2020年8月6日，第六屆中國(guó)國(guó)際風(fēng)電復(fù)合材料高峰論壇于浙江省桐鄉(xiāng)市振石大酒店召開(kāi)，本屆高峰論壇的主題為“提質(zhì)增效，海陸并舉，迎戰(zhàn)平價(jià) ”。

 

　　主旨發(fā)言中，上海曦驊檢測(cè)技術(shù)有限公司總經(jīng)理郭旭做了題為《前緣防護(hù)雨蝕檢測(cè)發(fā)展方向》的演講。以下為發(fā)言實(shí)錄：

郭旭↑
 

　　大家下午好！我主要從五個(gè)方面進(jìn)行分享。

 

　　首先，風(fēng)電葉片在高速運(yùn)行中會(huì)受到惡劣環(huán)境的影響，比如風(fēng)沙、酸雨、溫差、光照以及飛行物，對(duì)材料的耐久性產(chǎn)生破壞，而雨蝕是所有前緣侵蝕因素中最重要的一項(xiàng)。

 

　　前緣雨蝕的損失會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成比較大的損傷，大大降低了葉片的應(yīng)用可靠性。同時(shí)，極大地影響了發(fā)電量，有研究表明，葉片運(yùn)行一到兩年后會(huì)出現(xiàn)前緣腐蝕的狀況，嚴(yán)重的可達(dá)到25%。

 

　　除此之外，葉片的損失會(huì)帶來(lái)維修的頻率增加，也會(huì)造成后期運(yùn)營(yíng)成本的大大提高。

 

　　第二，雨蝕對(duì)涂層破壞機(jī)理。

 

　　主要由于雨水從高處降落沖擊了前緣防護(hù)，這時(shí)候會(huì)產(chǎn)生比較大的撕扯力，反復(fù)地撞擊形成了疲勞過(guò)程，而涂層就在雨滴反復(fù)撞擊和橫向撕扯力的作用下剝落，進(jìn)而防護(hù)層破壞，玻璃鋼結(jié)構(gòu)受損，最后造成整個(gè)葉片結(jié)構(gòu)前緣防護(hù)結(jié)構(gòu)的損失。

 

　　（PPT圖示）該圖是聚氨酯涂層在雨蝕速度60m/s情況下顯微鏡下觀察到的破壞照片。

 

　　雨蝕產(chǎn)生主要分為三個(gè)階段。首先是潛伏期，在潛伏期，涂層表面沒(méi)有受損，這時(shí)候損失很小。隨著雨滴沖擊能力增加，損失程度不斷地加深，呈現(xiàn)線(xiàn)性的關(guān)系，稱(chēng)之為穩(wěn)定質(zhì)量損失階段，最后達(dá)到涂層的完全破壞。

 

　　第三，葉片前緣防護(hù)評(píng)估方法。

 

　　首先是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室的雨蝕測(cè)試。特定的雨滴尺寸和葉片轉(zhuǎn)速、水溫溫度等參數(shù)情況下，模擬出單雨滴的雨滴模型。通過(guò)單雨滴模型和多雨量的預(yù)估，可以通過(guò)瞬間仿真的分析方法得到雨滴應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系，以及雨滴消散的時(shí)間。

 

　　結(jié)合降低持續(xù)時(shí)間、雨量大小以及轉(zhuǎn)速的直徑和葉片損耗情況，基于雨滴沖擊、疲勞循環(huán)的計(jì)算，利用雨滴模型可以知道整個(gè)損傷深度和時(shí)間的相互變化關(guān)系。

 

　　第四，Indetech雨蝕測(cè)試

 

　　目前全球比較認(rèn)同的雨蝕測(cè)試平臺(tái)是丹麥RD雨蝕測(cè)試平臺(tái)，是西門(mén)子等風(fēng)能領(lǐng)導(dǎo)者和涂料開(kāi)發(fā)商通用的雨蝕檢測(cè)設(shè)備，我們也引入了這臺(tái)設(shè)備，是亞洲僅有一臺(tái)設(shè)備，RD公司2012年開(kāi)發(fā)雨蝕檢測(cè)能力，到2019年已經(jīng)生產(chǎn)了第7代產(chǎn)品，無(wú)論是從技術(shù)的可靠性、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，包括安全性已經(jīng)非常成熟了。該測(cè)試的方法符合DNVGL—RP—0171的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)滿(mǎn)足航空的雨蝕測(cè)試規(guī)范。

 

　　該測(cè)試的原理主要是模擬螺旋槳的3D旋轉(zhuǎn)的原理，在集裝箱式的內(nèi)壁空間模擬降雨?duì)顩r，通過(guò)控制旋轉(zhuǎn)的速度以及水溫的溫度以及降落高度，降落高度主要是將勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能的沖擊能量的計(jì)算。通過(guò)后續(xù)的采集評(píng)估，設(shè)備測(cè)試離散是小于10%，要求雨蝕測(cè)試設(shè)備離散20%，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于要求。

 

　　雨滴直徑通過(guò)針頭的大小控制差異，目前可以提供三種規(guī)格的雨滴直徑，有兩到三毫米、五毫克，材料損傷率和雨滴直徑平方成正比，有效地控制和了解雨滴直徑對(duì)后續(xù)的評(píng)估很重要。

 

　　在雨滴降落過(guò)程中采用雙向OTT的激光雨滴譜儀可以觀察到變化。降水有穩(wěn)態(tài)模式和噴霧模式，測(cè)試范圍也大大地提升。

 

　　通過(guò)控制雨滴大小轉(zhuǎn)速以及水溫可以實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)測(cè)試過(guò)程中的變化，而且通過(guò)遠(yuǎn)程的了解啟動(dòng)變換一些測(cè)試參數(shù)。

 

　　作為升級(jí)版的雨蝕測(cè)試平臺(tái)采用了更加清晰的高速攝像頭，能夠在測(cè)試過(guò)程中過(guò)濾掉由于噪音和濕度影響的信號(hào)干擾，使采集照片更加清晰。通過(guò)高清晰的圖片可以對(duì)比知道潛伏期。

 

　　目前通用的預(yù)制體也好，膜材料、涂材料都有自己的缺陷性，沒(méi)有完全解決前緣防護(hù)實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。后續(xù)可以通過(guò)更多的雨蝕測(cè)試了解侵蝕過(guò)程，侵蝕程度以及壽命預(yù)估，可以使更加清晰合理地分析，有助于新一代的防護(hù)材料的開(kāi)發(fā)。

 

　　海上風(fēng)電運(yùn)轉(zhuǎn)惡劣環(huán)境為前緣防護(hù)材料提出更大的挑戰(zhàn)，隨之雨蝕測(cè)試應(yīng)更關(guān)注實(shí)際場(chǎng)景的應(yīng)用，包括一些紫外等環(huán)境影響，之前的雨蝕測(cè)試都在大降雨高轉(zhuǎn)速的情況下做評(píng)估。現(xiàn)在歐洲多采用穩(wěn)定降雨量、低速長(zhǎng)時(shí)間，更符合葉片在實(shí)際應(yīng)用中的狀況。不同地區(qū)降雨情況有不同，降雨的雨滴直徑，包括降落過(guò)程中的形狀變化，變化產(chǎn)生的材料作用的沖擊強(qiáng)度的關(guān)系，以及材料破壞和機(jī)體界面間的交互作用有待于后續(xù)研究和探討。

 

　　雨蝕測(cè)試是后續(xù)模型建立以及壽命評(píng)估的基礎(chǔ)，同時(shí)也是前緣防護(hù)材料開(kāi)發(fā)的驗(yàn)證手段，以往雨蝕測(cè)試都在歐洲進(jìn)行，周期長(zhǎng)、效率低、費(fèi)用也比較高，我們作為一家獨(dú)立的第三方機(jī)構(gòu)，配備了很多的環(huán)境的儀器設(shè)計(jì)和界面研究的分析手段，我們?cè)敢馀c在座各位涂料廠(chǎng)家、葉片廠(chǎng)和主機(jī)廠(chǎng)通力合作，助力前緣防護(hù)材料的開(kāi)發(fā)，以及海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的茁壯發(fā)展，我的報(bào)告到此結(jié)束，謝謝大家！

 

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