修復受侵蝕的葉片

　　Roper Partner研發(fā)中心的Chris Bley認為：“前緣侵蝕是導致翼型性能下降的最大問題，當你能從地面上看到葉片發(fā)生了侵蝕時，葉片性能往往已經(jīng)受到比較大的影響了。”侵蝕能夠穿透表面漆深入到玻璃纖維材料里面，當嚴重到能在遠處看出來的話，就已經(jīng)不是簡單修復能夠解決的問題了。Bley說，近距離觀察能看到葉片表面有許多細小的裂縫和分層，這在地面上是看不出來的，在寒冷的天氣里，水會滲進這些裂縫然后結冰，使之進一步擴大，因此防止葉片發(fā)生嚴重問題的關鍵在于及早發(fā)現(xiàn)表面問題并及時修復。

　　維護的第一步

　　“維護公司應該能夠識別問題并提出解決方案，使性能能夠有預期的提升，” Rob Kamisky說，“我們咨詢公司會幫助業(yè)主尋找出性能下降的可能。”同時也可能需要Rob的團隊對葉片進行檢查，看葉片的狀態(tài)有沒有問題，一旦診斷完成，就可以提出一個解決方案。例如葉片需要加強、改進，或者就是用涂料、UD布等對葉片前緣進行修復和保護。

　　設備制造商可能會提供一些葉片改進方案，如Spoiler或者Dynofin，有人認為鋸齒狀邊緣可以改善氣流。 附圖顯示在葉根附近有一個鼓包或者鰭一樣的東西，這就是Spoiler，一些葉片制造商用這個來改善空氣動力特性，增加輸出功率。

　　

　　一種來自航空工業(yè)概念——渦流發(fā)生器（Vortexgenerators，VGs）能夠恢復葉片性能，受到了風力機行業(yè)的廣泛關注。VGs從1940年代開始得到應用，現(xiàn)代的客機機翼上依然能看到它的身影，有的看起來像小的矩形，沿著機翼的展向布置。當應用在風力機上的時候，總的來說渦流發(fā)生器能夠為風力機帶來更高的能量輸出。

　　在過去的20年里VGs一度被應用到風力機上并取得了不同程度的成功，能夠有效抑制流動分離。Kamisky解釋說氣流通常沿著翼型表面附著流動，但也會在某些點發(fā)生分離，并且分離后的流動狀況很難預測。渦流發(fā)生器通過帶動高能流動區(qū)域的能量進入邊界層內(nèi)的低能區(qū)域，使流體能量重新分布、抑制了流動分離。Kamisky說這能夠減少由于氣流分離帶來的性能損失，“但是必須在安裝渦流發(fā)生器之前考慮其對風力機的載荷和性能影響”。

　　Bley的團隊有時會承擔為葉片安裝渦流發(fā)生器的任務，“我們負責安裝和維護VGs，比如有時候葉片上結的冰掉了，VGs也有可能跟著一起掉下來”他說。

　　RopePatner 與WINDprove這樣的公司合作， 后者在渦流發(fā)生器的設計以及位置確定方面研究得更深入。設計公司提供分析來指導如何提高翼型效率，他們知道渦流發(fā)生器該用多大的尺寸、設計外形及安裝位置，Rope Patner則以一個安全、快速、經(jīng)濟的方式來實施安裝。Bley認為渦發(fā)生器的安裝位置很重要，并且一定要保證粘貼到位。但是由于葉片表面是曲面，并且沿展向前緣的曲率不同，這項工作也不容易。“這是一個相當大的挑戰(zhàn)，因為安裝位置的允許誤差相當小,”他說。安裝渦流發(fā)生器需要的時間取決于安裝的范圍，但通常情況下一天能夠裝兩只葉片。

　　R&D

　　盡管渦發(fā)生器在功率提升方面很有潛力，但還是需要謹慎對待。“渦流發(fā)生器仍然是一個研究型的項目，”加利福利亞大學機械和航天工程系主任Casevan Dam說，“渦流發(fā)生器很難在風力機上統(tǒng)一量化，因為它們的效果和機組的類型甚至安裝位置都有關系。” 葉片制造商LM公司宣稱渦流發(fā)生器能夠提高4%—6%，有一家業(yè)主已經(jīng)在他的1.5兆瓦機組上安裝了許多渦流發(fā)生器，但是數(shù)據(jù)還在收集當中。“渦流發(fā)生器的實驗還是不能掉以輕心，”他說，“這可能會很耗時間，并且安裝位置的小小差別也可能顯著地影響其效果。”

　　VanDam和他的團隊也在和Sandia 國家實驗室一起進行先進葉片的設計，整個項目包含了風洞實驗和CFD模擬，因此Van Dam關注了不少葉片上的空氣動力學概念，例如渦流發(fā)生器、片條和格柵等等。他說現(xiàn)在工作人員的工作更加細致了，并不僅僅是往葉片上添加一些東西，而是先基于已經(jīng)公開的數(shù)據(jù)進行分析，然后進行風洞實驗和CFD模擬。

　　VanDam認為將渦流發(fā)生器安裝到新的干凈葉片上需要謹慎，因為有可能會導致輸出功率的下降，但是如果葉片表面受到污染或侵蝕，氣動性能發(fā)生改變，惡化到發(fā)生流動分離，渦流發(fā)生器則是一個減少流動分離的簡單方法。

　　另外還關系到氣動噪聲的問題。“流動分離產(chǎn)生更多的噪聲，因此渦流發(fā)生器能夠降低噪聲，”Van Dam說，“不幸的是，行業(yè)里像西門子或者其他VGs用戶是基于什么樣的分析來指導這些改進的，他們對這些談論得很少，所以你只能撓撓頭問‘為什么他們裝這些？’一些公司裝上了，但是發(fā)現(xiàn)效果不明顯，就這么留在上面了，還迷惑了競爭對手。”

　　渦流發(fā)生器并不是唯一引起廣泛討論的概念，“大約一年以前每個人都在想給葉片加裝翼尖小翼，但后來就不怎么談了，”Van Dam說，“有時行業(yè)內(nèi)的人看到了新概念時會想，‘好吧，如果競爭對手這么做，我們也得超過去。’” 他也看到了葉片翼型設計的變化——獲得更多的氣動性能的同時使翼型對污染和侵蝕不敏感。而當氣動性能顯著下降時，渦流發(fā)生器才能夠減輕性能損失。

　　渦發(fā)生器，并不是葉片設計領域的最后一個概念，智能葉片這個概念正在發(fā)展，裝著載荷傳感器和主動控制面、能夠在任何風速下最大限度的捕捉風能——這些也只是葉片團隊以后面臨的眾多挑戰(zhàn)之一。