復合材料風機葉片運維及修復

周義 張成繼 沈奇

摘要：葉片是風力發(fā)電機的核心部件之一，葉片狀態(tài)的好壞直接影響到整機的性能和發(fā)電效率。本文通過對某風電場運行中風機葉片失效分析，提出葉片故障的預控描施及如何做好運維過程管控。

關鍵詞：故障分析;預控辦法;維護管理

引言

葉片是將風能轉化為機械能，通過變槳裝置調整槳距角，改變風力發(fā)電機組輸出功率，實現(xiàn)控制功率輸出的目的，葉片維護至關重要，有效的保養(yǎng)和修復能夠提高葉片的使用壽命和發(fā)電效率。

一、復合材料葉片簡介

葉片主材為玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂，葉片結構包括外殼、主梁帽及夾層結構的腹板，主梁帽、腹板、外殼都采用玻璃鋼制作而成，葉片由兩片外殼粘接而成，中間由腹板支撐，葉片外殼夾層采用輕質的Balsa木、PVC泡沫做成。

葉片避雷系統(tǒng)由葉尖的鋁制接閃器，和中部接閃器，（PS面和SS面分別對稱）。接閃器與銅質導線連接，連接銅導線和鋁制部分的電纜采用鍍層以防止鋁端的電離腐蝕;葉根避雷導線直接連接于人孔蓋板的銅連接板上。

二、復合材料葉片缺陷

（1）技術缺陷

（1）夾芯結構缺陷或損傷分為外蒙皮缺陷或損傷、芯材缺陷或損傷、外蒙皮加芯材缺陷或損傷、外蒙皮及芯材加內蒙皮貫穿性缺陷或損傷等。合模前或合模后葉片內腔人能進入到的位置內蒙皮損傷、內蒙皮加芯材缺陷或損傷可等效為外蒙皮缺陷或損傷、外蒙皮加芯材缺陷或損傷。

（2）梁帽及后緣UD缺陷及損傷主要指梁帽及后緣發(fā)白、褶皺、雜物等缺陷或損傷。

（3）葉根玻璃鋼區(qū)域缺膠及損傷主要指包圍、發(fā)白、撞傷等缺陷或損傷。

（4）葉片前、后緣缺膠：分為需要修復性缺膠和無需修復性缺膠，前緣修復性缺膠需滿足：弦向缺膠位置總長度大于弦向粘接寬度的20%，且長度大于2cm;后緣修復性缺膠需滿足：弦向缺膠位置總長度大于弦向粘接寬度的15%，且長度大于2cm。

（5）腹板缺膠：分為需要修復性缺膠和無需修復性缺膠，腹板缺膠需滿足：弦向粘接法蘭缺膠寬度大于3cm，且軸向長度大于5cm。

（6）葉片后緣開裂

葉片后緣開裂包括I型后緣結構膠開裂與Ⅱ型后緣結構膠。

三、復合材料葉片修復

3.1 葉片修復基本原則

（1）工藝一致性優(yōu)先原則

工藝一致性優(yōu)先原則是指葉片缺陷或損傷所在位置原來成型時所采用哪種工藝，葉片修復時，優(yōu)先采用與原來成型工藝相同的修補工藝。如原采用真空灌注工藝成型的位置，在修復時如條件允許優(yōu)先采用真空灌注工藝進行修復;如原采用手糊成型工藝成型的位置，修復時優(yōu)先采用手糊成型工藝。

（2）材料一致性原則

材料的一致性包括兩個方面，一方面是材料種類及規(guī)格的一致性，如修復位置使用的是PVC泡沫，則維修時優(yōu)先使用PVC泡沫而不使用其它種類的泡沫;如修復位置使用的是單軸向玻纖布，則修復時需使用單軸向玻纖布。另一方面是材料供應商的一致性，在確保修復時所使用的材料類型及規(guī)格的一致性前提下，滿足修復所使用的材料與原葉片所使用的原材料為相同供應商。

（3）缺陷或損傷區(qū)域打磨最大斜度原則

缺陷或損傷區(qū)域打磨最大斜度原則

（4）缺陷及損傷玻纖布最小錯層原則

缺陷及損傷玻纖布最小錯層原則

（5）修復層數(shù)增加原則

缺陷及損傷修復時玻纖布增加層數(shù)原則，

（6）鋪層順序原則

修復過程中，玻璃纖維布的鋪層按照先大后小，再大的原則。

（7）減少破壞原有結構的原則

所有缺陷及損傷在進行修復時，當有多種修復方案均能滿足修復效果時，應優(yōu)先選擇對原有結構損傷最小的方案。

（8）固化原則

固化溫度不得高于75℃;固化過程中盡量將放熱峰控制在較低溫度;固化后玻璃鋼的Tg值大于70℃。

3.2 葉片缺陷及損傷的修復

當葉片出現(xiàn)缺陷及損傷時，首先需要評估該缺陷及損傷對葉片使用壽命的影響，如果對葉片使用壽命沒有影響或影響較小，可以對該缺陷不進行修復;如果對葉片使用壽命存在較大影響，則這類缺陷或損傷需要進行修復。對于需要進行修復的缺陷，還需要評估該缺陷或損傷是否可以修復，如果無法進行修復，則需降級使用或報廢;對于可以修復的缺陷或損傷，需要制定合理的修復方案后，根據(jù)修復方案進行修復，并做好書面記錄。在葉片生產過程、運輸、吊裝過程中應避免出現(xiàn)需要修復但又無法修復的缺陷或損傷。

四、復合材料葉片檢查與維護

（1）例行檢查

葉片的損壞類型有：前緣腐蝕、前緣開裂、后緣損壞、葉根斷裂、表面裂縫、雷擊損壞等。外觀檢查：用高倍望遠鏡仔細觀察前緣、后緣、葉根是否有明顯的微裂紋，凹陷，破損，開裂，做好記錄，在下一次檢查中必須檢查此裂紋。

葉片PS/SS外表面檢查路徑：

內部檢查：從葉片人孔蓋進入葉片內部，用塑料錘等工具輕敲葉片內部來辯聽聲音，以便確認是否存在裂縫或者鋪層分層;仔細檢查葉片漆黑的內部是否有光線射入，如果有，那就說明那個地方比較薄或者有裂紋發(fā)生，一定要仔細核實并做好記錄。檢查腹板的完整，以及腹板和葉片蒙皮之間的連接，這個區(qū)域一旦有缺陷必須修復。檢查葉片內部，如有積水可以使用直徑大約為5mm的鉆頭疏通排水孔，將水排掉，檢查整個葉根是否有縫隙、腐蝕和涂層剝離現(xiàn)象。

葉片內腔檢查路徑：

（2）葉片清潔

通常情況下，葉片都沒有特別臟的灰塵，如果在外觀檢查時發(fā)現(xiàn)某個葉片表面的靜電灰特別多，那就該仔細檢查確認是否是由葉片表面產生了大面積的磨損所致。

在風機轉動的過程中，如果聽到葉片里有很明顯的撞擊聲，可能是葉片粘合用的膠體脫落撞擊葉片所致，一定要停機檢查并清理干凈。

（3）防腐與防雷系統(tǒng)檢查

檢查葉片表面是否有腐蝕的現(xiàn)象：小坑有時會徹底穿透涂層。

葉根處的螺栓及螺母、墊圈具有足夠的防腐保護層。由于在安裝過程中表面有輕微損害而產生的輕微腐蝕不是很嚴重，如嚴重腐蝕應停機排查并處理。

雷擊是葉片損壞的最為重要的一個因素，所以必須安裝如下步驟嚴格檢查葉片的避雷系統(tǒng)是否完好：

（1）用高倍望遠鏡檢查葉片接閃器是否牢固嵌鑲在葉尖;

（2）檢查葉片內部整個避雷系統(tǒng)的連接是否充分、牢固，不虛接;

（3）檢查葉根部連接人孔蓋與輪轂之間的金屬編織帶是否完好、兩端是否固定牢固。

（4）葉輪不平衡

如果功率異常及負載的變化隨旋轉周期有關但與風速無關，它可能是由于葉輪產生不平衡或葉輪有不同的葉片角度造成。做好記錄：機號、葉片號及大致改變的功率，葉輪工作狀況定檢周期為12個月。

（5）葉片噪音

葉片的異常噪音是因葉片表面或葉片邊緣缺陷（坑、洞）產生的，應在葉片的邊緣或在葉尖處這些有問題的地方用玻璃纖維修補或除去，修補人員應來自葉片生產廠家。葉片尾部厚的邊緣也可以產生噪音，必須通過特殊處理減小噪音。葉片的異常噪音很大，可能遭雷擊損壞。被雷擊損壞的葉片外殼處會裂開，此時，風力機組必須停機，因為葉片部分外殼下落非常危險，葉片噪音循環(huán)定檢周期為12個月。

（6）葉片附件檢查

檢查葉片防雷銅編織帶是否脫落，彈力繩是否破損，檢查防雷記錄卡是否脫落，如有則需重新固定好;檢查人孔蓋板固定螺栓是否松動，如有脫落則須重新緊固，必要時可打開人孔蓋板從蓋板兩側用扳手進行緊固，葉片附件循環(huán)定檢周期為6個月。

（7）葉片安裝螺栓的檢查與維護

葉片連接螺栓的松動將對機組安全運行造成重大危險，因此必須按要求定期對葉片螺栓力矩進行檢查。用液壓力矩扳手、記號筆對葉片螺栓力矩進行檢查，檢查規(guī)則如下：

首次抽檢50%的螺母，間隔1個螺母抽檢并在被檢查的螺栓連接副上做好防松標記;

第二次及以后抽檢20%的螺母，間隔3個螺母抽檢并在被檢查的螺栓連接副上做好防松標記，如果一個螺母轉動角度超過20度，則所有的螺母都必須重新按要求打到規(guī)定力矩值。

（1）為便于區(qū)分每次需要定檢的螺栓所在位置，每次定檢完后要用不同顏色的記號筆做防松標記。

（2）優(yōu)先檢查標記次數(shù)少的螺栓。

（3）檢查完成后，對于螺栓、螺母或墊圈表面防腐層有破損的要先進行補漆防腐處理。

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