引言

風(fēng)電葉片是風(fēng)電系統(tǒng)的核心部分，造價成本占機(jī)組成本的20%以上，它的轉(zhuǎn)動可以將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為可用能源。葉片基體材料主要是環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯樹脂，環(huán)氧樹脂由于其優(yōu)良的力學(xué)性能、耐熱性能、與纖維界面的黏結(jié)性能及成型工藝性能而成為風(fēng)機(jī)葉片最為主要的基體材料。葉片在高空、全天候條件下工作，承受載荷較大，運(yùn)行環(huán)境惡劣，風(fēng)吹、日曬、雨淋、雷擊、腐蝕等等，時刻受各種介質(zhì)侵蝕或影響，不可避免地會出現(xiàn)缺陷和損傷，對葉片的性能和壽命造成巨大影響。本文將對風(fēng)電葉片的失效原因進(jìn)行分析。

一、 葉片老化

1、化學(xué)介質(zhì)老化

主要體現(xiàn)在對樹脂基體、增強(qiáng)纖維和它們的界面侵蝕破壞，進(jìn)而對樹脂基復(fù)合材料性能的影響。化學(xué)介質(zhì)除向葉片復(fù)合材料內(nèi)部滲透、擴(kuò)散、使基體溶脹外，還會引發(fā)樹脂主價鍵破壞、降解、裂解等老化現(xiàn)象。

2、紫外老化

葉片中的所有纖維，都是靠表面樹脂和涂層的遮蔽作用來阻擋紫外線。因此，樹脂基體的情況決定著增強(qiáng)纖維對紫外輻射的響應(yīng)。當(dāng)強(qiáng)紫外線照射到環(huán)氧樹脂表面時，會導(dǎo)致鏈的裂解和氧化反應(yīng)。隨著時間的推移，這些化學(xué)反應(yīng)會導(dǎo)致葉片的硬化、變脆、顏色變化和其他質(zhì)量問題。

3、物理磨損老化

葉片在多數(shù)正常運(yùn)行情況下，葉片葉尖的速度超過70m/s，在這個速度下，旋轉(zhuǎn)的葉片與空氣中的顆粒（沙塵、水汽等）碰撞摩擦，其作用效果相當(dāng)于拿粗糙的砂紙在葉片前緣上摩擦，長時間持續(xù)會導(dǎo)致葉片前緣磨損，初期表現(xiàn)為葉片麻面，麻面其實(shí)就是細(xì)小的砂眼。隨著風(fēng)機(jī)運(yùn)行時間增長，砂眼會逐步的擴(kuò)大，特別是有冰凍災(zāi)害的區(qū)域，雨水浸入砂眼反復(fù)結(jié)冰，擴(kuò)散速度成倍增加。

4、鹽霧腐蝕老化

葉片，尤其是安裝在海洋環(huán)境下，濃烈鹽霧與空氣中的其他顆粒物在葉片靜電的作用下，會在葉片表面形成覆蓋層，嚴(yán)重影響葉片氣動性能，產(chǎn)生噪音污染并影響美觀。

二、葉片損壞

1、 斷裂

多發(fā)生在葉片根部、中部，呈折斷形式。導(dǎo)致斷裂失效的原因有：

（1）設(shè)計缺陷。設(shè)計時安全冗余系數(shù)選擇過低，葉片根部及葉片中部斷面積過小，斷面形狀不符合強(qiáng)度、剛度要求；葉片實(shí)際運(yùn)行載荷超出設(shè)計時的預(yù)測極限，過負(fù)荷導(dǎo)致葉片毀損；另外，進(jìn)行極限設(shè)計時，風(fēng)電機(jī)組各部件與葉片的空間間距等冗余量設(shè)計過小。

（2）葉片材料質(zhì)量不符合要求。葉片制造中涉及的上百種主輔材料、工具、工裝、模具與設(shè)備。生產(chǎn)廠家使用不合格的材料或生產(chǎn)工藝不夠成熟，生產(chǎn)過程控制不到位，導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組葉片質(zhì)量差，未達(dá)到葉片應(yīng)有的性能。

（3）修復(fù)不及時。由于葉片發(fā)生腐蝕、老化等問題，未及時修復(fù)，會使葉片的損失產(chǎn)生累積效應(yīng)，在惡劣環(huán)境條件下容易發(fā)生斷裂。

2、雷擊

風(fēng)機(jī)葉片處于高位,極易遭受雷擊造成損壞。雷擊可能造成接雷器處以及葉片其他部位發(fā)生失效。葉片受雷擊損壞的原因總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

（1）引雷器與葉片接觸處存有裂隙，雨水或吸潮浸濕后，當(dāng)雷電擊中葉片時，雷電釋放的巨大能量使葉片結(jié)構(gòu)內(nèi)的浸水材料溫度急劇升高，分解氣體高溫膨脹，壓力上升，引起損傷。

（2）隨著風(fēng)電機(jī)組服役時間延長，葉片表面污濁程度加深，葉片積塵腐蝕其表面，加速葉片表面風(fēng)化、出現(xiàn)毛刺和彈性減弱，使葉片產(chǎn)生微細(xì)裂紋，再加上靜電灰塵形成的混合物會使葉片加速老化。陰雨天氣時葉片表面濕度較大，如遇雷電天氣，極易造成雷電誤導(dǎo)現(xiàn)象。

（3）葉片接閃器處遇雷擊。葉片在雷雨季節(jié)過后損傷增加的現(xiàn)實(shí)無疑與雷擊有著直接關(guān)系。

3、運(yùn)輸和安裝造成的損傷

該損傷在不同的階段都有可能發(fā)生。在運(yùn)輸過程中裝車、捆綁以及碰擦導(dǎo)致的傷痕，在葉片到場后卸車、吊裝過程中殼體受繩具、夾具損傷后，經(jīng)過一段時間后就會在葉片的表面形成凹陷現(xiàn)象。有些葉片在運(yùn)輸、吊裝過程中由于作業(yè)不規(guī)范而直接被毀損。

總結(jié)與展望

本文對風(fēng)電葉片的失效原因進(jìn)行分析。葉片是風(fēng)機(jī)的重要組成部分，在自然環(huán)境條件下，葉片長期受到高濕、鹽霧、強(qiáng)紫外線、雨雪等多種因素影響，會產(chǎn)生不同程度的腐蝕與磨損，從而影響風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電效率。當(dāng)葉片受損嚴(yán)重時，甚至?xí)霈F(xiàn)斷裂情況，危及風(fēng)電機(jī)組的安全，導(dǎo)致重大安全事故。因此，風(fēng)電機(jī)組正式投產(chǎn)運(yùn)行以后，需要對葉片進(jìn)行定期檢測維護(hù)，早期發(fā)現(xiàn)問題并盡快采取措施，是減少風(fēng)險、避免事故、降低維修成本的有效方式。