一、褶皱对叶片主梁有危害
1、褶皱的存在会导致叶片提前失效,损失巨大。
2、相关行业已经开展褶皱的研究。然而并不全面,不能涵盖实际运维中经常遇到的问题。
二、研究过程
1、高宽比相同、褶皱高度不同时的应力比较;
2、高宽比相同、褶皱长度不同时的应力比较;
三、研究结果
1、明确损伤类型,及时发现褶皱早期损伤并进行针对性维修或更换
2、不能忽略长度较短褶皱的危害。
风电叶片主梁的成型主要靠单向纤维,单向复合材料结构的典型设计极限是压缩强度极限。褶皱的存在会大幅降低叶片的强度,最终导致叶片提前失效。
叶片作为风电机组的重要部件,成本占整机制造成本的22% 左右,再加上发电量的损失、叶片的运输和吊装成本,叶片失效造成的损失无疑是巨大的。
当前,相关行业已经意识到了褶皱的危害,已经开展了很多关于褶皱的研究。然而,当前针对褶皱的已有研究并不全面,不能涵盖实际运维中经常遇到的问题。
本文以某长 40m、主梁宽度 420mm 的叶片为例进行研究。
褶皱各尺寸参数分别为 :高度 2mm、底部宽度 35mm、顶部宽度 42mm、褶皱长度 420mm。
由于褶皱处树脂早于玻纤失效,以下通过比较不同情况下树脂的应力获得褶皱初始损伤的情况。
一、高宽比相同、褶皱高度不同时的应力比较
以上述叶片为例,在高宽比相同的情况下,对比不同褶皱高度树脂的应力情况。
由计算结果可知 :高宽比相同时,随着褶皱高度的增加,树脂的压力增大,在褶皱高度较小时,随着褶皱高度增加,应力变化幅度较大;当高度增加到一定值时,随着褶皱高度增加,应力变化幅度程减小的趋势。
二、高宽比相同、褶皱长度不同时的应力比较
部分叶片的褶皱仅占整个主梁宽度的一部分,为分析此类叶片。
由计算结果可知:在褶皱截面尺寸不变的情况下,随着褶皱长度的增加,褶皱处树脂应力呈抛物线变化趋势—当褶皱长度小于主梁宽度的约2/3时,随着褶皱长度增加,树脂应力逐渐增大,当褶皱长度介于主梁宽度的1/3与2/3之间时,树脂应力变化幅度在0.5MPa范围内;当褶皱长度大于主梁宽度的约2/3时,随着褶皱长度增加,树脂应力反而逐渐减小。
研究结果
褶皱缺陷最初始的损伤出现在树脂上,最先表现为褶皱边缘处的分层。因此,明确损伤类型,及时发现褶皱早期损伤并进行针对性维修或更换,可以最大程度减低风电场褶皱叶片的运维成本。
相同高宽比的褶皱,随着高度增加,应力也在增大,只依靠高宽比并不能准确描述褶皱的性能。在相同高宽比的情况下,长度为主梁宽度的三分之一与等同于整个主梁宽度的褶皱应力接近,因此,不能忽略长度较短褶皱的危害。