风电机组叶片常见损坏及处理

李良君

天津轻工职业技术学院

风电机组叶片常见损坏及处理

李良君

天津轻工职业技术学院

叶片是风电机组关键部件之一，其造价占整机造价的15～20%左右，同时，叶片也是风电机组中最容易受到损伤的部件之一。因此，叶片的日常维护检修与故障处理就显得尤为重要。

风力发电；风电叶片；维护检修；损坏修复

一、叶片常见损坏类型

风电机组叶片运转5年左右后，起到外固合保护作用的胶衣已被风沙抽磨至最低固合力点，原始叶片粘合缝从外观上已清晰可见，此时叶片完全依靠内粘合来运转。由于原始叶片弯曲、扭曲的内粘合受粘合面不均匀、受力点不均，风电机组的每一次弯曲、扭曲和自振，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，风电机组继续运转，叶片折断、摔落现象极有可能发生，造成严重事故。

叶尖是叶片整体的易损部位，风电机组运转时，叶尖的抽磨力大于其他部位，整体叶片中叶尖又是最薄弱的部位。叶尖由双片合压而成，叶尖的边缘由胶衣树脂粘合为一体，其最边缘近4cm是实心的，目的是增加叶尖的耐磨力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，所以也是叶片中磨快的部位。实践证明，叶尖每年都会有大约0.5cm左右的磨损缩短。叶片在风电机组运转4-5年后处于易开裂周期，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，而使双片粘合处暴露在风沙中。解决叶片开裂的问题，就是在风电机组运转几年后，做一次叶尖的加长、加厚保护，使其与原有叶片的磨损重量基本吻合，不会对叶片的配重比产生影响。一般修复后的叶尖在3年后磨回原有叶面，对防止叶尖开裂现象的发生起到关键作用。

常见的叶片损坏类型主要有以下几种：普通损坏型、前缘腐蚀、前缘开裂、后缘损坏、叶根断裂、叶尖开裂折断、表面裂纹、雷击损坏等。

二、叶片损坏的处理

1、发现叶片损坏应采取的措施

(1)普通损坏

普通损坏如盐雾引起的胶衣发暗、结晶，风沙抽磨导致胶衣的剥蚀和脱落等。发现盐雾引起的胶衣发暗、结晶，要用非离子表面活性剂进行多次清洗。发现胶衣剥蚀、脱落，应尽快进行喷涂修补。

(2)前缘腐蚀

前缘腐蚀会导致翼型变化。由于翼型发行形变，叶片捕获的能量会减少5%以上。前缘损坏在早期容易修补，因此要及时处理，以避免更大的损失。

(3)前缘开裂

如果发现前缘开裂，要尽快修补。如果不及时修补，开裂会越变越长，在空气作用下，蒙皮就会出现脱开、开裂。如果叶片蒙皮开裂6英尺（1.8米）以下时，还可以勉强修补，如果开裂再长，就只能更换整个叶片了，这意味着高额的费用和较长时间的发电损失。

(4)后缘损坏

后缘损坏在早期容易处理，如果置之不理，听任发展，轻微的后缘损坏就会导致大问题。裂缝会沿着弦向裂开，直通到梁，然后沿着梁撕裂，此时叶片就已经接近失效，需要进行更换了。

(5)叶根断裂

叶根断裂的苗头如叶根裂纹、小裂缝等，必须尽早发现并予以修复处理，因为叶根断裂经常会引发灾难性的失效，很难修补。

(6)叶尖开裂折断

叶尖是叶片很重要的部位，叶尖开裂必须立即采取修补措施。叶尖如果折断，可视其折断的位置（长短）采取不同的措施。如果叶尖折断的位置离叶片远端很近（1米范围内），则可以采取拉筋加强等办法进行修补，如果折断位置在离叶片远端1米以上，为安全着想，应当更换叶片叶尖。

(7)表面裂纹和砂眼

即使是很小的表面裂缝、砂眼，也会使水渗入复合材料，严冬时水会结冰，导致内部芯材快速损坏。小的裂缝会蔓延生长，最终导致叶片失效无修复价值，而砂眼的演变速度也非常快。所以，发现裂纹和砂眼，应尽快予以修补。

(8)雷击损坏

防雷系统损坏会导致叶片遭受雷击。如果防雷系统损坏或者工作不正常，在雷电天气下，叶片很容易被击中损坏。有证据显示雷电会多次击中某个风电场中的某台机组，而风电场中德其他机组却很少甚至从来不遭受雷击，这是因为这台机组的防雷系统存在问题。因此，及时发现防雷系统的故障并进行维修十分重要。

雷击造成叶片损机理是：雷电释放巨大的能量，使叶片结构温度急剧升高，分解气体高温膨胀，压力上升造成爆裂破坏。据估计，全球每年有1～2%的叶片受到雷电袭击。叶片受雷击的损坏中，多数在叶尖，一般比较容易修复，但少数情况下受损严重，则需要更换整个叶片。

2、叶片修补

(1)麻面和砂眼

细小的砂眼和麻面，可以采用抹压法进行修复。先将受损部位适当打磨，再清理干净，将与原叶片相同材质的树脂刮抹在受损部位，填平砂眼和麻面，待固化后，适当打磨使表面平整顺畅，清理干净，再喷涂胶衣保护层。

对于较深的砂眼，抹压法无法排除砂眼内的污垢和气泡，存在治标不治本的现象，可采用注射法对砂眼进行修复。先将受损部位适当打磨，再清理干净，将与原叶片相同材质的树脂从砂眼底部注射填平砂眼，待固化后，适当打磨使表面平整顺畅，清理干净，再喷涂胶衣保护层。这种方法无论深度多大的砂眼，都是从内向外堵，使内结面积增大饱和，不存在气隔。

(2)胶衣盐雾发暗、结晶

综合以上结论，将彩色多普勒超声及超声造影使用在乳腺癌患者中均存在一定效果，但两者差异不显著，需要临床有效联合两种诊断方法，可提升诊断早期乳腺癌的准确率。

当发现由于盐雾致使胶衣外层有发暗或结晶现象时，要使用非离子表面活性剂进行清洗。第一遍清洗时，活性液只能溶解盐雾棱角，起不到根除的效果，第二遍溶液才能进入盐雾与叶片的结合层，起到彻底清除盐雾的作用。因此，对于盐雾的清洗要重复进行。在实施叶片盐雾清洗时，不能急于求成，要留出活性剂溶解的时间，尤其是出现麻面和砂眼的部位，要等溶解出叶片原始底面后，再用清水冲洗。其中，叶片的迎风角（叶脊）是盐雾清洗的重中之重，因为只有迎风角的彻底清洁，才是减轻叶片运转阻力的关键。此外，叶尖以上5米范围内，是叶片过砂面积较大的部位，也是盐雾附着最强的地带。

(3)胶衣剥蚀、脱落

胶衣剥蚀、脱落，可先适当打磨受损部位，清理干净，刮腻子找平，再喷涂胶衣进行修复。

(4)表面裂纹

叶片表面裂纹如果不深，未伤及壳体，则可以按照上述⑶的程序进行处理。

如果伤及壳体，则需要先对受损部位进行打磨，并将受损外蒙皮逐层递减几个厘米进行打磨，打磨四周呈圆角过渡。然后对表面进行清理，使其干净无尘。再沿展向和弦向每层递减几个厘米手糊外蒙皮，修补的纤维布及层铺方式与打磨掉的布及其层铺方式相同。待手糊区域凝胶固化后，再刮腻子找平，最后喷涂胶衣保护层。纤维布要预浸与原叶片相同材质的树脂，糊制平整，无明显气泡现象。

如果出现横向裂纹，必须采用修复拉缩加固复原法，采用专用的拉筋粘合修复回原有的叶片表面。裂纹如果出现在叶片最大弦长处，要进行加强修补。

(5)起鼓

打磨。将叶片受损部位进行打磨去除，并将受损外蒙皮逐层递减几个厘米进行打磨，打磨四周呈圆角过渡。

清洁。对打磨完毕后的表面进行粉尘清理，使其干净无尘。

填平。在修补位置刮上结构胶填平缺陷。

手糊。沿展向和弦向每层递减几个厘米手糊外蒙皮，修补的纤维布及层铺方式与打磨掉的布及其层铺方式相同。纤维布要预浸与原叶片相同材质的树脂，糊制平整，无明显气泡现象。

测试。对固化后的玻璃钢进行硬度测试，确保达到要求。

(6)叶片开裂

叶片开裂是比裂纹更严重的现象。

①内部修复

打磨。将内部受损部位打磨去除，拓宽裂缝宽度。内蒙皮按照一定值（一般为几厘米）逐层递减打磨，并打磨四周呈圆角过渡，将损坏部位的泡沫芯材去除，将外蒙皮打毛。

清洁。清洁打磨区域，使其干净无尘。

手糊。先在现有外蒙皮基础上手糊2-3层外蒙皮，然后修补取出的泡沫芯材，刮上一层结构胶，将泡沫芯材预浸后填充到拓宽后的缝隙区域，然后手糊3层内蒙皮。布层沿展向方向逐层朝内搭接（一般搭接几个厘米）。修补的纤维布及层铺方式与打磨掉的布及其层铺方式相同，纤维布要预浸与原叶片相同材质的树脂，糊制平整。手糊过程中要注意不要产生气泡，尤其是大的气泡。

加热固化。待修补区域完成凝胶后，进行加热固化处理，一般60℃加热5-6小时。

硬度测试。对固化后的玻璃钢进行硬度测试，确保达到要求。

②外部修复

打磨。将叶片外部受损部位涂层进行打磨去除，拓宽裂缝宽度，去除3层外蒙皮，蒙皮按照逐层递减几个厘米进行打磨，打磨四周呈圆角过渡。

清洁。清洁打磨区域，使其干净无尘。

手糊。采用不饱和聚酯树脂或环氧树脂（与原叶片树脂一致）及相应的纤维布，手糊2层外蒙皮。布层沿展向方向逐层朝内搭接（一般搭接几个厘米）。修补的纤维布及层铺方式与打磨掉的布及其层铺方式相同，纤维布要预浸与原叶片相同材质的树脂，糊制平整。手糊过程中要注意不要产生气泡，尤其是大的气泡。

找平。待手糊区域凝胶固化后，刮腻子找平。

恢复涂层。表面喷涂胶衣，恢复修复区域的表面涂层。

图3 流程图

四、结论

智能清洁小车用STM32F103RNCT6单片机为控制芯片，本设计完成了小车硬件部分的设计，软件部分采用c语言来编写控制程序，完成了吸尘、洒水、抹地、避障等功能，在家庭及公司使用极为方便，与普通的智能车相比较，由于本设计有清洁的功能，所以本智能小车更加有市场前景，使用更加稳定可靠。经过实验测试，达到了预期的设计要求。

[1]张伟娟.基于单片机的智能环保小车设计[J].电子质量，2014，（5）

[2]江应国数控步进电机正反转控制的实现[J].机电产品开发与创新,2008，（5）

兰茂伟（1993-）男，汉，四川自贡市人，学生，本科，单位：四川理工学院电气工程及其自动化专业，研究方向：电气工程师及其自动化。