶片桨距角偏差预警”。
现场运维人员接到警报后立即停机核实，确认A叶片确实存在桨距角偏差过大的问题。
图6. 三叶片载荷对比看板：A叶片桨距角偏差触发预警
结语
从螺栓安全监测到叶片载荷感知，从数据记录到异常预警，上海应谱科技正在让每一颗智能螺栓发挥更大的价值。该方案为风电机组叶片载荷监测提供了一条低成本、易实施、可长期运行的新路径，也为智能螺栓的数据价值延伸打开了新的想象空间。
