2020年8月6日，第六屆中國國際風(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，本屆高峰論壇的主題為“提質(zhì)增效，海陸并舉，迎戰(zhàn)平價 ”。

 

　　主旨發(fā)言中，上海曦驊檢測技術(shù)有限公司總經(jīng)理郭旭做了題為《前緣防護雨蝕檢測發(fā)展方向》的演講。以下為發(fā)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(fēng)電葉片在高速運行中會受到惡劣環(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。

 

　　前緣雨蝕的損失會對結(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，極大地影響了發(fā)電量，有研究表明，葉片運行一到兩年后會出現(xiàn)前緣腐蝕的狀況，嚴(yán)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(chǎn)生比較大的撕扯力，反復(fù)地撞擊形成了疲勞過程，而涂層就在雨滴反復(fù)撞擊和橫向撕扯力的作用下剝落，進而防護層破壞，玻璃鋼結(jié)構(gòu)受損，最后造成整個葉片結(jié)構(gòu)前緣防護結(jié)構(gòu)的損失。

 

　?。≒PT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(xiàn)線性的關(guān)系，稱之為穩(wěn)定質(zhì)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(zhuǎn)速、水溫溫度等參數(shù)情況下，模擬出單雨滴的雨滴模型。通過單雨滴模型和多雨量的預(yù)估，可以通過瞬間仿真的分析方法得到雨滴應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系，以及雨滴消散的時間。

 

　　結(jié)合降低持續(xù)時間、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(guān)系。

 

　　第四，Indetech雨蝕測試

 

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

 

　　該測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)壁空間模擬降雨狀況，通過控制旋轉(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能轉(zhuǎn)化成動能的沖擊能量的計算。通過后續(xù)的采集評估，設(shè)備測試離散是小于10%，要求雨蝕測試設(shè)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(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后續(xù)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(wěn)態(tài)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(zhuǎn)速以及水溫可以實時監(jiān)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(shù)。

 

　　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(yù)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(zhì)性的問題。后續(xù)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(yù)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(fā)。

 

　　海上風(fēng)電運轉(zhuǎn)惡劣環(huán)境為前緣防護材料提出更大的挑戰(zhàn)，隨之雨蝕測試應(yīng)更關(guān)注實際場景的應(yīng)用，包括一些紫外等環(huán)境影響，之前的雨蝕測試都在大降雨高轉(zhuǎn)速的情況下做評估?，F(xiàn)在歐洲多采用穩(wěn)定降雨量、低速長時間，更符合葉片在實際應(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，包括降落過程中的形狀變化，變化產(chǎn)生的材料作用的沖擊強度的關(guān)系，以及材料破壞和機體界面間的交互作用有待于后續(xù)研究和探討。

 

　　雨蝕測試是后續(xù)模型建立以及壽命評估的基礎(chǔ)，同時也是前緣防護材料開發(fā)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(gòu)，配備了很多的環(huán)境的儀器設(shè)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(fā)，以及海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的茁壯發(fā)展，我的報告到此結(jié)束，謝謝大家！

 

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