叶片生产制造常见缺陷及基本修复方案

叶片生产制造常见缺陷以及修补方案叶片生产制造常见缺陷以及修补方案 摘要 Abstract 第一章风机叶片目前的生产状况以及未来的前景 1 1 陆地风电的发展状况及未来前景 1 2 海上风电的发展状况及未来前景 2010 年 10 月 21 日 上海 从去年 9 月东海大桥的首批三台 3MW 海上风机并网发电至 今一年有余 由华锐风电提供的这 34 台 3MW 风机在 2010 年 6 月全部实现了并网发电 中国海上风电发展由此拉开序幕 根据 Frost Sullivan 能源电力系统部的研究表明 近五年中国风电行业连年保持着强劲的 增长 以上的综合数据显示 不管是由政府主导的投资还是市场规模的发展都表明中国风电市场 正处于高速发展期 海上风电可以说是占尽了天时地利人和 和陆上风电相比 海上风电 具有风能资源优质 稳定而丰富 在提供大发电量的情况下 又不会扰乱电网的负载 而 这个并网问题又恰恰是陆上风电大规模发展的最大瓶颈 海上风机的技术难点 虽然海上风机存在着比较明显的优势 但跟陆上风机相比 海上风机也面临着技术难点 这要从设计 施工安装和运行维护过程三个方面去考虑 从设计来说 陆上风机没有诸如 海洋上各种环境变化的影响 像频繁的台风 闪电 盐雾等 这些自然环境就会产生比如 对防腐蚀的要求 还有就是普通人都会关心的问题 如何固定住巨型的风机 对于风轮 直径长达 100 多米的 大风车 如何解决这个陆上风机所不存在的问题 当然 也要考虑 到海底输配电系统的建造比陆上拉电网难得多 维修也更复杂 这些困难都阻碍了海上风 机大规模稳定运行的进程 其余的困难就是在地基建设和风机设备 关键零部件上 根据 Frost Sullivan 咨询公司对 行业人士的访谈了解到 国内风机的单机容量基本还处于 2 5MW 及以下 5MW 的尚处于 向国外购买技术或收购阶段 国内主要整机企业也依然处于 3 0MW 的研发阶段 其他关 键零部件的国产化程度不高 比如电控系统 整流器 精密轴承等 都和陆上风电一样的 情况 竞价有待规范 中国首个海上风电特许权招标项目开标时 投标企业的价格普遍偏低 并出现了令业内人 士哗然的投标价 其实这是新能源发电所面临的普遍问题 风电是如此 光伏 生物质能 同样如此 招投标过程中报价不合理 要从招标方和投标方来看 从招标方来看 就陆上风电来说 去年年底已经出台了标杆上网电价 价格根据风能资源 区定在 0 51 0 61 元 度 标杆电价的出台通常都在国家多个部委在进行全面 深入的产 业链各企业成本盈利的基础上得出的 是能够保证绝大多数供应商获得一定盈利水平的前 提下所定的价格 但现在的价格还有很大下降空间 如果现在就提出一个标杆电价 以后 再不断去改 对行业波动影响很大 政府的思路是 一方面不会给国家财政带来太大的补 贴压力 另一方面又能让产业链的所有企业都看得到希望 从投标方来看 光伏发电在之前的敦煌项目中已经出现恶性投标价 捣乱市场秩序 海上 风电的这个 0 6 元 度是不是恶性投标价 在没有彻底搞清楚他的成本收益模式前 很难断 言到底成本底线在哪里 但新能源之所以会出现这种情况 可能是某些运营商想在市场萌 发期采取赔本赚吆喝的策略 砸钱换市场 一方面积累运营经验 另一方面也可以使领先 的海上风电场运营业绩获得未来更好的市场份额 毕竟海上风电因技术门槛高 国家自然 会在上网电价中给予更高的补贴 无论是抢占市场先机还是追求高利润率 对于风电运营 商 整机制造企业和零部件供应商来说都是极具吸引力的 政府在这方面已经有积极的作为 从 风电行业准入标准 征求意见稿 中我们得到一 个讯息 标准 提出优先发展海上风电 并规定风机制造能力不低于 2 5MW 海上风电 不低于 3MW 机型 这主要是为了规范行业发展秩序 另一方面则是希望从设备上摊低 成本 发展前景乐观 在今年 4 月份的海上风电特许权项目招标之前 实际并网运行的海上风电项目只有上海东 海大桥 3 34MW 项目 短短一年间 国内前十大风机制造商的海上风机生产基地项目纷纷 开始筹资 立项及投产 此外 我们可以看下国外海上风电的发展 根据 Frost Sullivan 所发布的 全球风能行业 研究报告 显示 截至 2009 年 欧洲海上风电占全球的 99 以上 达到了 2100MW Frost Sullivan 预测在 2014 年全球海上风电装机容量将达到 17800MW 市场 份额会因德国和美国的海上风电发展而发生较大变化 虽然中国的陆上和海上风电都存在技术瓶颈 行业规范等问题 但未来的投资前景还是非 常乐观的 这和中国节能减排的指标有关 中国政府提出 2020 年的单位 GDP 能耗要在 2005 年的程度上再降近一半 这是非常艰巨的任务 再看我国新能源的发展 目前以及未 来三五年内 只有风力发电是成规模并且产生一定社会经济效应的 从大环境来看 风能 产业在未来会得到国家更多的财政支持 1 3 风电目前面临的困境 1 4 风力发电机组对叶片生产的影响 第二章风机叶片生产制造的常见缺陷 2 1 缺陷分类 缺陷分类 在风机叶片生产过程中 由于工艺 制造等原因形成的缺陷 如 外表面 的缺陷类型包括 气泡 色差 针眼 壳体 主梁帽的缺陷类型包括 皱褶 浸渍不良 芯材缺损或错位或芯材对接缝隙超出要求的范围 胶接区的缺陷类 型包括 胶粘区域出现空洞 粘接厚度超过允许范围 粘接宽度不够 钻孔区 的缺陷类型包括 钻孔间隙偏差 叶根螺栓孔中心距离内外缘偏差等 上述缺陷可以分为可以接受的不需要修复缺陷或者允许修复的缺陷以及不 可以接受的应报废或者组织各部门评审缺陷 2 1 可以接受的 不需要修复的 缺陷 序号缺陷类型缺陷位置判别标准缺陷分类 1气泡叶片表面 3mm 可接受 2色差叶片表面离叶片 3m 远呈 60 无明显色差可接受 3针眼叶片表面离叶片 1m 远无明显针眼可接受 4皱褶壳体 展向高 宽 0 01 可接受 5皱褶壳体 弦向高 宽 0 025 可接受 6皱褶根部高 宽 0 03 不超过 3 处 可接受 7浸渍不良壳体面积 1m2 且深度 1mm 可接受 8芯材间隙壳体 3mm 可接受 9浸渍不良筋板面积 100mm 100mm 可接受 10芯材间隙筋板 5mm 不得超过 3 处 可接受 11浸渍不良主梁面积 50mm 20mm 深度 1mm 可接受 12皱褶主梁 展向高宽比 0 02 不超过 3 处 可接受 13缺胶或气泡筋板气泡 10mm 10mm 胶接空隙率小于 5 可接受 14缺胶或气泡前缘气泡 10mm 10mm 胶接空隙率小于 5 可接受 15缺胶或气泡后缘气泡 5mm 5mm 胶接空隙率小于 5 可接受 16胶层厚度超差粘接区超差 3mm 长度 500mm 累计长度 1000mm 可接受 17胶层宽度超差粘接区不低于设计宽度的 90 长度 500mm 累计 长度 1000mm 可接受 18后缘厚度超差后缘超差 3mm 且连续长度不超过 1000mm 累计 长度不超过 3000mm 可接受 19叶根基圆偏差打孔区基圆直径偏差 1mm 位置度 0 5 可接受 2 2 不可接受的 不允许修复 缺陷 序号缺陷类型缺陷位置判别标准缺陷类型 1皱褶壳体 展向高 宽 0 015不可接受 2皱褶壳体 弦向高 宽 0 03不可接受 3皱褶根部高 宽 0 04 且存在 3 处以上不可接受 4浸渍不良壳体面积 1 3 的表面积不可接受 5浸渍不良根部面积 200mm 200mm不可接受 6芯材烧焦壳体面积 2 不可接受 7浸渍不良筋板面积 2000mm 2000mm 不可接受 8芯材间隙筋板间隙 10mm 超过 3 处 不可接受 9浸渍不良主梁帽面积 2000mm 50mm 深度 2mm 不可接受 10皱褶主梁 弦向高宽比 0 02 深度 10 mm 不可接受 11缺胶或气泡筋板胶接空隙率 20 连续无胶长度 300mm 不可接受 2 3 修复后可接受的缺陷 除了应该是不允许的缺陷外 其他所有的缺陷应该都是可以修复的缺陷 3 缺陷的检测与判定 一般通过目视检查 敲击和尺寸测量的方式可以检查出大部份缺陷 对于无法通过以 上方式判断 但从其它迹象表面可能存在潜在缺陷的 也可以通过无损探伤的方式检查 判断 序号缺陷类型缺陷位置检测与判定方法 1气泡叶片表面目视 2色差叶片表面离叶片 3m 远 目视无明显色差 3针眼叶片表面离叶片 1m 远 目视无明显针眼 4皱褶壳体 展向游标卡尺 5皱褶壳体 弦向游标卡尺 6皱褶根部游标卡尺 7浸渍不良壳体 游标卡尺 8芯材间隙壳体 游标卡尺 9浸渍不良腹板 游标卡尺 10芯材间隙腹板 游标卡尺 11浸渍不良主梁帽 游标卡尺 12皱褶主梁帽 展 向 游标卡尺 13缺胶或气泡腹板 游标卡尺 14缺胶或气泡前缘 游标卡尺 15缺胶或气泡后缘 游标卡尺 16胶层厚度偏差粘接区 游标卡尺 17胶层宽度偏差粘接区 游标卡尺 18叶根基圆偏差钻孔区 游标卡尺 第三章关于叶片修补的标准文件 1 GL Repair of Components 2 GB T 1447 纤维增强塑料拉伸性能试验方法 GB T 1447 2005 ISO 527 4 1997 NEQ 3 GB T 1448 纤维增强塑料压缩性能试验方法 4 GB T 1449 纤维增强塑料弯曲性能试验方法 GB T 1449 2005 ISO 14125 1998 NEQ 5 GB T 1463 纤维增强塑料密度和相对密度试验方法 GB T 1463 2005 ASTM D 792 1998 NEQ 6 GB T 2676 纤维增强塑料树脂不可溶分含量试验方法 GB T 2576 2005 ISO 308 1994 MOD 7 GB T 2577 玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法 GB T 2577 2005 ISO 1172 1996 MOD 8 GB T 2900 53 电工术语 风力发电机组 GB T 2900 53 2001 IEC 60050 415 1999 IDT 9 GB T 3354 定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法 10 GB T 3355 纤维增强塑料纵横剪切试验方法 11 GB T 3356 单向纤维增强塑料弯曲性能试验方法 12 GB T 3856 单向纤维增强塑料平板压缩性能试验方法 13 GB T 3951 纤维增强塑料术语 14 GB T 19001 质量管理体系 要求 GB T 19001 2008 ISO 9001 2008 IDT 15 GB T 风力发电机组 风轮叶片全尺寸结构试验 gb t25384 2010 iec 特殊 61400 23 2001 MOD 16 GB T 25427 风力发电机组 雷电防护 GB T 25427 2010 IEC TR 61400 24 2002 MOD 17 ISO 12944 3 涂料和油漆 用保护涂料进行钢结构防腐第 3 部分 设计依据 18 ISO 12944 5 涂料与油漆 用保护涂料进行钢结构防腐 第 5 部分 涂料保护 系统 19 IEC 61400 1 2005 风力发电机组 第 1 部分 设计要求 第四章常见缺陷的修补方案 常见的缺陷很多 缺陷的大小各有不同 在查看缺陷以后 首先要判断此缺陷是否可以修复 若可以修复 编写修补方案工艺单 若不可修复 编写不可修复的原因 是根据什么文件确认此 缺陷不可修复 4 2 生产制造中常见的可以修复的缺陷的修补方案 4 2 1 缺陷修补一般要求 4 2 1 1 环境条件 在修复复过程中 环境温度应在 16 至 25 C 间 最大湿度为 80 4 2 1 2 原材料 尽量采用与生产用的相同的材料 3 1 3方案的认可 由工艺技术部门在修复前编制修复方案 修复方案包括修复时的环境条件 使用材料 工艺要求等 3 1 4 人员的资质 负责缺陷修复的人员要严格按照修复方案进行修复 在修复过程中质量管理部门负责 修复质量的控制 任何的变更必须事前得到技术部门的认可 并如实记录 最终形成的修 复报告应由质量管理部门最终签字确认合格 3 1 5 准备 清除缺陷 便于对缺陷做进一步检查 在清除缺陷前应当制定详细的检查方案 防止 检查过程造成缺陷的进一步扩大 修复区域的表面应该彻底打磨 并保持清洁 干燥 3 1 6 工艺要求 修复层应满足固化要求 固化温度和时间按照树脂制造商提供的数据 3 1 7 资料 所有修复资料应及时存档 便于追溯 3 2 外表面缺陷的修复 3 2 1 表面涂层的缺陷 先将缺陷去除 采用补上涂层 1 划痕 打磨缺陷 重新涂装 至表面无可见划痕 2 气泡 打磨缺陷 重新涂装 不允许大于直径 3mm 气泡存在 3 色差 打磨缺陷 重新涂装 离叶片 3m 远无明显色差 4 针眼 打磨缺陷 重新涂装 离叶片 1m 远无明显针眼 5 油漆脱落剥落 打磨缺陷 重新涂装 无可见剥落现象 3 2 2 表面毡层的白斑缺陷 这种缺陷不影响产品结构的完整性 但会对之后的喷漆质量产生影响 砂 纸打磨 用腻子刮平 3 3 壳体上的缺陷 壳体 大梁的缺陷类型包括 皱褶 漏气 包络 干布 分层 芯材缺损 或错位或芯材对接缝隙超出要求的范围 壳体上的缺陷 尤其是 FRP 铺层中的 缺陷会影响到产品结构完整性 安全性 参考 GL 3 3 1 壳体上皱褶 漏气 包络 干布 等的缺陷的修复方法 1 将缺陷从修补区域完全清除 损坏区域的相邻区域打倒角 见图 1 倒角的斜度 倒角的长度比上倒角的厚度 根据修补材料的拉伸强度和其与本 体间的层间剪切强度计算 计算公式如下 L t 公式1 式中 L 倒角的长度 m t 倒角的厚度 m 修补材料的拉伸强度 Mpa 修复材料与本体间的层间剪切强度 Mpa 图 1 倒角示意图 2 修复区域尽可能的释放因自重引起的应力 在修复过程中避免震动 3 采用与生产相同的工艺方法修复 纤维织物按原来的铺放次顺和方向铺 设 最外一层修补布比要宽出 50mm 覆盖住整个修补区域 如采用手糊的方法 要确保纤维织物有较好的贴服性 纤维织物应浸润良好 最后采用抽真空的方 式提高修复层的致密性 3 3 2 夹芯结构缺陷的修复 3 3 2 1 壳体外表面上玻璃纤维织物未完全灌透出现的白区 如不影响到叶片的 气动外形 可以直接将浸润不良的玻璃纤维布打磨掉 如缺陷的深度不大于 3mm 采用手糊的方式 按生产时的铺层修复 见图 5 修复层与本体搭接宽 度可参照公式 1 的计算方法 图 5 壳体外表上较浅缺陷的修复 如缺陷的深度大于 3mm 或修复造成叶片气动外形的改变 则需按 3 3 1 条要求修复 3 3 2 2 芯材缺损或芯材对接缝超出要求范围的修复 将芯材缺损部位或芯材对接缝处的铺层去除掉 填入大小合适的芯材 修 复时应注意芯材与邻近面的粘接 对于小块的芯材 可以在芯材表面涂上胶粘 剂 对于大面积的芯材 为了保证粘接良好 最好采用真空灌注工艺 一次完 成壳体外表面和芯材的修复 FRP 的厚度不超过 3mm 的 壳体外表面修复方法可参照 3 3 2 条要求 超 过 3mm 的 壳体外表面修复方法可参照 3 3 1 条要求 修复尽可能在叶片的内部进行 以免造成叶片气动外形的破坏 如必须在 外部进行的 壳体外表面修复方法可参照 3 3 条要求 3 4 筋板上的缺陷的修复方法 筋板上出现皱褶 漏气 包络 干布 分层 芯材缺损或错位或芯材对接 缝隙超出要求的范围等的缺陷的修复方法与 3 3 相同 3 5 大梁上的缺陷的修复方法 主梁帽上出现皱褶 漏气 包络 干布 分层等的缺陷的修复方法与 3 3 相同 3 6 胶接上的缺陷 胶接区的缺陷类型包括 胶粘区域出现空洞 粘接厚度超过允许范围 粘 接宽度不够 粘接界面不良 胶粘剂用量过少产生的开裂 胶接面的缺陷 会影响到产品结构完整性 安全性 一般来说 前缘出现缺胶或气泡等缺陷 通过糊制前缘外包边加强 并根 据情况 可注入胶粘剂填充 腹板出现缺胶或气泡等缺陷 打磨后补胶 缺胶 或气泡 后缘 补胶后糊制外包边加强 3 6 1 胶粘区域出现的小的空洞 直径 20mm 以内 的修复 可以采用向空洞内部注射配制好的树脂胶液的方法修复 3 6 2 粘接厚度超过允许范围的修复 3 6 2 1 后缘粘接区 3 6 2 1 1 后缘粘接厚度超过允许范围 造成后缘厚度超差 如在超出允许公 差 3mm 以内 采用在 SS 面端口打磨斜坡的方式使其达到标准值 斜角宽度不超 过 10mm 检查胶粘剂是否裸露 若胶粘剂裸露则需要多磨掉 1mm 然后再补一 层 1200g m2 45 纤维布 宽为 50mm 固化后用 80 目或 120 目的砂纸打磨平 滑 见图 2 图 2 后缘厚度超出允许公差 3mm 以内的修复 3 6 2 1 如果后缘粘接厚度超过允许范围 造成后缘厚度超出允许公