风电叶片维护研究进展

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1、风电叶片维护研究进展一．风电叶片维护的必要性我国风电快速发展始于2006年，当时国内风机以600kw，700kw机型为主，2007年3月，我国首台1.5MW直驱永磁发电机组在新疆投运，拉开了兆瓦级风力发电发展的序幕。随着风电市场的逐渐成熟，大型风力发电机组相继出现，叶片长度也由原来的30-40m增加至60-70m。叶片长度的不断增长，同时带来叶片重量的增加，但是叶片设计使用寿命为20年，如何在叶片20年的生命周期内保持其高效运行至关重要。风力发电叶片一般安装于偏远的地区，运行环境恶劣，如较大的风沙侵袭，-30℃至50℃的循环温差，以及强紫外光的老化

2、等。目前2.5MW-50.3m的叶片，叶尖运行速度高达300公里/小时，在这样高转速下，风沙和雨滴对风电叶片的侵蚀相当于等离子切割，叶片表面容易形成空洞。研究表明，叶片表面粗糙度的增加以及缺陷的累积将导致发电效率降低5%-30%，还可能导致叶片运行失稳造成齿轮箱的故障。叶片小的缺陷如果没有及时发现并进行专业修复，将导致裂纹延伸至叶尖，造成叶片大面积的开裂，不得不进行大型修补或者返厂处理，给风场业主带来重大经济损失。二．风电叶片常见的损伤风电叶片虽然在设计时，赋予它足够的强度和刚度，但是在其20年的使用寿命中，也会像其他复合材料部件一样，出现各种各样

3、的问题。风电叶片从生产厂家生产，通过长距离的运输到达风场，使用大吨位吊车进行安装。风电叶片在上述每一个步骤都可能发生损伤破坏。一旦风电叶片开始运行，将受到雨水，风沙以及大气的腐蚀，同时还要经受强紫外的老化。在风压和旋转持续疲劳载荷的作用下，隐藏在叶片内部的缺陷，如分层，气泡，叶片组件之间的粘合缺陷将会逐渐显现出来。风机正常运行情况下，叶片会在不同年限出现相应的受损状况：2年：表面胶衣出现磨损，脱落现象，甚至出现小的砂眼。3年：叶片出现大量砂眼，叶片前缘尤为严重，风机运行产生阻力，事故隐患开始显示。4年：表面胶衣脱落至极限，叶片前缘出现通透的砂眼，横

4、向裂纹开始出现，运行阻力增加，叶片防雷指数降低。5年：是叶片事故高发年，叶片外部补强材料磨损严重，叶片合模缝已露出，叶片在疲劳载荷下，横向裂纹加深延长，内粘合处出现裂纹，防雷指数降低等。2.1根据损伤产生原因进行分类2.1.1生产原因1．为了降低制造成本，设计部门减少安全余量。2．由于成本压力，生产厂家纷纷更换为价格低廉的不满足设计要求的原材料。3．由于生产提速，树脂固化不良产生的“早产儿”叶片。4．生产过程中，未探测出的加工缺陷，如叶片内部的分层，白斑，粘接过程中的虚粘等。2.1.2运输原因1．运输过程中，叶片与周边物体的碰撞刮擦。2．由于操作不

5、当，造成的叶片跌落撞击。3．叶片调运过程中，叶片工装位置的损伤。4．叶片吊装时容易造成叶片后缘损伤。2.1.3自然原因1．雷击是造成叶片运行过程中损伤的主要原因之一。雷击这种自然现象是不可避免的，但是避雷系统工作不正常和叶尖排水孔堵塞是造成叶片雷击破坏的主要原因。2．叶片在高速运行过程中，雨滴，沙石和气流对叶片前缘的磨损不可避免，特别是叶尖位置。研究表明，叶片的叶尖每年以0.5cm的速度缩减。3．主机产生的油污，一方面会附着在叶片表面，影响叶片气动性能，另一方面，可能渗入叶片内部微裂纹，造成叶片分层，开裂。2.2叶片产生缺陷的类型2.2.1前缘腐蚀

6、前缘腐蚀导致翼型的变化，造成发电效率降低，应尽早进行修补。2.2.2前缘开裂如果前缘腐蚀得不到及时修复，湿气将侵入前缘空洞中，一旦结冰将导致前缘出现开裂。前缘出现开裂，必须进行停机进行修复，不然将造成蒙皮大面积的撕裂，导致叶片报废。一般来说，超过2m以上的开裂就需要对叶片进行大型的修补或者直接导致叶片报废。2.2.3后缘损伤由于叶片后缘厚度较薄，特别是叶尖区域，小于3mm。所以，叶片运输和安装过程中，稍不注意，将会造成叶片后缘分层或者开裂。此类缺陷一般范围较小，但需要及时进行修补，不然损伤位置会沿着叶片弦向撕开，直至梁的位置，这样叶片距离灾难性的实

7、效也就不远了。2.2.4表面裂纹当叶片表面出现裂纹以后，水或者湿气将会渗入复合材料中，对复合材料产生一定的影响。特别是叶片balsa三明治夹心区域，水分会腐蚀balsa芯材，导致叶片结构失稳，叶片破坏。2.2.5雷击损伤叶片雷击会导致叶片的损伤，同时也会导致避雷器的丢失或者避雷系统的损坏，当雷击再度发生时，叶片很容易遭到破坏。所以叶片遭受雷击后，对叶片避雷系统的检查必不可少。一．国内外风电叶片维护现状3.1叶片维护类型风电叶片的维护分成两种。一种是头痛医头，脚痛医脚的机动修补；另一种是定期维护。国外成熟风电场的统计数据表明，定期维护的费用比机动修补

8、节省66%。3.1.1机动修补当叶片在运行过程中发现非常明显的缺陷后，停运机组，解决叶片的问题。这种方式虽然节省了日常的检