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1、 酒 泉 职 业 技术 学院毕业设计（论文) 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： 六月 学生姓名: 王立伟 指引教师: 甄 亮 班 级: 风能与动力技术()班 1月日 酒泉职业技术学院 届各专业毕业论文（设计)成绩评估表姓名王立伟班级11风电(1）班专业风能与动力技术指引教师第一次指引意见年 月 日指引教师第二次指引意见年 月 日指引教师第三次指引意见年 月 日指引教师评语及评分 成绩： 签字（盖章) 年 月 日答辩小组评价意见及评分成绩: 签字（盖章) 年 月 日教学系毕业实践环节指引小组意见签字（盖章） 年 月 日学院毕业实践环节指引委员会审核意见签字(
2、盖章） 年 月 日目 录 摘要2一、风机叶片简介二、维护叶片的目的3三、叶片产生问题的因素及故障分析3(一）叶片产生问题的因素类型3（二）风机叶片的常用损坏类型及诊断措施8四、叶片的维护13（一)叶片裂纹维护13(二)叶片砂眼形成与维护1(三)叶尖的维护13总结14参照文献14道谢15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，是获取较高风能运用系数和经济效益的基本，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率,应当引起风电公司的高度注重。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，常常受到空气介质、大气射线、
3、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，初期发现，尽快采用措施,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。核心词:叶片;故障分析;维护一、风机叶片简介风力发电机叶片是一种复合材料制成的薄壳构造，构造上分根部、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。制造工艺重要涉及阳模翻阴模铺层加热固化脱模打磨表面喷漆等。设计难点涉及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。工艺难点重要涉及阳模加工、模翻制、树脂系统选用。叶片是一种大型的复合材料构造,其重量的90%以上由复合材料构成,每台发电机一般有三支叶
4、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核心部件之一，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,空气中多种介质几乎每时每刻都在侵蚀着叶片,春夏秋冬、酷暑寒冷、雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时均有也许对风机产生危害,隐患每天均有也许演变成事故。据记录,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。在国内风电开发还处在一种发展阶段，风场管理和配套服务机制尚不完善,特别是风电公司对叶片的维护还没有引起充
5、足结识，投入严重局限性，风电场运转存在许多隐患，随时都会浮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，我们对风电场的平常维护的必要性有了更深刻的理解。我觉得,建立良好的叶片正常维护制度是保证风电场效益的基本,以少量的投入避免巨大的损失、换取最佳经济效益的最佳方式。三、叶片产生问题的因素及故障分析 （一)叶片产生问题的因素类型我们将从四个方面讨论叶片产生问题的重要因素：即设计不完善、生产缺陷、自然因素和运营不当。 1.设计方面的因素 (1）管理层规定减少成本的压力 生产厂家管理层片面追求利润,设计部门常常会受到来
6、自管理层的压力,规定她们设计成本低廉的部件,以便使公司有更大的利润空间。面对来自管理层的压力,设计部门有时不得不做出妥协，例如，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，这往往导致叶片浮现致命的缺陷。 (2)未经设计者批准就变化生产工艺 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擅自修改工艺，这样会破坏叶片的整体性能。 (3)生产部门和设计部门缺少沟通 有时,设计部门的某项设计旨在减少叶片的成本、重量或为了开发一种新产品，她们将这些设计设想寄但愿于生产部门,但事实上这些设计在工艺上是很难保证的，如果设
7、计部门和生产者之间缺少必要的沟通，缺少团队精神,产品就会浮现问题。 (4）极限设计 叶片的设计要考虑到机组其她部件的规定与配合，例如，塔架与叶片的间距一般是设计叶片强度需要考虑的一种因素，主轴和轴承的尺寸也会对叶片的重量提出规定，如果这些参数考虑不周就会使叶片设计达到极限值。 (5)安全余量减少 在叶片设计的任何一种阶段中,实际运营载荷和静态载荷总是很难精确预测,设计不当就会减少运营载荷的安全余量，这样设计参数生产出来的产品由于减少安全余量很容易损毁。 2.生产 (1）使用不合格的材料 为减少成本，生产厂家会谋求更便宜的胶衣、树脂或纤维,如果这些材料不符合叶片的设计规定，这会导致叶片不久失效。
8、 (2）不严格的质量控制 生产过程中缺少质量控制是导致叶片浮现问题的重要因素之一。在生产过程中必须在核心环节设立质量检查点,只有通过了该工序的质量检查，生产加工才干继续。如果忽视了或者不存在这些检查点，生产工艺很难保证,就会存在质量问题。生产过程的质量检查和出厂产品的测试检查是质量控制体系的一种重要构成部分,生产厂家要保证对产品质量的持续改善,避免把有缺陷的叶片发给客户。例如，3月苏司兰公司将要耗费.25亿美元修复在美国发现的浮现裂纹的叶片,修复工作将超过个月。 ()擅自修改生产工艺 生产者决定变化工艺时,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。 (
9、)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自然因素 （1）雷击 遭受雷击是叶片毁坏的重要因素之一。如果避雷系统工作不正常，当雷击击中一种叶片时，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，这对机组来说是劫难性的、致命的。我们虽然无法控制雷击这种自然现象,但是如果常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,最佳的措施是把风力机上的冰都除去。冰减少了翼型的效率
10、,使叶轮失去平衡。在极端结冰条件下，风力机常常被迫关掉。 (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。在许多状况下，叶片的叶尖速度超过0ms，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。虽然不是构造性损坏,前缘磨损也会导致很大的发电损失。 (）高速风、剪切风、恶劣气候 一般随着风速增长,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，虽然叶片处在静态状态，也会损坏叶片。暴雨、雷电、暴风雪、冰雹、飓风、寒潮等恶劣气候都也许会给叶片导致损坏。 (5)疲劳寿命 如果生产的叶片疲劳寿命实验值达到
11、了其设计规定，阐明叶片抗疲劳性能良好,这是叶片很核心的一种技术指标。 .运营和维护不当(1)漏 油由于油渗漏后会穿透叶片层板，引起叶片分离。叶片内部缝隙需要清洁控制。叶片外层的油渗漏能导致污垢，减少其运营效果。 (2)裂 缝 目测叶片裂缝,这是最容易的一种检查叶片有问题的措施。所有的裂缝应及时报告，以保证它在变成大问题前及时修复。由于裂缝会生长,随着时间的延长，修补起来会比较贵。裂缝会使水进入叶片,在冰融气候中引起叶片损坏。 (3）污垢 当翼型变脏后,其性能受到影响。就象一辆汽车的挡风板，叶片也会不久地汇集污垢和虫子。失速调桨风力机在高风速下失速以保护风力机。这些翼型对前缘上的污垢或虫子很敏感
12、，它们会使叶片提前失速。 一种变脏的失速定浆翼型也许会损失20%效率，因此保持干净很重要。在某些地区,每几种星期对叶片进行清洁是很经济的。变桨风力机翼型可避免失速,它和失速定桨叶片不同，不受污垢影响。 ()前缘腐蚀 在世界上某些地方，前缘腐蚀是一种严重的问题，而其他地方也许主线不是一种问题。如果你发现前缘腐蚀在你的地区是一种问题时,我们建议使用前缘保护带，它用于叶片前缘。这些带子非常耐用,可以避免腐蚀。 （5)超额定功率运营 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长，但是导致的成果是机组超功率运营，叶片开始浮现初期失效。(6)失 控失控使风
13、力机不能停下来。它也许是由于制动或变桨系统出错导致。也也许是控制器或操作误差引起。这是很危险的状况,由于叶片产生的功率随着转速增长继续上升。如果发电机不在线，没有载荷可制止每分钟转速上升。当转速增长,就会产生几种状况。叶片也许回弹,撞到塔架,或者由于离心力增长，引起叶片飞散。如果这种状况发生,叶轮会失控甩出去，风力机也许摇晃脱离塔架。由于没有一种系统是被设计用来对付极限超速,因此塔架或地基也许倒塌,掀翻整个风力机。不要接近一种失控的风力机,由于它的某些部件也许被甩出几百英尺远。由于现代风力机高度很高，倒塌时它要超过一种足球场大小。 (7)叶片平衡 叶片必须平衡，使它们不会对风力机其他部分或塔架导致过载。就象汽车的轮子,如果叶片不平衡,旋转叶片会引起载荷反复摆动。 (8)静载荷力矩 这是叶片被吊着叶根时的重量。每次轮毂旋转18度,该重量反向。反向的载荷导致许多损坏，如果叶片设计或制造有误,它就会在叶根附近断裂,由于根端所受载荷最大。当叶片越来越长时,它就成为一种核心的设计载荷。 (）叶片震动缺陷 当叶片越来越大时,风力机就更昂贵,要使用更多的安全装置。叶片震动可以用加速计测出。控制仪能变化叶片的节矩、风力机速度或其他参数以减小不需要的震动。如果你的风力机在这点上有错，它就会变成一种严重的事故。叶片震动缺陷一般需要专门的
