葉片是風(fēng)電機組吸收風(fēng)能的主要部件，每臺機組一般配置三支葉片，控制系統根據風(fēng)速高低調節槳距角大小，從而調節風(fēng)機轉速。嚴格來(lái)講，三支葉片應該進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗檢測，但由于葉片長(cháng)度較大，生產(chǎn)廠(chǎng)家無(wú)法進(jìn)行葉片的動(dòng)平衡實(shí)驗。為了盡量保證三支葉片的動(dòng)平衡，葉片生產(chǎn)廠(chǎng)通常檢測每支葉片的重量和重心，必要時(shí)進(jìn)行配重，把重心位置相同、重量一樣的三支葉片編為一組，裝在一臺風(fēng)力發(fā)電機組上。
風(fēng)力發(fā)電機組葉片在生產(chǎn)過(guò)程中，上下殼體合模粘接（葉片前緣粘接、后緣粘接、腹板與上下殼體粘接，如下圖所示）時(shí)需要保證粘接面積和粘接強度，在粘接面上涂抹的結構膠必須充盈，因此合模后結構膠必然有擠出，在粘接部位形成流掛。在葉片運行一段時(shí)間后，由于葉片承受風(fēng)載荷，反復彎曲變形，這些流掛就會(huì )發(fā)生脫落，掉在葉片內部。
二、結構膠流掛對機組運行影響分析
掉落在葉片內部的結構膠流掛，因在三支葉片掉落的位置、數量是隨機的，打破了三支葉片生產(chǎn)時(shí)的動(dòng)平衡。這些脫落的流掛，在低轉速時(shí)隨著(zhù)葉片轉動(dòng)而在葉片內部上下運動(dòng)，形成嘩啦嘩啦的聲音；如果機組葉片在某種情況下高速轉動(dòng)，就可能引起機組劇烈振動(dòng)，甚至造成倒塌事故。葉片內部脫落的結構膠流掛對風(fēng)電機組造成的影響如下：
1、運行噪音
脫落的流掛引起的噪音和葉片轉速相關(guān)，當葉片轉動(dòng)引起的離心加速度（V²/R）小于重力加速度（g）時(shí)，脫落的流掛隨著(zhù)葉片轉動(dòng)而上下移動(dòng)。帶有脫落流掛的葉片在上垂直位時(shí)，脫落的流掛會(huì )在重力作用下下落，從葉尖落到葉根形成噪音；帶有脫落流掛的葉片在下垂直位時(shí)，脫落的流掛又會(huì )在離心力和重力的疊加作用下加速下落，從葉根落到葉尖并撞擊葉尖，再次形成噪音；即低速運行時(shí)，每支葉片隨葉輪旋轉一周會(huì )出生二次噪聲。
當葉片轉速升高，轉動(dòng)引起的離心加速度（V²/R）大于重力加速度（g）時(shí)，脫落的流掛就會(huì )被離心力甩至葉尖，隨葉片轉動(dòng)，不再發(fā)出嘩啦嘩啦的聲響。
2、振動(dòng)
（1）低速運行時(shí)的撞擊振動(dòng)。
當（V²/R）
（2）受控狀態(tài)下高速運行時(shí)的葉片不平衡振動(dòng)。
當（V²/R）> g時(shí)，葉片內部脫落的流掛在葉尖部位，使三支葉片動(dòng)平衡遭受破壞，從而引起機組振動(dòng)。這種振動(dòng)的頻率隨著(zhù)葉片的轉速升高而升高，離心力也隨著(zhù)葉片轉速的升高而增大，從而導致更嚴重的不平衡。機組達到額定轉速后由于變槳控制系統的介入，葉片轉速不再升高，振動(dòng)頻率和離心力可穩定在某一個(gè)數值。
以某品牌141/2.5MW風(fēng)機為例，風(fēng)輪額定轉速11.5r/min，葉片直徑141米，由于葉尖空間狹小，假設脫落流掛停留在葉輪半徑70米處，一支葉片內脫落流掛重5kg，其隨葉片在額定轉速下轉動(dòng)形成的離心力可以由下式計算得出：
離心力 F=MV²/R 式中：M=5kg, R=70m V是葉尖線(xiàn)速度
V由以下公式計算得出：
V = nлD/60= 11.5 *3.14 *140 /60 ≈ 84（m/s）
F = MV²/R = 5 *(84)²/70 = 504(N)
即：?jiǎn)沃~片內5kg的脫落流掛隨葉片在額定轉速11.5r/min下轉動(dòng)給機組帶來(lái)了額外的504（N）頻率為11.5Hz的不平衡旋轉動(dòng)載荷，必然引起機組的運行振動(dòng)。
（3）失控狀態(tài)下高速運行導致的事故。
當控制系統失效等原因，風(fēng)機發(fā)生飛車(chē)時(shí)，即使機組達到額定轉速葉片轉速還會(huì )繼續升高，上述脫落流掛造成的離心力將以與轉速成平方關(guān)系的方式增加：
假設風(fēng)機飛車(chē)后葉片轉速達到100r/min，
則：V = 100 *3.14 *140 / 60 ≈733m/s
F = 5 （733）²/ 70 ≈ 38,378（N）≈3.84t
即：這個(gè)5kg的脫落流掛在隨葉輪100r/min轉速下，對機組形成了約3.84噸的離心力，機組在如此大的周期性離心力作用下將產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，同時(shí)對塔架中下部產(chǎn)生巨大的彎曲力矩，在振動(dòng)和巨大彎曲力矩的疊加作用下，可以在幾分鐘內導致風(fēng)機倒塌。
三、典型案例分析
案例一 2018年3月25日，寧夏某風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生的1.5MW風(fēng)機倒塌事故。
事故概況：2018年3月25日15:27，風(fēng)電場(chǎng)五人對C04號機組進(jìn)行日常維護，約16:40維護工作結束，兩位風(fēng)機輪轂維護人員出輪轂，并搖出葉輪鎖定位銷(xiāo)，關(guān)閉液壓站高速制動(dòng)器控制閥，液壓剎車(chē)鉗打開(kāi)，葉輪開(kāi)始旋轉。其中一位運維人員發(fā)現異常后，于16:42'16"按下“手動(dòng)急停按鈕”，停機失敗。16:42'28"C04風(fēng)機報“超速故障”信號，輪轂維護人員大聲提醒“跑槳啟機了”。16:43:07，手動(dòng)采取高速軸制動(dòng)試圖停車(chē)，風(fēng)機報“本地手動(dòng)停止、液壓剎車(chē)未釋放”故障，但剎車(chē)未動(dòng)作，風(fēng)機轉速快速上升。機艙4名人員立即開(kāi)始緊急依次通過(guò)爬梯下塔。16:45 風(fēng)機發(fā)電機最大轉速達到3946.98rpm。16:46C04風(fēng)機發(fā)生倒塌。
事故記錄：
1） PLC控制器5分鐘數據記錄：16:40至16:45區間：C04機組高速軸剎車(chē)進(jìn)行了釋放操作，發(fā)電機轉速從0rpm開(kāi)始上升，發(fā)電機最大轉速為3946.98rpm，最小轉速為0rpm，平均轉速為1904.045rpm；主軸最大轉速為40.14rpm，最小轉速為0rpm，平均轉速為18.893rpm。
2） 風(fēng)機SCADA系統（數據采集監控系統）故障記錄：16:42'16"進(jìn)行了機艙急停操作；16:42'28"機組激活發(fā)電機超速故障；16:42'33" 激活主軸超速故障；可知16:42'16"機組的轉速低于1980rpm（發(fā)電機轉速軟件保護值為1980rpm）。
3） 16:45:37，風(fēng)機SCADA系統報“塔底急停”故障，此時(shí)塔筒劇烈晃動(dòng)，機組振動(dòng)值為0.506g，超出0.2g的規定值，導致常閉觸點(diǎn)的塔底急停線(xiàn)路斷電。16:45:57，風(fēng)機SCADA系統報“剎車(chē)盤(pán)磨損”，此時(shí)機艙晃動(dòng)加劇，聯(lián)軸器已不規則運行導致剎車(chē)盤(pán)磨損。16:46，風(fēng)機附近人員電話(huà)上報C04飛車(chē)，風(fēng)機倒塌。
4） C04風(fēng)機第二層塔筒與第一層塔筒脫開(kāi)，塔筒法蘭連接螺栓全部斷裂，第二層及以上塔筒連同機艙整體傾倒，第一層塔筒未傾倒且未見(jiàn)明顯異常。
事故分析：根據C04風(fēng)機運行記錄風(fēng)機飛車(chē)，風(fēng)輪轉速達到40r/min便導致了機組劇烈振動(dòng)（晃動(dòng)）致使風(fēng)機倒塌。該起事故的調查報告沒(méi)有特別說(shuō)明風(fēng)機倒塌前有葉片折斷或解體發(fā)生，由此可以斷定必然是三支葉片的動(dòng)平衡受到了破壞，使機組產(chǎn)生劇烈振動(dòng)加晃動(dòng)直至倒塌。
案例二 2015年10月1日，某風(fēng)電場(chǎng)發(fā)生的1.5MW機組倒塌事故。
事故概況：2015年10月1日7時(shí)38分，某風(fēng)電場(chǎng)1A03號1.5MW機組通訊消失，運行值班員通知檢修班長(cháng)，檢修班長(cháng)匯報給風(fēng)電場(chǎng)專(zhuān)責人，并組織人員到現場(chǎng)進(jìn)行檢查。7時(shí)50分檢修人員到達現場(chǎng)，發(fā)現1A03號風(fēng)機已倒塌，下段塔筒法蘭與基礎環(huán)法蘭128顆連接螺栓全部斷裂。經(jīng)現場(chǎng)查勘，塔筒傾倒過(guò)程中有約90度旋轉，下段塔筒有局部彎曲變形，筒身圓形改變?yōu)闄E圓形，基礎環(huán)法蘭有局部向上變形；機艙脫離塔頂距塔筒倒塔方向左側10米左右，機艙本體外殼呈碎裂狀態(tài)；三支葉片嚴重損壞，其中一支葉片距根部2-3米左右斷裂飛出距塔基約187米，葉片斷裂處呈撕裂狀，另兩只葉片雖未脫離輪轂但損壞嚴重。
1A03風(fēng)機在通訊消失前并未報故障。再則由于風(fēng)機數據信息上傳服務(wù)器的儲存方式原因，能夠在服務(wù)器上提取的數據信息僅是6時(shí)29分48秒之前的10分鐘平均數據，調取1A03號風(fēng)機6時(shí)29分48秒之前的10分鐘平均數據，記錄期間風(fēng)機最大風(fēng)速為24.8m/s、有功功率1559.7kW、發(fā)電機轉速1901.9轉/分。
那么從6時(shí)29分到風(fēng)機通訊消失的7時(shí)38分這段時(shí)間機組運行過(guò)程中發(fā)生了什么？是什么神秘的力量把斷掉的那支葉片甩到了187米之外？而另外兩支葉片與輪轂還連在一起？
事故分析：根據理論分析和經(jīng)驗判斷，完全有理由確定風(fēng)機在倒塌前發(fā)生了飛車(chē)。葉輪高速旋轉導致其中一支葉片斷裂飛出，葉輪隨之失去動(dòng)平衡，剩余兩支葉片繼續高速旋轉，在離心力作用下產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和晃動(dòng)，直至倒塌。
案例三 2019年4月12日，甘肅民勤周家井風(fēng)電場(chǎng)倒塌傷亡事故。
于2019年4月12日，民勤航天新能源84#2MW機組在進(jìn)行定檢工作時(shí)發(fā)生風(fēng)機飛車(chē)致機組倒塌，造成4人死亡，1人重傷，1人輕傷的惡性事故。目前還未看到詳細的事故機組運行記錄和完整的事故調查報告，僅從公開(kāi)信息了解到事故發(fā)生的大概過(guò)程。
事故概況：4月12日，84#風(fēng)機進(jìn)行定檢時(shí)未進(jìn)行收槳操作，三支葉片均停在0°左右的開(kāi)槳位置，當時(shí)風(fēng)速約6m/s。定檢人員出現操作錯誤，松開(kāi)了機組剎車(chē)，致使風(fēng)機啟動(dòng)，失去控制發(fā)生飛車(chē)。風(fēng)機在槳葉全開(kāi)狀態(tài)下持續空轉，迅速加速進(jìn)入超速狀態(tài)，其中一只葉片無(wú)法承受過(guò)大的離心力而開(kāi)裂折斷，另外兩支葉片則繼續高速轉動(dòng)，機組失去了動(dòng)平衡，在兩支葉片高速旋轉產(chǎn)生的巨大離心力作用下機組劇烈振動(dòng)和晃動(dòng)，最終導致了風(fēng)機倒塌。
四、總結
從上面的分析和風(fēng)機事故案列，可以看到三支葉片的動(dòng)平衡對機組的安全運行至關(guān)重要，葉片的動(dòng)平衡破壞以后機組會(huì )發(fā)生振動(dòng)和晃動(dòng)，失去控制后就會(huì )造成機組倒塌。風(fēng)機倒塌的案例很多，大多與三支葉片失去動(dòng)平衡相關(guān)。
葉片內部結構膠流掛脫落，在葉片內部隨葉片旋轉則會(huì )破壞葉片之間的動(dòng)平衡，雖然在風(fēng)機低轉速和額定轉速下不會(huì )對風(fēng)機安全造成致命傷害，但在高轉速下則會(huì )產(chǎn)生巨大的離心力，使機組產(chǎn)生劇烈振動(dòng)和晃動(dòng)，嚴重的會(huì )導致葉片解體，風(fēng)機倒塌。
因此，葉片制造過(guò)程中造成的結構膠擠出形成流掛，如果在機組運行一段時(shí)間后脫落，則需要在機組停機檢修時(shí)及時(shí)取出，減少機組振動(dòng)和噪聲，同時(shí)也可以降低機組倒塌發(fā)生幾率。
