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1、風電葉片維護研究進展一．風電葉片維護的必要性我國風電快速發(fā)展始于2006年，當時國內風機以600kw，700kw機型為主，2007年3月，我國首臺1.5MW直驅永磁發(fā)電機組在新疆投運，拉開了兆瓦級風力發(fā)電發(fā)展的序幕。隨著風電市場的逐漸成熟，大型風力發(fā)電機組相繼出現(xiàn)，葉片長度也由原來的30-40m增加至60-70m。葉片長度的不斷增長，同時帶來葉片重量的增加，但是葉片設計使用壽命為20年，如何在葉片20年的生命周期內保持其高效運行至關重要。風力發(fā)電葉片一般安裝于偏遠的地區(qū)，運行環(huán)境惡劣，如較大的風沙侵襲，-30℃至50℃的循環(huán)溫差，以及強紫外光的老化等。目前2.5MW
2、-50.3m的葉片，葉尖運行速度高達300公里/小時，在這樣高轉速下，風沙和雨滴對風電葉片的侵蝕相當于等離子切割，葉片表面容易形成空洞。研究表明，葉片表面粗糙度的增加以及缺陷的累積將導致發(fā)電效率降低5%-30%，還可能導致葉片運行失穩(wěn)造成齒輪箱的故障。葉片小的缺陷如果沒有及時發(fā)現(xiàn)并進行專業(yè)修復，將導致裂紋延伸至葉尖，造成葉片大面積的開裂，不得不進行大型修補或者返廠處理，給風場業(yè)主帶來重大經濟損失。二．風電葉片常見的損傷風電葉片雖然在設計時，賦予它足夠的強度和剛度，但是在其20年的使用壽命中，也會像其他復合材料部件一樣，出現(xiàn)各種各樣的問題。風電葉片從生產廠家生產，通過
3、長距離的運輸?shù)竭_風場，使用大噸位吊車進行安裝。風電葉片在上述每一個步驟都可能發(fā)生損傷破壞。一旦風電葉片開始運行，將受到雨水，風沙以及大氣的腐蝕，同時還要經受強紫外的老化。在風壓和旋轉持續(xù)疲勞載荷的作用下，隱藏在葉片內部的缺陷，如分層，氣泡，葉片組件之間的粘合缺陷將會逐漸顯現(xiàn)出來。風機正常運行情況下，葉片會在不同年限出現(xiàn)相應的受損狀況：2年：表面膠衣出現(xiàn)磨損，脫落現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)小的砂眼。3年：葉片出現(xiàn)大量砂眼，葉片前緣尤為嚴重，風機運行產生阻力，事故隱患開始顯示。4年：表面膠衣脫落至極限，葉片前緣出現(xiàn)通透的砂眼，橫向裂紋開始出現(xiàn)，運行阻力增加，葉片防雷指數(shù)降低。5年：
4、是葉片事故高發(fā)年，葉片外部補強材料磨損嚴重，葉片合?？p已露出，葉片在疲勞載荷下，橫向裂紋加深延長，內粘合處出現(xiàn)裂紋，防雷指數(shù)降低等。2.1根據(jù)損傷產生原因進行分類2.1.1生產原因1．為了降低制造成本，設計部門減少安全余量。2．由于成本壓力，生產廠家紛紛更換為價格低廉的不滿足設計要求的原材料。3．由于生產提速，樹脂固化不良產生的“早產兒”葉片。4．生產過程中，未探測出的加工缺陷，如葉片內部的分層，白斑，粘接過程中的虛粘等。2.1.2運輸原因1．運輸過程中，葉片與周邊物體的碰撞刮擦。2．由于操作不當，造成的葉片跌落撞擊。3．葉片調運過程中，葉片工裝位置的損傷。4．葉片
5、吊裝時容易造成葉片后緣損傷。2.1.3自然原因1．雷擊是造成葉片運行過程中損傷的主要原因之一。雷擊這種自然現(xiàn)象是不可避免的，但是避雷系統(tǒng)工作不正常和葉尖排水孔堵塞是造成葉片雷擊破壞的主要原因。2．葉片在高速運行過程中，雨滴，沙石和氣流對葉片前緣的磨損不可避免，特別是葉尖位置。研究表明，葉片的葉尖每年以0.5cm的速度縮減。3．主機產生的油污，一方面會附著在葉片表面，影響葉片氣動性能，另一方面，可能滲入葉片內部微裂紋，造成葉片分層，開裂。2.2葉片產生缺陷的類型2.2.1前緣腐蝕前緣腐蝕導致翼型的變化，造成發(fā)電效率降低，應盡早進行修補。2.2.2前緣開裂如果前緣腐蝕得
6、不到及時修復，濕氣將侵入前緣空洞中，一旦結冰將導致前緣出現(xiàn)開裂。前緣出現(xiàn)開裂，必須進行停機進行修復，不然將造成蒙皮大面積的撕裂，導致葉片報廢。一般來說，超過2m以上的開裂就需要對葉片進行大型的修補或者直接導致葉片報廢。2.2.3后緣損傷由于葉片后緣厚度較薄，特別是葉尖區(qū)域，小于3mm。所以，葉片運輸和安裝過程中，稍不注意，將會造成葉片后緣分層或者開裂。此類缺陷一般范圍較小，但需要及時進行修補，不然損傷位置會沿著葉片弦向撕開，直至梁的位置，這樣葉片距離災難性的實效也就不遠了。2.2.4表面裂紋當葉片表面出現(xiàn)裂紋以后，水或者濕氣將會滲入復合材料中，對復合材料產生一定的影
7、響。特別是葉片balsa三明治夾心區(qū)域，水分會腐蝕balsa芯材，導致葉片結構失穩(wěn)，葉片破壞。2.2.5雷擊損傷葉片雷擊會導致葉片的損傷，同時也會導致避雷器的丟失或者避雷系統(tǒng)的損壞，當雷擊再度發(fā)生時，葉片很容易遭到破壞。所以葉片遭受雷擊后，對葉片避雷系統(tǒng)的檢查必不可少。一．國內外風電葉片維護現(xiàn)狀3.1葉片維護類型風電葉片的維護分成兩種。一種是頭痛醫(yī)頭，腳痛醫(yī)腳的機動修補；另一種是定期維護。國外成熟風電場的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，定期維護的費用比機動修補節(jié)省66%。3.1.1機動修補當葉片在運行過程中發(fā)現(xiàn)非常明顯的缺陷后，停運機組，解決葉片的問題。這種方式雖然節(jié)省了日常的檢
