0 引言
　　風(fēng)力發(fā)電產(chǎn)業(yè)作為清潔能源產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要發(fā)展方向，在2003年以后經(jīng)歷了前所未有的高速發(fā)展。尤其是中國(guó)作為風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的后起之秀，2010年后的風(fēng)機(jī)產(chǎn)量、風(fēng)電裝機(jī)量及風(fēng)電保有量的增長(zhǎng)速度均已達(dá)到世界第一[1]。預(yù)計(jì)2020年風(fēng)電的發(fā)電成本將接近常規(guī)的能源，如煤電。風(fēng)電將作為一種潛在的常規(guī)能源而持續(xù)發(fā)展。
　　在風(fēng)力發(fā)電的初期階段，由于發(fā)電機(jī)的功率較小，需要的復(fù)合材料葉片、機(jī)艙罩和導(dǎo)流罩尺寸也比較小，制造基本采用簡(jiǎn)單易行的手糊成型工藝。但是隨著大兆瓦級(jí)的風(fēng)機(jī)關(guān)鍵技術(shù)的突破，復(fù)合材料葉片、機(jī)艙罩和導(dǎo)流罩等產(chǎn)品的成型工藝技術(shù)越來(lái)越傾向于真空導(dǎo)入模塑技術(shù)，由此產(chǎn)生的復(fù)合材料維修問題也就越來(lái)越多。本文對(duì)葉片和風(fēng)機(jī)用復(fù)合材料構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)失效模式及其對(duì)策進(jìn)行綜合探討。
　　1 葉片的復(fù)合材料維修成本
　　有統(tǒng)計(jì)表明[2]，葉片的成本占整機(jī)成本的30%左右，其性能直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能。葉片工作在高空，環(huán)境十分惡劣，空氣中各種介質(zhì)幾乎每時(shí)每刻都在侵蝕著葉片，春夏秋冬、酷暑嚴(yán)寒、雷電、冰雹、雨雪、沙塵隨時(shí)都有可能對(duì)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生危害，隱患每天都有可能演變成事故。尤其是葉片的工作狀況是：處于易形成疲勞失效的交變載荷，并同時(shí)承受上述的惡劣自然環(huán)境的考驗(yàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，風(fēng)電場(chǎng)的事故多發(fā)期是在盛風(fēng)發(fā)電期，而由葉片產(chǎn)生的事故要占到事故的34%[3]（見圖1：風(fēng)機(jī)各部分故障導(dǎo)致停機(jī)的時(shí)間分布），葉片發(fā)生事故電場(chǎng)必須停止發(fā)電，開始搶修，嚴(yán)重的還必須更換葉片，這必將導(dǎo)致高額的維修費(fèi)用，也給風(fēng)電場(chǎng)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)損失。
　　在我國(guó)風(fēng)電開發(fā)還處于一個(gè)發(fā)展階段，風(fēng)場(chǎng)管理和配套服務(wù)機(jī)制尚不完善，尤其是風(fēng)電企業(yè)對(duì)葉片的維護(hù)重視不夠，投入嚴(yán)重不足；風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)存在許多隱患，隨時(shí)都會(huì)出現(xiàn)許多意想不到的事故，直接影響到風(fēng)電場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，系統(tǒng)地開展對(duì)葉片損傷、缺陷及科學(xué)維修的研究已成為當(dāng)務(wù)之急。
　　2 葉片的失效模式舉例
　　葉片的失效模式，按照實(shí)際故障情況，主要有以下幾種形式：
　　2.1 層間開裂 據(jù)相關(guān)企業(yè)的多年風(fēng)機(jī)維護(hù)實(shí)踐，葉片、機(jī)艙罩等風(fēng)機(jī)使用的復(fù)合材料構(gòu)件，一半以上的缺陷都表現(xiàn)為不同程度的開裂。這里“開裂”是指復(fù)合材料層間的剝離失效模式。層間開裂的處理一定要先找到導(dǎo)致開裂的根本原因，并針對(duì)性進(jìn)行維修。后緣粘接區(qū)域的空洞、膠黏劑失效、滲水并局部浸泡等都有可能導(dǎo)致復(fù)合材料分層開裂。這種損傷維修相對(duì)復(fù)雜，原因查找也較困難，較難有通用的維修方案。
　　2.2 橫向開裂 葉片的橫向開裂，微觀上是復(fù)合材料的縱向纖維斷裂，這種故障較層間開裂少得多。但是由于外界因素造成這種開裂的特點(diǎn)是偶發(fā)性、嚴(yán)重性，如嚴(yán)重的風(fēng)沙或石塊撞擊等。橫向開裂維修相對(duì)容易。嚴(yán)重的橫向開裂會(huì)導(dǎo)致葉片折彎，甚至是徹底斷裂的嚴(yán)重事故。
　　2.3 砂眼及表面缺陷 從嚴(yán)重程度說(shuō)，污物附著、劃傷、小面積砂眼、凹坑、大面積系統(tǒng)性砂眼等是葉片常見的表面故障。表面故障往往在故障初期并不影響風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和發(fā)電效率，也不一定會(huì)立即維護(hù)和維修。但是經(jīng)年累月的表面損傷，會(huì)使葉片表面按照上述的順序依次發(fā)展，導(dǎo)致整個(gè)葉片在運(yùn)行中產(chǎn)生了嚴(yán)重的翼端湍流，并且影響到了風(fēng)機(jī)的發(fā)電效率。撞擊（圖2）、靜電灰（圖3）、膠衣脫落、表面粉化等都是表現(xiàn)不同的表面缺陷。幾乎所有的葉片均不同程度的遭受表面缺陷的困擾。
　　2.4 雷擊[4] 風(fēng)機(jī)遭雷擊部件的維修費(fèi)用很高，其中葉片損壞的維修費(fèi)用最昂貴。雷擊故障的研究目前是最系統(tǒng)的，國(guó)際上已經(jīng)形成了葉片防雷的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求。如何科學(xué)維修并制定合理的維修方案，相對(duì)研究較少。
　　還有一些磨損、腐蝕情況，比如玻纖布外露，酸雨侵蝕，風(fēng)沙磨損，鹽霧腐蝕，葉緣磨損等故障模式。將這些故障模式進(jìn)行分類深入研究，達(dá)到系統(tǒng)化、理論化和標(biāo)準(zhǔn)化，是葉片現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的重要基礎(chǔ)。
　　3 葉片現(xiàn)場(chǎng)失效維修對(duì)策
　　隨著國(guó)內(nèi)風(fēng)場(chǎng)裝機(jī)越來(lái)越多，葉片的缺陷維修也在日益受到重視。但是，大多數(shù)風(fēng)場(chǎng)內(nèi)沒有配備專業(yè)葉片檢查、維修人員，許多風(fēng)電場(chǎng)的葉片經(jīng)常處于帶病工作狀態(tài)。目前雖有少數(shù)風(fēng)電場(chǎng)與專門維修公司簽定了維修合同，維修公司按照合同要求定期、不定期的對(duì)風(fēng)場(chǎng)葉片進(jìn)行檢查，記錄并報(bào)告葉片的狀況，作出評(píng)估，給出了維修方案。
　　一般而言，葉片的維修應(yīng)包含以下內(nèi)容[5]：
　　①葉片定期檢查與維護(hù)，檢查磨損、腐蝕情況，對(duì)葉片表面進(jìn)行拋光，可以延長(zhǎng)葉片壽命；②葉片表面定期清洗，清除昆蟲殘骸，清洗靜電灰；③葉片損壞修復(fù)：對(duì)葉片開裂、雷擊缺損、葉尖開裂進(jìn)行修復(fù)，對(duì)葉尖加固、砂眼修堵、膠衣修復(fù)、橫向豎向裂紋阻斷等，必要的情況下還需要對(duì)風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行整體翻新、葉脊加固。
　　另外，還有的葉片供應(yīng)商在葉片表面增加特別涂層，減少冬季葉片結(jié)冰的可能性。
　　復(fù)合材料缺陷和損傷的科學(xué)維修方案研究及應(yīng)用是風(fēng)電時(shí)代呼喚我們急需開展的課題，包括較常見的復(fù)合材料損傷如：自身結(jié)構(gòu)缺陷傷、撞擊及機(jī)械損傷、表面缺陷傷、雷擊損傷和大面積嚴(yán)重?fù)p傷的科學(xué)方案的研究，包括提出一套可以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用的復(fù)合材料損傷維修指南文件，以期在復(fù)合材料損傷維修和維護(hù)領(lǐng)域做出既有專業(yè)性，又有開創(chuàng)性的工作。筆者呼吁各有關(guān)單位盡快開展相關(guān)課題研究，對(duì)風(fēng)機(jī)維護(hù)進(jìn)行科學(xué)指導(dǎo)，對(duì)風(fēng)電運(yùn)行維護(hù)這一全新的領(lǐng)域提出專業(yè)性的指導(dǎo)意見。
　　4 結(jié)論
　　本文綜合分析了復(fù)合材料的典型構(gòu)件：風(fēng)機(jī)葉片的現(xiàn)場(chǎng)失效模式，包括層間開裂、橫向開裂、表面缺陷、雷擊等損傷的形態(tài)，并列舉了葉片現(xiàn)場(chǎng)失效的對(duì)策。復(fù)合材料缺陷損傷是一門已經(jīng)較為成熟的學(xué)術(shù)，但是葉片的維修和維護(hù)及科學(xué)維修方案的制定還亟待相關(guān)單位和學(xué)者開啟開創(chuàng)性的工作。