風電機組葉片常見損壞及處理

李良君

天津輕工職業(yè)技術(shù)學院

風電機組葉片常見損壞及處理

李良君

天津輕工職業(yè)技術(shù)學院

葉片是風電機組關(guān)鍵部件之一，其造價占整機造價的15～20%左右，同時，葉片也是風電機組中最容易受到損傷的部件之一。因此，葉片的日常維護檢修與故障處理就顯得尤為重要。

風力發(fā)電；風電葉片；維護檢修；損壞修復

一、葉片常見損壞類型

風電機組葉片運轉(zhuǎn)5年左右后，起到外固合保護作用的膠衣已被風沙抽磨至最低固合力點，原始葉片粘合縫從外觀上已清晰可見，此時葉片完全依靠內(nèi)粘合來運轉(zhuǎn)。由于原始葉片彎曲、扭曲的內(nèi)粘合受粘合面不均勻、受力點不均，風電機組的每一次彎曲、扭曲和自振，都可能造成葉片的內(nèi)粘合縫處自然開裂。尤其是葉片的迎風面葉脊處，是葉片受損最嚴重的部位，自然開裂率最高。如果風場巡視未發(fā)現(xiàn)開裂現(xiàn)象，風電機組繼續(xù)運轉(zhuǎn)，葉片折斷、摔落現(xiàn)象極有可能發(fā)生，造成嚴重事故。

葉尖是葉片整體的易損部位，風電機組運轉(zhuǎn)時，葉尖的抽磨力大于其他部位，整體葉片中葉尖又是最薄弱的部位。葉尖由雙片合壓而成，葉尖的邊緣由膠衣樹脂粘合為一體，其最邊緣近4cm是實心的，目的是增加葉尖的耐磨力和兩片之間的親和力。由于葉尖內(nèi)空腔面積較小，風沙吹打時沒有彈性，所以也是葉片中磨快的部位。實踐證明，葉尖每年都會有大約0.5cm左右的磨損縮短。葉片在風電機組運轉(zhuǎn)4-5年后處于易開裂周期，原因就是葉片邊緣的固體材料磨損嚴重，雙片組合的葉尖保護能力、固合能力下降，而使雙片粘合處暴露在風沙中。解決葉片開裂的問題，就是在風電機組運轉(zhuǎn)幾年后，做一次葉尖的加長、加厚保護，使其與原有葉片的磨損重量基本吻合，不會對葉片的配重比產(chǎn)生影響。一般修復后的葉尖在3年后磨回原有葉面，對防止葉尖開裂現(xiàn)象的發(fā)生起到關(guān)鍵作用。

常見的葉片損壞類型主要有以下幾種：普通損壞型、前緣腐蝕、前緣開裂、后緣損壞、葉根斷裂、葉尖開裂折斷、表面裂紋、雷擊損壞等。

二、葉片損壞的處理

1、發(fā)現(xiàn)葉片損壞應采取的措施

(1)普通損壞

普通損壞如鹽霧引起的膠衣發(fā)暗、結(jié)晶，風沙抽磨導致膠衣的剝蝕和脫落等。發(fā)現(xiàn)鹽霧引起的膠衣發(fā)暗、結(jié)晶，要用非離子表面活性劑進行多次清洗。發(fā)現(xiàn)膠衣剝蝕、脫落，應盡快進行噴涂修補。

(2)前緣腐蝕

前緣腐蝕會導致翼型變化。由于翼型發(fā)行形變，葉片捕獲的能量會減少5%以上。前緣損壞在早期容易修補，因此要及時處理，以避免更大的損失。

(3)前緣開裂

如果發(fā)現(xiàn)前緣開裂，要盡快修補。如果不及時修補，開裂會越變越長，在空氣作用下，蒙皮就會出現(xiàn)脫開、開裂。如果葉片蒙皮開裂6英尺（1.8米）以下時，還可以勉強修補，如果開裂再長，就只能更換整個葉片了，這意味著高額的費用和較長時間的發(fā)電損失。

(4)后緣損壞

后緣損壞在早期容易處理，如果置之不理，聽任發(fā)展，輕微的后緣損壞就會導致大問題。裂縫會沿著弦向裂開，直通到梁，然后沿著梁撕裂，此時葉片就已經(jīng)接近失效，需要進行更換了。

(5)葉根斷裂

葉根斷裂的苗頭如葉根裂紋、小裂縫等，必須盡早發(fā)現(xiàn)并予以修復處理，因為葉根斷裂經(jīng)常會引發(fā)災難性的失效，很難修補。

(6)葉尖開裂折斷

葉尖是葉片很重要的部位，葉尖開裂必須立即采取修補措施。葉尖如果折斷，可視其折斷的位置（長短）采取不同的措施。如果葉尖折斷的位置離葉片遠端很近（1米范圍內(nèi)），則可以采取拉筋加強等辦法進行修補，如果折斷位置在離葉片遠端1米以上，為安全著想，應當更換葉片葉尖。

(7)表面裂紋和砂眼

即使是很小的表面裂縫、砂眼，也會使水滲入復合材料，嚴冬時水會結(jié)冰，導致內(nèi)部芯材快速損壞。小的裂縫會蔓延生長，最終導致葉片失效無修復價值，而砂眼的演變速度也非?？?。所以，發(fā)現(xiàn)裂紋和砂眼，應盡快予以修補。

(8)雷擊損壞

防雷系統(tǒng)損壞會導致葉片遭受雷擊。如果防雷系統(tǒng)損壞或者工作不正常，在雷電天氣下，葉片很容易被擊中損壞。有證據(jù)顯示雷電會多次擊中某個風電場中的某臺機組，而風電場中德其他機組卻很少甚至從來不遭受雷擊，這是因為這臺機組的防雷系統(tǒng)存在問題。因此，及時發(fā)現(xiàn)防雷系統(tǒng)的故障并進行維修十分重要。

雷擊造成葉片損機理是：雷電釋放巨大的能量，使葉片結(jié)構(gòu)溫度急劇升高，分解氣體高溫膨脹，壓力上升造成爆裂破壞。據(jù)估計，全球每年有1～2%的葉片受到雷電襲擊。葉片受雷擊的損壞中，多數(shù)在葉尖，一般比較容易修復，但少數(shù)情況下受損嚴重，則需要更換整個葉片。

2、葉片修補

(1)麻面和砂眼

細小的砂眼和麻面，可以采用抹壓法進行修復。先將受損部位適當打磨，再清理干凈，將與原葉片相同材質(zhì)的樹脂刮抹在受損部位，填平砂眼和麻面，待固化后，適當打磨使表面平整順暢，清理干凈，再噴涂膠衣保護層。

對于較深的砂眼，抹壓法無法排除砂眼內(nèi)的污垢和氣泡，存在治標不治本的現(xiàn)象，可采用注射法對砂眼進行修復。先將受損部位適當打磨，再清理干凈，將與原葉片相同材質(zhì)的樹脂從砂眼底部注射填平砂眼，待固化后，適當打磨使表面平整順暢，清理干凈，再噴涂膠衣保護層。這種方法無論深度多大的砂眼，都是從內(nèi)向外堵，使內(nèi)結(jié)面積增大飽和，不存在氣隔。

(2)膠衣鹽霧發(fā)暗、結(jié)晶

綜合以上結(jié)論，將彩色多普勒超聲及超聲造影使用在乳腺癌患者中均存在一定效果，但兩者差異不顯著，需要臨床有效聯(lián)合兩種診斷方法，可提升診斷早期乳腺癌的準確率。

當發(fā)現(xiàn)由于鹽霧致使膠衣外層有發(fā)暗或結(jié)晶現(xiàn)象時，要使用非離子表面活性劑進行清洗。第一遍清洗時，活性液只能溶解鹽霧棱角，起不到根除的效果，第二遍溶液才能進入鹽霧與葉片的結(jié)合層，起到徹底清除鹽霧的作用。因此，對于鹽霧的清洗要重復進行。在實施葉片鹽霧清洗時，不能急于求成，要留出活性劑溶解的時間，尤其是出現(xiàn)麻面和砂眼的部位，要等溶解出葉片原始底面后，再用清水沖洗。其中，葉片的迎風角（葉脊）是鹽霧清洗的重中之重，因為只有迎風角的徹底清潔，才是減輕葉片運轉(zhuǎn)阻力的關(guān)鍵。此外，葉尖以上5米范圍內(nèi)，是葉片過砂面積較大的部位，也是鹽霧附著最強的地帶。

(3)膠衣剝蝕、脫落

膠衣剝蝕、脫落，可先適當打磨受損部位，清理干凈，刮膩子找平，再噴涂膠衣進行修復。

(4)表面裂紋

葉片表面裂紋如果不深，未傷及殼體，則可以按照上述⑶的程序進行處理。

如果傷及殼體，則需要先對受損部位進行打磨，并將受損外蒙皮逐層遞減幾個厘米進行打磨，打磨四周呈圓角過渡。然后對表面進行清理，使其干凈無塵。再沿展向和弦向每層遞減幾個厘米手糊外蒙皮，修補的纖維布及層鋪方式與打磨掉的布及其層鋪方式相同。待手糊區(qū)域凝膠固化后，再刮膩子找平，最后噴涂膠衣保護層。纖維布要預浸與原葉片相同材質(zhì)的樹脂，糊制平整，無明顯氣泡現(xiàn)象。

如果出現(xiàn)橫向裂紋，必須采用修復拉縮加固復原法，采用專用的拉筋粘合修復回原有的葉片表面。裂紋如果出現(xiàn)在葉片最大弦長處，要進行加強修補。

(5)起鼓

打磨。將葉片受損部位進行打磨去除，并將受損外蒙皮逐層遞減幾個厘米進行打磨，打磨四周呈圓角過渡。

清潔。對打磨完畢后的表面進行粉塵清理，使其干凈無塵。

填平。在修補位置刮上結(jié)構(gòu)膠填平缺陷。

手糊。沿展向和弦向每層遞減幾個厘米手糊外蒙皮，修補的纖維布及層鋪方式與打磨掉的布及其層鋪方式相同。纖維布要預浸與原葉片相同材質(zhì)的樹脂，糊制平整，無明顯氣泡現(xiàn)象。

測試。對固化后的玻璃鋼進行硬度測試，確保達到要求。

(6)葉片開裂

葉片開裂是比裂紋更嚴重的現(xiàn)象。

①內(nèi)部修復

打磨。將內(nèi)部受損部位打磨去除，拓寬裂縫寬度。內(nèi)蒙皮按照一定值（一般為幾厘米）逐層遞減打磨，并打磨四周呈圓角過渡，將損壞部位的泡沫芯材去除，將外蒙皮打毛。

清潔。清潔打磨區(qū)域，使其干凈無塵。

手糊。先在現(xiàn)有外蒙皮基礎(chǔ)上手糊2-3層外蒙皮，然后修補取出的泡沫芯材，刮上一層結(jié)構(gòu)膠，將泡沫芯材預浸后填充到拓寬后的縫隙區(qū)域，然后手糊3層內(nèi)蒙皮。布層沿展向方向逐層朝內(nèi)搭接（一般搭接幾個厘米）。修補的纖維布及層鋪方式與打磨掉的布及其層鋪方式相同，纖維布要預浸與原葉片相同材質(zhì)的樹脂，糊制平整。手糊過程中要注意不要產(chǎn)生氣泡，尤其是大的氣泡。

加熱固化。待修補區(qū)域完成凝膠后，進行加熱固化處理，一般60℃加熱5-6小時。

硬度測試。對固化后的玻璃鋼進行硬度測試，確保達到要求。

②外部修復

打磨。將葉片外部受損部位涂層進行打磨去除，拓寬裂縫寬度，去除3層外蒙皮，蒙皮按照逐層遞減幾個厘米進行打磨，打磨四周呈圓角過渡。

清潔。清潔打磨區(qū)域，使其干凈無塵。

手糊。采用不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂（與原葉片樹脂一致）及相應的纖維布，手糊2層外蒙皮。布層沿展向方向逐層朝內(nèi)搭接（一般搭接幾個厘米）。修補的纖維布及層鋪方式與打磨掉的布及其層鋪方式相同，纖維布要預浸與原葉片相同材質(zhì)的樹脂，糊制平整。手糊過程中要注意不要產(chǎn)生氣泡，尤其是大的氣泡。

找平。待手糊區(qū)域凝膠固化后，刮膩子找平。

恢復涂層。表面噴涂膠衣，恢復修復區(qū)域的表面涂層。

圖3 流程圖

四、結(jié)論

智能清潔小車用STM32F103RNCT6單片機為控制芯片，本設(shè)計完成了小車硬件部分的設(shè)計，軟件部分采用c語言來編寫控制程序，完成了吸塵、灑水、抹地、避障等功能，在家庭及公司使用極為方便，與普通的智能車相比較，由于本設(shè)計有清潔的功能，所以本智能小車更加有市場前景，使用更加穩(wěn)定可靠。經(jīng)過實驗測試，達到了預期的設(shè)計要求。

[1]張偉娟.基于單片機的智能環(huán)保小車設(shè)計[J].電子質(zhì)量，2014，（5）

[2]江應國數(shù)控步進電機正反轉(zhuǎn)控制的實現(xiàn)[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2008，（5）

蘭茂偉（1993-）男，漢，四川自貢市人，學生，本科，單位：四川理工學院電氣工程及其自動化專業(yè)，研究方向：電氣工程師及其自動化。