隨著新能源發(fā)展勢頭的高歌猛進(jìn)，風(fēng)能作為其重要的一部分也得到了快速的發(fā)展，風(fēng)機(jī)功率的不斷增大，伴隨而來的是驅(qū)動裝置的不斷增大增強(qiáng)。從早期的在750kW、1.25kW到現(xiàn)在國內(nèi)外相繼推出的5mW、6mW的機(jī)型，作為風(fēng)能的傳遞載體，風(fēng)力發(fā)電復(fù)合材料葉片也從12m、31m不斷增長至現(xiàn)在的56m、62m。
　　伴隨著葉片的不斷增長，葉片的加工制作水平也在不斷的提升，然而同時(shí)增加的不利因素也在增多，葉片在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障損傷的情況更是從出不窮。故障損傷大致可以分為兩個方面，人為因素、外力環(huán)境因素。通過對這兩個方面的分析，可以從中總結(jié)出風(fēng)力發(fā)電復(fù)合材料葉片在日常運(yùn)轉(zhuǎn)中需要注意的相關(guān)問題，以便更好的維持整臺風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。以下對上述兩個方面做詳細(xì)分析。
　　1人為因素
　　早期的復(fù)合材料葉片的設(shè)計(jì)更多的建立在假設(shè)條件下，對于環(huán)境等因素考慮較少，材料的使用、疲勞強(qiáng)度的預(yù)設(shè)、工藝設(shè)計(jì)等并沒有放在現(xiàn)實(shí)的環(huán)境中去檢驗(yàn)，這樣導(dǎo)致的結(jié)果是在風(fēng)洞試驗(yàn)中可以滿負(fù)荷有效生存時(shí)間在實(shí)際環(huán)境中大大減少，甚至出現(xiàn)“葉毀機(jī)亡”的事故。以下從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個方面分析。
　　2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理
　　葉片的結(jié)構(gòu)和氣動外形設(shè)計(jì)是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工程，如何使其在最小的重量下去獲得做大的捕風(fēng)面積，尤其在以復(fù)合材料為基體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)需要得到最優(yōu)化的方案。當(dāng)然還有機(jī)型的匹配，葉型的設(shè)計(jì)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建造，載荷計(jì)算，風(fēng)洞試驗(yàn)或模型的模擬測試等等，每一步都是一項(xiàng)需要經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)有效的分析才能得出滿足要求的結(jié)果。設(shè)計(jì)的完成并不能保證加工制作的葉片一定能滿足使用要求，第一支葉片的完成需要有靜力載荷試驗(yàn)和頻率試驗(yàn)去檢驗(yàn)其結(jié)構(gòu)的合理性，并且從中獲得相關(guān)的技術(shù)參數(shù)以便對葉片的結(jié)構(gòu)和工藝給予更加有效地修正。
　　隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)量的迅速增加，葉片出現(xiàn)結(jié)構(gòu)問題的故障也不斷涌現(xiàn)，前緣（leading edge）或后緣（training edge）粘接強(qiáng)度不足受力開裂；剪腹板（shearing web）受壓后斷裂或與殼體分離；梁帽（spar cap）設(shè)計(jì)強(qiáng)度不夠出現(xiàn)葉片斷裂；葉片尖部強(qiáng)度不夠?qū)е录獠颗c接閃器同時(shí)脫落；接閃器設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致葉片遭受雷擊；根部連接部位設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致連接螺栓磨損或受力不均扭斷，甚至出現(xiàn)葉片運(yùn)轉(zhuǎn)中飛離輪轂后擊中塔架，等等這些問題給整臺風(fēng)機(jī)帶來的傷害會是致命的。
　　3工藝設(shè)計(jì)不合理
　　工藝設(shè)計(jì)是制作加工的前提保障，合理的工藝設(shè)計(jì)能有效地確保葉片設(shè)計(jì)中的各種參數(shù)合理實(shí)現(xiàn)，并且讓現(xiàn)場操作人員工作過程中有章可循。
　　工藝設(shè)計(jì)的原始資料是設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)參數(shù)，如何有效保證所有技術(shù)參數(shù)在工藝設(shè)計(jì)中得到合理體現(xiàn)，這需要從兩個方面實(shí)現(xiàn)。首先，要吃透設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)文件。設(shè)計(jì)圖紙和文件中包含了所有的工藝參數(shù)，從葉片中各個結(jié)構(gòu)件的制作到結(jié)構(gòu)件的組裝，及組裝過程需要的工裝設(shè)備制作，到一只葉片從模具中完好脫模，再到最后的表面處理，每一步的完成都需要工藝設(shè)計(jì)中有詳細(xì)的步驟說明。當(dāng)然在各工藝步驟中會明確提出許多硬性指標(biāo)，比如梁帽的安裝位置、筋板的安裝位置、芯材的鋪設(shè)位置、纖維布的鋪設(shè)位置、粘接劑的厚度、補(bǔ)強(qiáng)的層數(shù)、表面處理的標(biāo)準(zhǔn)等等，這些指標(biāo)的意義就是保證了產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)要求。
　　工藝設(shè)計(jì)的步驟和操作方法的缺陷是導(dǎo)致葉片加工制造缺陷的主要誘發(fā)因素。加工過程中容易出現(xiàn)問題的工藝執(zhí)行控制點(diǎn)大致可以分為以下幾種：鋪設(shè)（纖維、芯材）、氣泡、結(jié)構(gòu)件位置及粘接、固化（玻璃化轉(zhuǎn)變）、表面處理等。
　　1）鋪設(shè)
　　鋪設(shè)大致可分為兩個方面：梁帽、殼體纖維鋪設(shè)，芯材鋪設(shè)。
　　梁帽（目前通用的材料一般是玻璃纖維，碳纖維現(xiàn)在也陸續(xù)被應(yīng)用到大功率葉片中）是葉片最重要的受力延伸構(gòu)件，作為力的主要傳遞載體，纖維鋪設(shè)平整度是保證大梁強(qiáng)度的首要條件。據(jù)資料顯示纖維在彎曲狀態(tài)下制作的單層板剪切強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度約下降30%~50%。大梁與殼體的纖維如果在彎曲狀態(tài)下，如果單從纖維受力的情況分析葉片的受力，這樣的葉片是有嚴(yán)重隱患的。
　　芯材鋪設(shè)主要體現(xiàn)的是三明治結(jié)構(gòu)的抗剪切能力以及對整只葉片的剛度加強(qiáng)，所以在完成對設(shè)計(jì)要求的芯材位置擺放，還要考慮到芯材在鋪設(shè)過程中產(chǎn)生的滑移和錯位。假如在鋪設(shè)過程中產(chǎn)生錯位或大尺寸芯材間隙，產(chǎn)生的結(jié)果是，在滑移和間隙部位容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致葉片斷裂。
　　2）氣泡
　　氣泡在玻璃鋼復(fù)合材料中是經(jīng)常出現(xiàn)的，當(dāng)然它的出現(xiàn)會帶來很多麻煩。首先在體現(xiàn)在葉片制作過程中，氣泡可能因?yàn)楦鞣N原因在纖維織物內(nèi)部不能有效的排出，導(dǎo)致固化后的產(chǎn)品質(zhì)量明顯下降，表現(xiàn)最為明顯的是梁帽，當(dāng)其在受力情況下會出現(xiàn)應(yīng)力集中。
　　氣泡不僅體現(xiàn)在影響受力方面，還體現(xiàn)在葉片表面，由于氣泡的存在導(dǎo)致葉片表面存在凹坑等，在表面處理過程中增加難度，且影響表面質(zhì)量。
　　3）結(jié)構(gòu)件位置及粘接
　　葉片透過各結(jié)構(gòu)件的有效連接保證其整體強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)件的位置尺寸以及粘接強(qiáng)度是基礎(chǔ)。
　　結(jié)構(gòu)件的位置尺寸主要提現(xiàn)在剪腹板、粱帽等之間的相互位置。合理的位置分布確保了力的平穩(wěn)過渡。結(jié)構(gòu)件之間的有效粘接確保了力的傳遞，避免應(yīng)力集中等現(xiàn)象的出現(xiàn)。例如剪腹板和粱帽通過粘接劑，如果粘接劑內(nèi)部有空洞或粘接表面有光滑面（光滑面減小粘接面），容易引起粘接失效，嚴(yán)重的后果是粘接部位分裂，導(dǎo)致葉片整體失穩(wěn)，斷裂。
　　4）固化（玻璃化轉(zhuǎn)變Tg）
　　葉片的固化狀態(tài)是保證葉片的強(qiáng)度的必要因素。通過模具等相關(guān)設(shè)備對葉片整體進(jìn)行加熱至材料所需要的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），并保持一定時(shí)間，材料的整體性能得到了充分的發(fā)揮，達(dá)到最大強(qiáng)度。如果葉片的固化沒有達(dá)到Tg要求的溫度和時(shí)間，葉片的整體性能和強(qiáng)度得不到保證，這樣的葉片如果安裝在風(fēng)機(jī)上，出現(xiàn)的問題會比較嚴(yán)重。2010年，國內(nèi)個別葉片供應(yīng)商出現(xiàn)了數(shù)十臺風(fēng)機(jī)葉片Tg不合格，導(dǎo)致退貨，這種損失是大家都不愿意看到的。