各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位風(fēng)電同仁大家上午好！我跟大家報告的這個是海上風(fēng)電葉片的可靠性設(shè)計。剛才我們遠(yuǎn)景的總監(jiān)已經(jīng)講了質(zhì)量，其實可靠性設(shè)計是質(zhì)量很重要的一部分，那我在我的報告里面也有很多很有需要質(zhì)量，需要關(guān)注的地方，更多的是質(zhì)量的可靠性，設(shè)計的可靠性。
我的報告有三部分內(nèi)容：海上風(fēng)電對葉片的要求；海上葉片設(shè)計開發(fā)過程；海上葉片設(shè)計開發(fā)案例。
海上環(huán)境比較復(fù)雜，我簡單總結(jié)了一下它的有利條件有兩大兩小，兩大就是年平均風(fēng)速大，空氣密度大，對于同樣機(jī)組配置的主機(jī)來說，在海上的環(huán)境下它的年平均風(fēng)速大和空氣密度對年發(fā)電量有很大的提升幫助作用。而兩小湍流強(qiáng)度小和風(fēng)剪切小。兩大帶來的是葉片的極限載荷相對較大，而兩小對葉片的疲勞載荷來說相對較小，這是對葉片有利的地方。
海上的不利條件首先就是海上多臺風(fēng)，究其像我國東南沿海地區(qū)，它的臺風(fēng)中心的風(fēng)速可能達(dá)到30-50米每秒，這樣的話對葉片的極限載荷，尤其是結(jié)構(gòu)的極限承載能力要求很高。它的第二個不利條件就是海上多鹽霧，多雷電，鹽霧使得葉片表面產(chǎn)生電解質(zhì)，帶電粒子使得雷擊概率增加很多。據(jù)有人統(tǒng)計，在海上雷電發(fā)生的時候，可能一天有400多次雷擊到葉片的情況。
海上的三個不利條件就是運(yùn)維難度大，海上環(huán)境的自然環(huán)境惡劣，地理位置又復(fù)雜，它的交通運(yùn)輸也比較困難，使得整個運(yùn)維難度加大，維護(hù)成本非常高。
根據(jù)海上的特點(diǎn)，目前國際國內(nèi)發(fā)展的形勢來看，海上的機(jī)組是呈現(xiàn)一個大型化的發(fā)展趨勢，6兆瓦以上的單機(jī)容量也是成為未來的主力機(jī)型，70米以上也是海上發(fā)展的主流，但是葉片大型化也帶來了效率、重量和載荷這方面的一些新的問題。我下面這張表可能很多人見過，這個也是針對隨著長度的增加，葉片的失效模式也發(fā)生了很大的變化。從載荷工況，失效模式方面來簡單的做一個評估。這里面數(shù)字，比如說5表示的嚴(yán)重度就是比較高的，從載荷方面小葉片的時候更加關(guān)注的是葉片的揮舞方面的氣動載荷，大葉片尤其是70米、90米以上的葉片重力載荷是成為一個主要的關(guān)注點(diǎn)，它的威脅區(qū)域也是發(fā)生了由原來的主梁到葉根后緣方面。在失效模式方面，小葉片關(guān)注的是主梁的失穩(wěn)、葉尖的變形，大葉片關(guān)注葉根粘度的失效，整個過渡區(qū)和后緣粘接區(qū)成為我們設(shè)計開發(fā)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的一些區(qū)域。所以說在葉片長度的增加帶來的尺寸的放大效應(yīng)引起載荷失效模式的變化，對葉片設(shè)計結(jié)構(gòu)可靠性要求更高。
簡單總結(jié)一下就是對海上葉片的可靠性要求從氣動方面尤其是對發(fā)電量要求比較高，結(jié)構(gòu)方面結(jié)構(gòu)的安全可靠。防腐就是防護(hù)可靠，防雷要接閃有效，運(yùn)維方面盡可能減免維修。
以上就是整個關(guān)于海上風(fēng)電對葉片的一個發(fā)展要求。接下來我講一下海上葉片的設(shè)計開發(fā)過程。這是整個葉片的整體設(shè)計流程，從主機(jī)參數(shù)的獲取到風(fēng)場資源參數(shù)的確認(rèn)，這是作為設(shè)計輸入，我們進(jìn)行氣動設(shè)計、材料設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過這個做出來葉片模型，這個葉片模型要與客戶進(jìn)行迭代。整個迭代的設(shè)計過程非常重要，包括我們材料、主機(jī)、葉片，這幾個方面，迭代的次數(shù)越多，葉片與主機(jī)匹配的就越好，我們在將來生產(chǎn)實現(xiàn)，包括后期運(yùn)行維護(hù)更加容易。在設(shè)計輸出以后，輸出葉片的3D模型具備開模的條件進(jìn)行模具制造，這個過程完了以后就進(jìn)行詳細(xì)制圖，工藝設(shè)計、葉片試制和葉片測試。
這邊在進(jìn)行葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，設(shè)計認(rèn)證還有測試、靜力疲勞、防力測試、IP認(rèn)識，整個這一塊是對可靠性的重要的檢驗和確認(rèn)，現(xiàn)在葉片如果沒有型式認(rèn)證就不能進(jìn)入市場，這是國家的強(qiáng)制規(guī)定，但是也是最基本的要求。
這是海上設(shè)計的可靠性保障的一個思路，首先我們在設(shè)計輸入的時候?qū)@些設(shè)計輸入就要做明確的評審確認(rèn)，對每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行確認(rèn)它是否是適合這個葉片的開發(fā)需要。在過程控制中，設(shè)計開發(fā)流程要進(jìn)行優(yōu)化，也進(jìn)行先期的質(zhì)量策劃。剛才施總也講了很多方法，我們這個過程中前面講到了要進(jìn)行第三方的評估，在設(shè)計過程中確保它是安全可靠。
在測試驗證環(huán)節(jié)，我這里面列了一個圖，這就是一個金字塔式的一個圖表，我們更多的測試驗證工作是在材料端，材料的微觀的區(qū)域要進(jìn)行更多的測試和驗證。昨天很多材料廠家也講到了這種測試，這種測試是對部件測試的一個支撐，到頂端，對于產(chǎn)品宏觀方面的驗證就是型式認(rèn)證，相對來說用的時間更短，測試的內(nèi)容更加簡單。在測試驗證后我們整個設(shè)計開發(fā)要有一系列的輸出，對這些輸出也要進(jìn)行評審確認(rèn)，確保結(jié)構(gòu)的安全可靠。
海上葉片開發(fā)的有些難點(diǎn)，那些難點(diǎn)就是根據(jù)產(chǎn)品適銷方面，隨著長度增加帶來的尺寸放大帶來的一些問題，我們兩個難點(diǎn)，一個是低載高效。低傳遞載荷，葉片具有更高效率，產(chǎn)出更多的發(fā)電量。一個是輕質(zhì)高強(qiáng)，結(jié)構(gòu)重量輕，剛度滿足凈空和頻率要求。
在氣動設(shè)計方面，低載高效運(yùn)行的選擇要選擇效率更高的翼型，通過對葉片的弦長、扭角、長度的優(yōu)化來降低葉片的載荷。在氣動設(shè)計方面有一個重要的指標(biāo)，尤其對海上葉片來說在選取效率和間速比的時候，要求CP-（音）波動小，波動小塔頂推力波動小，這樣塔底基礎(chǔ)疲勞載荷小，然后基礎(chǔ)、塔筒設(shè)計安全裕度高。可以有效降低葉片的載荷波動幅度，提升葉片的穩(wěn)定運(yùn)行。
在結(jié)構(gòu)方面就是輕質(zhì)高強(qiáng)，高性能的材料勢在必行，尤其根據(jù)大型化葉片發(fā)展的趨勢，70米以上的葉片對重量的要求更高，輕量化的要求，我們在主梁方面更多的要用到碳纖維材料，后緣要用高模玻纖，整個葉片輕量化設(shè)計的思路要體現(xiàn)在里面。主梁優(yōu)化通過有約束的多元函數(shù)優(yōu)化迭代算法，以剛度和強(qiáng)度目標(biāo)為邊界條件，通過參數(shù)化定義鋪層，降低葉片的重量和成本。在葉根方面為了提高效率，減輕葉片的重量，現(xiàn)在提高葉片的可靠性可以采用厚度更大的鈍后緣，這也是近年來使用比較多的形式。在防護(hù)方面更多關(guān)注接閃器的耐熱性、防腐性，防雷系統(tǒng)的有效接閃率、可在線監(jiān)測性。
測試驗證方面設(shè)計認(rèn)證是必須要做的，我們在進(jìn)行設(shè)計的同時引入第三方進(jìn)行設(shè)計評估，在制造過程中進(jìn)行IPE的制造過程評估，在葉片制造出來以后進(jìn)行掛機(jī)的測試對氣動進(jìn)行認(rèn)證，試驗就是靜力疲勞靜力滿足25年使用壽命驗證，防雷測試也是對認(rèn)證的需要，葉片結(jié)構(gòu)的保證。以上就是簡單的介紹一下葉片設(shè)計開發(fā)過程的一個流程，以及我們設(shè)計開發(fā)過程中需要關(guān)注的重點(diǎn)。
下面簡單介紹一下中材75米葉片的設(shè)計，是在原來77米葉片設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行氣動和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以滿足功率和風(fēng)驅(qū)升級的需要，它的整體要求是要求發(fā)電量更高，成本更低，這跟我們原來海上葉片是一致的。對它的載荷相對來說基本不變。在弦長方面通過對弦長的優(yōu)化，通過優(yōu)化以后減少15m，根據(jù)需要由原來的4m變成3.6m。載荷的降低有利于結(jié)構(gòu)優(yōu)化，在主梁考慮凈空及低載要求，采用碳纖維設(shè)計、玻纖的設(shè)計，這樣對整機(jī)的風(fēng)輪載荷減少10%，偏航載荷減少10%，基礎(chǔ)載荷相應(yīng)減少，對整個結(jié)構(gòu)設(shè)計也是有利的。通過對葉根的優(yōu)化，通過采用預(yù)埋的螺栓連接，螺栓序列個數(shù)也變少了，尤其是鈍尾緣的結(jié)構(gòu)應(yīng)用，葉根的減重可以實現(xiàn)8%。結(jié)構(gòu)設(shè)計完了以后就對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析檢驗結(jié)構(gòu)與主機(jī)匹配的可靠性，我們在分析過程中發(fā)現(xiàn)碳纖主梁設(shè)計的葉片與玻纖主梁設(shè)計的葉片相比，玻纖設(shè)計的葉片更加容易接近額定轉(zhuǎn)速3p的范圍，從這點(diǎn)來看碳纖設(shè)計還是有很大優(yōu)勢的，可以有效的避開共振點(diǎn)。
氣彈的驗證是大葉片重要的薄弱環(huán)節(jié)，我們現(xiàn)在國內(nèi)國外在這一塊也做了很多工作。我們在對大葉片進(jìn)行設(shè)計完了氣動和結(jié)構(gòu)設(shè)計完了也要進(jìn)行氣談的驗證，在頻域和時域中進(jìn)行葉片的靜氣彈和動氣彈穩(wěn)定性分析，確保顫振臨界轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離風(fēng)機(jī)正常工作轉(zhuǎn)速范圍。
結(jié)構(gòu)驗證方面提到靜力和疲勞大家都比較了解，但是部件是被大家忽視的地方，甚至標(biāo)準(zhǔn)也沒有覆蓋，那是我們在以后包括海上葉片上需要重點(diǎn)關(guān)注，包括葉根擋板人孔蓋承壓測試，預(yù)埋件靜強(qiáng)度和疲勞測試，包括葉片工藝解剖驗證，葉片極限破壞性測試，葉片疲勞破壞性測試。這是結(jié)構(gòu)驗證方面。
同樣防雷驗證方面，在防雷系統(tǒng)驗證完了要進(jìn)行理論驗證分析，完成大電流和大電壓的測試，通過認(rèn)證使得整個防雷系統(tǒng)更加可靠有效，這個我們有專題匯報。對防護(hù)方面針對海上多鹽霧的情況，我們現(xiàn)在采取的辦法就是除了前緣采用仿佛的涂料還有加上保護(hù)膜，使得防護(hù)更加可靠。我們現(xiàn)在的海上的前緣防護(hù)還沒有一個完整有效的方案能確保它使用20年和25年，所以在這里也希望我們材料廠家能在這方面也投入更多的研究，更多的模擬真實的測試，讓運(yùn)營更長。在吊裝方式為了保護(hù)這個方面也要局部加強(qiáng)。
以上就是我對整個海上可靠性的一個匯報，但是從我個人的理解來看，早上趙總講到質(zhì)量方面是從初中升到高中了，但是我覺得海上葉片這塊我們還是從小學(xué)可能還沒升到初中，這就需要我們有更多的工作要去做，也吸收多材料廠家、葉片廠家、主機(jī)廠家，包括我們的業(yè)主，在這里能夠投入更多的精力，把工作做得更細(xì)，使得我們海上葉片開發(fā)可靠性更強(qiáng)，提供更好的葉片。好的，謝謝大家，我的報告完畢。
