【速記】2017風電葉片復合材料——葉片前緣防護的雨蝕性能評測

　　尊敬的各位領導、各位風電界同仁大家上午好！

　　今天非常榮幸能夠在此和大家一起探討一下葉片前緣雨蝕性能評測的這樣一個技術課題。我的報告主要內容有以下幾部分，第一部分是公司的一個簡單介紹，第二部分是雨蝕機理的簡單闡述，第三部分是關于目前行業內常見葉片的前緣防護的設計與評測方法。第四部分是我們提出的一個新的雨蝕設計的評測方法，第五部分是對上述方法進行一個簡單的驗證和一個考察，最后是根據我們推薦的方法給客戶推薦了一個前緣防護的配套。

　　麥加涂料主營業務是涂料，是香港和意大利的合資公司，成立于1976年意大利米蘭，總部在上海，研究團隊和實驗室也在上海，我們主營業務有集裝箱涂料、工業防腐涂料、風能涂料還有變壓器涂料，我們所有的業務現在都為客戶提供水性環保的解決方案，尤其是變壓器防腐涂料我們已經有接近40年的行業經驗。我們現在在全球有很5家生產基地，年產量大概在20000到30000噸。

　　首先簡單介紹一下雨蝕機理，雨蝕機理簡單來講就是雨水撞擊到前緣之后會瞬間產生比較強的撕扯力，雨水是葉片前緣會撞擊到成千上萬個雨滴，雨滴的撞擊實際上是一個疲勞的過程。反復的疲勞的受力會讓涂層和葉片的材料造成疲勞損害，從而造成整個葉片機體的損傷。

　　雨滴撞擊的速度和葉片運行線速度相同，約為50-95米每秒，這樣高的撞擊之下，常年撞擊的疲勞損傷會對葉片造成很強的破壞力。比如說我們這個表格當中統計出來，全國從南到北，從西到東，所有的風場每個地區的降雨量差距很大，從最高的海南地區超過2000毫升，甚至達到3000毫升每年，到西北的沙漠地區每年降雨量小于200毫升。實際考察下來，在海南高降雨量地區及其嚴重，隨著降雨量的遞減，前緣的撞擊趨勢非常明顯。

　　材料關于雨蝕的特性，我們認為它的雨蝕特性是接近于材料本身的機械疲勞。就類似于玻璃鋼的疲勞指數衰減這樣一個規律。所以我們用一個公式表示的話，它大概的規律就是乘以一個長值再加上一個指數的關系，這N就是指材料雨蝕壽命，a是常數，常數是和材料本身的特性還有雨滴的一些形狀和它的撞擊角度等等這些有關系，我們在這里撞擊的角度被設定為90度，葉片前緣實際上是接近90度的。雨蝕當中最重要的參數是速度。根據大量的實驗和現場的經驗來看，材料的雨蝕對速度非常敏感，也就是說當速度略微有所提升的時候，雨蝕的壽命是呈指數衰減的，所以我們在這個公式當中這個指數是多少，不同的文獻和研究報告得出的結論不同。比如說不飽和聚酯的話是4左右，我們認為聚氨酯衰減規律是在5-6之間，比如玻璃鋼它的疲勞特性比較好，它的衰減指數就是在10以上。

　　所以說我們來看一下在這個公式的引導下，關于雨蝕的壽命跟速度有多敏感。舉個例子，葉片前緣葉尖的速度在70米每秒的時候和我們在高速雨蝕實驗當中這個測試的速度，相比140米每秒的情況下，相差大概幾十倍多關系。也就是說我在雨蝕實驗當中測試了一個小時降雨量是30毫升，那么等同于實際風場當中運行1000-2000毫升這樣一個關系。

　　所以說我們有了這樣一個測試的手段之后，行業內關于雨蝕的一個評估方法，參照ASTM高速雨滴撞擊方法，測試雨蝕性能，最后根據雨蝕性能的結果然后橫向推斷根據風場的經驗，大致評估這個材料能夠在風場用幾年。那么這種方法是比較明顯的一個不足就是在于沒有區分不同客戶，不同風場的氣候差異，有的客戶的風場是在南方，有的客戶在北方，有的是沿海，有的是內陸。同時不同葉片的設計導致它的葉片的限速度差異非常大，比如說永磁電機和雙饋電機限速度20-30米每秒之間。

　　所以說我們在這個行業內缺少這樣一個評估方法的前提下，我們提出了一個關于如何去評測前緣防護雨蝕性能的一個理念。就是說把這個問題分解成為兩部分，第一部分就是風場以及風機特性所決定的一個就是客戶這邊一個風場它的一個有效降雨量是多少。在這個有效降雨量的前提之下，我們這個材料它所能承受的等降雨量測試量是要大于客戶的風場，風機所對應的有效降雨量。

　　有效降雨量其實就是指葉片處于或者接近飽和發電時的降雨量，我們知道一個風場當中如果下雨的話，下雨的時候不一定在刮風，代表風機不在運轉，這個時候雨滴對于前緣的損傷幾乎可以忽略。所以說我們提出來一個飽和發電率，飽和發電率就是指如果一個風場一年降雨量是1000的話，那么它真正對前緣材料的損傷的降雨量是多少？比如如果是30%那就是300毫升。所以說我們這個等降雨量就可以根據飽和發電率反推出來，就是說一個風場當中等降雨量除以它的一年當中的有效降雨量，這樣我就知道它的服役年限是多少。

　　所以說我們建議的整個評估流程，首先就是去做旋臂式的雨蝕試驗，但是我們不推薦做高速的雨蝕實驗，因為速度非常敏感，如果要是做高速的雨蝕實驗，那么這個實驗的結果可能隨著這個指數關系，可能跟實際的偏差會被放大很多倍。所以我們推薦盡量接近葉片葉尖速度的相應的70-100米每秒的速度情況下的雨蝕，這樣得到的材料等降雨量，從而直接可以算出來一個材料能夠在這個風場服役多少年。

　　在這樣一個理念的指引下，我們去實際考察了一些風場運行的案例。某客戶的風機是2兆瓦的雙饋風機，葉片長度50米左右，葉尖速度80，風場位置在某東南沿海風場，雨蝕比較嚴重的趨勢。我們在麥加的雨蝕實驗室進行了一個在低速情況下，也就是80m每秒的條件下雨蝕實驗，它在這個條件下生存的時間是10個小時，這樣可以算出來對應的有效降雨量是多少，是900毫升。這個葉片實際上到考察時間為止已經運行了3年時間，通過氣象站的歷史數據統計及風機控制器轉速、風速的關系，我們統計出來3年之內80m每秒對應有效降雨量是多少，我們得出的結論是有效降雨量已經超過了材料本身所能承受極限，考察的結果也是葉片前緣是出現了典型的前緣雨蝕的一個破壞。

　　第二個案例我們用同樣類似的方法，只不過風機還有風場，還有材料的配置有了一些變化。最后葉片運行了5年時間，風場的有效降雨量是要小于材料可能承受的等降雨量的上限的。最后考察出來的結果就是這個葉片前緣并沒有受到損傷。同樣我們用類似的流程再評估另外一個案例，是內蒙古的風場，也是同樣獲取材料的屬性，最后得出來的結論是經過7年之后，雖然運行時間比較長，但是這個風場有效降雨量很低，所以整個葉片前緣是接近完好無損的。

　　所以在這樣一個雨蝕為主導前緣防護失效前提之下，這幾個案例總結下來我們得出的結論就是用這種評估方法至少可以在定性的這個角度上比較準確的預測前緣防護在經過了若干年運行之后，它的一個損傷情況，這樣就可以給一個客戶風場的規劃，還有材料選取，以及風機的配置，在項目開展之前有一個比較清楚的認識，這就是我們提出這樣一個評測方法的意義。也就是說根據這個評測方法我們可以根據客戶的提出一個風場的風機配置，可以去進行一個計算，計算它對應的風場風機所需要的前緣防護，需要達到什么樣的一個雨蝕防護的水準，這樣子我就可以為每個客戶定制化他自己的一個解決方案，從而做到成本最低、效率最高。

　　好的，這就是我的所有演講內容，謝謝！