風電葉片鋸齒尾緣材料選取及安裝工藝要領

薛浩鵬，楊 忠，曾明伍

(1. 東方電氣(天津)風電葉片工程有限公司 天津300480；2. 東方電氣風電有限公司 四川德陽618000)

0 引 言

在我國風電產業發展初期，風電場主要位于三北地區的廣袤草原和戈壁灘，這些地區地廣人稀，由噪聲問題引起的居民不適等情況并未顯現。隨著我國風電場建設由三北地區向西南山區、沿海地區轉移，特別是分散式風電逐步興起，風電機組裝機地點距離人口密集的村莊越來越近，居民區和機位穿插的情況已經十分普遍，由風電機組噪聲引起的人員和動物生活不適越來越受到社會各界特別是風場所在地的居民的關注。不僅在國內，在歐美等風電技術發展較為成熟的地區，因為風電機組運行噪聲引起的當地居民和風電場運營商之間的矛盾也不斷出現。如何降低風電機組運行噪聲，已經成為提升風電場運行業績的主要因素之一，同時提供低噪音風機在可預見的將來必將成為風電機組制造商的一大品牌亮點[1]。

雖然按照風力機噪聲限值的相關標準，機組噪聲滿足環境評估要求，但是風電運營商和當地居民之間依然因為噪聲問題沖突頻發，環境監測部門也無法給出有效解決方案。風電機組噪聲頻率分布覆蓋了人耳的聽覺范圍，隨著風力機大型化發展，葉片氣動噪聲將迅速增加[2]。國外風電機組廠商已經把氣動噪聲作為大型風力機設計水平的一個重要評估指標，隨著我國風電機組出口的快速增長，風電機組噪聲必然會成為風電機組產品的主要指標之一，才能應對國外嚴苛的噪聲標準[3]。因此，設計出低噪聲風力機是增強中國風電機組制造企業國際競爭力的有效途徑之一，研究風電機組噪聲的產生機理和傳播特性，掌握噪聲測試能力是當前發展階段需要面臨的問題之一。

目前，在獲取風電機組實際運行噪聲水平時，主要委托第三方按照IEC 61400—11標準進行測試，或者采用手持式噪聲測試設備進測試。

1 鋸齒尾緣的材料分析

1.1 鋸齒尾緣外形

圖1為鋸齒尾緣的設計外形，由上部三角形和下部矩形粘接區域共同組成，通常尖端三角形高為60～200mm，粘接區域 30～50mm[4]。

圖1 鋸齒尾緣外形Fig.1 Shape of serrated trailing edge

鋸齒加工通常由本體材料加工而成，表面再進行防腐涂料噴涂，即完成一個鋸齒的加工。

1.2 鋸齒本體材料選擇

鋸齒本體通常有 3種材料選擇：玻璃鋼(FRP)、工程塑料PC、樹脂ABS。綜合考慮成本通常采用FRP，為提升耐紫外線和耐磨性，表面涂刷聚氨酯高性能油漆，保證鋸齒的使用壽命，同時 FRP本身為風力發電葉片成型材料，具有高比強度、高模量的特點。

玻璃鋼(FRP)的缺點是很難進行 3D 加工，氣動外形相對PC和ABS較差。PC和ABS為滿足風力發電設備使用，需要進行特殊改性處理，處理后成本提高。因此鋸齒尾緣多采用玻璃鋼(FRP)，以滿足成本及設計需求。

1.3 鋸齒尾緣的粘接材料

鋸齒尾緣的粘接材料通常采用 3M 膠帶和環氧粘接劑。作為鋸齒尾緣與葉片固定粘合材料，其粘接強度至關重要[5]。3M 膠帶抗拉伸強度可達 620kPa，剪強度 550kPa。由于強度比環氧結構膠較低，需增加粘接寬度。

采用目前環氧粘接劑剪切性能測試標準對 Sika膠剪切性能進行測試，結果見表1。

表1 剪切性能數據表Tab.1 Shear property data

如圖 2所示，從試樣的斷裂形貌來分析，試樣的兩側粘接表面均存在膠粘劑，其破壞方式為 Sika結構膠被破壞。

圖2 剪切試樣斷裂形貌圖Fig.2 Fracture diagram of shear specimen

2 鋸齒尾緣的安裝工藝

2.1 標記安裝區域

將葉片姿態調整到 PS側朝上，適當調整后緣高度，以利于進行操作，在葉片PS后緣上，按照鋸齒安裝區域示意圖進行標記，確認安裝鋸齒的位置。

2.2 打磨葉片粘接區

需打磨掉面漆及膩子，露出玻璃鋼面，并用配有80～120目砂紙的圓盤打磨機打磨葉片表面粘接區(即PS面后緣處30mm寬區域)，確保粘接面打磨粗糙，不允許有光亮面。

2.3 配膠

手動配膠，在干凈的平板臺面或平板玻璃上混膠，用刮板充分混合，時間最少 2min，且混配過程中避免混入氣泡。

2.4 刮膠

用刮板刮膠，使粘接劑均勻布滿在葉片粘接區域。刮膠時要保證刮膠的厚度[使用環氧結構膠，粘接厚度控制在(2±1)mm]。

2.5 粘接

移除鋸齒板面粘接區脫模布，確保鋸齒板粘接區表面粘貼前清潔。將鋸齒板壓到葉片粘接區，鋸齒板接觸膠層表面的順序為沿展向從葉尖到葉根，用手略微壓緊，粘接面內部不允許有氣泡殘留，若有氣泡殘留用擠壓法將氣泡擠出，若無法擠出氣泡應移除鋸齒板重新進行粘接。

2.6 輔助固定、膠厚測量及補膠

用 C型夾輔助固定粘貼好的鋸齒板，每片鋸齒板根據長度適當調整 C型夾數量。C型夾擰至不可移動即可，需保證粘接區 4個邊沿都有膠溢出，輔助固定須保持 3h以上。環氧樹脂膠層厚度為(2±1)mm，檢查邊緣是否缺膠，若缺膠需在邊緣縫隙處注膠并用刮膠板向內部擠膠，填實所有邊緣的空隙。

2.7 密封

使用密封膠槍封邊，需進行密封的邊沿包括 PS面邊沿、相鄰鋸齒板間的間隙、SS面葉片后緣邊沿。

2.8 補漆

待整只葉片的鋸齒安裝完畢，檢查粘貼情況，清除葉片及鋸齒板表面臟污。補漆均勻噴涂或滾刷油漆在鋸齒板上。

3 結 論

鋸齒尾緣本體材料綜合考慮施工工藝、加工方式、加工成本以及材料強度等，玻璃鋼(FRP)作為首選材料。粘接材料方面，環氧結構膠與 3MW 膠帶均具備較強粘接能力，皆可滿足鋸齒尾緣的粘接。風場改造推薦使用3M粘接膠帶，車間內安裝綜合考慮時間及成本等因素，推薦環氧結構膠。