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产生失效的主要原因,这个不是只是针对风电,是整个机械产品的失效通常都是这样几个方面。一个是设计不合理,第二个是选材不当,或者材料的缺陷,第三个是制造工艺的不合理。最后一个是使用维护,就是在整个从设计到最后使用的过程都有可能出现这样的一些问题。失效分析,通过几十年的发展,国内外也做了很多研究的工作,然后在各个领域,包括汽车的航空航天的其他的一些工程机械都做了,然后也发展出来相应的一些技术,比如断口分析,裂纹分析,痕迹分析,模拟实验等。
由于风电有自己的特色,风电机组有它的特点,特别是风电机组的制造过程和使用环境条件的恶劣,所以它的失效分析应该是有它独特的一些方法学,方法论的。我们这儿就是根据风电的这些特点,然后给出了这样的一个分析流程。部件或者机组的失效通常由这几个方面造成的,针对每一个方面,在失效分析的时候我们开展工作。
第一、设计方面的问题,这个现在在国内其实原始设计,它通常都是经过了比较严格的计算分析,一般是不会有这样的问题的。但是,国内主要面临的是很多各个从国外引进来以后,它的使用的环境条件和原始设计可能不太一样。比如说国外可能没有低温,或者高原这样的一些问题,还有国外设计的机组安全等级有可能是针对二类的,但是国内有可能风能资源好的地方想用到一类,这样它的设计是不是还满足要求,就可能有底验证。另外,设计方面的问题还有认识不足的时候,比如我们初期接触到有设计,在塔桶厚度,塔桶的连接地方没有按照标准的要求,这样相当于这个地方有一个比较严重的硬力集中。这些问题,当然随着现在技术的发展可能逐渐会减少。但是,又会有新的问题产生。所以说,设计问题也是在整个失效分析中不能忽略的一个方面。
第二、生产制造的缺陷,对风电机组来说,生产制造的环节也是比较多的,有整机的装配,它可能对整个传动链,整个机组都会有一定的影响。其中比较突出的是比如叶片,近几年我们国内叶片出的问题还是比较多,叶片除了设计以外,它的制造过程,它对工艺的要求也是比较高的。
第三、安装维护,安装维护不当,在我们国家也是比较突出,因为在现场安装的条件可能也是有限,另外在某些时间进度要求比较严的情况下,对于安装是怎么样要求,比如说现场的塔桶安装的螺栓拧紧,同时按照标准是要完成几步,对称安装去拧,如果不按照这个执行,可能会存在一些安全隐患。
第四、实际运行条件超出机组运行的限制,第一个是机组安全等级于风电场不匹配,它的设计的使用工况通常使用比较可控,风电是被动的,外界条件怎么样,它就承受载荷,比如汽车和飞机的使用工况我们可以预见到,并且可以去控制,去操作它。对风电机组的失效分析来说,我们要特殊考虑的一个方面,就是它的环境条件是否符合,包括可研皆吨的技术选型,当然不只是风况条件,包括其他条件的影响。第二、我们是不是做到了测风数据的准确,包括对测风设备,测风时间,测风数据处理的要求是不是都满足了。最后,测风也对了,但是风电场的地形也是很复杂的,它的排部对发电量有影响,在追求高的发电量的同时,它有可能存在一些不利的机位,载荷比较大。
对风电机组的失效分析,可能整个就是应该从这些方面都做一些考虑。但是,每个失效可能是不太一样的,我们不会说每一个失效都要全部把这些工作都做一遍,我们可以根据失效的信息进行初步的判断,选择最有可能的方面去做,采用排除法去做。
下面就是结合具体的例子,如果说作为一个塔架的失效分析,大概是在刚才的这些内容的基础上,我们去把它结合具体的失效案例做这样的一个展开。塔架首先它的设计问题,包含了塔架的趋势分析,门框这块,因为它有缺口,用门框加强,加强以后,它的结构相对比较复杂一点,所以要做这样一个硬力分析。另外,塔架的法兰连接,也是比较关键的一个受力部位,通过这样的分析,看看设计方面是不是满足要求了。
第二个方面就是生产制造的缺陷。对塔架来说,有可能是塔桶本身,母材就有这样的问题,所以要对母材进行微观的,机械性能的测试。塔架有一个连接螺栓,它的制造质量也会对这个有影响,所以对螺栓本身,也应该做一些这样的性能的测试。另外塔架都是一个一个拦截断拦截起来的,拦缝的强度对整个的影响也是比较关键的。焊接工艺的控制对它的性能,承载能力也是有很大的影响的。所以,对焊缝位置也需要做这样的一些测试。
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