摘要：风电场提质增效这一课题，当前成为日益关注的焦点。通过叶片延长技术对在役风电机组进行改造，能降低度电成本，提升经济效益。越来越多的组织和机构进入到叶尖延长的领域中。而叶尖延长在提升经济性的同时，也意味着风险的投入。本文从设计到产品，及外场施工的各个环节提出叶尖延长的流程及质量控制要点。从而为从事叶片延长施工及质量管理同行提供参考。
关键词：风电；叶尖延长；增功；质量控制
一、引言
风电场提质增效这一课题，当前成为日益关注的焦点。主要来源于两个方面：1、我国风电装机容量大，至2015年底，我国累计装机9万余台，累计装机容量1.4亿千瓦。但很多风电场发电性能达不到预期目标，安全余度浪费。风场选址及资源评估等误差导致机组实际运行载荷与设计载荷存在较大差异，为叶片增功改造提供了天然环境。2、上网电价下降趋势的压力，也激发了增功需求。
据报道，采用叶尖延长的方式进行增功，年发电量提升效果明显。发电量提升效果视年平均风速，及延长长度不同有较大区别。尤其对于低风速型及延长尺寸大的风机，发电量的增加甚至超过10%[2，3]。
另外，叶尖延长作为一种新兴技术，投入市场时间较短，项目的风险有多种不确定因素。据行业消息，某司在叶尖加长技改后发生叶片折断，叶片开裂等现象，造成负面影响，而该技术并未得到广泛的实施。本文从设计到产品，及外场施工的各个环节提出叶尖延长的质量控制要点，为后续批量化技改奠定基础。并为从事叶片延长施工及质量管理同行提供参考。
二、叶尖加长设计流程及主要质量控制要点
叶尖延长的设计流程基本上同叶片设计流程一样，在设计之初，需要对风场的风况，功率曲线进行核对，确保机组有提升的空间。由于叶片加长后，对于整机和叶片的载荷均有所变化，为了保证机组的安全性，务必经过下述流程对延长节及原叶片进行计算匹配。
叶尖加长设计主要包括叶尖延长节外形设计，结构设计。整体的设计阶段分为初步设计和详细设计。其中：初步设计的主要任务为：叶片外形的确认，载荷计算结果的确认，叶尖初步结构数据的确认，并提交客户进行机组匹配。详细设计任务主要为：叶片结构的详细设计及客户提供延长后的载荷校核，并生成相应的计算结果报告。主要包含静强度、疲劳强度、屈曲稳定性、纤维间失效，最终确定延长节的结构。如果在此过程中，延长节的刚度、质量未改变，则结构设计和气动设计完成，如延长节的刚度、质量有改变，则需反馈给客户进行新一轮的计算。另外，客户即整机厂家也需要进行校核，确认载荷没有增加。
叶尖延长设计开发标准，遵循引用叶片设计标准，如：GB/T 25383-2010、GL2010等相关标准。除需要满足的相关设计标准以外，主要的质量控制点有几个部分：气动性能需保证延长后外形的光顺。防雷性能需保证延长节同原叶片防雷引下线可靠连接。另外，延长节同原叶片的连接结构形式更为重要。通常采用的胶接形式和补强形式。但为了满足设计的可靠性和产品的安全性，均需要进行延长节同原叶片之间连接的强度校核，甚至需要采用实验的方式提供依据。
三、叶尖延长节生产流程及主要质量控制要点
叶尖延长节的生产同叶片的生产工艺类似，使用真空灌注或手糊工艺分别成型两个壳体，分别为延长节的压力面及吸力面，其中一侧带有腹板[4]，使用胶黏剂将其粘接成一个整体，而该粘接步骤可在厂内或风场施工时完成。待延长节成型后，进入外部修型工序。即进行表面处理及油漆滚涂或喷涂。在延长节生产工艺中，延长节的内部，应当进行防雷组件的安装，配重仓及排水孔的设置等。
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延长节生产质量控制点主要有：铺层是否满足设计图纸的要求，产品灌注或手糊时有无成型缺陷。腹板的定位及粘接胶黏剂厚度，粘接缺陷的控制，产品后缘厚度。另外更需注意延长节合模的胶层厚度，前缘的错模尺寸，若尺寸控制不当，对于后续外场施工的套接段翼型，前缘翼型，套接的胶黏剂厚度均有影响。另外，延长节若采用整体安装方案，延长节的任意部分不得同原叶片设计粘接位置及相关位置干涉，否则影响粘接效果。最后，产品的玻璃化转变温度（Tg）也是一个重点检验项目。
四、叶尖延长节安装施工流程及主要质量控制要点
叶片延长节的外场施工环节是整个叶片延长项目中最为关键的一项。一般对于延长节的安装施工，都需要采用大型的工装进行定位。工装的精度及可靠性是其重要的指标。因此，对于外场的叶尖延长节安装，工装的周期性定检尤为重要。从安装结果上看，工装的可靠性需要满足几个条件：1.叶片延长节同原叶片安装后，在叶片预弯方向，叶片的挥舞及摆振方向同设计外形一致或公差满足要求。2.延长节同原叶片的接口位置满足设计公差的要求。因此，要求工装有足够精确的定位和耐久性。3.为了满足现场施工的需求，工装应当具有可操作性。4.出于高空作业的需要，工装不宜过重。另外工装需满足高空作业的安全要求。
对于外场施工的工艺流程，主要包括延长节配重，延长节工装辅助定位，粘接或补强，防雷引下线的连接及电阻测试，固化及表面处理。对于延长节的配重，需要考虑原叶片的重量，延长节的重量，重心位置等参数，最后满足延长后，三只叶片力矩平衡。延长节工装辅助定位的要求如上所述，重点为工装的设计及使用。对于延长节同原叶片的连接方式，多采用粘接及补强方式。采用粘接工艺进行连接，要求重点控制胶黏剂的厚度，而胶黏剂的厚度极大的影响粘接后的剪切强度[5]；另外，对于胶接缺陷如气泡，缺胶，及缺陷位置及尺寸也对剪切强度及剥离强度有影响[6]；粘接前的表面打磨及清理。
对于补强工序可采用手糊或真空辅助成型，重点控制表面处理及清理情况，对于采用手糊成型的，要求层间避免气泡存在。而在高空进行真空辅助成型，则重点关注真空压力，灌注辅材布置等。从结果上，则要求不得有外观缺陷如发白，干斑等。
对于叶尖延长为结构性连接，无论采用胶接连接还是补强连接，产品的固化度为必检项目。而玻璃化转变温度（Tg）是其最主要且直观依据。在粘接或补强的某一特定位置放置待检样品为必要步骤。采用合适的加温程序后，必须测试Tg值，并满足要求后，才能将连接转入下一工序。一般胶黏剂Tg（中值，DSC法）≥65℃，玻璃钢Tg（中值，DSC法）≥70℃为满足要求。
五、总结
采用叶片延长的办法对风电机组增功，是当前提升在役机组可利用率的一个重要手段，采用合理的控制流程及可靠的生产施工流程是保障产品质量的有效手段，本文将各个环节的控制流程及关键质量控制点进行了论述。供风电同行参考。
参考文献：
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[6]余海洲等.单搭接接头胶层间隙对强度和应力的影响[J].机械强度，2006.28（5），775-779.
论文作者:张立新
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/3/27
标签：叶片论文; 工装论文; 质量控制论文; 粘接论文; 外场论文; 机组论文; 载荷论文; 《电力设备》2018年第30期论文;