CWPC2020：上海曦驊郭旭——《前緣防護雨蝕檢測發展方向》

2020-08-08 來源：東方風力發電網 瀏覽數：1813

2020年8月6日，第六屆中國國際風電復合材料高峰論壇于浙江省桐鄉市振石大酒店召開，本屆高峰論壇的主題為“提質增效，海陸并舉，迎戰平價 ”。主旨發言中，上海曦驊檢測技術有限公司總經理郭旭做了題為《前緣防護雨蝕檢測發展方向》的演講。

　　2020年8月6日，第六屆中國國際風電復合材料高峰論壇于浙江省桐鄉市振石大酒店召開，本屆高峰論壇的主題為“提質增效，海陸并舉，迎戰平價 ”。

 

　　主旨發言中，上海曦驊檢測技術有限公司總經理郭旭做了題為《前緣防護雨蝕檢測發展方向》的演講。以下為發言實錄：

郭旭↑
 

　　大家下午好！我主要從五個方面進行分享。

 

　　首先，風電葉片在高速運行中會受到惡劣環境的影響，比如風沙、酸雨、溫差、光照以及飛行物，對材料的耐久性產生破壞，而雨蝕是所有前緣侵蝕因素中最重要的一項。

 

　　前緣雨蝕的損失會對結構造成比較大的損傷，大大降低了葉片的應用可靠性。同時，極大地影響了發電量，有研究表明，葉片運行一到兩年后會出現前緣腐蝕的狀況，嚴重的可達到25%。

 

　　除此之外，葉片的損失會帶來維修的頻率增加，也會造成后期運營成本的大大提高。

 

　　第二，雨蝕對涂層破壞機理。

 

　　主要由于雨水從高處降落沖擊了前緣防護，這時候會產生比較大的撕扯力，反復地撞擊形成了疲勞過程，而涂層就在雨滴反復撞擊和橫向撕扯力的作用下剝落，進而防護層破壞，玻璃鋼結構受損，最后造成整個葉片結構前緣防護結構的損失。

 

　　（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。

 

　　雨蝕產生主要分為三個階段。首先是潛伏期，在潛伏期，涂層表面沒有受損，這時候損失很小。隨著雨滴沖擊能力增加，損失程度不斷地加深，呈現線性的關系，稱之為穩定質量損失階段，最后達到涂層的完全破壞。

 

　　第三，葉片前緣防護評估方法。

 

　　首先是通過實驗室的雨蝕測試。特定的雨滴尺寸和葉片轉速、水溫溫度等參數情況下，模擬出單雨滴的雨滴模型。通過單雨滴模型和多雨量的預估，可以通過瞬間仿真的分析方法得到雨滴應力應變的關系，以及雨滴消散的時間。

 

　　結合降低持續時間、雨量大小以及轉速的直徑和葉片損耗情況，基于雨滴沖擊、疲勞循環的計算，利用雨滴模型可以知道整個損傷深度和時間的相互變化關系。

 

　　第四，Indetech雨蝕測試

 

　　目前全球比較認同的雨蝕測試平臺是丹麥RD雨蝕測試平臺，是西門子等風能領導者和涂料開發商通用的雨蝕檢測設備，我們也引入了這臺設備，是亞洲僅有一臺設備，RD公司2012年開發雨蝕檢測能力，到2019年已經生產了第7代產品，無論是從技術的可靠性、產品的設計，包括安全性已經非常成熟了。該測試的方法符合DNVGL—RP—0171的測試標準，同時滿足航空的雨蝕測試規范。

 

　　該測試的原理主要是模擬螺旋槳的3D旋轉的原理，在集裝箱式的內壁空間模擬降雨狀況，通過控制旋轉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能轉化成動能的沖擊能量的計算。通過后續的采集評估，設備測試離散是小于10%，要求雨蝕測試設備離散20%，它遠遠少于要求。

 

　　雨滴直徑通過針頭的大小控制差異，目前可以提供三種規格的雨滴直徑，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后續的評估很重要。

 

　　在雨滴降落過程中采用雙向OTT的激光雨滴譜儀可以觀察到變化。降水有穩態模式和噴霧模式，測試范圍也大大地提升。

 

　　通過控制雨滴大小轉速以及水溫可以實時監控整個測試過程中的變化，而且通過遠程的了解啟動變換一些測試參數。

 

　　作為升級版的雨蝕測試平臺采用了更加清晰的高速攝像頭，能夠在測試過程中過濾掉由于噪音和濕度影響的信號干擾，使采集照片更加清晰。通過高清晰的圖片可以對比知道潛伏期。

 

　　目前通用的預制體也好，膜材料、涂材料都有自己的缺陷性，沒有完全解決前緣防護實質性的問題。后續可以通過更多的雨蝕測試了解侵蝕過程，侵蝕程度以及壽命預估，可以使更加清晰合理地分析，有助于新一代的防護材料的開發。

 

　　海上風電運轉惡劣環境為前緣防護材料提出更大的挑戰，隨之雨蝕測試應更關注實際場景的應用，包括一些紫外等環境影響，之前的雨蝕測試都在大降雨高轉速的情況下做評估。現在歐洲多采用穩定降雨量、低速長時間，更符合葉片在實際應用中的狀況。不同地區降雨情況有不同，降雨的雨滴直徑，包括降落過程中的形狀變化，變化產生的材料作用的沖擊強度的關系，以及材料破壞和機體界面間的交互作用有待于后續研究和探討。

 

　　雨蝕測試是后續模型建立以及壽命評估的基礎，同時也是前緣防護材料開發的驗證手段，以往雨蝕測試都在歐洲進行，周期長、效率低、費用也比較高，我們作為一家獨立的第三方機構，配備了很多的環境的儀器設計和界面研究的分析手段，我們愿意與在座各位涂料廠家、葉片廠和主機廠通力合作，助力前緣防護材料的開發，以及海上風電產業的茁壯發展，我的報告到此結束，謝謝大家！

 

　　（內容來自現場速記，未經本人審核，如有不妥請聯系修改）

【延伸閱讀】

CWPC2020：荷蘭應用科學研究院高級研究員MarcoCaboni——《海上風力渦輪機大型長葉片

CWPC2020：WINDnovation GmbH董事總經理Dr.-Ing. Roland Stoer——《126米長大兆瓦葉

CWPC2020：北京鑒衡胡聰良——《在役葉片維修用關鍵原材料的技術要求》

CWPC2020：海德里希（廈門）施解明——《海德里希在風能葉片生產和后道處理的自動化解

CWPC2020：上海辛帕閉業波——《辛帕自動化設備在風電葉片智造中的應用》

CWPC2020：浙江聯洋湯思偉——《高性能HPE泡沫助力風電》

CWPC2020：北京金風科創劉寶鋒——《如何突破葉片輕木短缺的困局》

CWPC2020：舟山市正源標準件林仲岳——《風電緊固件大數據與智能制造裝備的提升》

CWPC2020：西卡（中國）趙婷——《西卡在風電行業的解決方案》

CWPC2020：明陽智慧能源張亞濤——《玻纖拉擠技術在風電葉片中的創新研發及應用》

CWPC2020：薩泰克斯趙中德——《薩泰克斯碳纖維織物用VAP?模具真空灌注制造葉片大梁

CWPC2020：洛陽雙瑞李重陽——《葉片高質量運維服務解決方案》

CWPC2020：廈門新旺錢開軍——《風電葉片用輔材--可定制塑型高溫高強真空袋膜》

CWPC2020：中怡保險黃曉燕——《風電葉片的風險管理和保險安排》

CWPC2020：蘭科化工謝德梅——《大型風葉用環氧產品整體化解決方案》

CWPC2020：四川東樹李文可——《大大型風電葉片用環氧膠黏劑》

CWPC2020：道生天合陳翠萍——《快速固化(中速操作期)灌注系統可實現的風電葉片安全可

CWPC2020：中國巨石章林、徐勝杰——《大葉型風電葉片用復合材料創新解決方案》

CWPC2020：東方電氣江一杭——《大型海上葉片的關鍵質量控制》

CWPC2020：北京天澤智云夏月——《風電葉片在線監測預警和智能運維的解決方案》

閱讀上文 >> CWPC2020：中國巨石章林、徐勝杰——《大葉型風電葉片用復合材料創新解決方案》

閱讀下文 >> CWPC2020：道生天合陳翠萍——《快速固化(中速操作期)灌注系統可實現的風電葉片安全可靠提速》