近些年,有不少風力發電機的葉片都有過斷裂的問題。那如果你都說是因為風,那就風也背不動這么多鍋。
所以要說到風力發電機葉片斷裂,那就要說一下所有可能性。來找到最有可能的那項。
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首先,有人覺得是風機轉得太快,把葉片給甩斷了。其實啊,風機自己是有“剎車”的,這個裝置叫偏轉裝置。它能調節葉片跟風的角度——風大了,角度調小一點,轉速就降下來了;風小了,再調回來。所以說,風機是有自我調節能力的,一般情況下不會因為轉太快而出事。你要非說是超速造成的,那得是多極端的情況啊?現實中幾乎不可能。特別是在鄱陽湖這種地方,沒有超級臺風,所以排除這個可能。
那是不是風機用太久,葉片“累”斷了呢?這個說法聽起來有點道理。風機一天到晚轉,葉片確實會疲勞。但現在的葉片材料都很講究,設計時也留足了安全余量,正常用個十幾二十年沒問題。除非是那種特別老舊的機組,或者一直處在特別惡劣的環境里,否則疲勞斷裂也不是說發生就發生的。
但是現在我們能看到。這一批風機有幾個,其他的沒有問題,就這一個到現在斷裂了兩片葉子了。
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那么有沒有可能,是不是運輸途中磕了碰了,葉片帶了“內傷”?這個可能性其實非常小。一片新葉片運到風場,可不是隨便簽個字就完事了。甲方、施工方、廠家,三撥人一起檢查,又是測量又是敲擊,還得簽一堆文件。誰也不敢在這個環節打馬虎眼。真要發現問題,當場就退回去了——這時候退,損失最小。等裝上去再出問題,那麻煩可就大了。
既然上面這些情況都不太可能,那問題出在哪兒呢?咱們就得往設計和生產這兩個源頭去想了。
先說說設計。風機葉片的設計,那真是個“既要又要還要”的技術活。要輕,但不能軟;要捕捉風能效率高,還得避免和塔筒共振。這中間涉及一大堆空氣動力學的計算,連數學家看了都得撓頭。現在設計葉片早就不用人腦硬算了,都是靠專業軟件模擬仿真。而且設計師一般都挺保守的,會在強度、厚度這些關鍵參數上留出足夠的余量。所以從設計層面出問題的概率,其實非常低。
那最后就剩下生產環節了。葉片的生產,是個精細活兒。第一步是開模具,現在有數控機床,模具的精度基本不用擔心。模具開好了,就要在里面搭葉片的“骨架”——這活兒得有老師傅帶著干,因為涉及到三維定位,差一毫米都不行。
現在的葉片基本都是復合材料做的:中間是輕便結實的高密度聚氨酯板,上下兩面貼木質纖維板(就是我們常說的三合板),用結構膠粘牢。然后再在外面纏上幾層玻璃纖維布,最后刷上環氧樹脂膠。等樹脂完全滲透、固化之后,就形成了一塊又輕又結實、還特別耐用的復合材料。
而我覺得,問題很可能就出在最后這道工序——灌注環氧樹脂上。這里有兩種情況特別容易埋下隱患,而且這兩種問題在生產現場都不容易被發現。
第一種情況是灌著灌著,模具封口不嚴,或者被壓力撐開了,樹脂漏了。等工人發現的時候,樹脂已經凝固了,想重新灌都難。你可別小看這點泄漏,每一片葉片要灌多少樹脂都是精確計算好的,少一點都會影響整體強度。
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第二種情況更隱蔽——抽真空沒抽好。灌樹脂的時候,必須把模具里的空氣抽干凈,這樣才能讓樹脂充分浸透玻璃纖維布。要是真空度不夠,或者干脆忘了抽真空,樹脂里就會混進一堆小氣泡。這些氣泡就像在葉片里埋下了一顆顆“微地雷”,當時看不出來,等葉片整天轉啊轉,承受著巨大的離心力和風壓,這些氣泡就可能慢慢擴展成裂縫。
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說到工人,他們都是按流程干活,拿的是固定工資,既沒動機也沒權力去改工藝。但在實際生產中,遇到突發情況,比如樹脂漏了、真空泵出故障了,他們也常常很無奈。在“多一點少一點似乎也行”的情況下,有些人可能就馬虎過去了。
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而這些隱患一旦留下,斷裂就最容易發生在兩個地方:一個是葉片根部,那里受力最大;另一個是葉片中部,那是結構最薄弱的位置。
而很明顯,這次新聞中的風機葉子就是斷裂在中部。
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所以我覺得最有可能的就是灌注環氧樹脂這個生產環節上有了問題。
至于斷裂的風機葉片會不會對周圍大氣環境造成污染。
這直接的物理污染是肯定有的,而且也是主要的。
你可以把葉片斷裂想象成一次高空拋物。巨大的復合材料碎片,主要是玻璃纖維和樹脂的混合體,就這些散落在風場周圍,可能砸壞農田、樹木,威脅到人畜安全。這些碎片在自然環境中很難自然降解,會長期留在那里,占用土地,影響景觀和土地使用。這就是一種典型的物理污染。
清理起來也挺麻煩,大塊的還好說,小碎片散落在草叢、泥土里,很難撿干凈。因為主要材料是玻璃纖維和樹脂的混合體,大塊的看得到,小碎片這細小的部分就很麻煩了。
對大氣環境有間接影響,但沒直接化學污染。
這一點可能和很多人的直覺不一樣。葉片本身在斷裂過程中,并不會像工廠煙囪那樣排放有毒化學氣體到空氣里。它主要的污染形式就是上面說的物理碎片。所以污染可控。風機的葉片也可以維修,平時多注意維護就應該沒有大問題了。
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