0 引言
　　風力發(fā)電產業(yè)作為清潔能源產業(yè)的一個重要發(fā)展方向，在2003年以后經歷了前所未有的高速發(fā)展。尤其是中國作為風電產業(yè)的后起之秀，2010年后的風機產量、風電裝機量及風電保有量的增長速度均已達到世界第一[1]。預計2020年風電的發(fā)電成本將接近常規(guī)的能源，如煤電。風電將作為一種潛在的常規(guī)能源而持續(xù)發(fā)展。
　　在風力發(fā)電的初期階段，由于發(fā)電機的功率較小，需要的復合材料葉片、機艙罩和導流罩尺寸也比較小，制造基本采用簡單易行的手糊成型工藝。但是隨著大兆瓦級的風機關鍵技術的突破，復合材料葉片、機艙罩和導流罩等產品的成型工藝技術越來越傾向于真空導入模塑技術，由此產生的復合材料維修問題也就越來越多。本文對葉片和風機用復合材料構件的現(xiàn)場失效模式及其對策進行綜合探討。
　　1 葉片的復合材料維修成本
　　有統(tǒng)計表明[2]，葉片的成本占整機成本的30%左右，其性能直接影響到整個系統(tǒng)的性能。葉片工作在高空，環(huán)境十分惡劣，空氣中各種介質幾乎每時每刻都在侵蝕著葉片，春夏秋冬、酷暑嚴寒、雷電、冰雹、雨雪、沙塵隨時都有可能對風機產生危害，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，并同時承受上述的惡劣自然環(huán)境的考驗。據統(tǒng)計，風電場的事故多發(fā)期是在盛風發(fā)電期，而由葉片產生的事故要占到事故的34%[3]（見圖1：風機各部分故障導致停機的時間分布），葉片發(fā)生事故電場必須停止發(fā)電，開始搶修，嚴重的還必須更換葉片，這必將導致高額的維修費用，也給風電場帶來很大的經濟損失。
　　在我國風電開發(fā)還處于一個發(fā)展階段，風場管理和配套服務機制尚不完善，尤其是風電企業(yè)對葉片的維護重視不夠，投入嚴重不足；風電場運轉存在許多隱患，隨時都會出現(xiàn)許多意想不到的事故，直接影響到風電場的經濟效益。因此，系統(tǒng)地開展對葉片損傷、缺陷及科學維修的研究已成為當務之急。
　　2 葉片的失效模式舉例
　　葉片的失效模式，按照實際故障情況，主要有以下幾種形式：
　　2.1 層間開裂 據相關企業(yè)的多年風機維護實踐，葉片、機艙罩等風機使用的復合材料構件，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致開裂的根本原因，并針對性進行維修。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致復合材料分層開裂。這種損傷維修相對復雜，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是偶發(fā)性、嚴重性，如嚴重的風沙或石塊撞擊等。橫向開裂維修相對容易。嚴重的橫向開裂會導致葉片折彎，甚至是徹底斷裂的嚴重事故。
　　2.3 砂眼及表面缺陷 從嚴重程度說，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機的運行和發(fā)電效率，也不一定會立即維護和維修。但是經年累月的表面損傷，會使葉片表面按照上述的順序依次發(fā)展，導致整個葉片在運行中產生了嚴重的翼端湍流，并且影響到了風機的發(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] 風機遭雷擊部件的維修費用很高，其中葉片損壞的維修費用最昂貴。雷擊故障的研究目前是最系統(tǒng)的，國際上已經形成了葉片防雷的標準和技術要求。如何科學維修并制定合理的維修方案，相對研究較少。
　　還有一些磨損、腐蝕情況，比如玻纖布外露，酸雨侵蝕，風沙磨損，鹽霧腐蝕，葉緣磨損等故障模式。將這些故障模式進行分類深入研究，達到系統(tǒng)化、理論化和標準化，是葉片現(xiàn)場維護的重要基礎。
　　3 葉片現(xiàn)場失效維修對策
　　隨著國內風場裝機越來越多，葉片的缺陷維修也在日益受到重視。但是，大多數風場內沒有配備專業(yè)葉片檢查、維修人員，許多風電場的葉片經常處于帶病工作狀態(tài)。目前雖有少數風電場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、不定期的對風場葉片進行檢查，記錄并報告葉片的狀況，作出評估，給出了維修方案。
　　一般而言，葉片的維修應包含以下內容[5]：
　　①葉片定期檢查與維護，檢查磨損、腐蝕情況，對葉片表面進行拋光，可以延長葉片壽命；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：對葉片開裂、雷擊缺損、葉尖開裂進行修復，對葉尖加固、砂眼修堵、膠衣修復、橫向豎向裂紋阻斷等，必要的情況下還需要對風機葉片進行整體翻新、葉脊加固。
　　另外，還有的葉片供應商在葉片表面增加特別涂層，減少冬季葉片結冰的可能性。
　　復合材料缺陷和損傷的科學維修方案研究及應用是風電時代呼喚我們急需開展的課題，包括較常見的復合材料損傷如：自身結構缺陷傷、撞擊及機械損傷、表面缺陷傷、雷擊損傷和大面積嚴重損傷的科學方案的研究，包括提出一套可以現(xiàn)場實用的復合材料損傷維修指南文件，以期在復合材料損傷維修和維護領域做出既有專業(yè)性，又有開創(chuàng)性的工作。筆者呼吁各有關單位盡快開展相關課題研究，對風機維護進行科學指導，對風電運行維護這一全新的領域提出專業(yè)性的指導意見。
　　4 結論
　　本文綜合分析了復合材料的典型構件：風機葉片的現(xiàn)場失效模式，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)場失效的對策。復合材料缺陷損傷是一門已經較為成熟的學術，但是葉片的維修和維護及科學維修方案的制定還亟待相關單位和學者開啟開創(chuàng)性的工作。