風(fēng)電機(jī)組葉片表面阻燃涂料的應(yīng)用

楊惠凡，張鵬，劉宗杰，曹瑞芳，趙慶軍

（1.保定華翼風(fēng)電葉片研究開(kāi)發(fā)有限公司，保定 071000；2.河北省風(fēng)電葉片工程技術(shù)研究中心，石家莊 050000；3.石家莊市油漆廠，石家莊 050051）

0 引言

本項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)葉片表面阻燃涂層材料，在葉片的特殊部位進(jìn)行了噴涂應(yīng)用。結(jié)合美國(guó)NFPA850－2009《發(fā)電廠和高壓直流轉(zhuǎn)換站的防火推薦規(guī)定》推薦采用不燃材料制作風(fēng)電機(jī)組葉片和機(jī)艙等重要部件的要求，劃分防火分區(qū)，阻止火災(zāi)的蔓延，在葉片表面涂裝阻燃涂料可有效地降低葉片起火的概率，有針對(duì)性地采取了防火保護(hù)措施和防火分隔措施，使火災(zāi)損失降低到最小程度，提高葉片的再利用率。

1 風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的特點(diǎn)

1.1 惡劣的環(huán)境因素加劇了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)

風(fēng)電場(chǎng)一般占地面積大，且多處于野外偏遠(yuǎn)地區(qū)，雷擊、太陽(yáng)輻射、高溫、大風(fēng)、強(qiáng)降水等極端惡劣天氣多發(fā)，同時(shí)也存在山木、野草等外部火災(zāi)蔓延引起風(fēng)電機(jī)組火災(zāi)的可能性。

1.2 撲救難度大

風(fēng)電機(jī)組一旦發(fā)生火災(zāi)，由于地處偏遠(yuǎn)、環(huán)境復(fù)雜，關(guān)鍵設(shè)備設(shè)在高空，機(jī)組內(nèi)部電器和可燃液體燃燒具有起火快、燃燒猛烈、蔓延迅速等特點(diǎn)，消防人員無(wú)法快速到達(dá)并實(shí)施有效的滅火救援工作，只能等待整個(gè)風(fēng)電機(jī)組完全燒毀，甚至可能導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組附近草原、森林等更大面積火災(zāi)蔓延的嚴(yán)重后果，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響。

2 阻燃涂層的防火基理

風(fēng)電機(jī)組葉片阻燃涂層除具一般葉片涂層對(duì)基材保護(hù)性外，還具有阻燃、防火、隔熱等特性。葉片阻燃涂層就是將阻燃涂料涂覆于葉片表面形成的涂層，遇火受熱膨脹形成隔熱層以達(dá)到防火阻燃的目的，具有降低葉片表面的可燃性、阻滯火災(zāi)迅速蔓延等作用。

風(fēng)電葉片阻燃涂層在遇火或強(qiáng)熱時(shí)通過(guò)以下方式達(dá)到阻燃的效果：（1）通過(guò)涂層材料的不燃、難燃性來(lái)阻止火災(zāi)的形成和蔓延；（2）形成釉裝無(wú)機(jī)保護(hù)層以隔絕氧氣的接觸；（3）形成泡沫狀炭化層阻擋熱量的傳播；（4）釋放不燃性氣體降低氧氣濃度；（5）涂層部分熔融吸收外部熱量。最終形成一個(gè)比原涂層厚幾十倍的泡沫狀無(wú)機(jī)炭化層，可有效隔絕外部的火源和氧氣，起到阻燃、防火、隔熱的效果。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 阻燃涂料的組成

甲組份：樹(shù)脂基料，復(fù)配阻燃劑，顏料，填料，助劑。

乙組份：三聚體異氰酸酯固化劑。

3.2 阻燃涂料的技術(shù)指標(biāo)和檢測(cè)數(shù)據(jù)

阻燃涂料技術(shù)性能和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

4 阻燃涂層的施工工藝

4.1 確定涂裝部位

根據(jù)葉片的設(shè)計(jì)原理，參考葉片的實(shí)際運(yùn)行情況，針對(duì)葉片易發(fā)生火災(zāi)的部位涂裝阻燃涂料，即將研制的阻燃涂料涂在葉片根部?jī)?nèi)表面和人孔板外層、根部外層約1.5m～2m范圍、尖部約1.5m左右和接閃器附近（圖1）。根據(jù)需要也可在其他部位涂刷，比如主機(jī)輪轂內(nèi)側(cè)和塔筒配電柜等，為了節(jié)省成本還可以將預(yù)計(jì)涂刷阻燃涂層的部位打磨葉片蒙皮后直接噴涂阻燃涂料，也可在葉片涂層表面覆蓋阻燃涂料，但必須達(dá)到設(shè)計(jì)涂料厚度的阻燃涂層才能發(fā)揮阻燃性能。

4.2 基材的處理

將基材表面打磨徹底，要求平整無(wú)遺漏，采用高壓氣體或除塵布將表面的灰塵、水珠、油污清除干凈，待檢查合格后方可施工。

4.3 阻燃涂料的施工

4.3.1 施工方式

可采用噴涂、刷涂、滾涂等多種施工方式。

表1 阻燃涂料技術(shù)性能

4.3.2 施工工藝

根據(jù)阻燃涂料的配比要求，在施工前將涂料甲乙組充分?jǐn)嚢杈鶆颍苛鲜旎?min～10min后方可施工。施工涂層厚度每遍在0.2mm～0.3mm左右，表干后1h～2h進(jìn)行第二遍涂裝，通過(guò)多次涂裝，最終涂層厚度達(dá)到2mm。要求施工環(huán)境在5℃～40℃，基材溫度高于露點(diǎn)溫度3℃以上，空氣相對(duì)濕度不大于85%，施工現(xiàn)場(chǎng)空氣流通，風(fēng)速不大于5m/s，室外作業(yè)或基材表面結(jié)露時(shí)不可施工。

4.3.3 涂層外觀要求

涂層表面平整，厚度均勻，沒(méi)有氣泡、開(kāi)裂、流掛等表面缺陷。

施工中隨時(shí)檢查濕膜膜厚以保證干膜厚度滿足設(shè)計(jì)要求。干膜膜厚采用“85－15”規(guī)則判定，即允許有15%的讀數(shù)可低于規(guī)定值，但每一單獨(dú)讀數(shù)不得低于規(guī)定值的85%。涂層厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)增加涂裝道數(shù)，直到合格為止。每道涂層的干膜厚度不應(yīng)超出規(guī)定的最大膜厚。

5 結(jié)果與討論

本文通過(guò)對(duì)所研制的復(fù)合阻燃涂料（由成炭劑、成炭催化劑、發(fā)泡劑復(fù)配組成）在不同底材上通過(guò)不同的燃燒方式進(jìn)行試驗(yàn)，得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

（1）阻燃涂料涂于瓦楞紙板上，進(jìn)行酒精燈燃燒實(shí)驗(yàn)

將阻燃涂料在瓦楞紙板上涂刷至干膜厚度達(dá)到2mm，養(yǎng)護(hù)10天，重復(fù)燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表2中。

由表2可見(jiàn)利用選定的復(fù)合阻燃劑制成的阻燃涂料，經(jīng)重復(fù)燃燒實(shí)驗(yàn)?zāi)突饡r(shí)間均達(dá)到了1h以上，且炭化層狀態(tài)良好，容易去除。

（2）阻燃涂料涂于玻璃鋼底材上，進(jìn)行酒精噴燈燃燒實(shí)驗(yàn)

將阻燃涂料涂于玻璃鋼底材上，通過(guò)酒精噴燈進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，用熱電偶數(shù)顯溫度表顯示溫度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表3中。

由表3可見(jiàn)，用酒精噴燈直接燃燒玻璃鋼板材，2min左右即可點(diǎn)燃而且火焰大、煙霧濃、不易熄滅。在玻璃鋼底材表面涂裝阻燃涂料，耐火時(shí)間在20min以上，酒精燈噴口處溫度在800℃～1200℃范圍內(nèi)，基材表面無(wú)明顯火焰，另一觸點(diǎn)放置在離火焰不遠(yuǎn)處的涂層表面上，溫度顯示為40℃～42℃，說(shuō)明涂層的導(dǎo)熱性差，可有效降低火焰?zhèn)鱽?lái)的溫度，使底材得到有效的保護(hù)。燃燒效果圖如圖2～圖5。

（3）阻燃涂料噴涂于葉片根部試驗(yàn)件內(nèi)外表面，用乙炔焰（氣割槍）進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)

在葉片根部半圓形試驗(yàn)件的外表面和內(nèi)表面噴涂阻燃防火涂料，用乙炔焰（氣割槍）調(diào)至一定的距離進(jìn)行燃燒實(shí)驗(yàn)，用熱電偶數(shù)顯溫度表顯示溫度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)列于表4中。

表2 重復(fù)燃燒酒精燈燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 酒精噴燈燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 乙炔焰（氣割槍）燃燒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 總結(jié)

選取研制的阻燃涂層的特點(diǎn)是具有較好的附著力、柔韌性、耐化學(xué)品性、耐水性、發(fā)泡均勻、致密性好、質(zhì)量損失小、耐化學(xué)品性優(yōu)異、耐水性耐老化性能佳。該阻燃涂層施工簡(jiǎn)便，可用于葉片玻璃鋼基材表面直接涂裝或在葉片涂層表面涂裝，其施工工藝完全等同于葉片涂層操作。該阻燃涂層的耐火時(shí)間，用酒精燈燃燒達(dá)到了1h以上，用酒精噴燈燃燒達(dá)到20min以上，用乙炔焰（氣割槍）燃燒達(dá)到19min以上；炭化層較厚、致密、均勻，發(fā)泡層容易去除，提高了葉片的再利用率。該阻燃涂層涂刷的部位根據(jù)需要可以任選，建議在附葉片保護(hù)部位（示意圖的部位）噴涂，就實(shí)用角度考慮如果火源從主機(jī)發(fā)生，建議輪轂的內(nèi)部涂刷阻燃涂料。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出，利用研制的阻燃涂料可以在葉片表面需要的部位進(jìn)行涂裝，屬于特種功能涂料；涂層厚度越厚阻燃效果越好，但從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度考慮，涂裝厚度應(yīng)在2mm～3mm，如遇火災(zāi)時(shí)，膨脹高度可達(dá)3cm～4cm，可以抑制火災(zāi)迅速蔓延，對(duì)葉片也起到了防火保護(hù)分隔作用，使火災(zāi)損失降低到最小程度，提高葉片的再利用率，延長(zhǎng)葉片的使用壽命。

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