如何做好风电叶片缺陷的检测工作

如何做好风电叶片缺陷的检测工作

洪德顺

国华（通辽）风电有限公司，内蒙古通辽028000

摘要：近年来，我国的风力发电建设越来越多，风电叶片在生产，运输，安装等过程中，缺陷损伤都是不可避免的。因此，本文主要分析了风电叶片的缺陷和无损检测工作进行了相关的分析探讨，予以有关单位参考与借鉴。

关键词：风电叶片;缺陷;检测技术

引言

当前风电叶片的制造属于劳动密集型作业，其制造加工全部依靠人工操作，人工作业产生的各种成本占到整个叶片制造成本的1/3，同时随着国家“中国制造2025”战略的深入，在风电叶片制造行业引入机械自动化制造装备和方法，降低成本提升质量愈显重要。

1风电叶片的特点

风力发电被认为是世界上可再生能源增长最快的领域，而风力发电叶片被普遍认为是高性能碳纤维最重要的增长市场，尤其是在制造超大型风电机组的风电叶片时，需要在兼顾性能的同时，保证最终的风电叶片能够满足实际发电需要。一般情况下，2．5MW的风电机组，其风电叶片的长度可达到40m;5MW的风电机组，其风电叶片的长度可达到60m。针对此类大型叶片，在材料的选择上，必须使用刚而硬、轻而强的高性能碳纤维复合材料，此种材料能够于一定程度上保证最终风电叶片结构强度，同时避免风载作用下叶片发生较大程度的变形以及由此引起的叶片撞击风车支柱问题。在叶片的生产制造活动中，随着制造材料的改进与制造工艺的优化，各类固化剂、树脂、改性剂体系几乎能够满足风电叶片各种应用对其形式所提出的要求。就复合材料在风电叶片中的应用特性来看，复合型材料的应用，能够兼顾复合材料的强度、刚度以及质量等问题。与基于传统材料的叶片相比，选用复合型材料的叶片具有优良的抗震性、抗疲劳性，能够承受较大的内阻，敏感性相对较低。基于上述特性，在风电叶片中应用复合型材料，不仅能够较好的满足风电机组的工作需要，还可在一定程度上延长风电叶片的使用寿命。具备高强度与高刚度的同事，最大限度降低了叶片的质量，是复合型材料风电叶片的又一大优势，且在叶片的维护与清理上，此种叶片也具有较大的优势。一般情况下，复合型材料叶片的清理与维护工作仅需间隔一段时间，涂抹上相应的涂料即可。针对大型风力发电机组的实际工作环境(多建立于海上)，在风电叶片设计中，叶片的抗腐蚀性、抗酸性等要求是需要审视思考的问题，而复合型材料的应用，则较好的解决了这类问题。

2风电叶片主要缺陷的种类

（1）生产制作过程中的缺陷。风电复合材料叶片的生产是一个细节控制的过程，细节控制直接决定了叶片质量的好坏。目前国内外风电叶片的生产，基本由传统的手糊制作改为了真空灌注，这在很大程度上减少了因人工操作失误而引入的缺陷。从而导致了风电叶片出现纤维布皱褶，纤维布，气泡，粘接宽度不够以及缺胶等有关缺陷，对于风电叶片在生产制作过程当中的残留缺陷，现目前有很多的风电叶片生产现场监测系统并不能有效的直接检测到这些问题，而且这些有关缺陷在风电叶片成型之后都是很难被发现的，这些缺陷在一定程度上都是会影响风电叶片的刚度以及强度的。根据现目前风场运行风机叶片的有关事故进行分析，风电叶片粘接开裂的问题出现的相对较多，因此风电叶片上所有的粘接位置都是会影响到叶片结构安全的关键区域，因为风电叶片大部分粘接的位置都是盲粘的，这样的操作是不可能避免出现气泡和缺胶等缺陷，虽然可以通过红外照相仪来进行可视化检测叶片的粘接情况和固化反应，但是这种方法的成本是非常高的，要在生产过程当中对每一个风电叶片都进行检测，这样做的难度是非常大的，现目前还在研究阶段。风电叶片粘接区的粘结剂涂抹较少的话会导致缺胶现象出现，叶片的运转过程中就会出现开裂，脱落等情况，并且还会形成很小的裂纹，这些裂纹都将在叶片运转过程中影响到整体风电叶片的结构安全问题。（2）运输安装缺陷。风电叶片因为自身尺寸较大，在实际运输过程中，有可能会出现某些内部原因和外部原因所引起的损伤。若是风电叶片在运输中出现损伤，那么叶片的表面就会留下较为明显的伤痕，这些伤痕若是得不到及时处理，将会直接影响到风电叶片的正常使用寿命。

3风电叶片的制造工艺

从风电叶片的设计角度分析，考虑到风力发电机组工作条件以及性能需求对风电叶片提出的各类需求，整个设计的难度相对较大。从风电叶片的制造角度考虑，在有效的加工材料的基础之上，优化风电叶片的制造工艺，保障风电叶片的实际性能，对风电叶片、风电机组的正常运行有着较为重要的意义。就复合叶片的制造工艺来看，制造过程的优化是整个工艺优化的重要环节。在制造的模子上，形成叶片的主梁以及蒙皮等一系列零件，是整个叶片制造的第一环节。在完成各类零件的制造后，即需要进行零件的组装，最后合模固化，形成风电叶片。因此，整个风电叶片的加工制造过程大致可概括如下:手糊→真空导入树脂模塑→树脂传递模塑→树脂浸渍工艺→纤维缠绕工艺→木纤维环氧饱和工艺→模压在大型风电叶片的制造活动中，制造模具具有一定的难度。要保证复合材料叶片的外形与尺寸满足设计的要求，就必须对模具的刚度以及强度提出相对严苛的要求。而针对大型模具的制造，高精度，大尺寸，高强度，就意味着更高的成本。基于此，在大型复合材料叶片的模具制造中，为了优化其制造工艺，降低制造成本，模具制造的材料也逐渐由金属模具想复合材料模具转变。而此种转变，意味着风电叶片的尺寸也可以设计得更长，进而满足大型风电机组的实际需求。在叶片的固化问题方面，考虑到模具的尺寸相对较大，一般不能采用传统的外部加热方式进行升温固化，这使得风电叶片制造的固化周期延长，连续化生产难度也随之增大。针对这一问题，制造工艺的优化从固化方式入手进行了改进，即风电叶片在模具上成型后，即进行脱模处理，于室外进行光照后固化处理。虽然此种制造工艺在一定程度上解决了传统升温固化的问题，但光照后固化的制造工艺需要特定的气候条件，内置热源的叶片模具研发由此受到了重视。

4风电叶片缺陷无损检测技术

（1）超声检测技术。超声波检测技术主要是根据超声波的材料正常区域以及内部缺陷的衰减和反射之间的差异化，从而来确定风电叶片缺陷位置以及缺陷点的大小程度，在很大程度上根据风电叶片的材料特征以及实际的维修经验去进行相关判断，然后去确定风电叶片缺陷的种类。因为复合型的材料结构是具有极为明显的向异性特征，在一定程度上其性能的离散型也是相对较大的，所以，风电叶片自身所出现的缺陷机制是极为复杂的，并且在该自身中也是变化最多的，在风电叶片复合材料中的构件中其声衰也是相对较大的，所以针对风电叶片的玻璃钢材料结构超声波检测方式主要是包含了脉冲回波方法和射线检测技术方法。在一定程度上充分运用超声波检测技术，这对于风电叶片的缺陷性质判断是极为准确的，主要是因为复合材料自身性质中的特征，能够让超声波检测技术将缺陷大小和位置呈现在反射脉冲当中。所以能够极为准确的判断风电叶片缺陷位置和大小等情况。在风电叶片缺陷超声波检测技术过程中，首先要了解该部位再生产制作过程中是否容易出现缺陷等有关知识，与此同时还要了解风电叶片被检测的部位材料以及制造方法等，其中最为重要的是检验人员一定要是经验丰富的人员，这样才能保障叶片缺陷检测是否更为准确等。（2）X射线检测技术。对于风电叶片来说，X射线检测技术是最为有效的检测方式之一，与此同时该检测技术也是最佳的无损检测技术，特别适合在风电叶片缺陷测试中，对于风电叶片缺陷的空隙等缺陷有着极为重要的检测准确度。伴随着我国计算机技术和科学信息技术的不断发展，射线实时成像技术逐渐趋于完善，在很大程度上普遍运用在各行业领域当中。其中无损检测技术是充分利用图像增强器去将穿透的复合材料之后的射线信息转化成为可是图像的信息，这个过程中又被称之为光电转换技术，然后得到的结果将其实时输入在计算机当中。

5结束语

综上所述，在风电叶片缺陷检测工作中要充分运行现代化科学技术，运用X射线检测技术和超声检测技术，这两种方法是最有效也是最直接的方法，还是现阶段运用最为广泛的方法，在检测过程中叶片必须要处于静止状态，对于这两种检测方法还在不断完善中，在未来一定会成为风电叶片安全检测的一种主要手段。

参考文献：

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［2］李亚娟．风电叶片分层缺陷演化的力学行为及声发射响应特性研究［D］．仪器科学与技术，2015．

［3］张晓霞，戚海东，王芳，张洪波，周伟．风电叶片复合材料层间剪切破坏声发射监测［J］．2012(8)．