2019年4月11—12日，第五屆中國國際風電復合料高峰論壇（CWPC2019）于中國重慶隆重召開。在大會專題二：精雕細琢 巧奪天工——“智能設計、智慧制造”中，cp.max Rotortechnik GmbH & Co.KG總經理、Rotorexperts GmbH總經理Dr.-Ing. Thomas Rische發表了題目為《提高大型風機葉片的質量——從全球數千次檢測和維修中吸取經驗教訓》的精彩演講。

 

　　以下為演講實錄：

 

　　早上好，女士們先生們，非常榮幸能夠有機會在這里發言。我的專業領域是關于飛輪轉子的葉片方面的問題，我介紹的是檢測和損壞的情況，談到損壞大家都不樂意去聽，我覺得葉片損壞的知識，在我們進行設計或者生產飛輪轉子的過程中你們作為專家，作為葉片制造商，作為整機廠商都應該了解。

 

　　我的演講分兩部分，首先是公司的介紹，其次討論一些造成破壞的原因，最后討論幾個關鍵的要點，以及如何將損壞最小化。

 

　　我們是一家德國中小型公司，進行現場檢查、修復、測量、校準，優化以及技術的改革，雖然我們不是一家大公司，但是我們非常專業，這是我們公司的分布網絡，我們工作人員足跡基本上可以說是遍及全球了。

 

　　下面介紹一下損壞的情況，首先談到損傷，我想要將傳統的葉片和大型葉片之間的損傷做一個比較，然后會討論一下我們需要有必要對于分類這個概念進行明確厘清。

 

　　什么是傳統的葉片？傳統葉片通常可能最長在35米以內，大型葉片可能長度達到了100多米或者更長。問題是當前這兩種類型的葉片損傷是什么情況呢？首先從一個傳統的葉片開始，比如說對于常見的風電場的葉片損傷，包括后緣開裂、前緣開裂、雷擊造成的損傷，以及主梁上出現的褶皺。這是一個雷擊造成的損傷，也是非常典型的出現在轉子葉片上面開裂的情況，出現在主梁上的褶皺，這個葉片是25米長，已經用了15年了，它目前就已經在主梁上出現了很多皺褶。

 

　　大型的葉片結構越來越復雜，出現了一些新的損傷類型，這種新的損傷類型是在傳統類型葉片上都很少出現的。包括主梁的褶皺，包括后緣梁的褶皺，對于曲區的損傷，以及芯材的損傷，還包括主梁的褶皺。就像我剛才說的一樣，這些照片讓我們看到了，大型葉片上出現的損傷，這種損傷和傳統的葉片損傷有所不同。主梁上的褶皺很多，相比傳統的葉片他們損傷都是比較新型的。這種損傷是后緣膠帶上的褶皺，想要注意到這樣的一種損傷有點困難，因為它的結構有點復雜。

 

　　以及芯材損傷，小的問題造成了整個葉片的嚴重損傷，上面這張圖片，是PVC的損傷，曲區的損傷，主梁上的褶皺。令人有點吃驚的是，大型葉片上隨著速度的上升長度的延長，在葉片上的前緣的損傷和殼體表面損傷變得越來越常見和強烈。我們估計在未來蓋上風力發電機組會有類似的問題，會不斷的出現。

 

　　總結一下，對于葉片已經出現了新的損傷，出現在新型的葉片上。包括主梁上的褶皺，包括膠帶上的褶皺，以及芯材損傷。所謂這些損傷類型都會有很大的可能性造成進一步的破壞，造成對于整個發電葉片完全的損壞，這是我們大家不希望看到的。

 

　　下面談到一個損傷的問題，有各種不同類型的損傷，對于運營商也好，對于整機廠也好，對于葉片傷來說，對于維護廠商來說，都必須學習有這么一整套損傷的分類系統。因為損傷的分類是很關鍵的，分類之后所有人都知道怎么來處理損傷了。我的左手邊有一個例子，進行評估損傷很困難，如果是小型的損傷，如果是真正的大型的損傷，左上角的照片，可以看到非常小面積發白的開裂，出現在芯材上。只是一個小面積的開裂，會不會造成重大的損傷，半年之后，損傷面積進一步擴大，這是在葉片內部和泡沫之間過度區域的芯材損傷，意味著需要有一個非常有經驗的人士，他們能夠進行一個評估損傷的程度。這是我們借用了航空方面的一些概念，有四種損傷類型，用四種顏色代表，綠色意味著還可以，輕微的表面損傷，黑色就表明非常非常嚴重的結構性損傷，運行的安全會受到影響。我們的評估了兩千套不同類型的葉片之后，得出的分類的結果。紅色是代表嚴重的殼體和嚴重的損傷，有50%風機存在嚴重損傷，這種情況很常見。我們把損傷進一步細分成黃色和橙黃色，意味著可以降低修復和維護的成本，對于橙色代表的是持續的增長性的損傷，而黃色代表是穩定性的損傷，可以針對性的進行損傷的修復。

 

　　這些照片上的損傷都是小型的表面損傷，只需要注意定期的監測。下面這兩張圖片是黃色警告，意味著屬于二類的黃色損傷，小面積的穩定性的表面開裂，可能不需要修復，但是你必須要進行持續的監測。或者是必須要確定這樣的損壞是一個表面穩定性的。而這種橙色類型的損傷，是前緣嚴重的侵蝕缺陷，不存在結構性問題。前緣的表面損傷，會造成風輪轉子葉片成本的增加，這樣就必須要進行相應的修復了。

 

　　紅色類型的損傷，就是前后緣都出現了嚴重的開裂，肯定是必須要進行維修，否則的話，就會造成更嚴重的問題，可能最終會造成更嚴重的破壞。在這個案例中，可能這是一個前緣的開裂程度達到15米，這就是一個結構性的損傷。

 

　　下面將會討論的是造成損傷的原因，首先必須要考量的是，在運行的過程中，可能會有運行的載荷，還會面臨的計算極限的載荷，還有包括極端環境的影響，比如出現了雷電的電擊，意味著要持續的監測，這種損傷必須要監測，否則就會造成進一步的損傷。除此之外，還有其他方面是可能是造成損傷的原因，比如說設計過程中出現的問題，生產過程中出現的問題，比如轉子的運行問題，或者未經計算載荷情況下就進行運行了，以及有很多新挑戰的出現，是來自于新的損傷，我們必須要加以考慮。這是一個視頻，展示的是曲區的損傷，前緣出現了裂縫，或多或少是設計問題所造成的，加上在運行的時候，沒有計算它的載荷情況。

 

　　去年我們看到有一些出現損傷的情況，是因為設計缺陷，包括芯材內外分層問題，芯材出現了開裂，再加上設計的時候有缺陷，沒有計算載荷的缺陷。這個損傷一開始的問題，就是來自于設計缺陷，會造成進一步的損傷。損傷是從很小的裂縫開始的，是在芯材出現了一個小裂縫，最終就會造成問題進一步的擴大，會造成整個風機的損失。

 

　　這張幻燈片展示的是另外一個問題，也是一個長期的問題，也就是在主梁褶皺的問題，這是一個很突出的問題，特別是對大型的葉片。另外一個可能性變漿角度對陣不足造成的損傷，會達到7.5度變漿角度對準不足，造成整個風動設備的氣動不平衡，載荷增加之后就會造成損傷。這個視頻是一個非常嚴重的情況，展示的是一個小錯誤會造成一個巨大的損傷，臺風期間風輪轉子的情況，幾秒鐘之后葉片完全的折斷了。

 

　　我們現在有很多新挑戰，是隨著大型葉片的出現，包括如何運輸這種大型葉片變得非常復雜。在德國和中國相比，更不好運輸，因為德國的國土面積很小，所以我們運輸有很多問題。比如說運輸期間發生的意外，還包括葉片質量引起的疲勞載荷量增加，還有固有頻率的不利變化，包括疲勞載荷和極限荷載的變化關系，都會造成新的損傷。

 

　　最后說幾點總結一下，如何將損傷最小化？運行過程中如何做，有兩點非常基本，首先風機轉子的控制，包括進行周期性的檢查，兩年一周期，除此之外還應該檢查，包括葉片外部，葉片內部和防雷系統。隨后人們應該進行一個全生命周期的記錄文件，并且及早發現問題，及早的解決問題，防止出現重大的損傷。就像我所說的一樣，我們要記錄全生命周期記錄的文件，與此同時，對所有的這些損傷都應該有一個相應的生命周期的記錄，來展示在生命周期內所出現損傷的情況。

 

　　第二我們有非常優秀的制造設備，通過高質量的制造，可以從根本上避免這些問題，避免在運營過程中出現的損傷。意味著提高生產質量，提高生產管理系統的效率是很重要的。包括全過程質量提高、生產過程準確記錄和文件、所有技術人員的長期監督和培訓，并且要執行國際標準。稍候我的同事會更詳細的介紹認證質量管理體系的內容。

 

　　總結一下，重要之處就是要改善促進各方的合作，包括葉片廠、整機廠、維護方、葉片設計廠、服務公司、業主。從制造和設計方面來保證可靠風輪轉子的質量，這些才能將損傷最小化，這就是我的發言，感謝大家。

 

　　（發言由現場速記整理，未經本人審閱）