【速记】2017风电叶片复合材料——叶片前缘防护的雨蚀性能评测

　　尊敬的各位领导、各位风电界同仁大家上午好！

　　今天非常荣幸能够在此和大家一起探讨一下叶片前缘雨蚀性能评测的这样一个技术课题。我的报告主要内容有以下几部分，第一部分是公司的一个简单介绍，第二部分是雨蚀机理的简单阐述，第三部分是关于目前行业内常见叶片的前缘防护的设计与评测方法。第四部分是我们提出的一个新的雨蚀设计的评测方法，第五部分是对上述方法进行一个简单的验证和一个考察，最后是根据我们推荐的方法给客户推荐了一个前缘防护的配套。

　　麦加涂料主营业务是涂料，是香港和意大利的合资公司，成立于1976年意大利米兰，总部在上海，研究团队和实验室也在上海，我们主营业务有集装箱涂料、工业防腐涂料、风能涂料还有变压器涂料，我们所有的业务现在都为客户提供水性环保的解决方案，尤其是变压器防腐涂料我们已经有接近40年的行业经验。我们现在在全球有很5家生产基地，年产量大概在20000到30000吨。

　　首先简单介绍一下雨蚀机理，雨蚀机理简单来讲就是雨水撞击到前缘之后会瞬间产生比较强的撕扯力，雨水是叶片前缘会撞击到成千上万个雨滴，雨滴的撞击实际上是一个疲劳的过程。反复的疲劳的受力会让涂层和叶片的材料造成疲劳损害，从而造成整个叶片机体的损伤。

　　雨滴撞击的速度和叶片运行线速度相同，约为50-95米每秒，这样高的撞击之下，常年撞击的疲劳损伤会对叶片造成很强的破坏力。比如说我们这个表格当中统计出来，全国从南到北，从西到东，所有的风场每个地区的降雨量差距很大，从最高的海南地区超过2000毫升，甚至达到3000毫升每年，到西北的沙漠地区每年降雨量小于200毫升。实际考察下来，在海南高降雨量地区及其严重，随着降雨量的递减，前缘的撞击趋势非常明显。

　　材料关于雨蚀的特性，我们认为它的雨蚀特性是接近于材料本身的机械疲劳。就类似于玻璃钢的疲劳指数衰减这样一个规律。所以我们用一个公式表示的话，它大概的规律就是乘以一个长值再加上一个指数的关系，这N就是指材料雨蚀寿命，a是常数，常数是和材料本身的特性还有雨滴的一些形状和它的撞击角度等等这些有关系，我们在这里撞击的角度被设定为90度，叶片前缘实际上是接近90度的。雨蚀当中最重要的参数是速度。根据大量的实验和现场的经验来看，材料的雨蚀对速度非常敏感，也就是说当速度略微有所提升的时候，雨蚀的寿命是呈指数衰减的，所以我们在这个公式当中这个指数是多少，不同的文献和研究报告得出的结论不同。比如说不饱和聚酯的话是4左右，我们认为聚氨酯衰减规律是在5-6之间，比如玻璃钢它的疲劳特性比较好，它的衰减指数就是在10以上。

　　所以说我们来看一下在这个公式的引导下，关于雨蚀的寿命跟速度有多敏感。举个例子，叶片前缘叶尖的速度在70米每秒的时候和我们在高速雨蚀实验当中这个测试的速度，相比140米每秒的情况下，相差大概几十倍多关系。也就是说我在雨蚀实验当中测试了一个小时降雨量是30毫升，那么等同于实际风场当中运行1000-2000毫升这样一个关系。

　　所以说我们有了这样一个测试的手段之后，行业内关于雨蚀的一个评估方法，参照ASTM高速雨滴撞击方法，测试雨蚀性能，最后根据雨蚀性能的结果然后横向推断根据风场的经验，大致评估这个材料能够在风场用几年。那么这种方法是比较明显的一个不足就是在于没有区分不同客户，不同风场的气候差异，有的客户的风场是在南方，有的客户在北方，有的是沿海，有的是内陆。同时不同叶片的设计导致它的叶片的限速度差异非常大，比如说永磁电机和双馈电机限速度20-30米每秒之间。

　　所以说我们在这个行业内缺少这样一个评估方法的前提下，我们提出了一个关于如何去评测前缘防护雨蚀性能的一个理念。就是说把这个问题分解成为两部分，第一部分就是风场以及风机特性所决定的一个就是客户这边一个风场它的一个有效降雨量是多少。在这个有效降雨量的前提之下，我们这个材料它所能承受的等降雨量测试量是要大于客户的风场，风机所对应的有效降雨量。

　　有效降雨量其实就是指叶片处于或者接近饱和发电时的降雨量，我们知道一个风场当中如果下雨的话，下雨的时候不一定在刮风，代表风机不在运转，这个时候雨滴对于前缘的损伤几乎可以忽略。所以说我们提出来一个饱和发电率，饱和发电率就是指如果一个风场一年降雨量是1000的话，那么它真正对前缘材料的损伤的降雨量是多少？比如如果是30%那就是300毫升。所以说我们这个等降雨量就可以根据饱和发电率反推出来，就是说一个风场当中等降雨量除以它的一年当中的有效降雨量，这样我就知道它的服役年限是多少。

　　所以说我们建议的整个评估流程，首先就是去做旋臂式的雨蚀试验，但是我们不推荐做高速的雨蚀实验，因为速度非常敏感，如果要是做高速的雨蚀实验，那么这个实验的结果可能随着这个指数关系，可能跟实际的偏差会被放大很多倍。所以我们推荐尽量接近叶片叶尖速度的相应的70-100米每秒的速度情况下的雨蚀，这样得到的材料等降雨量，从而直接可以算出来一个材料能够在这个风场服役多少年。

　　在这样一个理念的指引下，我们去实际考察了一些风场运行的案例。某客户的风机是2兆瓦的双馈风机，叶片长度50米左右，叶尖速度80，风场位置在某东南沿海风场，雨蚀比较严重的趋势。我们在麦加的雨蚀实验室进行了一个在低速情况下，也就是80m每秒的条件下雨蚀实验，它在这个条件下生存的时间是10个小时，这样可以算出来对应的有效降雨量是多少，是900毫升。这个叶片实际上到考察时间为止已经运行了3年时间，通过气象站的历史数据统计及风机控制器转速、风速的关系，我们统计出来3年之内80m每秒对应有效降雨量是多少，我们得出的结论是有效降雨量已经超过了材料本身所能承受极限，考察的结果也是叶片前缘是出现了典型的前缘雨蚀的一个破坏。

　　第二个案例我们用同样类似的方法，只不过风机还有风场，还有材料的配置有了一些变化。最后叶片运行了5年时间，风场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。最后考察出来的结果就是这个叶片前缘并没有受到损伤。同样我们用类似的流程再评估另外一个案例，是内蒙古的风场，也是同样获取材料的属性，最后得出来的结论是经过7年之后，虽然运行时间比较长，但是这个风场有效降雨量很低，所以整个叶片前缘是接近完好无损的。

　　所以在这样一个雨蚀为主导前缘防护失效前提之下，这几个案例总结下来我们得出的结论就是用这种评估方法至少可以在定性的这个角度上比较准确的预测前缘防护在经过了若干年运行之后，它的一个损伤情况，这样就可以给一个客户风场的规划，还有材料选取，以及风机的配置，在项目开展之前有一个比较清楚的认识，这就是我们提出这样一个评测方法的意义。也就是说根据这个评测方法我们可以根据客户的提出一个风场的风机配置，可以去进行一个计算，计算它对应的风场风机所需要的前缘防护，需要达到什么样的一个雨蚀防护的水准，这样子我就可以为每个客户定制化他自己的一个解决方案，从而做到成本最低、效率最高。

　　好的，这就是我的所有演讲内容，谢谢！