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CWPM2021:对风电叶片前缘侵蚀和分层评价的推荐方法介绍

2021-07-31 来源:东方风力发电网 浏览数:746

赵国彬:尊敬的各位嘉宾,各位领导,大家下午好!我是来自于DNV可再生能源认证中国区的赵国彬,今天很荣幸在这个场合和各位分享一下叶片前缘保护的雨蚀或者说侵蚀和分层的推荐方法的介绍。

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  赵国彬:尊敬的各位嘉宾,各位领导,大家下午好!我是来自于DNV可再生能源认证中国区的赵国彬,今天很荣幸在这个场合和各位分享一下叶片前缘保护的雨蚀或者说侵蚀和分层的推荐方法的介绍。
  
  说起前缘雨蚀或者说前缘保护,今天上午我们的各位专家和下午的专家都有提到,这是一个现在前缘带雨蚀的损伤或者说跟我们叶片维修中,尤其是海上叶片维修中非常关注的一个问题。那么我就这个问题和各位分享一下,DNV在这个推荐方法或者是标准中有什么样的要求,或者说可以和行业中可以分享哪些经验,它可能着眼点并不在维修,可能是在于它的机理的研究或者是预防、预判的过程中。
  
  首先大家可以看到这个标准化在DN面叫DNVRP0573,另外一个是RP0171,这个新的标准是基于我们测试标准的条件下,应用测试的结果来进行耐雨蚀的机理的分析,所以我今天所讲的都是围绕着右边的那个雨滴的形状和形态,对我们前缘系统的冲刷或者说腐蚀或者是疲劳的载荷的一个破坏形式,和怎么样去研究它的一个过程。
  
  说起RP,可能大家没有一个概念,什么叫RP,RP的全称就是英文的缩写,就是推荐方法。那么说到推荐方法,就不得不讲一下,这一页是讲DNV在整个风能领域的一个标准的由来的组成。DNV现在是全球领先的第三方认证机构,在风能上是有全套的认证标准,它所有的标准第一层是引用着就是服务规范,他也是给全行业公开使用和免费下载的。另外就是IEC,可能我们在最右手边的DNVGLSE0074,客户都可以使用这样一个指导原则。
  
  第二个是技术标准这一级,所有的材料、标准都可以根据相应的设计原则和标准去开发它的产品,还有最后去在这个产业链当中使用,因为这个标准经过取证之后我们是全球互认的,这个还是很重要的。那么另外一个问题衍生出来了,如果说标准目前的现行标准,不管是DNV的标准也好,IEC的标准也好,还是各个国家的标准也好,没有覆盖的标准怎么办呢?那么DNV的做法就是最下面一行,JIP,也就是联合工业开发项目,就是针对于目前行业中所遇到的一些重点问题、热点问题和难题如何处理,大家可以把它认为是标委会,是由DNV来组织的。比如说他可以针对某一个热点问题,来邀请相关利益方,比如说主机厂、保险公司、银行以及相关的企业,来共同参与和讨论研究分享大家的经验,最后形成的标准九叫RP,所有的RP都是由这个组委会共同完成的,今天讲的0573也是由这个组委会完成的。
  
  我们可以看到右边的字眼,有低温的现在也有高温的,超过50度的就是高温的风机,他就是把难点和没有覆盖的标准给覆盖到了。再下面那个是我们主要是根据海上的风机的腐蚀的条件,非常恶劣,开发的一款推荐方法叫做腐蚀保护,我们现场有业主或者是海上的业主可以去看一下,有非常详细的指导。
  
  再接下来两个就是我们的前缘系统的雨蚀基底和分层,还有测试。目前和我们相关的就是最下面的这个,我们内部讲JIP叫下一代叶片开发标准或认证标准的指导。它的重点是针对于我们目前最新的标准,140-5和0576两个标准,没有覆盖到的地方来提前做预判,因为未来叶片的新的标准以及我们今天讨论的很多重点难题问题都会在新的标准中帮它覆盖到。但是现在的JIP可能我们在超前,就是未来怎么判定叶片的质量是不是由新的标准和热点问题都覆盖到了,所以在这个JIP上也有,但是心里也是正在进行中。
  
  这两页我就不细讲了,这是我们JIP共同工作组的工作方法,最后形成一个工作报告。这个是0171,我上面有听说大家有前缘耐雨蚀系统可以经过螺旋桨的雨滴的冲击。我希望大家可以越来越多的关注到这样一个测试,因为目前全球来讲,具有这样测试能力和设备的也不多,但是这个测试还有它的独到性和特殊性,它不像传统的强度的测试,不同的实验室之间都可以做数据的重新测试。那么这个耐雨蚀的测试是你在哪里测的,那一次在那个地方测试的才能对比。我也知道国内一些开发测试的资源也在积极的探索,因为未来雨蚀的测试的量将会非常大。
  
  这个就是我们的0573,我今天要分享的,这个是在2020年12月,到目前来看也是非常新的一个标准。参与的机构有哪些呢?就是相关利益者,可以看到有acciona,到主机厂,测试公司都有,在当初发布的时候,我们也在国内广泛的邀请了各大主要的客户,最终可以看到上海电气当时也是同意并确认参加了这个过程,也是全程参与了这个标准的开发和贡献,我们也很高兴有国内的企业积极的参与当中。未来有类似的机构,我们也欢迎在座的所有希望能参加的,只要跟自己相关的都可以来参加,我们是非常开放的去做标准的。
  
  这个就是在开发的过程中,它的定义和概念,这个图可能以前大家有看到过,对于涂层保护的一个雨蚀的基理,非常复杂。它同时和我们的结构和气动和下场的环境还有材料本身都有相关的关系,同时它又有非常难的技术挑战,比如说我们的材料的模型,还有腐蚀的力学,以及渐进式的破坏,以及雨滴的冲刷的轨迹和加速的老化特殊场所的实验等等,这些在原来复合材料当中都是没有关注的或者说是一个空白的。那么在整个我们JIP标准研讨中,这些点都会作为工作重点的研讨方向,并且最后会形成一个成果。
  
  这个是它的五步的工作内容,总结起来刚才说的特点和技术挑战都是这个里面的内容,但是它最重要形成我们雨滴冲刷前缘保护和风机工作所有的工况结合起来,单独工况是很简单的,单独的雨滴也是很简单的,但是把它结合起来这就是一个非常复杂的系统。
  
  我就以第四步工作为例,在最右手边,大家可以看到,它的逻辑是,比如说我们的涂层前缘保护涂层的每一层的产品性能,它的测试性能叠加原材料的安全系数,最后测算出来我们这个项目开发的材料模型来验算出来它的承受能力。另外针对雨滴的载荷以及冰载等等,来判定出他这样一个载荷,最后我们就相当于整个雨滴打到叶片表面的一个载荷,要小于你的前缘保护系统的载荷,说明这个材料是可以接着用的,否则的话就要更改,要重新调,或者调更厚或者是改配方。
  
  这个是对于它破坏形式的渐进式的介绍,这个就不细讲了。
  
  然后这个是重点的在0573中的失效模型,因为前缘保护的失效模型有很多,今天上午和下午都看到了前缘的损伤是很严重的,但是那种损伤程度无外乎这边的两种,其一就是雨蚀,我们经过雨滴冲刷之后,表面的油漆脱落,然后基材老化。另外一种就是我们的分层,但是分层可能在原来的研究中没有过度关注,比如说它的极限、疲劳以及雨滴的载荷等等,接下来我都会介绍一下。
  
  在雨滴冲刷或者是单纯的雨蚀过程中,我们引入了一个概念叫Durability耐久性,因为雨蚀是可以计算出来的,但是雨滴冲刷过去的破坏是不能计算的,只能看相对的哪一套系统的耐久性时间更长,所以我们在这个标准中是特别强调了它的耐久性的概念。
  
  第二个是计算方法,我们引入了一个累计损伤的公式,同时这个公式的概念就是它首次把我们雨滴冲刷渐进式损伤和前缘的损失和破坏首次关联在一起,这个所有的数据要从我们的螺旋桨的耐雨蚀的冲击中得来的,这是一个最终的判定方法。
  
  说起测试,这边有几个红框的就是,首先就是加速的耐雨蚀测试,我们可以看到它的叶片要达到100米每秒,同时它还有一个高加速的雨蚀测试,可以达到160米美妙,这个就是要加速它的老化或者是雨蚀的速度。下面的测试是各三个样品,这个很多客户已经在测的。这个也是,在这个测试中,他是根据雨滴和雨量的分布,采取了雨滴为2毫米的雨滴来进行标准化的测试,其他的雨滴是可以根据它的分布和量化来进行标定的。
  
  下面这个我就给各位介绍一下他由于分层,由于叶片本身引起的,其实我们所有行业大多数关注的都是涂层本身和雨滴对它的冲蚀本身,目前来看是有,但是很少看到有企业在做这个叶片,因为叶片是动态在旋转,他是有他的极限载荷和疲劳载荷的,这个疲劳载荷对于我们前缘保护系统的机理研究做的是很少的。但是我相信未来随着海上风电的逐步扩大会越来越多,因为这个海上运维、维护前缘的成本太高了。
  
  它分为两点,一个是极限载荷,一个是疲劳载荷,极限载荷和疲劳载荷都是分别由我们叶片的基础上对于前缘所加载的载荷提取的。比如说极限载荷,它可以通过标准样条的拉伸测试,但是这个测试的样条如果在座的有做测试或者是做复合材料测试的都知道,原来的测试都是玻璃钢本体,还没有加涂层的,那么这个测试就要求把前缘所有的前缘保护涂层加去,然后来做拉伸测试,看它的性能。
  
  地个部分就是疲劳,针对我们部件的疲劳测试,疲劳测试的等效是4000,我们做拉大批拉分别做200万次常温和零下35度25万次,如果说这个有大于4000次未用电的情况还要做一个疲劳后的测试。那么大于4000次是什么概念呢?传统概念是没有这么高,但是目前国内是叶片又细又软,柔性比较大,所以它的叶片可能到4000甚至可能到5000,所以如果未来大家测试的时候把这一条也加上去,那它就非常适合我们国内的情况了。
  
  这个是雨滴的载荷和产生的老化对它的影响,它的影响主要有几种,一个是我们的剥离力还有一个就是橙色的这个,也就是长期的老化对它的影响。长期的老化我们可以看到黑体的部分,在这个过程中它都有说明,在海上风电,这个老化测试是必须要做的,它的老化大概是25周,每七天为一个周期,做UAA的340,根据16474的光照,还有一个是耐盐雾,如果证明这个基材不受盐雾影响,那也可以换成其他的。所以经过这样一个25周的老化,再去做它的强度,再去做它的耐雨蚀性能是非常必要的,这个目前国内做的也非常少,或者说整个行业做的都非常少。可能原来我们国内大多数都是陆上风电,陆上风电雨蚀情况没有那么严重,那么海上风电我觉得这一条是推荐做的。这个是推荐,是非强制的,但是它对前缘保护有着一个非常大的促进作用。
  
  另外在这个过程中还有一个比较细节的地方,就是我们的前缘保护系统中,这个基材怎么去定义,因为目前已经出现有一些前缘保护系统允许基材破坏,那么在这个破坏的时候就要联系我们叶片的设计,如果它的基材变薄了,那么在设计的时候就需要用那个薄的,而不是那个厚的,所以我们首次把涂层系统和叶片的设计进行了紧密的关联。
  
  这是我们的经过老化和没有长期老化的一个加速实验,这边绿色的是经过高加速实验的,蓝色的是没有的,右边就可以反推出来我们用高周期的加速实验来推导出来没有加速老化的雨蚀实验,相当于用快速的方法模拟出传统意义上的前缘保护系统的耐久性的判定。
  
  刚才说的所有的这些如果归纳为在DNV我们可以给各位做一个什么样的支持呢?我可以快速讲一下。第一个和第二个都是和设备有关,刚才讲了一些非标设备,它有标准和设备,这个标准和设备不可互通,不可共享怎么办?可以委托DNV来作为第三方,因为我们在欧洲和其他地方都做了很多,包括和设备厂都有很多的标准共同开发,还有共同合作。在国内如果开发这样的设备,我们可以针对于0171的标准进行设备。第二个就是实验室许可,第三个就是我们的涂层系统材料本题的。最后一个我们这边可能要多说两句,最后一个系统,前缘保护系统整体的一个判定,至少目前来讲还是一个全新的领域,它就是讲了针对于刚才讲的所有的极限强度、疲劳载荷等等来综合评价,不仅是从雨蚀测试来评价,也从我们的疲劳和力学的机理去评价这个前缘保护的系统是否有效。所以它最终是我们在DNV可以颁发一个全保护系统有效性评价的适应性。
  
  我最后用一分钟介绍一下DNV在能源行业中的使用系统,今年三月起,我们正式更名为DNV,也是在能源转型的大背景下,DNV在全球范围内把原有的传统的石油天然气行业正式并入能源,现在的名字叫能源系统部,能源系统部的范围包括风能、太阳能、储能、氢能、电网、石油天然气的领域。
  
  最后一页,我们在六月份发布了一个和未来五年能源转型的十大行业,我们也看到其中有风电,漂浮式风电。谢谢大家。(内容来自现场速记,未经本人审核,如有不妥,请联系修改!)
阅读上文 >> CWPM2021:风电叶片专业技能培训标准与要求
阅读下文 >> CWPM2021:基于风雷保护和雷击检测减低运营成本

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