风力发电机叶片的维护

酒泉职业技术学院

毕业设计（论文）

11 级风能与动力技术专业

题目：风力机叶片的故障分析及维护

毕业时间：二O一四年六月

学生姓名：***

指导教师：**

班级：风能与动力技术（1）班

2013年11月2日

酒泉职业技术学院届各专业毕业论文（设计）成绩评定表

目录

摘要 (3)

一、风机叶片简介 (3)

二、维护叶片的目的 (3)

三、叶片产生问题的原因及故障分析 (4)

（一）叶片产生问题的原因类型 (4)

(二)风机叶片的常见损坏类型及诊断方法 (9)

四、叶片的维护 (13)

（一）叶片裂纹维护 (13)

(二)叶片砂眼形成与维护 (13)

(三)叶尖的维护 (13)

总结 (14)

参考文献 (15)

致谢 (16)

风力机叶片的故障分析及维护

摘要：叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，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。。

关键词：叶片；故障分析；维护

一、风机叶片简介

风力发电机叶片是一个复合材料制成的薄壳结构，结构上分根部、外壳、龙骨三个部分。类型多种，有尖头、平头、钩头、带襟翼的尖部等。制造工艺主要包括阳模→翻阴模→铺层→加热固化→脱模→打磨表面→喷漆等。设计难点包括叶型的空气动力学设计、强度、疲劳、噪声设计、复合材料铺层设计。工艺难点主要包括阳模加工、模翻制、树脂系统选用。叶片是一个大型的复合材料结构,其重量的90%以上由复合材料组成,每台发电机一般有三支叶片,每台发电机需要用复合材料达四吨之多。

二、维护叶片的目的

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。

三、叶片产生问题的原因及故障分析

（一）叶片产生问题的原因类型

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.设计方面的原因

(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。

(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。

(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。

(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。

(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。

2.生产

(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。

(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置质量检验点，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。

(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。

(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。

3.自然原因

(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。

(2)冰

叶片上的积冰非常危险，最好的办法是把风力机上的冰都除去。冰减少了翼型的效率，使叶轮失去平衡。在极端结冰条件下，风力机经常被迫关掉。

(3)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。