风力发电机叶片维护注意事项-200899182042242

风力发电机叶片维护注意事项

风机的许多功能(由叶尖的变换来完成的)。叶尖是叶片整体的易损部位，风机运转时叶尖的抽磨力大于其它部位，整体叶片中它又是最薄弱的部位。叶尖是由双片合压组成，叶尖的最边缘是由胶衣树脂粘合为一体，叶尖的最边缘近4厘米的材质是实心。目的是增加叶尖的耐磨度和两片之间的亲和力。由于叶尖内空腔面积较小，风沙吹打时没有弹性，所以也是叶片中磨损最快的部位。通过施工标记证明叶尖每年都有0.5厘米左右的磨损缩短，叶片的易开裂周期是风机运转四至五年后。原因就是叶片边缘的固体材料磨损严重，双片组合的叶尖保护能力、固合能力下降；使双片粘合处缝隙暴露于风沙中。解决风机叶片开裂的问题，就是风机运转几年后做一次叶尖的加长、加厚保护。与原有叶片所磨损的重量基本吻合，不会对叶片的配重比产生任何影响，按所用材料的巴氏硬度计算，修复后的叶尖至少三年后磨回原有叶面。对阻止叶尖开裂现象的发生起到决定性作用。

风机叶片运转五年后，起到叶片外固合保护作用的树脂胶衣已被风砂抽磨至最低固合力点。原始叶片粘合缝从外观上看，已清晰可见。此时叶片完全依靠内粘合来运转。由于原始叶片的内粘合受粘合面积不匀，受力点不均，风机的每次弯曲、扭曲、自振，都可能造成叶片的内粘合缝处自然开裂。尤其是叶片的迎风面叶脊处，是风机叶片受损最严重的部位，自然开裂率最高。如果风场巡视未发现开裂现象，风机继续运转，叶片折断、落地现象极有可能发生，造成停机事故。

1、叶片胶衣的作用

胶衣是风机叶片的保护衣，胶衣的硬度是任何复合材料无法与之相比。胶衣以自身的坚硬度和高韧性，保护着风机叶片的肉体复合材料和纤维布，叶片材料的组成就是复合材料和玻璃纤维布。此种材料防风沙冲击能力远远低于胶衣，根据地域的不同风机运行三至五年后，由于风沙的抽磨，叶片外层的胶衣已体无完肤，叶片很快出现无光泽度，出现麻面、纤维布漏出、复合材料气泡破碎形成大砂眼，叶片裂

纹增宽增长加深。小砂眼向深处扩张，风机运行时出现阻力、杂音、哨声，同时雨季湿度增加防雷指数降低。胶衣在叶片上还起到了整体固定作用。在叶片的粘接合处，内粘是叶片的主体，外粘是靠胶衣的粘合来固定。如果叶片粘合处的胶衣被风沙磨光后叶片开裂、叶尖开裂就会发生。其实胶衣是叶片抵挡外物冲击的避弹衣，提高风机转速的促进剂，让叶片合二为一的固定钉。在众多的风厂中胶衣的作用还没引起足够的重视，众多叶片损伤都是由于没有了胶衣的保护而开始的。

2、盐雾对叶片的影响

沿海地区的风机叶片运行二年后，叶片会出现发暗现象，其实是盐雾结晶。盐雾的主要成份是强酸性金属盐和金属氧化物，是海水蒸发的盐份与空气中污物混合生成，颜色为灰白色结晶体，显冰棱角形且不易溶解，解决方案为采用非离子表面活性剂重复清洗，因为第一遍活性液，只能溶解盐雾棱角，起不到根除的效果，第二遍溶液才能浸入盐雾与叶片的结合层，否则清洗盐雾是治标不治本，在清洗叶片盐雾时，叶片的迎风角（叶脊）是清洗重中之重，因为只有迎风角的清洗结净程度，才是减轻叶片运转阻力的关键，因为迎风角面形成麻面和砂眼后，盐雾才能扎根，此外叶尖以上5米内，也是盐雾附着最强地带，原因是此处是叶

片过砂面积较大部位。总之，在叶片首次清洗盐雾时，施工单位不要急于求成，要留出活性剂溶解时间，尤其是出现麻面砂眼部位，待溶解出叶片原始底面后，在用清水冲洗。

3、叶片表面砂眼

风机叶片出现砂眼是由于叶片没有了保护层所引起的。叶片的胶衣层破损后，被风沙抽磨的叶片首先出现麻面其实是细小的砂眼，如果叶片有坚硬的胶衣保护，沙粒吹打到叶面时可以抵挡也能转移风沙的冲击力。就象风沙打到钢板和木版上的现象，其后果是截眼然不同。砂眼对风机叶片最大的影响是运转时阻力增加转速降低，砂眼生成后它的演变的速度是惊人的。1.5毫米圆的砂眼二年后清洗已变成深度5毫米圆度达10-12毫米，如果此时是雨季，砂眼内存水，麻面处湿度

增加，风机避雷指数就会降低。针对砂眼的修复，我公司有自己独特的技术。以往国内采用的是抹压法，此种方法对于小砂眼和麻面是有效的，但对于较深的砂眼，在抹压的同时砂眼内污垢和空气气泡无法排出，存在着治标不治本的现象。我公司采用注射法治理修复叶片砂眼，无论深度多少的砂眼都是从内向外堵，使内结面积增大饱和无气隔。做到表里如一，坚硬耐冲击

4、叶片表面裂纹

叶片表面的裂纹，一般在风机运行二至三年后就会出现。造成裂纹的原因是低温和机组自振所引发的，关键在裂纹产生的位置，如果裂纹出现在叶片的8-15米处，风机的每次自振、停车都会使裂纹加深加长，裂纹在扩张的同时空气中的污垢、风沙乘虚而入，使得裂纹加深加宽，风沙和污垢其实起到的是扩张裂纹的作用，裂纹可导致叶片的开裂，横向裂纹可导致叶片断裂。裂纹严重威胁着叶片的安全。叶片裂纹产生的位置一般都在人们视线的盲区。加之油渍、污垢、盐雾等遮盖，从地面用望远镜都很难发现。如果风机运转时产生的杂音较大应引起注意。如果出现横向裂纹必须采用拉缩加固复原法，拉缩加固法：是指采用专用的拉筋粘合，修复回原有的叶片平面。机组自振时，此处的抗拉伸缩力可大于其它叶片处，总之细小的裂纹如果不引起注意，随着年限的延长裂纹也会随之成倍的增长。此种结论来源于多年的现场观察和实践的总结。

5、低温对风轮叶片的影响

对于风力发电机组的风轮叶片来说，由于其在风力发电机组中的特殊地位，

核心部件、高昂的成本、困难的维护等，各种恶劣环境对于叶片来说，都是一种巨大的挑战。特别是低温环境，对风轮叶片的影响是巨大的。由低温诱导失速型风轮叶片产生不可预测的振动，导致叶片结构发生破坏、影响机组正常运行等。

1 主要情况描述

对于定桨距失速控制型风力发电机组，如果风电场的环境温度低于-20℃，风速超过额定点以后（大约16~18m/s），在风力发电机组

正常运行过程中，会发生无规律的、不可预测的叶片瞬间振动现象，即叶片在旋转平面内的振动（edgewise vibration），这种振动有时会发散，导致机组振动迅速增加，造成机组停机，影响机组的正常发电。同时，这种振动对叶片也是有害的，它会导致叶片后缘结构失效，产生裂纹，在叶片最大弦长位置产生横向裂纹，严重威胁叶片结构安全。典型的损坏图片如图1、2 所示。根据国际上的资料显示，这种叶片损坏形式占1%左右。我公司开发的600kW 叶片也存在这一问题。

2 原因分析

由于这种振动导致的后果是严重的，因此，国际上特别是欧洲几个开发定桨距失速型风力发电机组的制造商，如Bonus、NEG-Micon 等，荷兰的ECN、Delft 技术大学，丹麦Ris? 国家实验室等对此投入了大量的研究工作，即欧盟的EC JOULE_III（STALLVIB）项目。

通过大量的计算、试验对比分析认为：摆振方向振动的根源是由于失速运行时的气动力产生的，原因是叶片失速后气动阻尼变为负值所致，它与叶片翼型的静态、动态空气动力特性，叶片的布局（叶片的几何分布），叶片的结构特性（结构阻尼）等有关；其次是复合材料叶片低温时其结构阻尼下降，最后导致总的阻尼下降。

同时，通过全尺寸气弹分析计算和实测比较显示，机组的支撑机构（如机舱

和塔架等）特性对叶片摆振方向的振动也很重要，由于振动叶片与支撑结构交换能量，在这种交换过程中，叶片固有频率相对于机组俯仰-偏航耦合模态频率位置扮演着重要的脚色。

3 解决措施

由于摆振方向上的振动是由失速运行时的空气动力产生的，气动阻尼变负，结构阻尼下降。解决此问题的主要措施就是要增加系统的阻尼，通过阻尼消耗掉这部分能量。

3.1 局部改善措施 3.1.1 增加叶片结构阻尼

阻尼是减振的最有效措施，研究表明：如果叶片结构阻尼达到5%以上时，

可以有效减缓摆振方向上振动的发生。因此，最根本的办法是提高复合材料叶片结构本身在低温时的结构阻尼，由于低温对复合材料叶片结构阻尼影响较大，特别是环境温度低于-20℃时，叶片自身的结构阻尼会下降。必须利用特殊的阻尼材料提高复合材料叶片低温时的结构阻尼。

我们对此进行了大量的研究和分析工作，与北京航空航天大学国家固体静动力学振动实验室进行了长期的合作，在管德院士、诸德超教授、程伟教授以及赵

寿根博士等协助下，进行了大量的分析和试验工作。对不同的阻尼材料、阻尼结构、阻尼位置等对叶片结构阻尼的影响进行了大量的试验分析。最终证明：通过选用合适的阻尼材料、阻尼结构及合理的位置可以有效提高叶片的结构阻尼，范围在3%~5%之间。而且，这种形式的阻尼结构与叶片结构一起，寿命与叶片相同，且在很宽的频率范围内都有效。此技术应用在我公司600kW 和750kW 叶片上，实际证明是有效的。

3.1.2 改变叶片气动阻尼

改变翼型局部形状使得翼型的气动性能发生改变，来增加翼型的气动阻尼。最有效地方法是在叶片局部前缘加装失速条。这种方法可以有效降低叶片摆振方向振动，使叶片摆振方向振动延迟到切出风速以后；安装失速条后，同时也降低了风轮的功率输出。补救的措施可以利用涡流发生器来提高风轮的输出功率。3.1.3、叶片内部加装阻尼器

也可以利用在叶片内部安装阻尼器的方式来降低叶片摆振方向的振动，这种阻尼器可以是机械的也可以是流体的。其缺点是结构复杂，而且这种结构阻尼器只能在很窄的频率范围内起作用。

3.2、总体改善措施

3.2.1、利用减振器消除机舱摆振方向上的振动

利用在机舱尾部加装机械减振器的方法消除或降低叶片摆振方向的振动，结

构较复杂。NEG-Micon 公司在其600kW 机组上采取此种方式。

3.2.2、合理设计支撑结构

机组总体设计时合理确定支撑结构特性，以达到避免摆振方向振动的目的。

有证据表明，使用同样型号叶片的不同机组，对低温失速导致的振动可以避免。

例如德国Nordex 公司的600kW 定桨距失速型机组就没有这一问题。

风力发电机叶片维护市场开发

在国外，风机停风期一到，相关人员对设备开始检修。其中包括必检项目，风机叶片。由于经济实力体现，国外每家风厂都有一台价值人民币近百万的叶片检修平台车。检修人员可以从下至上，对每只叶片进行检查。从细小裂纹的胶衣修复，到叶片亲合力的胶衣检查。从细小砂眼填充，到叶尖的磨损指数，都检查维护到位。在国外，风厂非常重视叶片胶衣磨损情况。因为引起叶片开裂的因素只有两种原因。一种是不可抗拒的雷击所至，另一种就是叶片胶衣脱落，叶片亲合力下降。风机遇低温自振时，开裂现象便会出现。所以在国外，风机叶片的检修，清洗维护修补，是固定项目。

目前很多现场的叶片都在我们两年质保期内已经出现了问题，定期专业的检查是市场的需要，也是我们现场维护人员需要掌握的一项重要技能。

撰写人：郭峰 东北片区调兵山现场