前缘是叶片的什么位置?
上图是叶片某一段的截取示意图,图左侧「Leading edge」箭头所指的部位就是叶片的前缘,就是叶片在旋转时首当其冲和气流接触的部分。
为了更直观,我们看下面的图:
上图左侧叶片的「Leading edge」所指向的绿色部分属于叶片前缘,如果把叶片想象成劈向气流的一把刀,前缘就是刀刃。
典型的叶片前缘腐蚀是什么样的?
请看图:
从左到右,前缘腐蚀的情况越来越严重,像 a) 应该很常见,像 c) 这种就很严重了。
叶片前缘腐蚀带来的危害是什么?
前缘腐蚀带来的直接影响就是破坏了叶片的气动特性,从而影响了叶片的性能。一方面会影响整个机组的出力,同时也可能带来设计之外的载荷。
根据丹麦公司 Blade dynamic 在 2015 年的一项统计,前缘腐蚀问题可能会带来 5% 甚至更多的年发电量损失。
如果腐蚀过于严重,长时间得不到妥善处理,会进一步影响叶片的其他部分,包括局部膨胀,积水,最终导致叶片整体受损难以修复。
叶片前缘腐蚀的成因是什么?
当叶片运转时,和空气的相对速度可以达到 90m/s 以上。前缘部分首当其冲,和空气中的颗粒物、雨水等相互碰撞,其作用效果相当于拿粗糙的砂纸在前缘上摩擦,这是腐蚀的客观成因。
造成腐蚀发生的重要因素还在于叶片制造过程,比如,叶片制造过程中是否包含了前缘保护的工序,在制造过程中的微小瑕疵,可能是造成腐蚀的重要因素,比如加工过程中那些微小的气泡。
需要强调的是,我对叶片制造并不熟悉,关于前缘腐蚀与制造过程的问题,我真希望能找到这方面的行家给大家分享下。
前缘腐蚀一般会在什么情况下发生?
很不幸,有些叶片在运行的第三年就开始出现了。造成这种状况的原因很复杂,但我能查到的多个资料都指出,制造过程中是否执行了前缘保护工序,直接影响到叶片在运行中的表现。
有什么好的预防措施吗?
如果站在运营商的角度看,最好的预防措施就是选择好的产品。
如果是已经投运的机组,则需要在运检过程加强检测,在发生的早期及时科学的处理。如果不及早进行维修, 损坏会延伸至其他更为关键的部分。
有什么好的检测手段吗?
人工目视检测
这是常用的方式,在检修过程中,通过目视的方式对叶片进行检测。或者,更彻底更细致的方式是以蜘蛛人作业的方式近距离核查。
热敏成像检测
上图是一个示例,如果前缘部分发生腐蚀,它的热敏成像表现是不一样的。通过热敏成像,可以有效地帮助我们发现问题。
无人机成像检测
无人机检测更为直观,更为细致,结合近几年突飞猛进的图像智能处理技术,也取得了不错的效果。
海上机组在这方面的问题是不是更为复杂?
是的。因为无论是检测还是维修,其成本都远高于陆上。
国际上有什么新的研究进展?
一个典型的例子,德国科研机构 Fraunhofer 联合多家企业,就叶片腐蚀问题在 2017 年启动了为期 3 年的研究计划,其目的就是为了用数字模拟、环境加速劣化试验等手段,建立叶片前缘等部分的腐蚀模型,为设计、运营和运维方提供参考。