吳艷花

摘要：作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)的三個(gè)重要零部件之一，葉片的作用主要是吸收風(fēng)能從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生電能。目前常用的兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片長度在30米以上，在生產(chǎn)運(yùn)輸和安裝及運(yùn)行過程中，經(jīng)常會(huì)遇見各類問題，必須對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的運(yùn)行保養(yǎng)和維護(hù)，才能保證發(fā)電機(jī)組的正常工作。基于此，論文首先說明了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片運(yùn)維的必要性，其次說明了葉片的常見損傷及原因、可能產(chǎn)生的后果，再次說明了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片故障的診斷方法及監(jiān)測技術(shù)，最后說明了風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的常規(guī)運(yùn)維方法，希望可以為廣大風(fēng)力發(fā)電從業(yè)者提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī);葉片;運(yùn)維

1、兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片運(yùn)維的必要性

風(fēng)力發(fā)電機(jī)市場的規(guī)模不斷變大，也帶動(dòng)了大兆瓦發(fā)電機(jī)的研發(fā)和生產(chǎn)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片生產(chǎn)制造及運(yùn)營維護(hù)也迎來了紅利期。兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片主要被安裝在戈壁灘、山區(qū)及近海等環(huán)境較為惡劣的地區(qū)，其設(shè)計(jì)的運(yùn)行溫度在零下40度到零上50度之間，運(yùn)行速度高達(dá)85米每秒。由于葉片長期被雨水侵蝕、雷擊和紫外線照射，所以如果不能及時(shí)的維護(hù)和保養(yǎng)，很可能造成風(fēng)機(jī)故障，甚至不可逆性損傷，所以對(duì)葉片的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測并展開定期的維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)于保障風(fēng)力發(fā)電機(jī)的可持續(xù)運(yùn)行有著重要的意義。

2、兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片常見的損傷

一般情況下，葉片的設(shè)計(jì)壽命通常為20年，在壽命期范圍內(nèi)，較為常見的損傷為前緣腐蝕、油漆脫落、邊緣開裂、雷擊、表面起鼓、保護(hù)膜破損等，這些損傷對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重的制約，同時(shí)也為人們帶來了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

3、損傷原因

3.1設(shè)計(jì)和生產(chǎn)原因

隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量不斷提升，在設(shè)計(jì)方面葉片的長度也在不斷的增加，為了控制發(fā)電機(jī)組的載荷，設(shè)計(jì)人員對(duì)于葉片的重量要求也越來越嚴(yán)格。由于葉片的設(shè)計(jì)余量被不斷的減少和控制，造成葉片在設(shè)計(jì)過程中留下的隱患也越來越多，并且由于一些制造廠家一味的降低成本，在更換原材料的時(shí)候沒有經(jīng)過仔細(xì)的測試，例如膠粘劑和樹脂等關(guān)鍵的材料隨意更換很容易造成葉片在運(yùn)行過程中受到損傷。根據(jù)筆者的實(shí)際觀察來看，葉片的斷裂和開裂等一些問題在實(shí)際工作過程中很容易出現(xiàn)，但在設(shè)計(jì)過程中都可以加以避免。除此之外，在生產(chǎn)過程中的品質(zhì)把控不夠嚴(yán)格也是重要原因，一些作業(yè)人員沒有按照工藝的生產(chǎn)要求進(jìn)行工作，造成漏氣、出現(xiàn)褶皺。

3.2不可抗力

不可抗力主要與地區(qū)有關(guān)。例如，云貴川等山區(qū)出現(xiàn)雷擊的現(xiàn)象比較頻繁，葉片經(jīng)常樹立在最高處，很容易遭到雷擊;而內(nèi)蒙和新疆等地區(qū)的風(fēng)沙較為嚴(yán)重，很可能對(duì)葉片的表面帶來一些點(diǎn)蝕和磨損;廣東福建等沿海地區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片容易被鹽霧腐蝕。并且每年的夏季也是臺(tái)風(fēng)的高發(fā)時(shí)期，沿海的浙江福建地區(qū)很容易受到臺(tái)風(fēng)的影響，經(jīng)常由于倒塌事故帶來葉片的損傷。

3.3各類損傷導(dǎo)致后果

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的前緣腐蝕如果不及時(shí)的維修處理，很可能造成葉片翼型發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致葉片的氣動(dòng)性能受到嚴(yán)重的影響，最終影響了發(fā)電效率，后緣開裂，如果不及時(shí)修復(fù)容易造成裂痕慢慢擴(kuò)大，造成葉片發(fā)動(dòng)機(jī)的表面大面積的撕裂，導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生震動(dòng)。對(duì)于長期處于雨水浸泡的葉片來說，可能導(dǎo)致葉片表面起鼓開裂，尤其是對(duì)于葉片的填充材料來說，很容易造成腐蝕，使葉片產(chǎn)生嚴(yán)重的損傷。除此之外，夜間部分很容易在多雨的季節(jié)受到雷擊，導(dǎo)致葉片的葉尖開裂或表面劃傷，也可能使葉片的避雷系統(tǒng)受到傷害，如果不及時(shí)的修復(fù)，可能造成葉片的避雷系統(tǒng)產(chǎn)生不可逆的損傷，失去避雷的效果。

3.4兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

3.4.1光纖傳感器監(jiān)測

作為風(fēng)機(jī)發(fā)電機(jī)組的重要組成部分，對(duì)于葉片進(jìn)行故障診斷，主要是基于受力分析實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樵诠收蠣顟B(tài)下的運(yùn)行效果與正常狀態(tài)下的運(yùn)行效果是完全不同的，所以可以利用光纖的光纖傳感器對(duì)葉片進(jìn)行檢測，判斷葉片的精密用電的變化范圍，是否在合理的范圍內(nèi)從而得出葉片的運(yùn)行狀態(tài)是否正常，尤其是在一些環(huán)境比較惡劣的環(huán)境下，光纖光柵傳感器的運(yùn)用是十分合適的。

3.4.2無損檢測法

目前，葉片的無損檢測方法主要有超聲波檢測法、聲發(fā)射檢測法、紅外熱成像檢測法等，而且并沒有完善的標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)定檢測方法的適用階段。超聲波檢測法的原理如下：葉片結(jié)構(gòu)缺陷處將對(duì)超聲波傳播路徑產(chǎn)生影響。該方法可用于檢測材料內(nèi)部或表面缺陷，通常用于離線檢測，具有應(yīng)用范圍廣、缺陷定位準(zhǔn)確、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，理論發(fā)展完善。但不同類型的缺陷需使用不同的超聲探頭，檢測時(shí)需要耦合劑等，限制了該方法在實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)檢測領(lǐng)域的應(yīng)用。上述方式屬于可以遠(yuǎn)距離監(jiān)測的非接觸物檢測方式，但這種方式的檢測精度與超聲波檢測方法相比相對(duì)較弱，更加適用于一些實(shí)時(shí)監(jiān)測的精度要求不高的場合。由于不同溫度下的物體輻射紅外線也不同，所以根據(jù)這一理論，也可以根據(jù)葉片表面熱輻射成像的特征來診斷葉片的狀況，這種方式主要是用于剝落和表面裂紋等故障的判斷。

國內(nèi)外在近些年來的無損動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)有了長足的進(jìn)步，在生發(fā)射監(jiān)測技術(shù)上投入了大量的人力和物力進(jìn)行研究，可以基本根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的材料在受到外力產(chǎn)生的負(fù)荷時(shí)的受力反應(yīng)情況來判斷機(jī)組的實(shí)際損傷。機(jī)組的材料隨著不斷的被破壞及結(jié)構(gòu)受力，也會(huì)發(fā)出很多信號(hào)，使得計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收并分析處理。在這些信號(hào)波形中，也隱含著大量的發(fā)射源的特征數(shù)據(jù)，技術(shù)人員分析這些課程數(shù)據(jù)即可實(shí)現(xiàn)葉片材料的損壞位置定位、損壞程度判斷及損壞趨勢的分析，從而實(shí)現(xiàn)葉片的基本運(yùn)維，為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的整體維護(hù)提供可靠的依據(jù)。

4、兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片維護(hù)的要點(diǎn)

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)維主要包括臨時(shí)維修和定期維護(hù)。其中，前者是葉片出現(xiàn)損傷時(shí)，對(duì)于損傷的部位進(jìn)行定點(diǎn)的臨時(shí)維修;而后者主要是針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行巡檢，確保沒有異常的隱患。

4.1臨時(shí)維修

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都具備信息反饋系統(tǒng)，所以一旦風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生故障，那么系統(tǒng)會(huì)及時(shí)提醒工作人員，然后工作人員可以到現(xiàn)場仔細(xì)排查故障，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的問題盡快聯(lián)系工作人員消缺。上述行為屬于被動(dòng)方式，其優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約了運(yùn)維的時(shí)間成本，但同時(shí)也具備一定的缺點(diǎn)，很可能風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的損傷從可逆損傷發(fā)展到不可逆的重大損傷以后，才被系統(tǒng)所提示，并且一旦系統(tǒng)提示，往往需要花費(fèi)較長的時(shí)間和資金，并且風(fēng)力發(fā)電機(jī)的停機(jī)時(shí)間要更長，帶來的負(fù)面影響更大。

4.2定期維護(hù)

目前越來越多的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的工作人員意識(shí)到葉片定期運(yùn)維的重要性，往往會(huì)選擇在小風(fēng)季進(jìn)行停車展開定期運(yùn)維，并在運(yùn)維結(jié)束以后形成臺(tái)賬。這種定期運(yùn)維對(duì)于葉片的掉漆和小裂痕等輕度的損傷，可以進(jìn)行及時(shí)的修復(fù)，避免損傷進(jìn)一步擴(kuò)大，但由于風(fēng)力發(fā)電機(jī)廠的機(jī)組數(shù)量相對(duì)較多，往往需要較多的運(yùn)營維護(hù)人員。為了避免上述情況，可以將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的葉片進(jìn)行編號(hào)來錯(cuò)峰維修，避免集中維修產(chǎn)生的人員不足。

4.3結(jié)語

兆瓦級(jí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片對(duì)于整個(gè)機(jī)組來說的影響十分巨大，如果在運(yùn)行過程中受到各種損傷沒有被及時(shí)修復(fù)，很可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，所以對(duì)機(jī)組的葉片進(jìn)行運(yùn)維是十分重要的，在選擇運(yùn)維團(tuán)隊(duì)時(shí)，也應(yīng)該盡量選擇口碑強(qiáng)、技術(shù)硬的團(tuán)隊(duì)，避免由于維護(hù)不當(dāng)造成的負(fù)面影響。

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