张金玲
国电联合动力技术（赤峰）有限公司 内蒙古 赤峰 024000
摘要：目前，我国的各行各业建设迅速，随着风电产业的不断发展，为了在有限空间中获取更多的风能，降低发电成本，风电机组的单机容量也从十几千瓦发展到现在的兆瓦级，甚至向十兆瓦级、几十兆瓦级发展。叶片作为风电机组捕获风能的关键部件，叶片尺寸与兆瓦级有着密切的关系，随着容量的增大，叶片尺寸也随之大型化，对质量的要求也更加苛刻。本文将理论与生产实际相结合，梳理材料对大尺寸风机叶片真空灌注质量的影响因素。
关键词：风机叶片；灌注质量；影响因素；研究
引言
机组风机叶片类型多样，有平头型、尖头型、钩头型等多种类型，其属于一种复合材料制成的薄壳结构，主要分为根部、外壳及龙骨3个部分。叶片是风机的重要零部件之一，对风机的运行效率和耗能产生直接的影响，所以对风机叶片的机械加工工艺进行研究具有非常重要的意义。风机叶片厚度较薄，在应用机械加工时容易受到许多因素的影响，使得叶片加工质量受到影响，导致形变等情况发生，因此加强风机叶片机械加工的质量控制尤其必要。
1现状分析
叶片作为整个风电机组最前端的捕风机构，具有多重特性，从叶片本身看其复合材料结构决定了其运行期间自身状态的复杂性；从运行环境看，风机叶片是整个机组暴露在外部环境中长期运行的最大部件，风沙、盐雾、紫外线、雷电等都会对叶片造成一定的损伤；从功能发挥上看，作为捕风机构的叶片在运行过程中要承受各种风况施加的多变压力和自身动辄十几吨的重力，在风力和自重的交织作用下叶片全生命周期内无时无刻不在经受着摆震、弯曲、扭转的交替应力变化；从服役时间维度看，风机叶片的设计使用寿命一般为20年，自然老化不可避免；在以上主观和客观因素的影响下，随着运行时间的推移将导致叶片发生破损、开裂乃至断裂等质量问题，这些问题无论从影响程度还是维修成本上都居高不下，如何能提前预知和预测这些问题的发生，实现及时准确预警和预测性维护显得尤为重要。目前行业内各整机厂商在风机和风场的运行上进行了大量智能技术的应用，利用SCADA和CMS对风机运行、风况预测、变流变压、并网上网等进行了很多的智能监控，成效显著。而对风机叶片的直接实时监测应用则几乎为零，现有的叶片状态监测多通过机舱震动、变桨监测等间接方式在问题发生后，对故障情况进行简单的报障和反推，预测性和时效性差。这也是当前在役叶片问题高发以及维护滞后维修成本居高不下的主要原因，因此利用智能技术通过传感器、工业物联网、PLC监测组态、大数据、信息化等智能技术，对风机叶片实施直接智能监测打造智能叶片显得尤为重要。
2风机叶片灌注质量优化
2.1减少干涉现象
为了确保叶片能够满足装配要求，需要对叶根齿形加工成圆弧，同时结合型线设计要求，要控制齿形叶根齿间的相对位置公差在±0.01mm范围。在具体的加工过程中，采用整体型线刀具对方钢毛坯进行加工，并配合圆盘铣床进行。针对型线铣到厚度的问题可能会造干涉现象发生，应在叶片铣削叶根时，保证型线铣刀在最大实体基础上，控制端面留量在0.3mm以内，以免出现过切的情况。
同时，需要在叶根中间体台阶位置，单独加工一刀，并利用数控技术对加工圆弧面进行补差，保证齿形接平，进而保证风机叶片加工质量符合产品加工制造的设计要求。
2.2云技术应用
风机叶片在经过以上数字化、网络化、信息化的升级后，监测过程中将会产生大量不同类型的数据，随着时间的推移数据量将达到海量TB及PB级别，而智能监测平台和专家AI系统又对历史数据的连续性提出了很高的要求，海量数据的存储必将带来数据存储和备份硬件的投入增加，而风场的客观环境在数据存储的安全性上存在弊端，服务器、数据库、存储硬件的损坏都将对数据的完整性和安全性造成很大影响，大数据时代数据如金，此时云技术的应用就显得尤为重要，通过智能风机的工业互联网和专业数据服务商的云端解决数据存储、备份空间和安全完整问题，在信息化转变的过程中也可以在部分阶段通过云计算解决和释放系统算力，缓解计算硬件的投入和计算的及时性准确性问题，打造真正的智能云叶片。风机、风场的智能化使数据的价值和安全作为商业机密显得尤为重要，同时风机、风场及叶片的各种监测、控制数据、信息数据和云服务的过程中也需要确保数据安全，这里的数据安全在充分利用风机边缘系统和风场中控系统的防火墙及网络安全功能加以保障外，区块链数据分布式加密技术在数据出风场段能更大限度的确保所有数据的安全存储、传输和下载，是智能技术应用的重要信息安全手段。
2.3灌注树脂的可操作时间对真空灌注的影响
树脂的混合黏度是随时间递增而增加的，树脂是否适用于真空灌注，通常采用可操作时间和凝胶时间进行衡量，因此可操作时间和凝胶时间为树脂固化时间的重要考量指标。随着黏度的不断升高，灌注树脂开始凝胶，凝胶现象的出现宣布着真空灌注的结束，过短的凝胶时间导致灌注时间不足，过长的凝胶时间导致树脂浪费。目前大兆瓦叶片的灌注时间通常在120min以上，综合考虑温度的影响，可操作时间大于100min，凝胶时间大于240min的树脂更便于大兆瓦叶片工艺的设计。避免边缘区域树脂无法抵达，充分保障叶片整体灌注成型。环氧树脂固化反应是放热反应，随着黏度的增加，固化反应产生的热量不能及时消除，就会积累导致固化中的灌注树脂温度急剧上升，这样伴随着凝胶时间的到来，就会出现一个峰值温度。实践中通常利用这个温度进行凝胶时间的判定，但峰值温度在实验室和现场的表现具有较大差距，需要进行实践矫正。
结语
通过对以上叶片主要原材料的选材原则进行了初步探索和总结，为提高叶片真空灌注质量的选材提供了参考。大型叶片的开发对材料性能要求越来越高，其相应的技术指标也相应提高，要不断研究和完善各种材料的检验要求。充分了解各种材料的性能参数，寻求综合性能优异的材料，更好地把材料的性能发挥到最大程度，满足风力机复合材料叶片低成本、轻量化、质量稳定性的需求。
参考文献
［1］张晓明.风力发电复合材料叶片的现状与未来［J］.纤维复合材料，2006（2）：60-63.
［2］孙曼灵.环氧树脂应用原理与技术［M］.北京：机械工业出版社，2002.
［3］张彦飞，刘亚青.RTM工艺中气泡形成及消除研究［J］.现代塑料加工应用，2006（6）：21-23.
［4］温广武，于洪明，黄小萧，等.中空碳纤维布环氧树脂复合材料及其制备方法：CN201010184682.8［P］.2010-05-27.