1 叶片技术介绍

叶片是风力发电机的一个主要零件，它把风力机与其它机械区分开来，并作为风力发电机的“呼吸中心”起着重要作用。叶片长度决定了风力机能从风中获取多少能量，这是因为它影响着叶轮的扫掠面积。翼型决定了叶片细微的性能。

叶片受人关注，部分是因为可以用多种方法制造叶片：手工雕刻木材，或者用注射成型塑料或拉挤玻纤制造。拉挤是用于生产连续纤维先进复合材料的过程。叶片也会是长60多米的大型复合材料结构。本文将聚焦于手工铺层的玻纤叶片，它们被用于当前大多数的大型风力机上。

叶片不仅要强度大，而且在特殊方向上要有强度。通常采用在特殊方向上的纤维铺层来做到这点。通过设计铺放在叶片中每种材料的纤维以达到特定的强度。仔细选择每层玻纤（或其它纤维）的种类、重量和取向，以满足叶片在强度和模量（刚度/弹性）上的设计要求。

叶片强度主要在主梁帽和支撑梁上，这是一根长的复合材料工字型梁，承载着大部分的负荷。主梁和主梁帽出现的问题通常都是非常严重的。如果叶片的大部分强度是在主梁帽和支撑梁上，那么叶片的其它部分起什么作用呢？答案是：叶片的其它部分是用来从风中捕获能量。从前缘的形状到到叶片本身的宽度，在从风中捕获能量时都起着重要作用。它们被称为翼型。

翼型有不同的形状和大小，取决于你在检查的是叶片的哪一部分。叶尖的翼型和离叶尖10米或离叶根10米处的翼型不同。在沿叶片每个地方，设计翼型使叶片对于在此处的速度和迎风最终攻角最具效率。

2 叶片操作维护问题和提升叶片寿命及性能的建议

2.1 防 雷

由于雷击能引起风力机不同程度的损坏，因此它是工程师关注的焦点，要设法提高叶片在雷击下的生存能力。控制雷击的几种经典方法包括采用叶尖附近裸露的接闪器。这些接闪器和导线相连，把雷击的电流引到叶根。电流在此进入轮毂和主轴，通过电刷把它带到机舱罩的底盘，最后通到地面。但是，即使有一个良好的传导路径至地面，叶片也可能在被雷击中时分层，这是因为叶片中的任何潮气在那时都变成了蒸汽。

2.2 漏 油

因为油渗漏后会穿透叶片层板，引起叶片分离。叶片内部缝隙需要清洁控制。叶片外层的油渗漏能造成污垢，降低其运行效果。

2.3 裂 缝

目测叶片裂缝，这是最容易的一种检查叶片有问题的方法。所有的裂缝应及时报告，以保证它在变成大问题前及时修复。由于裂缝会生长，随着时间的延长，修补起来会比较贵。裂缝会使水进入叶片，在冰融气候中引起叶片损坏。

2.4 污 垢

当翼型变脏后，其性能受到影响。就象一辆汽车的挡风板，叶片也会很快地聚集污垢和虫子。失速调桨风力机在高风速下失速以保护风力机。这些翼型对前缘上的污垢或虫子很敏感，它们会使叶片提前失速。

一个变脏的失速定浆翼型可能会损失20%效率，因此保持干净很重要。在一些地区，每几个星期对叶片进行清洁是很经济的。变桨风力机翼型可避免失速，它和失速定桨叶片不同，不受污垢影响。

2.5 前缘腐蚀

在世界上一些地方，前缘腐蚀是一个严重的问题，而其它地方可能根本不是一个问题。如果你发现前缘腐蚀在你的地区是一个问题时，我们建议使用前缘保护带，它用于叶片前缘。这些带子非常耐用，可以防止腐蚀。

2.6 金属疲劳

虽然大多数叶片使用纤维制造，但一些叶片零件也采用金属。担心的地方是用于桨和叶尖机构的零件托架，因此要寻找这些安装部件的金属支撑架上的裂缝。在拧紧叶片紧固件或螺栓时要小心，过紧或过松都会造成严重的后果。

2.7 冰

叶片上的积冰非常危险，最好的办法是把风力机上的冰都除去。冰减少了翼型的效率，使叶轮失去平衡。在极端结冰条件下，风力机经常被迫关掉。

2.8 可展开的叶尖

这些可移动的叶尖用作刹车装置，防止产生失控。它们用在定桨风力机上。拥有可展开叶尖的叶片需要叶尖维护。针对裂缝和磨损部件，要检查所有的机构。大多数带叶尖的大叶片用电缆连接叶尖至叶根处的激励机构。这些地方的问题涉及叶尖锁断裂、电缆断裂。叶片可以在没有叶尖锁的情况下起作用。但因为叶尖将展开，所以电缆断了，叶片就不起作用了。

在我们看来，有必要问是否所有的叶片应有可展开的叶尖，作为一个最后的安全措施以防止出现失控。在独立桨叶片的风力机上已出现过失控。

2.9 防止叶片损坏

在搬运叶片时，适当保护翼型的薄弱之处很重要。我们经常会看到在搬运叶片时不小心，造成后缘损坏。在用皮带捆扎起来进行搬运前，我们用一个的护套来保护后缘。

2.10 叶片平衡

叶片必须平衡，使它们不会对风力机其余部分或塔架造成过载。就象汽车的轮子，如果叶片不平衡，旋转叶片会引起载荷反复摆动。

2.11静载荷力矩

这是叶片被吊着叶根时的重量。每次轮毂旋转180度，该重量反向。反向的载荷造成许多损坏，如果叶片设计或制造有误，它就会在叶根附近断裂，因为根端所受载荷最大。当叶片越来越长时，它就成为一个关键的设计载荷。

2.12 叶片震动缺陷

当叶片越来越大时，风力机就更昂贵，要使用更多的安全装置。叶片震动可以用加速计测出。控制仪能改变叶片的节矩、风力机速度或其它参数以减小不需要的震动。如果你的风力机在这点上有错，你需要通知你的工程师。如果不去研究产生的原因，它就会变成一个严重的事故。叶片震动缺陷通常需要专门的探测工具，大多数现场技术人员不具备。我们建议用一名风力机工程师收集和分析数据，以找出原因。

2.13 共振频率

当一个物体的震动固有频率与风力机转动速度相匹配时，就产生共振频率。设计叶片时，其固有频率必须和叶轮每分钟转动的频率和塔架摇摆频率不同。否则，正常的叶片跳动在叶片和风力机其它部件共振时被放大，在叶片结构上引起极限载荷。由于叶片形状象翅膀，它们在拍动方向，以边缘间不同频率震动。

当叶片装在变速风力机上，这些频率都需被理解，同时共振问题更加复杂。在叶片制造中大的修补或偏离设计会改变叶片重量，也改变共振频率。这就是为什么风力机可能装有一个叶片振动传感器，如果叶片运作接近任何固有频率，它能使风力机产生故障。

2.14 失 控

失控是风力机不能停下来。它可能是由于制动或桨系统出错造成。也可能是控制器或操作误差引起。这是很危险的情况，因为叶片产生的功率随着转速增加继续上升。如果发电机不在线，没有载荷可阻止每分钟转速上升。

当转速增加，就会产生几种情况。叶片可能回弹，撞到塔架，或者因为离心力增加，引起叶片飞散。如果这种情况发生，叶轮会失控甩出去，风力机可能摇晃脱离塔架。因为没有一个系统是被设计用来对付极限超速，所以塔架或地基可能倒塌，掀翻整个风力机。不要靠近一个失控的风力机，因为它的某些部件可能被甩出几百英尺远。由于现代风力机高度很高，倒塌时它要超过一个足球场大小。

2.15 叶片到塔架的间距

在现代风力机设计中，这是一个重要的设计考虑。因为大多数风力机是迎风的，它们往往会向后弯向塔架。
叶尖和塔架的间距受到以下因素影响：叶片刚度、叶轮转速、风速、叶片塔架距离、机舱罩倾斜、偏航轴溢出和塔架的形状。随着时间延长，偏航轴磨损和叶片老化可能降低叶片和塔架的间距。如果一个叶片撞到了塔架，对叶片是一个灾难性事件，它会损坏整个风机和塔架。

2.16 找出叶片缺陷

通过看，听和感觉，可找出叶片缺陷。一个好的技术人员会听风力机和叶片的声音。一个旋转的叶片所发出的声音如果有任何变化，比如有一个叶片突然开始哨叫，那就意味着叶片中某些部分发生了变化。

如果你再一次注意到你的风力机会向四周摇摆，而这种情况以前从未发生过，那可能叶片中的一些部分发生改变。我们建议使用一副好的双筒望远镜定期扫描检查叶片蒙皮。也可以使用摄像机摄录下对叶片蒙皮的扫描，用于以后的评估，并放大怀疑的区域。但我们建议由同一个人来扫描检查蒙皮或记录，这样使微小的变化也可被看到。不熟练的人可能看不到这些微小变化。

2.17 叶片涂饰

好的叶片涂饰是比较贵的。因为叶片也很贵，所以我们建议在修补后采用好的涂饰。不要使用辊筒或刷子来进行涂饰。一些涂饰工作会使你不能产能，如在叶片前缘上胶衣中的刷痕。除非气动工程师把这些刷痕并入翼型中，否则它们不应该存在。你可能要化时间把它们从新叶片上打磨掉。

2.18 叶距刻痕

这些刻痕通常在叶片外面。对于小叶片这没什么，但对于大叶片，叶距刻痕应放在叶片内外面。如果变桨错了，哪怕是半度，其运行状况也会显著改变。

2.19 叶片标识

我们建议用较大的标识标记叶片，这样从地面或用摄像机就能比较容易地辨别每片叶片，使叶片跟踪不成问题。