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。

? 葉片主要材料為玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂，屬復(fù)合材料，在生產(chǎn)過程中由材料本身的不穩(wěn)定性，以及成型模具的設(shè)計缺陷、葉片表面工藝缺陷，從而嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量，復(fù)合材料受環(huán)境影響也較大，以及環(huán)氧樹脂、UD纖維質(zhì)量對葉片都有很大的影響。

? 葉片的運維是防止葉片被動維修的手段，也是提高葉片使用壽命的方法，目前市場常用的方案為定期排查、特殊天氣巡視、通常使用高倍望遠鏡、無人機、吊籃、數(shù)據(jù)模型分析等作為巡視工具。發(fā)現(xiàn)葉片損傷，損傷鑒定是發(fā)現(xiàn)葉片損傷原因的途徑，也是判斷葉片維修的標準。?

01
?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，風(fēng)機葉片如圖1所示。

圖1：風(fēng)機葉片

在葉片內(nèi)部葉根處設(shè)置人孔蓋，人孔蓋設(shè)置有便于維修人員進出的通孔，人孔蓋采用真空成型的玻璃鋼泡沫夾層結(jié)構(gòu)，能承載300公斤重量；在葉片內(nèi)部還設(shè)置有配重腔，配重腔由玻璃鋼夾層隔板組成，固定在葉片前端的腹板與前緣之間，當葉片組間不平衡時，通過配重來平衡葉片組的重量與重心；為了避免葉片內(nèi)部的冷凝水積聚，葉尖處有一個直徑至少為8mm的排水孔；在葉片根部外表面與整流罩連接處安裝一個擋雨環(huán)，防止雨水進入輪轂。?

02
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，兩種開裂形式如圖2，圖3所示。

圖2：Ⅰ型后緣結(jié)構(gòu)膠開裂

圖3：Ⅱ型后緣結(jié)構(gòu)膠開裂

（2）工藝缺陷

①試合模數(shù)據(jù)超差:在試合模過程中，膠結(jié)區(qū)域的合模間隙出現(xiàn)與工藝要求不符的現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在前后緣合?？p區(qū)域、腹板粘接面及手糊法蘭處、前后緣內(nèi)包邊區(qū)域、BBI區(qū)域、葉尖接閃器等位置。

②腹板工藝偏差：腹板在脫模后粘接面寬度打磨過程中導(dǎo)致寬度與工藝要求不符，及在腹板放置過程中軸向、弦向位置或前后緣腹板間距、腹板垂直度等超出工藝要求公差的現(xiàn)象，

③產(chǎn)品錯位：在前后緣合?？p區(qū)域PS面與SS面殼體發(fā)生弦向方向的錯位，導(dǎo)致兩殼體不在同一型面上，控制標準：≤2mm。

④膠結(jié)超差：在膠結(jié)過程中葉片膠結(jié)區(qū)域產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)膠膠結(jié)厚度、膠結(jié)寬度等與工藝設(shè)計參數(shù)不相符的現(xiàn)象，通常有膠結(jié)厚度過厚或過薄現(xiàn)象。

⑤布層工藝偏差：在葉片成型或維修過程中布層的規(guī)格、位置及尺寸等與工藝要求不符，超出了要求公差。

⑥芯材規(guī)格及鋪放工藝偏差：在葉片芯材結(jié)構(gòu)區(qū)域中芯材的規(guī)格（芯材纖維紋路、芯材厚度尺寸、芯材倒角等）及鋪設(shè)位置（到邊距離、起止位置、過渡等）出現(xiàn)與工藝要求不符的現(xiàn)象。

⑦大梁工藝偏差：大梁在脫模后邊緣切割時導(dǎo)致寬度與工藝要求不符及在主模放置過程中軸向及弦向位置超出工藝要求公差的現(xiàn)象。

（3）環(huán)境因素導(dǎo)致的缺陷

葉片的另一類損傷主要來自于自然環(huán)境，通常雷擊容易造成葉片表面發(fā)生碳化現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計每年葉片因雷擊損傷約有2%左右，雷擊損傷不嚴重時，可以修復(fù)。如葉片雷擊損傷嚴重則需要更換整只葉片，造成葉片雷擊的主要原因為葉片防雷系統(tǒng)有效接閃率低、接閃器設(shè)計冗余不足導(dǎo)致的。?

03
?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如表1所示。

（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如表2所示。

注：當從葉片外表面修復(fù)內(nèi)蒙皮時，如果損傷小于20cm，則每層軸向最小搭接長度為5cm。

（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，如表3所示。

（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。具體如表4所示。

（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。葉片缺陷及損傷修復(fù)流程如圖4所示。

圖4：葉片缺陷及損傷修復(fù)流程?

04
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。?

05
復(fù)合材料葉片維護前景展望

??發(fā)現(xiàn)問題，大數(shù)據(jù)模型預(yù)測成為技術(shù)主流，通過SCADA數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，對數(shù)據(jù)偏差進行分析，生成預(yù)警信息，運維人員使用無人機對存在風(fēng)險的葉片開展巡檢，從而由被動維護變主動開展葉片巡視，提高葉片使用壽命，減少葉片損壞率。?

文章來源：風(fēng)能產(chǎn)業(yè)

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