风电机组叶片螺栓断裂原因分析及处理

风力发电叶片运行和维护过程中常见损伤分析及处理措施

摘要：叶片是风电机组中的关键部件，其性能好坏直接影响着整个风力发电系统的运行效果。由于叶片长时间处在自然环境中，容易受到各种环境的影响，尤其是雷电、冰雹、雨雪、沙尘的侵蚀，风机随时可能损伤危，险系数极高，容易发生重大事故。如果叶片发生事故，需要立即停止发电及时进行抢修，必要时更换叶片，导致风力发电运行维护成本过高，影响风力发电厂的经济效益。目前，风电企业还没有认识到叶片维修的重要性，忽视了维修资金投入，导致叶片运行隐患甚多，随时引发安全事故,降低了风电场的经济效益。基于此，本文对风电机组运行和维护期间的常见损伤问题进行了分析，并提出了具体的处理建议，仅供参考。

关键词：风力发电；叶片运行和维护；常见损伤；处理措施

引言

风力发电叶片是风力发电机组的重要组成部分，随着近些年风力发电行业的快速发展，许多大型板材行业得到了快速发展，并在生产、运输、吊装、运行等方面取得了长足的进步，同时也出现了不同程度的损伤，这种损伤不但会影响风力发电的生产量，而且还会破坏叶片制造商和风电机组运营商的声誉，降低企业经济效益。本文对风力发电叶片运行和维护过程中常见损伤分析及处理措施进行了研究。

1叶片损伤原因分析

1.1 运输和吊装造成的损伤

无论采用各种工艺和标准，每台风力发电机叶片出厂质量都符合国家规定的要求，因此，叶片的维护和保养需要从装载开始，叶片在道路运输过程中，会受林区、山区，叶片的叶尖与树木刮碰，破坏叶片的质量，叶片末端如果与树枝切割中发生小疤痕，叶片会逐渐造成隐藏事故。叶片表面具有一定的光滑性，沙粒在落下时可以转移它们的受力。如果叶片表面由于划伤而形成松树表面，那么这里的砂粒阻力会发生转变。据相关数据统计，在叶片运输过程中，外部原因对风机叶片的截面积的影响，可占叶片上部受损部分的主要比例。前期叶片受伤的原因是主要是吊装。叶片在吊装过程中，绳索和张力也会不同程度的损伤叶片，尤其是前缘(叶片切割区域)的受损比较严重。当吊起叶片时，绳索和夹具会偏离叶片的中心位置当叶片偏离地面时会偏转角度，会在不同角度产生复位移动和摩擦复位现象。

风力发电机叶片损伤原因及维修措施

邮编:650200

摘要：风力发电机在长期的运行过程中，由于受到了复杂化以及多变性自然环境因素的影响，从而造成了不同形式的损伤以及故障问题，且部分损伤在通常情况下难以得到有效避免，导致风力发电机叶片在运行的过程中，由于受到了机械传动的干扰，使其逐渐出现了断裂以及折断等情况，从而带来了停机问题。现阶段针对风力发电机叶片在运行过程中所受到的损伤原因进行全面化的分析，并及时的找出完善的维修措施，提高风力发电机叶片损伤问题维修工作的整体水平，充分的满足社会生产以及日常生活的用电需求。

关键词：风力发电机；叶片损伤；产生原因；诊断措施；维修方法

风力发电机叶片在运行的过程中，由于受到的恶劣环境因素的影响，并且遭受了较大的风力荷载，并且随时都有可能出现故障问题，从而对风力发电机带来严重的损害，通过对相关维修技术和管理措施的有效使用，采用先进的诊断技术，明确造成风力发电机叶片损伤问题的相关原因，及时对相应的故障区域进行有效处理，保障叶片的正常使用。

1. 风力发电机叶片在运行过程中出现损伤的相关原因

1.1天气等方面的影响

首先，雷击属于风力发电机叶片损伤问题的主要诱因，若叶片当中的留设空间受到了堵塞等问题的影响，则会在下雨天形成严重的积水情况，若遭遇到雷击等问题时，其内部的水分会瞬间蒸发，此时所产生的蒸汽压力会导致叶片出现爆裂等情况。若无法针对叶片的连接点进行加固处理，并难以及时的清除叶片当中的杂质，不仅无法保障流水孔的畅通性，也会对由于雷击对风力发电机叶片所造成的损伤；若无法对风力发电机的防雷系统进行全面化的检查，则不利于保障系统运行的通畅性。其次，风力发电机叶片在转动的过程中，由于超过了额定的风速限制，那么风力发电机会直接对叶片实施顺浆操作，避免叶片的荷载能力过大而受到损伤，但由于风速和风向具有不确定性，导致叶片受到了较大的剪切力，使叶片的荷载量超过了设计方案当中的荷载限制，导致叶片受到损伤。最后，由于风力发电机在大多数情况下安装在风沙较大的区域，并在转动的过程中由于叶尖受到了较高的线速度，在额定的转速作用下使叶尖的线速度超过了70m/s，促使环境当中的沙子对叶片的前缘部分造成严重的磨损，从而带来了开裂问题。

报告编号：2024-05-04-07-605

报告日期：2024年5月4日

报告人：XYZ（责任人）

报告目的：分析和说明2024年5月4日7号机605风机叶片断裂事件的原因和影响，提出相应的解决方案和改进措施。

一、事件概要

2024年5月4日，7号机605风机发生叶片断裂事件。事件发生时，风机正在正常运行中，突然出现巨大声响和振动，导致叶片断裂并散落在周围区域。事故导致的风机停机，同时引发了一系列安全隐患和生产中断问题。

二、事件原因分析

经过对事件的调查和分析，我们得出以下原因：

1.设计缺陷：

风机叶片的设计存在问题，使用的材料强度不足，无法承受长时间高速旋转的负荷。叶片的形状也不符合风机运行的流体力学原理，导致在高运行速度下易发生断裂。

2.制造问题：

在风机叶片的制造过程中，存在一些制造缺陷，如焊接不牢，材料内部存在缺陷等。这些问题进一步削弱了叶片的强度，在运行中容易发生断裂。

3.维护保养不到位： 叶片的定期维护保养工作没有得到充分重视，导致叶片的磨损和疲劳程度加剧，从而加速了断裂的发生。没有进行定期的叶片检查和修复，进一步加大了风机发生断裂的风险。

三、事件的影响

1.安全风险：

风机叶片的断裂导致了周围区域的隐患，如飞溅物、损坏设备、工人受伤等。事故发生时，没有有效的应急措施，加剧了安全风险。

2.生产中断：

风机的停机导致了部分生产线的中断，造成了产量下降和订单推迟交付等问题，对公司的运营和利润产生了负面影响。

3.声誉损失：

由于事件的严重性和影响范围，公司的声誉受到了一定的损害，可能会影响公司的客户和合作伙伴关系。

四、解决方案和改进措施

针对该事件的发生，为避免类似事故再次发生，我们提出以下解决方案和改进措施：

1.设计改进：

重新评估叶片的设计，并对叶片的材料和形状进行优化，确保其能够承受长时间高速旋转的负荷，并符合风机运行的流体力学原理。

2.制造质量控制： 加强对叶片制造过程的质量控制，确保焊接牢固，材料无缺陷，从而提高叶片的强度和可靠性。

风能发电机组结构件的失效分析与预防(待续)第1讲螺栓的失效分析与预防

WANG Rong

【摘 要】对风能发电机组的结构进行了简单介绍,对其上经常失效的结构件以及其材料、热处理工艺和失效形式进行了归纳.选取了机组上应用数量较多、作用比较重要的高强度螺栓作为该讲的主要内容,对螺栓在机组上的应用特点、失效特点、结构特点、受力特点及其失效原因进行了较为详细的论述.结合多年的失效分析经验,采用实际案例的方式,重点介绍了机组上螺栓最常出现的两种失效形式——疲劳断裂和氢脆型断裂,并对这两种失效产生的根本原因进行了剖析,最后提出了避免机组上螺栓失效的预防措施.

【期刊名称】《理化检验-物理分册》

【年(卷),期】2019(055)006

【总页数】10页(P371-380)

【关键词】风能发电机组;结构件;高强度螺栓;失效分析;疲劳断裂;氢脆断裂

【作 者】WANG Rong

【作者单位】

【正文语种】中 文

【中图分类】TM614;TG115

风能发电机组(以下简称为风电机组或机组,WTGS)的结构如图1所示，经常失效的结构件主要分布于“轮毂”总成、“齿轮箱”总成和“偏航系统”总成3个区域，另塔筒内法兰上的连接螺栓也有较多的失效事故发生。笔者主要对风能发电机组上失效概率最高的3种构件，即螺栓(第1讲)、齿轮(第2讲)和轴承(第3讲)的失效模式、失效原因以及相应的预防措施进行了概述。

1 风能发电机组概述

1.1 机组上经常失效的结构件

图1 风能发电机组结构示意图Fig.1 Schematic diagram of structure of the

WTGS

风能发电机组上常见的失效件有：齿圈、齿轴、齿轮、销轴、轴承、高强度螺栓等。

1.2 失效件受力特点

(1) 无风时，机组的叶片停止不动，相当于一个悬臂梁结构。但由于叶片的质量较大(一般MW级别的机组叶片长度达50多米，重量在20 t以上。目前世界上风电机组上最长的叶片是丹麦Vestas的V164-7MW风机，叶轮直径长164 m，单个叶片长80 m)，轮毂及其连接部分的螺栓、相互配合的齿轮及轴承等都将承受较大的静载荷。