叶片维修原因c

为什么要定期维护风机叶片

风机叶片是风电机组关键部件之一，其性能直接影响到整个系统的性能。叶片工作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时每刻都在侵蚀着叶片, 春夏秋冬、酷暑严寒、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都有可能对风机产生危害，隐患每天都有可能演变成事故。据统计，风电场的事故多发期多是在盛风发电期，而由叶片产生的事故要占到事故的三分之一，叶片发生事故电场必须停止发电，开始抢修，严重的还必须更换叶片，这必将导致高额的维修费用，也给风电场带来很大的经济损失。在我国风电开发还处于一个发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善，尤其是风电企业对叶片的维护还没有引起充分认识，投入严重不足，风电场运转存在许多隐患，随时都会出现许多意想不到的事故，直接影响到风电场的送电和经济效益。

根据对风电场的调查和有关数据分析，并参阅了许多国外风电场维护的成功经验，我们对风电场的日常维护的必要性有了更深刻的了解。我们认为，建立良好的叶片正常维护制度是保证风电场效益的基础，以少量的投入避免巨大的损失、换取最佳经济效益的最好方式。

下面我们从几个侧面来分析叶片产生问题的原因及解决办法：

一、叶片产生问题的原因

我们将从四个方面讨论叶片产生问题的主要原因：即设计不完善、生产缺陷、自然原因和运行不当。

1.1 设计方面的原因

1.1.1管理层要求降低成本的压力

生产厂家管理层片面追求利润，设计部门经常会受到来自管理层的压力，要求他们设计成本低廉的部件，以便使企业有更大的利润空间。面对来自管理层的压力，设计部门有时不得不做出妥协，比如，减小叶片的叶根直径的方式来减少轮毂和叶片的成本，但是叶根尺寸减小后会导致叶片强度不够，再例如选择质量不佳但价格便宜的原材料，这往往导致叶片出现致命的缺陷。

1.1.2 未经设计者批准就改变生产工艺

在叶片生产加工过程中，有时候生产部门未经设计部门批准就私自修改工艺，这样会破坏叶片的整体性能。

1.1.3 生产部门和设计部门缺乏沟通

有时，设计部门的某项设计旨在降低叶片的成本、重量或为了开发一种新产品，他们将这些设计构想寄希望于生产部门，但实际上这些设计在工艺上是很难保证的，如果设计部门和生产者之间缺乏必要的沟通，缺乏团队精神，产品就会出现问题。

1.1.4 极限设计

叶片的设计要考虑到机组其他部件的要求与配合，例如，塔架

与叶片的间距通常是设计叶片强度需要考虑的一个原因，主轴和轴承的尺寸也会对叶片的重量提出要求，如果这些参数考虑不周就会使叶片设计到达极限值。

1.1.5 安全余量降低

在叶片设计的任何一个阶段中，实际运行载荷和静态载荷总是很难准确预测，设计不当就会降低运行载荷的安全余量，这样设计参数生产出来的产品因为降低安全余量很容易损毁。

1.2 生产

1.2.1 使用不合格的材料

为降低成本，生产厂家会寻求更便宜的胶衣、树脂或纤维，如果这些材料不符合叶片的设计要求，这会导致叶片很快失效。

1.2.2 不严格的质量控制

生产过程中缺乏质量控制是导致叶片出现问题的主要原因之一。在生产过程中必须在关键环节设臵质量检验点，只有通过了该工序的质量检验，生产加工才能继续。如果忽略了或者不存在这些检验点，生产工艺很难保证，就会存在质量问题。生产过程的质量检验和出厂产品的测试检验是质量控制体系的一个重要组成部分，生产厂家要保证对产品质量的持续改进，避免把有缺陷的叶片发给客户。例如，

2008年3月苏司兰公司将要花费0.25亿美元修复在美国发现的出现裂纹的叶片，修复工作将超过6个月。

1.2.3 擅自修改生产工艺

生产者决定改变工艺时，必须按正常程序得到设计部门的批准，并得到质量验证，擅自修改工艺会导致产品质量不合格。

1.2.4 生产工艺过于复杂很难产生质量一致的产品

如果生产工艺过于复杂，很难批量生产出质量一致的产品。

1.3自然原因

1.3.1 雷击

遭受雷击是叶片毁坏的主要原因之一。如果避雷系统工作不正常，当雷击击中一个叶片时，电流将会直接传递给发电机。如果叶片有砂眼下雨时就会积水，在受到雷击的时候这些水分会瞬间蒸发，产生的蒸汽压力会使叶片爆炸或裂开，这对机组来说是灾难性的、致命的。我们虽然无法控制雷击这种自然现象，但是如果经常检查叶片防雷系统，修复有问题的避雷系统，将叶尖的排水孔里的杂质清理干净，就能最大限度的保护叶片，减少叶片遭受雷击。

1.3.2 空气中的颗粒

由于叶片转动，它不可避免会与空气中的颗粒产生摩擦和撞击。在许多情况下,叶片的叶尖速度超过70m/S，在这个速度下，空气中的颗粒会导致前缘磨损，前缘粘合会因此开裂。即使不是结构性损坏，前缘磨损也会造成很大的发电损失。

1.3.3 高速风、剪切风、恶劣气候

通常随着风速增加，叶片顺桨，当风速超过额定值时，叶片顺桨直至机组完全停止。强的剪切风或大的阵风可以将叶片载荷超过其设计载荷，即使叶片处在静态状态，也会损坏叶片。暴雨、雷电、暴风雪、冰雹、飓风、寒潮等恶劣气候都可能会给叶片造成损坏，2008年1月30日加拿大安大略省的一台GE生产的1.5MW风机叶片就在遭到暴风雪时突然损坏，据初步判断与产品本身的质量有关。

1.3.4 疲劳寿命

如果生产的叶片疲劳寿命实验值达到了其设计要求，说明叶片抗疲劳性能良好，这是叶片很关键的一个技术指标。

1.4 运行和维护不当

1.4.1 超额定功率运行

许多风机操作者操作风机，让机组在超高风速下运转，这样做短时间带来很大的好处是产生的功率大幅增加，但是导致的结果是机组

超功率运行，叶片开始出现早期失效。

1.4.2 失控

当机器变桨系统出现故障，机器上的刹车系统不会使叶轮停止转动，叶片出现失控，会继续快速旋转，严重的会导致叶片被抛出，造成风机灾难性事故。例如，2008年1月位于丹麦哥特兰岛的一套风机机组叶片脱落，叶片飞离机组40米远，所幸没有造成人员伤亡。同年2月丹麦SIDINGE村庄的一套风机叶片被抛出100多米远，当时当地的农民正在田间劳动，引起了一片恐慌。

1.4.3 缺少预防性维护

这是本文要讨论的主要问题。对叶片的周期性、预防性维护对保证风电机组正常运行起到了关键作用，花少些的时间和费用及时维护，或对发现的初期问题苗头进行维修，可以避免日后高额的维修费用、减少停机造成的经济损失。

二常见的叶片损坏类型

2.1普通损坏类型

2.1.1 前缘腐蚀

前缘腐蚀导致翼型变化。由于翼型发生形变，叶片捕捉的能量就

会减少5%以上，前缘损坏在早期容易修补。

2.1.2 前缘开裂

如果发现叶片前缘开裂，要尽快修补。如果不及时修补，开裂越变越长，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英尺以下时还可以勉强修补，如果开裂再多就不得不更换整个叶片了，这意味着高额的材料、维修费用和较长时间的发电损失。

2.1.3 后缘损坏

后缘损坏在早期容易处理，如果臵之不理，听任发展，轻微的后缘损坏就会导致大问题。从下面的照片中可以看见，裂缝沿着叶片弦向裂开，直通到梁，然后沿着梁撕裂，这个叶片已经接近灾难性失效了。

2.1.4 叶根断裂

叶根断裂必须尽早发现，因为叶根断裂经常引发灾难性失效。照片中这个叶片的叶根裂缝已经扩大，很难修补。

2.1.5 表面裂缝

即使很小的裂缝、砂眼也会使水渗入复合材料，严冬时水会结冰导致内芯快速损坏。小的裂缝会蔓延生长，最终导致叶片失效。

2.1.6 雷击损坏

避雷系统损坏会导致叶片遭受雷击。如果导雷器损坏或工作不正常，在雷电交加的时候叶片很容易被击中损坏。已经有证据显示，雷电会多次击中某个风电场中的某台机组，而风电场中其它的机组却从来不遭雷击，这是因为这台机组的导雷器存在问题，因此，发现避雷系统有故障及时维修十分重要。

三、叶片维修

3.1吊车比较

3.1.1 叶片出现灾难性失效，必须使用大型吊车，来更换叶轮或将叶片取下进行维修，这意味着时间长、费用高，损失大。

3.1.2 而现场维修维护使用的小型吊车、吊篮或吊式工作平台，安全、灵活、高效，费用比租用大型吊车低的多。

3.2 叶片维护的两种不同方式

3.2.1 不做任何日常维护

这种运行方式在国内的风电场中很常见，风场内基本没有配备专业叶片检查、维修人员，没有专业检查、测试和维修手段，许多风

电场的叶片经常处于带病工作局面。风场运营时间越长，问题就会越积越多，越来越严重，有的风机因为叶片问题一年要停几次机。据报道，因叶片问题引起的故障停机率约在30%以上。风电场的事故多发期多是在盛风发电期，严重事故电场必须停止发电，开始抢修，这必将给风电场带来很大的经济损失。抢修用的设备多是租用设备，维修成本高，移动设备时间较长, 工作效率低，加之某些大型维修平台如遇突发天气很容易损伤叶片，这种情况国内外屡见不鲜。

长期运行的叶片表面会积累很多污垢，叶尖和切风面表面污垢尤为严重。这些污垢大多是空气中的金属颗粒及粉尘，如不及时进行处理会造成叶片的配重失调，而叶片配重失调会导致主轴的传动不在一个平面，主轴以一个不规则的转动传递给变速箱，变速箱中的齿轮不规则摩擦导致齿轮磨损加剧，产生大量热，严重的可能产生自燃爆炸。另外产生因配重失衡造成的震颤和噪音，会造成轴承、齿轮箱等部件的损坏，影响风机的寿命。这样的事故就是在欧洲也时有发生，2008年2月在欧洲的日德兰半岛风机机组发生爆炸，一个19米长的叶片被抛出20米远，之前苏格兰和英格兰北部也曾发生过类似事件。

3.2.2 有专门人员做定期维护

风电场与专门从事维修的公司签定维修合同，维修公司按照合同要求定期、不定期的对风场叶片进行检查，记录并报告叶片的状态，作出评价，制定维修方案。对风机进行定期检查维护一般是在在风较小的季节，维修人员使用吊篮或空中维修平台进行检查、维护、维修，

这种方式安全、灵活，而不必使用费用高昂的大型吊车，无需将叶片落到地面。

对在生产过程中产生的有缺陷的叶片，以及在运输途中、使用中发现有问题的叶片进行维修，如：凹陷、破损、穿伤及主梁叶片多处形变，叶片尖端以及中部遭受雷击，大面积损坏，叶片主从边开裂，表面胶衣大面积脱落等都可通过修补和重新塑形、真空导入、手糊以及表面喷涂等多种方法来全面实现叶片的修复。

维修人员可以对叶片开裂、雷击缺损、叶尖开裂、叶尖加固、砂眼修堵、胶衣修复、横向竖向裂纹阻断进行修复，还可以对风机叶片进行整体翻新、叶脊加固。这样对叶片进行定期检查、维护、工业清洗等，可以早期发现潜在问题或事故的苗头，采取措施，防患于未然，以极小的成本减少风机可能发生的运营风险。

例如叶片上一个砂眼可以很快修复，但是没有修复的砂眼通过一个盛风期就可转变成通腔大砂眼。一个早期发现的横向裂纹,用几个小时就可以修复，如果演变至纤维深度, 得付出几十倍的时间和费用。此外维修人员还要检查叶片的内外固合情况、主梁声音检查、迎风角向外固合力检查、叶尖受损检查，其目的就是将隐患消除在萌芽状态，避免盛风期事故停机造成的发电损失和高额的修理费用，这些损失费用之大是难以估算的。

叶片的正确定期维护可以使叶片的表面一直保持清洁，并且三个叶片的重量比符合出厂要求，可以使风机在正常的运转过程中三个叶片的重量比及捕风能力达到均衡，减少叶片在运转中的震颤对主轴

承、齿轮箱等关键主机部件寿命的影响。对胶衣脱落、砂眼、砂眼漏空、叶片开裂、避雷器损坏等隐患进行维修，可以大大减少雷击、腐蚀和疲劳失效的发生几率。

每台风机正常定期维护维修的费用仅为单台风机发电收益的3%左右，前期少量的维护投入换来稳定的发电收益，把损失和风险减到最小。

3.2.3 对比

以下的表对给风电设备做定期维修、维护与不做定期维修、维护的成本进行了对比：

一个有50台风电机组的风电场进行叶片定期维护的成本预测

单位：万元

一个有50台风电机组的风电场对叶片不做定期维护的费用

单位：万元

从以上的数据分析对比我们可以得到这样的结论，一个有50台风机（1.5MW）的风电场做定期检查、维护、维修的费用比不做定期

维护的所花的维修费用每年节省一倍左右的开支，第3-4年每年节省100万元，第5-6年每年节省150万元，第7-10年每年节省200万元，第11-15年每年节省350万元，第16-20年每年节省600万元，而且减少了故障停机的次数和时间，稳定了发电量和经济收益，每年将给风电场减少150万---700万的损失，风机服务年限越长效果越明显。

资料：根据西班牙EHN公司的调查报告，风电场部件的故障发生率依次是齿轮箱（48%）、叶片（31%）、发电机（21%）。风场的维修费用占风电场运行成本的23.5%，将25年分为3个阶段，第9年的费用是第2年的343.6%，第16年的费用是第9年的118.8%，第5年的费用是第16年的124.91%；大修费占运行成本的8.59%，第16年是第9年费用的118.8%，第25年是第16年的124.93%。

四、结论

风机叶片是发电机组的动力源泉，是风电机组的关键部件之一，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。

风机多是安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片又恰恰是工作在高空、全天候条件下，经常受到空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。定期检查，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是

避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方式。

如果对问题的萌芽和苗头不重视，时间越长，问题积累越多，后果就越严重。由于叶片的事故多发在盛风期，停机修复必将带来很大的经济损失，如果是叶片彻底失效，不得不更换，造价昂贵的叶片，加上定货、运输、安装、调试……，企业将面临发电损失、高额的叶片费用和维修费用。

叶片的设计寿命应该与主机一样至少工作20年，但是只有对叶片进行定期维护、维修，精心呵护，才能保证叶片与风机的其他部件一样长期稳定的工作，才能为电场安全运行提供有力的保障。