風(fēng)電葉片芯材蒙皮微裂紋產(chǎn)生原因及缺陷的消除

張成旭

(東方電氣(天津)風(fēng)電葉片工程有限公司 天津300480)

0 引 言

近些年來，各種清潔能源，如風(fēng)能、水能、潮汐能等得到了較廣泛的應(yīng)用。其中，利用風(fēng)能進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，是利用清潔能源的重要形式之一。早在公元前700年，中國人就研制出帆船，以“風(fēng)帆助航”的形式利用風(fēng)能；宋代時(shí)期就有風(fēng)車出現(xiàn)，以風(fēng)車為載體，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)；19世紀(jì)末至20世紀(jì)初，美國、丹麥等國家研制出了各種型號(hào)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，用于工業(yè)領(lǐng)域[1]。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)由發(fā)電機(jī)、葉片、輪轂、主軸等部件組成，各部件結(jié)構(gòu)均對(duì)葉片質(zhì)量產(chǎn)生影響[2-4]。風(fēng)電葉片為風(fēng)機(jī)中的重要組件之一，對(duì)風(fēng)機(jī)的運(yùn)行效果及穩(wěn)定性起到了決定性的影響，控制葉片各組件質(zhì)量對(duì)保證風(fēng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行起到了積極作用。同時(shí)，由于風(fēng)電行業(yè)平價(jià)上網(wǎng)的新政策[5]，在保證葉片質(zhì)量的前提下，做到控制成本、實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)將是未來的一大發(fā)展趨勢(shì)。本文以減少葉片缺陷，降低葉片維修成本為出發(fā)點(diǎn)，針對(duì)芯材蒙皮微裂紋問題，通過試驗(yàn)的途徑進(jìn)行研究，旨在找出可解決微裂紋缺陷的方法，降低維修成本，為葉片產(chǎn)業(yè)保交付、控成本目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定基礎(chǔ)。

1 風(fēng)電葉片芯材蒙皮微裂紋產(chǎn)生的原因

1.1 芯材蒙皮微裂紋定義

微裂紋指的是芯材蒙皮外表面出現(xiàn)的微小的細(xì)絲狀裂紋缺陷，因該缺陷較微小，用肉眼難以觀察清楚，需要借助手電筒等工具進(jìn)行觀察方能發(fā)現(xiàn)并判別該缺陷，故將此種缺陷稱為微裂紋。芯材蒙皮微裂紋形態(tài)如圖1所示。

圖1 芯材蒙皮微裂紋形態(tài)Fig.1 Micro-crack morphology in core material covering

1.2 芯材蒙皮微裂紋問題產(chǎn)生原因分析

通過試驗(yàn)對(duì)芯材蒙皮微裂紋問題進(jìn)行研究，首先分析其產(chǎn)生原因，再提出解決方案，對(duì)比方案改進(jìn)后，樣塊微裂紋情況是否得到改善，驗(yàn)證解決方案的合理性。

通過調(diào)研得知，灌注速度過快可能是導(dǎo)致芯材蒙皮產(chǎn)生微裂紋的主要原因，因灌注速度過快，樹脂在導(dǎo)流網(wǎng)的作用下快速流動(dòng)，不同部位流動(dòng)充注程度不一致，固化后容易出現(xiàn)較長的微裂紋缺陷。

2 芯材蒙皮微裂紋問題解決方案及其對(duì)比

2.1 芯材蒙皮微裂紋問題解決方案

由于灌注速度過快是導(dǎo)致微裂紋現(xiàn)象的主要原因，以灌注速度為出發(fā)點(diǎn)展開研究，分別設(shè)定如下2種樣塊制備的方案：①灌注時(shí)注膠管半開，使灌注過程保持較快的速度；②灌注時(shí)注膠管 1/4開，使灌注時(shí)間延長 1倍左右。分別按照上述 2種方案制備500mm×500mm×20mm 樣塊，對(duì)比樣塊微裂紋發(fā)生情況。

2.2 微裂紋問題對(duì)比分析

2.2.1 方案1樣塊微裂紋情況

按方案 1制備樣塊時(shí)，微裂紋缺陷相對(duì)較嚴(yán)重，長度較長，面積較大，樣塊表面大部分區(qū)域均有不同程度的微裂紋，長度較長的微裂紋占比較大。微裂紋缺陷如圖2所示。

圖2 方案1樣塊微裂紋缺陷情況Fig.2 Micro-crack defect of sample in scheme 1

2.2.2 方案2樣塊微裂紋情況

按方案 2制備樣塊時(shí)，大部分樣塊無微裂紋缺陷，僅個(gè)別樣塊部分區(qū)域有輕微的微裂紋，且與按方案 1制備的樣塊相比，微裂紋長度及面積明顯減小。微裂紋缺陷如圖3所示。

圖3 方案2樣塊微裂紋缺陷情況Fig.3 Micro-crack defect of sample in scheme 2

2.2.3 2種方案下樣塊微裂紋缺陷統(tǒng)計(jì)

對(duì)比5組樣塊，共10塊，1～5號(hào)為按方案1制備出的樣塊，6～10號(hào)為按方案 2制備出的樣塊。根據(jù)微裂紋缺陷嚴(yán)重程度，將微裂紋缺陷情況分為較長，面積較大；較長，面積中等；較短，面積較小；較短，點(diǎn)狀微裂紋；無微裂紋 5個(gè)等級(jí)。按照上述等級(jí)劃分，統(tǒng)計(jì)出方案改進(jìn)前后1～10號(hào)樣塊的微裂紋情況，如表1所示。

表1 樣塊微裂紋缺陷情況對(duì)比Tab.1 Comparison of micro-crack defects of samples

由表1可知，按方案1制備樣塊時(shí)，微裂紋缺陷較長且面積相對(duì)較大，部分樣塊表面大部分區(qū)域幾乎都有微裂紋缺陷，其余樣塊微裂紋缺陷也較長，面積略小，處于中等水平；按方案 2制備樣塊后，微裂紋缺陷問題基本上得到解決，大部分樣塊無微裂紋缺陷，只有 1個(gè)樣塊有點(diǎn)狀微裂紋缺陷，且缺陷長度及面積明顯減小。改進(jìn)方案后，微裂紋缺陷問題基本上得到解決。

3 結(jié) 論

①樣塊灌注過程中，將注膠管由半開調(diào)整為 1/4開，將灌注時(shí)間延長 1倍左右，有效地解決了微裂紋問題。

②將按照 2種方案分別制備的樣塊微裂紋缺陷情況進(jìn)行對(duì)比得知，按照第 2種方案制備的樣塊，大部分無微裂紋缺陷，僅有 1個(gè)樣塊有點(diǎn)狀微裂紋缺陷，且缺陷長度及面積明顯減小，微裂紋缺陷問題基本上得到解決，驗(yàn)證了改進(jìn)方案的有效性和可行性。