前言
叶片作为风电机组捕风的唯一构件，是风电机组将风能转化为机械能的重要部件之一，叶片的运行状态直接影响着机组的性能和发电效率。风电机组一般安装在山区、戈壁、海上等环境条件恶劣的地区，叶片在运行过程中长期经受雨水冲击、风沙磨蚀，其前缘作为叶片结构中的切风位置，更加容易受到腐蚀损伤[1]。越靠近尖部，叶片运行的线速度越大，大型海上叶片的叶尖线速度已经超过90m/s，这给叶片前缘腐蚀问题带来更加严峻的考验。前缘出现腐蚀以后，叶片的气动外形将受到影响，导致机组的发电量降低；叶片前缘腐蚀问题如果不及时解决，随着时间的推移，叶片会发生更为严重的结构性损伤，对风电机组的安全运行带来隐患。
不同的运行环境，叶片前缘腐蚀具有不同的特点。我国西北地区的风电机组，造成叶片前缘腐蚀的主要因素为风沙磨蚀和紫外老化；东北地区的机组除了风力摩擦外还要经受低温严寒的考验，过低的温度会导致叶片的前缘防护材料性能降低；海上和沿海地区降水量较大，叶片在高速运转过程中需要经受雨水带来的冲击。本文通过对叶片在不同运行环境中前缘腐蚀地域性特点的研究，为叶片生产过程中的前缘防腐工艺设计提供数据支撑，在确保前缘防腐效果的同时有效管控制造成本。
1 叶片前缘腐蚀的主要原因
导致叶片前缘腐蚀损伤的原因主要由以下几种：风沙侵蚀、雨蚀和紫外线老化。风场已经发生的叶片前缘腐蚀问题主要经历了防护涂层轻微腐蚀（初期阶段）见图1a）、防护涂层腐蚀失效（中期）阶段见图1b)、前缘外补强层腐蚀失效（末期阶段）见图1c）。
1.1 风沙侵蚀
风机运行过程中，叶片与被大风卷起的沙粒形成较大的相对速度，叶片前缘不断受到冲击和摩擦，导致其防护系统逐渐失效。就损伤表现来看，风沙侵蚀造成的叶片前缘防护损伤主要位于叶片尖部运行线速度较大区域，早期表现为分布稀疏的点状损伤，中后期表现为防护涂层均匀的磨损，损伤区域表面呈均一性。装机位置在年平均风速较大且气候干旱区域的风电机组，叶片前缘腐蚀的主要成因为风沙侵蚀，如新疆、内蒙、甘肃等地区。
1.2 雨蚀
雨蚀是造成风电叶片前缘腐蚀的最重要因素，在降雨量较多的风场，由雨蚀造成的前缘腐蚀非常严重。雨蚀是雨滴对叶片前缘表面的高速撞击引起的腐蚀现象，由于叶片尖部运转线速度最大，因此靠近叶尖区域的前缘腐蚀最严重。雨水一般呈弱酸性，对叶片的防护涂层有腐蚀性影响，长期在此环境中运行的叶片会加剧叶片前缘损伤问题。雨蚀造成的叶片前缘腐蚀初期表现为防护涂层破坏，中期时防护涂层被雨水冲刷脱落，最终导致叶片基体结构暴露在外界环境中，造成严重的结构性损伤。雨蚀导致的叶片前缘腐蚀问题主要发生在沿海和海上的风电机组。
1.3 紫外线老化
叶片的防护涂层经过长期的紫外线照射会出现老化现象，涂层断裂延伸率降、弹性等性能降低，具体表现为涂层脆化，严重时涂层出现粉化现象。
2 叶片前缘腐蚀地域性
2.1 降水量对前缘腐蚀的影响
我国各地区的降水量差别很大，沿海多于内陆，南方多于北方，从东南沿海向西北内陆逐渐减少是我国年降水量空间分布的总趋势。
广东茂名高州年均降水量1500~1800mm，山西朔州年均降水量350~450mm，装机位于上述两个地区的叶片表现出了不同程度的前缘腐蚀情况。
表1. 高州与牛家岭风场前缘腐蚀情况比对
广东茂名高州风场42.2m叶片前缘腐蚀损伤情况见图2a)，山西朔州牛家岭风场45.3m叶片前缘腐蚀损伤情况见图2b)。相较于牛家岭风场，高州风场42.2m额定叶尖转速较低，装机运行时间更长，然而前缘腐蚀损伤问题更加严重，结果显示降水量越高的地区前缘腐蚀问题越显著。
图2.降水量对前缘腐蚀的影响
2.2 风沙侵蚀对前缘腐蚀的影响
山西昔阳年均风速2.4m/s，年均降水量540.9mm；甘肃玉门年均风速3.8m/s，年均降水73.7mm。分别位于上述两地区的西寨风场55.2m叶片和桥湾风场55.2m叶片前缘腐蚀情况比对见表3。
表1. 昔阳西寨和玉门桥湾风场前缘腐蚀情况比对
昔阳西寨风场55.2m叶片前缘腐蚀情况见图3a)，玉门桥湾风场55.2m叶片前缘腐蚀情况见图3b）。在降水量明显高于玉门的情况下，昔阳西寨风场55.2m叶片与玉门桥湾风场55.2m叶片表现出了程度相似的前缘腐蚀问题，表明风沙侵蚀也是叶片前缘腐蚀的重要影响因素。
3 结束语
叶片前缘腐蚀问题直接影响到叶片的气动外形及结构稳定，严重制约风电机组的运行质量和经济效益。大体上降水量高的区域叶片前缘腐蚀问题较为严重，主要分布在海上、东南沿海和滇、藏南部地区，进行前缘防腐工艺设计时可着重考虑；气候干燥风沙较小地区的前缘腐蚀问题轻微，在确保有效的防护年限的前提下，可通过调整材料体系或前缘防护系统的面积，从而达到控制生产成本的目的。关于前缘腐蚀的严重程度及各种因素的具体影响还未完全研究透彻，而叶片长度的增加及叶尖转速的提高对叶片前缘腐蚀的影响也需要进一步研究。
参考文献
[1] 卢家骐，牟书香，李权舟. 风电叶片前缘防护技术进展[A]. 玻璃钢/复合材料，2015（07）.
