甘肃省特种设备检验检测研究院/国家风电设备质量监督检验中心(甘肃)检测工程师苗月:《失效分析技术在风电机设备中的应用》

2019-08-26 东方风力发电网 点击:796
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2019年8月21日上午,由东方风力发电网主办的2019中国风电叶片运维技术专题研讨会(CWPM2019)在无锡市锦江大酒店隆重开幕。会议期间,甘肃省特种设备检验检测研究院/国家风电设备质量监督检验中心(甘肃)检测工程师苗月发表了题为《失效分析技术在风电机设备中的应用》的精彩演讲。

 

以下为演讲实录: 

今天我讲的主要是叶片的失效分析,我们作为第三方检测机构对叶片中的失效分析中的专业支持。接下来我主要从以下五个方面进行讲解:分别是叶片失效分析流程;叶片失效分析技术范围;叶片失效分析检测项目;叶片失效分析案例分享;国家风电设备质检中心的概况。 

首先是第一部分:叶片失效分析流程。 

早上叶安的魏总讲了我们的叶片在投产运行中一般有以下几种,断裂包括前缘腐蚀、前缘开裂、后缘破坏还有叶根的局域断裂等状况,那对于我们已经失效的叶片究竟是以上哪种形式的断裂呢?该图讲的是叶片失效分析原因中所有的关键点,从图上可以看出我们主要是从两个方面分析叶片的失效原因:首先是现场端,现场端主要是一些数据、一些环境还有故障叶片情况,工厂端主要是对叶片的形式试验、叶片的材料体系还有制造工艺和返场检验,通过两条线最终整理出叶片失效分析的根本原因。三个方面:叶片、机组和环境。叶片主要是设计认证、工艺验证、材料检验、过程控制和报告管控;机组是振动数据、偏航数据、变桨数据、驱动电机温度和功率曲线;环境包括温度、雷击、覆冰状况和湍流表现。

第三部分检测项目。

我主要分享一下我们找叶片失效分析原因的时候主要集中在哪些数据,对它需要检测。首先是安装参数主要是0刻度铭牌还有螺栓同轴度,还有关键尺寸以及材料性能、以及制造缺陷,制造缺陷主要包括褶皱、干纤维以及处置,材料性能主要是玻璃钢粘接胶,玻璃钢树酯含量、导线电阻率的分析。

 析,首先是机组运行程序,当时是同场其他机组运行状况良好,程序配置无异常,但是风速变化有一个急剧的变化,风速变化大于标准风速变化范围15,风向角度不同,风向角度偏差是大于最大变化范围值,振动数据和变浆电机温度均未出现异常,叶片角度及变浆时变浆电机间温度无差别。风资源主要是从风频、风速、湍流指数、功率曲线和风况影响的分析。全场10分钟平均风速为5.97米 /s,满足机组设计标准,风速变化统计全场半年10分钟运行数据,得到平均风速、最大风速和最小风速的月变化,断流指数全场机组湍流水平较为一致,该机组湍流水平在全场范围内为中等水平,我们发现权场机组功率曲线来看该机组在运行期间机组性能良好,针对故障时刻的风速快速变化实际载荷小于设计载荷。接下来是现场端的雷击分析当地气候雷暴日是20-40天,属于“多雷区”。事故期间属于雷雨天气。 

以上是我们的现场端分析,接下来是工厂端。工厂端主要是叶片 的设计认证、燃料检验还有制造过程、返厂检修等方面。叶片经过了静力试验及疲劳试验验证,取得的GL认证证书,根据叶片设计模型对该叶片进行IFF和曲面的校准。查叶片安装质量验收记录表,未发现结构性的损伤。

工厂端主要对六个方面进行追溯。人员的话发现操作人员和质检员都按员工培训体系完成的相关培训,有上岗资格证。还有设备是故障叶片生产对应时间段的主模具、树脂混胶机等有相关的记录,并且记录完整。材料该叶片使用的原材料有第三方的报告,并且有合格证,检验结果满足要求。叶片生产是全部按照不符合项管理制度进行了维修闭环。检测是对粘接面有一个无损测试。以上是生产过程的追溯。

叶片返厂分析过程。主要是以下六个方面:一个是返厂故障叶片拼接,对于拼接后我们对于各个位置进行了尺寸标注;还有缺失位置检查建立了缺失位置模型图,确定了三个主要断点,叶根11.7米左右,叶中33米 和叶尖的57米处,还有进行外观检查,雷电系统保证前缘的49米出左右有一个小孔有可能是遭受过雷击。最后发现产生叶片失效的根本原因是一开始恶劣的风况 导致扭矩发生局部开裂,持续发展初始断口破坏严重,腹板溃散,蒙皮几主梁分层,叶片整体断裂,还有故障机组有可能遭受过雷击的破坏。

高强度紧固螺栓是风力发电机组的重要部件,在使用过程中由于螺栓本身材质、加工成形工艺、安装及使用环境等因素,禁锢螺栓在长期服役的情况下会经受外界较大的循环载荷作用,会发生缓慢的、持续的微区塑性变形,从而使螺栓容易出现疲劳。对于螺栓的失效我们怎么分析?主要是断口的宏观形貌分析,还有就是化学成份、力学性能分析,化学成分主要是对材料的化学组成成分进行分析,力学性能主要是对抗拉等进行分析。

以上就是关于叶片失效的分享,我们都知道所有的叶片失效都是事后分析,为了避免发生更大的事故,我们只能做事前的分分享。我们作为第三方,主要是以提供全面的技术支持,二是在所有的检测中涉及到数据我们都是参与然后取样检测出具第三方具有CNAS、CMA的报告,还有协助工厂端出具失效数据的报告。接下来我主要介绍一下我们中心。

我们中心是2015年12月21日成立,它是国内首个国家级综合性第三方检验中心,中心主要有三部分组成:分别是兰州的技术研发中心,九泉实验室和正在规划建设的试验风场。兰州的研发中心主要标准的修订,承建国际国内的技术交流,试验风场正在规划筹建中。主要讲一下九泉的试验基地,九泉实验室有叶片检测实验室、无损检测实验室、复材检测实验室、油品检测实验室、金属检测实验室、风电机组综合性能实验室、塔架检验室和在 役机组实验室。无损检测实验室、复合材料检测实验室还有金属检测实验室是对叶片的原材料还有风电的结构钢板等进行原材料的理化性能测试。还有风电机组检测实验室主要是有一个测试平台和移动检测车,它是对机组的运行状态进行监测,油品检测实验室和在 役检测实验室主要对在 役机组进行监测,塔架检测实验室主要对塔桶的第三方监测。

这是我们的合作单位,上面是我们的业主单位,中间是我们的客户群体,下面是我们的技术合作单位。我们也是和中电联有长期的技术检测合作,我们的报告都是获得重电联司法鉴定中心的认可。

以上是我的叶片失效分析的简要介绍,希望大家能够帮助到大家,谢谢。

 (内容来自现场速记,未经本人审核,如有不妥请联系修改)


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