1 概述

2016年11月，国家能源局印发《风电发展“十三五”规划》，明确了“十三五”期间风电发展目标和建设布局。规划指出到2020年底，风电累计并网装机容量确保达到2.1亿千瓦以上，风电年发电量确保达到4200亿千瓦时，约占全国总发电量的6%。

近年来，风电设备制造水平和研发能力不断提高，涌现了一批具有国际先进水平的风电设备制造企业，风机代表如金风科技、上海电气、远景能源等，塔筒代表如天顺风能，叶片代表如中材科技、中复连众等。然而，风电设备行业标准规范的研究滞后于风电行业的发展。 据某企业统计，针对单机容量为1.5MW～2.5MW、累计装机容量约600万kW的风电场工程，风机、塔筒、叶片、电力送出设备四项类别质量事件多达近5000项，其中叶片类质量事件占一半以上。

本文从叶片质量及其验收标准实施现状做梳理分析，为后续开展更深入的研究和标准规范探讨提供借鉴与参考。

2 叶片质量现状

风电叶片是风电机组关键部件之一。随着风力发电机单台功率的不断提高，海上风电及低风速大叶型风电机组产品的应用，叶片尺寸规格也越来越大，对质量可靠性要求也越来越高。主流叶片长度已从40m左右延长至50m～70m，Adwen和LM合作研制的世界最长叶片已达88.4m【世界最长风机叶片LM 88.4研制揭秘】，叶片生产制造成本也越来越昂贵，共占整机总成本15％～20％。

目前，风电叶片主流材料体系为玻璃纤维增强环氧树脂复合材料体系，采用铺层、真空灌注、合模粘接、固化成型等工艺成型。考虑到叶片制造过程中，除了不可控的环境因素（如环境温湿度），纤维铺层、树脂灌注、粘结面的打磨清理以及结构胶粘剂的刮涂等工序，还有大量人工操作，这类生产过程存在较多的质量风险，如纤维褶皱、干纤维、气泡分层、粘接宽度不够以及孔洞缺胶等，这类缺陷需叶片成形后进行检测并在厂内返修至合格，方可出厂。

风电叶片装机后一旦发生质量安全事故，将给相关利益方带来巨大损失。2011年起，中航惠腾公司因风电叶片分层、鼓包、开裂等质量事故频发，导致经营困难，出现巨额亏损。据测算，一台陆上风机叶片重大质量事件处理，因涉及事件原因分析、重新运输供货、 吊装等，综合花销30万元～40万元；而一台海上风机叶片重大质量事件处理，还将涉及到吊装船舶使用，综合花销将在250万元～300万元。更为严重的是，叶片断裂甚至会引起机组倒塌事故的发生，乃至整台机组报废。

3 叶片出厂检验现状

叶片出厂前例行检验一般包括叶片型面翼型的尺寸数据、重量及重心位置、外观质量、复合材料固化度、叶片内部缺陷、叶片配套情况等方面。

在质量检验标准方面，GB/T25383-2010对叶片长度、弦长、扭角、翼型公差、表面粗糙度、成套重量、成套力矩等给出了公差合格判断指标。在其他关键指标上IEC、国家和行业标准中仅给出了原则性要求，未做具体参数要求。对此，各叶片厂编制有厂内制造规范，以弥补标准的不足。目前，各叶片厂制造规范对标准值要求存在差异，常见问题有：粘接宽度、腹板偏移量、合模间隙值等关键尺寸要求不一致，固化度、树脂含量要求不一致，树脂和胶粘剂用量要求不一致，新检验技术与手段在各叶片制造厂的应用不同步，如超声波探伤等方法在叶片内部缺陷检验中的应用。

4 叶片关键质量参数检验研究

4.1 关键结构尺寸研究

叶片多数关键结构尺寸一般由设计并经定型鉴定认证确认，这直接决定了叶片的功用及结构强度性能。在叶片的设计验证过程中，全尺寸静载试验和疲劳测试是最为有效的检测手段。中材科技乔玉军等总结了叶片疲劳测试种类和规范，并展示了叶片全尺寸测试实例，不仅要确定考虑设计安全因子的加载方案，也要确保测试监控的有效性，分析测试过程中所记录的各项指标，分类归纳对比设计安全因子，得出叶片各项指标中的冗余度，针对冗余度进行优化设计，提高叶片可靠性，减少材料用量，降低成本。

但在叶片关键结构尺寸方面，如粘接宽度、腹板偏移量、合模粘接面间隙，这些也直接关系到叶片的运行可靠性。

中材科技薛彩虹等对叶片后缘粘接胶理想宽度进行了模拟计算，结果表明后缘实体粘接胶最理想的粘接宽度范围为100mm～150mm。在以上宽度范围内，后缘应力水平相对较低，强度较低，后缘比较安全。

苏州热工研究院周波等采用有限元建模分析，对叶片厂生产过程中经常发生的腹板偏移 问题进行了针对性研究，腹板偏移对叶片应力值有1.5%的偏差影响，腹板偏移对于叶片整体质量有重要影响。

国电联合动力李奎介绍了一种大型风机叶片制造合模根部免打磨工艺，即通过加高叶片模具根部前后缘分型面的方法将合模缝调整为零，两个半面玻纤铺层抽真空后将出现3mm～5mm的收紧下滑，从而实现将根部合模粘接的6mm～10mm间隙预留出来，免除了后续打磨工序。

4.2 复合材料固化度研究

复合材料固化度与本体组分构成、固化温度高低、固化时长等影响因素密切相关。在叶片制造行业内，通常采用玻璃化转变温度或硬度测量来检验复合材料的固化程度。苏州热工研究院院邹平国等联合洛阳双瑞风电叶片有限公司，针对环氧增强玻纤材料和环氧结构胶粘剂，采用玻璃化转变温度或硬度测试两种方法进行了固化度考察。结果表明，随着玻璃化转变温度的升高， 硬度值并未随之变化，而是在一定范围内波动，见图1。玻璃化转变温度检测应用范围更广且兼顾评估叶片使用温度上限功能，而硬度检测为非破坏性检验手段，操作更为简便，兼顾反映材料力学性能指标。

 图1  玻璃化转变温度与硬度测量比较

4.3 树脂含量研究

从理论上来讲，纤维含量越多，树脂含量越少，强度越高。事实上，一方面，玻璃纤维表面有缺陷，当缺陷被树脂覆盖后，会提高玻璃纤维的强度；另一方面，玻璃纤维布中有许 多纤维是断的，在玻璃钢承受拉力时，靠树脂传递应力才起整体抗拉作用。

树脂含量表征采用GB/T 2577-2005 《玻璃纤维增强塑料树脂含量试验方法》测定，即采用马弗炉试验的方法进行检测。在叶片制造行业内，该破坏性检验方法应用有限，一般通过投料重量计算得出。对于不同部位的树脂含量是否合格则依赖目视检验，即通过观察表面是否存在发白、干纤维等缺陷反映。

中材科技赵立岩等研究了大尺寸海上风电叶片根部灌注工艺，针对6MW级海上风电叶片叶根基圆尺寸为4000mm、灌注困难的特点，制定导流辅材铺放工艺，降低注胶液面差，设定工艺过程参数，从而提高产品浸润效果，树脂含量更均匀，离散性更小。

北京鉴衡曾学林等研究了叶片真空灌注工艺样件尺寸与纤维孔隙的影响，并指出不同类型白斑缺陷与树脂在纤维布层间的流动（如宏观流动、微观流动和虹吸现象）密切相关。在生产过程中，通过灵活设计与匹配工艺因素，如纤维材料与真空材料的间隙、导流材料的尺寸等，可以提高生产效率和避免缺陷。

4.4 内外观检验方法

风电叶片制造质量缺陷中80％以上为风电叶片内、外观质量缺陷。行业标准中笼统规定每片叶片应用敲击检验或无损检验方法进行，合格判据未定。

目前，国内叶片厂中的时代新材、中复连众等少数厂家将超声波实际应用于叶片内外观检测中，如叶片内部粘接缺陷检测，大部分厂家完全靠敲击法进行人工检查。一些研究机构还对红外热成像、X射线、激光全息等检测方法进行了研究，然而这类新型检测方法存在检测成本高昂和缺陷检出率受限等问题。

参考文献

1.乔玉军，李成良，丁惢.基于疲劳测试的叶片优化设计研究。

2.薛彩虹，李成良，朱小芹.风电叶片后缘粘接胶理想宽度的模拟。

3.周波，汪鑫，郑昌伟，等.Finite element analysis for the web offset of wind turbine blade。

4.李奎.一种大型风机叶片制造合模根部免打磨工艺。

5.赵立岩，孙玉权，颜晨，等.大尺寸海上风电叶片根部灌注工艺研究。

6.曾学林，郑磊，李卓，等.叶片真空灌注工艺样件尺寸与纤维孔隙的影响分析