周義 張成繼 沈奇

摘要：葉片是風(fēng)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(fēng)電場運行中風(fēng)機葉片失效分析，提出葉片故障的預(yù)控描施及如何做好運維過程管控。

關(guān)鍵詞：故障分析;預(yù)控辦法;維護管理

引言

葉片是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，通過變槳裝置調(diào)整槳距角，改變風(fēng)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(guān)重要，有效的保養(yǎng)和修復(fù)能夠提高葉片的使用壽命和發(fā)電效率。

一、復(fù)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(jié)構(gòu)包括外殼、主梁帽及夾層結(jié)構(gòu)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(zhì)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(zhì)導(dǎo)線連接，連接銅導(dǎo)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(dǎo)線直接連接于人孔蓋板的銅連接板上。

二、復(fù)合材料葉片缺陷

（1）技術(shù)缺陷

（1）夾芯結(jié)構(gòu)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(nèi)蒙皮貫穿性缺陷或損傷等。合模前或合模后葉片內(nèi)腔人能進入到的位置內(nèi)蒙皮損傷、內(nèi)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(fù)性缺膠和無需修復(fù)性缺膠，前緣修復(fù)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(fù)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(fù)性缺膠和無需修復(fù)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(jié)構(gòu)膠開裂與Ⅱ型后緣結(jié)構(gòu)膠。

三、復(fù)合材料葉片修復(fù)

3.1 葉片修復(fù)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(fù)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(fù)時如條件允許優(yōu)先采用真空灌注工藝進行修復(fù);如原采用手糊成型工藝成型的位置，修復(fù)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(fù)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(fù)位置使用的是單軸向玻纖布，則修復(fù)時需使用單軸向玻纖布。另一方面是材料供應(yīng)商的一致性，在確保修復(fù)時所使用的材料類型及規(guī)格的一致性前提下，滿足修復(fù)所使用的材料與原葉片所使用的原材料為相同供應(yīng)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(fù)層數(shù)增加原則

缺陷及損傷修復(fù)時玻纖布增加層數(shù)原則，

（6）鋪層順序原則

修復(fù)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(jié)構(gòu)的原則

所有缺陷及損傷在進行修復(fù)時，當(dāng)有多種修復(fù)方案均能滿足修復(fù)效果時，應(yīng)優(yōu)先選擇對原有結(jié)構(gòu)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(fù)

當(dāng)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(fù);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(fù)。對于需要進行修復(fù)的缺陷，還需要評估該缺陷或損傷是否可以修復(fù)，如果無法進行修復(fù)，則需降級使用或報廢;對于可以修復(fù)的缺陷或損傷，需要制定合理的修復(fù)方案后，根據(jù)修復(fù)方案進行修復(fù)，并做好書面記錄。在葉片生產(chǎn)過程、運輸、吊裝過程中應(yīng)避免出現(xiàn)需要修復(fù)但又無法修復(fù)的缺陷或損傷。

四、復(fù)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(nèi)部檢查：從葉片人孔蓋進入葉片內(nèi)部，用塑料錘等工具輕敲葉片內(nèi)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(nèi)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(fù)。檢查葉片內(nèi)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(nèi)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(chǎn)生了大面積的磨損所致。

在風(fēng)機轉(zhuǎn)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(chǎn)生的輕微腐蝕不是很嚴重，如嚴重腐蝕應(yīng)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(nèi)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(zhuǎn)周期有關(guān)但與風(fēng)速無關(guān)，它可能是由于葉輪產(chǎn)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(chǎn)生的，應(yīng)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(yīng)來自葉片生產(chǎn)廠家。葉片尾部厚的邊緣也可以產(chǎn)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(fēng)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(cè)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(zhuǎn)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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