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              CWPM2021:對風電葉片前緣侵蝕和分層評價的推薦方法介紹

              2021-07-31 來源:東方風力發電網 瀏覽數:665

              趙國彬:尊敬的各位嘉賓,各位領導,大家下午好!我是來自于DNV可再生能源認證中國區的趙國彬,今天很榮幸在這個場合和各位分享一下葉片前緣保護的雨蝕或者說侵蝕和分層的推薦方法的介紹。

              CWPM2021:對風電葉片前緣侵蝕和分層評價的推薦方法介紹

              趙國彬_副本
                趙國彬:尊敬的各位嘉賓,各位領導,大家下午好!我是來自于DNV可再生能源認證中國區的趙國彬,今天很榮幸在這個場合和各位分享一下葉片前緣保護的雨蝕或者說侵蝕和分層的推薦方法的介紹。
                
                說起前緣雨蝕或者說前緣保護,今天上午我們的各位專家和下午的專家都有提到,這是一個現在前緣帶雨蝕的損傷或者說跟我們葉片維修中,尤其是海上葉片維修中非常關注的一個問題。那么我就這個問題和各位分享一下,DNV在這個推薦方法或者是標準中有什么樣的要求,或者說可以和行業中可以分享哪些經驗,它可能著眼點并不在維修,可能是在于它的機理的研究或者是預防、預判的過程中。
                
                首先大家可以看到這個標準化在DN面叫DNVRP0573,另外一個是RP0171,這個新的標準是基于我們測試標準的條件下,應用測試的結果來進行耐雨蝕的機理的分析,所以我今天所講的都是圍繞著右邊的那個雨滴的形狀和形態,對我們前緣系統的沖刷或者說腐蝕或者是疲勞的載荷的一個破壞形式,和怎么樣去研究它的一個過程。
                
                說起RP,可能大家沒有一個概念,什么叫RP,RP的全稱就是英文的縮寫,就是推薦方法。那么說到推薦方法,就不得不講一下,這一頁是講DNV在整個風能領域的一個標準的由來的組成。DNV現在是全球領先的第三方認證機構,在風能上是有全套的認證標準,它所有的標準第一層是引用著就是服務規范,他也是給全行業公開使用和免費下載的。另外就是IEC,可能我們在最右手邊的DNVGLSE0074,客戶都可以使用這樣一個指導原則。
                
                第二個是技術標準這一級,所有的材料、標準都可以根據相應的設計原則和標準去開發它的產品,還有最后去在這個產業鏈當中使用,因為這個標準經過取證之后我們是全球互認的,這個還是很重要的。那么另外一個問題衍生出來了,如果說標準目前的現行標準,不管是DNV的標準也好,IEC的標準也好,還是各個國家的標準也好,沒有覆蓋的標準怎么辦呢?那么DNV的做法就是最下面一行,JIP,也就是聯合工業開發項目,就是針對于目前行業中所遇到的一些重點問題、熱點問題和難題如何處理,大家可以把它認為是標委會,是由DNV來組織的。比如說他可以針對某一個熱點問題,來邀請相關利益方,比如說主機廠、保險公司、銀行以及相關的企業,來共同參與和討論研究分享大家的經驗,最后形成的標準九叫RP,所有的RP都是由這個組委會共同完成的,今天講的0573也是由這個組委會完成的。
                
                我們可以看到右邊的字眼,有低溫的現在也有高溫的,超過50度的就是高溫的風機,他就是把難點和沒有覆蓋的標準給覆蓋到了。再下面那個是我們主要是根據海上的風機的腐蝕的條件,非常惡劣,開發的一款推薦方法叫做腐蝕保護,我們現場有業主或者是海上的業主可以去看一下,有非常詳細的指導。
                
                再接下來兩個就是我們的前緣系統的雨蝕基底和分層,還有測試。目前和我們相關的就是最下面的這個,我們內部講JIP叫下一代葉片開發標準或認證標準的指導。它的重點是針對于我們目前最新的標準,140-5和0576兩個標準,沒有覆蓋到的地方來提前做預判,因為未來葉片的新的標準以及我們今天討論的很多重點難題問題都會在新的標準中幫它覆蓋到。但是現在的JIP可能我們在超前,就是未來怎么判定葉片的質量是不是由新的標準和熱點問題都覆蓋到了,所以在這個JIP上也有,但是心里也是正在進行中。
                
                這兩頁我就不細講了,這是我們JIP共同工作組的工作方法,最后形成一個工作報告。這個是0171,我上面有聽說大家有前緣耐雨蝕系統可以經過螺旋槳的雨滴的沖擊。我希望大家可以越來越多的關注到這樣一個測試,因為目前全球來講,具有這樣測試能力和設備的也不多,但是這個測試還有它的獨到性和特殊性,它不像傳統的強度的測試,不同的實驗室之間都可以做數據的重新測試。那么這個耐雨蝕的測試是你在哪里測的,那一次在那個地方測試的才能對比。我也知道國內一些開發測試的資源也在積極的探索,因為未來雨蝕的測試的量將會非常大。
                
                這個就是我們的0573,我今天要分享的,這個是在2020年12月,到目前來看也是非常新的一個標準。參與的機構有哪些呢?就是相關利益者,可以看到有acciona,到主機廠,測試公司都有,在當初發布的時候,我們也在國內廣泛的邀請了各大主要的客戶,最終可以看到上海電氣當時也是同意并確認參加了這個過程,也是全程參與了這個標準的開發和貢獻,我們也很高興有國內的企業積極的參與當中。未來有類似的機構,我們也歡迎在座的所有希望能參加的,只要跟自己相關的都可以來參加,我們是非常開放的去做標準的。
                
                這個就是在開發的過程中,它的定義和概念,這個圖可能以前大家有看到過,對于涂層保護的一個雨蝕的基理,非常復雜。它同時和我們的結構和氣動和下場的環境還有材料本身都有相關的關系,同時它又有非常難的技術挑戰,比如說我們的材料的模型,還有腐蝕的力學,以及漸進式的破壞,以及雨滴的沖刷的軌跡和加速的老化特殊場所的實驗等等,這些在原來復合材料當中都是沒有關注的或者說是一個空白的。那么在整個我們JIP標準研討中,這些點都會作為工作重點的研討方向,并且最后會形成一個成果。
                
                這個是它的五步的工作內容,總結起來剛才說的特點和技術挑戰都是這個里面的內容,但是它最重要形成我們雨滴沖刷前緣保護和風機工作所有的工況結合起來,單獨工況是很簡單的,單獨的雨滴也是很簡單的,但是把它結合起來這就是一個非常復雜的系統。
                
                我就以第四步工作為例,在最右手邊,大家可以看到,它的邏輯是,比如說我們的涂層前緣保護涂層的每一層的產品性能,它的測試性能疊加原材料的安全系數,最后測算出來我們這個項目開發的材料模型來驗算出來它的承受能力。另外針對雨滴的載荷以及冰載等等,來判定出他這樣一個載荷,最后我們就相當于整個雨滴打到葉片表面的一個載荷,要小于你的前緣保護系統的載荷,說明這個材料是可以接著用的,否則的話就要更改,要重新調,或者調更厚或者是改配方。
                
                這個是對于它破壞形式的漸進式的介紹,這個就不細講了。
                
                然后這個是重點的在0573中的失效模型,因為前緣保護的失效模型有很多,今天上午和下午都看到了前緣的損傷是很嚴重的,但是那種損傷程度無外乎這邊的兩種,其一就是雨蝕,我們經過雨滴沖刷之后,表面的油漆脫落,然后基材老化。另外一種就是我們的分層,但是分層可能在原來的研究中沒有過度關注,比如說它的極限、疲勞以及雨滴的載荷等等,接下來我都會介紹一下。
                
                在雨滴沖刷或者是單純的雨蝕過程中,我們引入了一個概念叫Durability耐久性,因為雨蝕是可以計算出來的,但是雨滴沖刷過去的破壞是不能計算的,只能看相對的哪一套系統的耐久性時間更長,所以我們在這個標準中是特別強調了它的耐久性的概念。
                
                第二個是計算方法,我們引入了一個累計損傷的公式,同時這個公式的概念就是它首次把我們雨滴沖刷漸進式損傷和前緣的損失和破壞首次關聯在一起,這個所有的數據要從我們的螺旋槳的耐雨蝕的沖擊中得來的,這是一個最終的判定方法。
                
                說起測試,這邊有幾個紅框的就是,首先就是加速的耐雨蝕測試,我們可以看到它的葉片要達到100米每秒,同時它還有一個高加速的雨蝕測試,可以達到160米美妙,這個就是要加速它的老化或者是雨蝕的速度。下面的測試是各三個樣品,這個很多客戶已經在測的。這個也是,在這個測試中,他是根據雨滴和雨量的分布,采取了雨滴為2毫米的雨滴來進行標準化的測試,其他的雨滴是可以根據它的分布和量化來進行標定的。
                
                下面這個我就給各位介紹一下他由于分層,由于葉片本身引起的,其實我們所有行業大多數關注的都是涂層本身和雨滴對它的沖蝕本身,目前來看是有,但是很少看到有企業在做這個葉片,因為葉片是動態在旋轉,他是有他的極限載荷和疲勞載荷的,這個疲勞載荷對于我們前緣保護系統的機理研究做的是很少的。但是我相信未來隨著海上風電的逐步擴大會越來越多,因為這個海上運維、維護前緣的成本太高了。
                
                它分為兩點,一個是極限載荷,一個是疲勞載荷,極限載荷和疲勞載荷都是分別由我們葉片的基礎上對于前緣所加載的載荷提取的。比如說極限載荷,它可以通過標準樣條的拉伸測試,但是這個測試的樣條如果在座的有做測試或者是做復合材料測試的都知道,原來的測試都是玻璃鋼本體,還沒有加涂層的,那么這個測試就要求把前緣所有的前緣保護涂層加去,然后來做拉伸測試,看它的性能。
                
                地個部分就是疲勞,針對我們部件的疲勞測試,疲勞測試的等效是4000,我們做拉大批拉分別做200萬次常溫和零下35度25萬次,如果說這個有大于4000次未用電的情況還要做一個疲勞后的測試。那么大于4000次是什么概念呢?傳統概念是沒有這么高,但是目前國內是葉片又細又軟,柔性比較大,所以它的葉片可能到4000甚至可能到5000,所以如果未來大家測試的時候把這一條也加上去,那它就非常適合我們國內的情況了。
                
                這個是雨滴的載荷和產生的老化對它的影響,它的影響主要有幾種,一個是我們的剝離力還有一個就是橙色的這個,也就是長期的老化對它的影響。長期的老化我們可以看到黑體的部分,在這個過程中它都有說明,在海上風電,這個老化測試是必須要做的,它的老化大概是25周,每七天為一個周期,做UAA的340,根據16474的光照,還有一個是耐鹽霧,如果證明這個基材不受鹽霧影響,那也可以換成其他的。所以經過這樣一個25周的老化,再去做它的強度,再去做它的耐雨蝕性能是非常必要的,這個目前國內做的也非常少,或者說整個行業做的都非常少??赡茉瓉砦覀儑鴥却蠖鄶刀际顷懮巷L電,陸上風電雨蝕情況沒有那么嚴重,那么海上風電我覺得這一條是推薦做的。這個是推薦,是非強制的,但是它對前緣保護有著一個非常大的促進作用。
                
                另外在這個過程中還有一個比較細節的地方,就是我們的前緣保護系統中,這個基材怎么去定義,因為目前已經出現有一些前緣保護系統允許基材破壞,那么在這個破壞的時候就要聯系我們葉片的設計,如果它的基材變薄了,那么在設計的時候就需要用那個薄的,而不是那個厚的,所以我們首次把涂層系統和葉片的設計進行了緊密的關聯。
                
                這是我們的經過老化和沒有長期老化的一個加速實驗,這邊綠色的是經過高加速實驗的,藍色的是沒有的,右邊就可以反推出來我們用高周期的加速實驗來推導出來沒有加速老化的雨蝕實驗,相當于用快速的方法模擬出傳統意義上的前緣保護系統的耐久性的判定。
                
                剛才說的所有的這些如果歸納為在DNV我們可以給各位做一個什么樣的支持呢?我可以快速講一下。第一個和第二個都是和設備有關,剛才講了一些非標設備,它有標準和設備,這個標準和設備不可互通,不可共享怎么辦?可以委托DNV來作為第三方,因為我們在歐洲和其他地方都做了很多,包括和設備廠都有很多的標準共同開發,還有共同合作。在國內如果開發這樣的設備,我們可以針對于0171的標準進行設備。第二個就是實驗室許可,第三個就是我們的涂層系統材料本題的。最后一個我們這邊可能要多說兩句,最后一個系統,前緣保護系統整體的一個判定,至少目前來講還是一個全新的領域,它就是講了針對于剛才講的所有的極限強度、疲勞載荷等等來綜合評價,不僅是從雨蝕測試來評價,也從我們的疲勞和力學的機理去評價這個前緣保護的系統是否有效。所以它最終是我們在DNV可以頒發一個全保護系統有效性評價的適應性。
                
                我最后用一分鐘介紹一下DNV在能源行業中的使用系統,今年三月起,我們正式更名為DNV,也是在能源轉型的大背景下,DNV在全球范圍內把原有的傳統的石油天然氣行業正式并入能源,現在的名字叫能源系統部,能源系統部的范圍包括風能、太陽能、儲能、氫能、電網、石油天然氣的領域。
                
                最后一頁,我們在六月份發布了一個和未來五年能源轉型的十大行業,我們也看到其中有風電,漂浮式風電。謝謝大家。(內容來自現場速記,未經本人審核,如有不妥,請聯系修改!)
              閱讀上文 >> CWPM2021:風電葉片專業技能培訓標準與要求
              閱讀下文 >> CWPM2021:基于風雷保護和雷擊檢測減低運營成本

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