3M資深應用工程師萬鵬在新材料、新技術專場做了題為《風電葉片褶皺缺陷與解決方案》的演講。以下為演講內(nèi)容實錄：
 

　　一、葉片褶皺缺陷引發(fā)的葉片斷裂實例—褶皺的危害性

 

　　首先，我們從國外的葉片斷裂案例開始。2012年4月美國某風場風機發(fā)生葉片斷裂，造成了風機動力失衡，另一個葉片也產(chǎn)生了斷裂，整個風機報廢。整個事故會影響風機和風場都造成了嚴重的影響，經(jīng)過第三方的調(diào)查和葉片廠的聯(lián)合調(diào)查發(fā)現(xiàn)是碳纖維生產(chǎn)過程中褶皺缺陷導致葉片在高負載情況下斷裂。

 

　?。≒PT圖示）這是另一個比較知名的整機廠發(fā)生的葉片斷裂。中央是葉片大梁制造的時候出現(xiàn)褶皺缺陷導致葉片失效。

 

　?。≒PT圖示）這是非常有趣的調(diào)查。這是國際上知名的風能協(xié)會的調(diào)查，葉片結(jié)構(gòu)性的缺陷造成了葉片損傷，往往會發(fā)生在葉片服役前五年。因為很多整機廠和業(yè)主會要求葉片廠承包在3-5年之內(nèi)，就是因為3-5年最容易發(fā)生問題。其實，葉片廠認為質(zhì)保期過了就沒有問題了，實際上通常問題常常發(fā)生在質(zhì)保期。葉片褶皺的問題就像身體產(chǎn)生的問題，平?？雌饋頉]有問題，當負載出現(xiàn)的情況下就會發(fā)生事故，而且這不是一個葉片的問題，往往會導致整個風場葉片的全面替換。

 

　　下面是我們在風場當中進行運維排查成長出現(xiàn)的缺陷。很多缺陷的主因和葉片生產(chǎn)過程中的質(zhì)量缺陷有很大的關系，尤其鋪層。如果鋪層產(chǎn)生褶皺或者是波紋、高低不平的話，對風場葉片造成的危害還是比較大的。

 

　　二、常見的葉片缺陷—褶皺的產(chǎn)生原因及如何在葉片生產(chǎn)中提升產(chǎn)品質(zhì)量

 

　　接下來談一下褶皺產(chǎn)生的原因。褶皺產(chǎn)生比較大的問題就是層間性能，有數(shù)據(jù)表示褶皺會導致層間性能提高三分之二左右，尤其是玻纖混合的結(jié)構(gòu)層。如果褶皺產(chǎn)生對葉片的疲勞性能影響比較大。

 

　　還有就是固化，固化過程中熱硬力釋放可能產(chǎn)生褶皺。葉片結(jié)構(gòu)性的損失最難的是在風場有不可預測性，平時可能看不出來，它不像油漆和其他表面材，可能在風場就可以發(fā)現(xiàn)問題。往往在風場是看不到的，當發(fā)現(xiàn)問題的時候，葉片已經(jīng)發(fā)生斷裂了。

 

　　剛才談到的褶皺會對葉片有嚴重的影響，下面談一下。在維修方面，很多人在意的是成本問題。我們在進行維修的時候，如果在原廠進行維修，費用是最少的。如果是在風場或者極端的場所，比如說海上風場，它的維修成本將是原廠維修的10倍、100倍、1000倍，費用非常高昂。

 

　　另外維修成本、風險和缺陷所在位置有很大的關系。風險性最高的就是褶皺，為了修復褶皺會花很多錢，而且不一定能修好。要提到一個題外話，現(xiàn)在很多人葉片制造廠商制造葉片的時候會強調(diào)成本控制，大家在意的還是生產(chǎn)葉片過程中的成本，比如原材料價格、人工費或者生產(chǎn)效率方面，但是現(xiàn)在真正要談的成本是葉片服役全壽命成本。

 

　　就像剛才談到的北美風場50多臺風機，那不是賠償了一臺風機的三個葉片，而是把50多臺的風機葉片全部進行了替換，而且這個葉型的所有葉片全部了進行葉片，返廠維修，整個費用上千萬，這和應用一個材料的成本相比相差很大。2014年西門子年度財報當時花了2億美金做售后維修。

 

　　所以說，我們認為葉片成本不能只看生產(chǎn)成本，還要看全壽命，包括維護成本是不是合理的，是不是能控制的。

 

　　剛才提到了葉片生產(chǎn)當中會產(chǎn)生褶皺，但這和葉片生產(chǎn)息息相關。但往往葉片都是采用人工生產(chǎn)，人工生產(chǎn)就是很難每個葉片之間的質(zhì)量差異，每個人人工做葉片，每個人的手法是不一樣的，所以質(zhì)量能不能保證每個葉片做到一樣，很難保證。所以在現(xiàn)有的人工制造基礎上，目前，我們能采用的傳統(tǒng)方法就是選用更好的材料或者選用經(jīng)驗更豐富的工人減少風險。但是，未來的目標我們一直在做的是自動化生產(chǎn)。

 

　　三、葉片生產(chǎn)新技術前瞻

 

　　下面介紹一些我們在葉面鋪層上的設計。首先，現(xiàn)在很多葉片制造商都在使用激光定位技術，激光定位技術是安裝在模具上方有個投影其，會把所有的3D模型投影到葉片上，可以讓鋪層高精確的定位，但鋪層還是人工鋪層，可以檢測到鋪層到位，但做到無褶皺或者沒有其他風險，目前還達不到。

 

　　另外一些葉片廠商也比較多，也是比較聰明的做法，就是把復雜的葉片外形簡化為比較簡單的外形，這樣鋪層比較方便也比較容易，而且簡單的外形也比較容易實現(xiàn)自動化。但是，存在的問題是可能需要做各種各樣的布局。另外，我們還要考慮葉片結(jié)構(gòu)設計。因為把不同的組件組合一起，對葉片結(jié)構(gòu)設計是很大的挑戰(zhàn)。

 

　　最后是現(xiàn)在葉片制造未來的方向，就是要實現(xiàn)葉片制造的自動化。國外一些廠商已經(jīng)提出包括自動涂層、自動注射膠衣等，就是國外發(fā)明的五層為一體的體系，還有一些方式可以檢測褶皺，完全可以實現(xiàn)自動化。

 

　　四、3M創(chuàng)新性的產(chǎn)品幫助葉片制造商減少褶皺風險

 

　　剛才談到了很多先進的技術，但還是存在很多問題。當在一個復雜的型面，我們發(fā)現(xiàn)如果鋪很多層，如果不固定玻纖，尤其是在玻纖上會產(chǎn)生氣孔和空洞，同樣會造成葉片結(jié)構(gòu)的缺陷。怎么樣實現(xiàn)我們能很好的固定玻纖，現(xiàn)在采用的常規(guī)方法是噴膠。剛才介紹的自動化的鋪層機器，采用的固定玻纖方式也是噴膠技術。

 

　　針對噴膠，長久以來，行業(yè)里也在做大量的研究，當時大家提出噴膠使用太多可能對復合材料也會產(chǎn)生影響。其實有兩種辦法解決：一是可以顏色控制用量；二是選用更加親和環(huán)氧樹脂的配方。（PPT圖示）這就是3M推出全新的專門用于復合材料的噴膠，首先它帶有藍色，可以通過顏色的深淺我配合用量，有些有顏色可能會造成上視覺不好看，我們有個創(chuàng)新性的地方，它碰到環(huán)氧樹脂會變成透明色，對頁面成型的外觀不會造成任何的影響。

 

　　另外配方是經(jīng)過跟進，更親和環(huán)氧樹脂，這是經(jīng)過第三方驗證和客戶驗證。另外它的EHS，它是唯一通過美國最嚴格的加利福尼亞的法規(guī)，它的噴射性和噴射系統(tǒng)以及經(jīng)過改進的組分，噴射其他固化效果更好，不會產(chǎn)生滴液現(xiàn)象。

 

　　一直以來頁邊制造生產(chǎn)的技術大同小異，各個廠家都采用了同樣的人工鋪層或者是干布鋪層。怎么樣在相同的生產(chǎn)方案中保證質(zhì)量脫穎而出呢？其實還是一句話老話“細節(jié)決定成敗”。這就是我的主要內(nèi)容。

（內(nèi)容來自現(xiàn)場速記，未經(jīng)本人審核）