应用介绍

雨滴腐蚀试验机测定复合材料的拉伸强度和疲劳强度

风力涡轮机转子已经变得巨大，长度L超过100米，每台涡轮机可以产生15兆瓦的功率，即大约7个足球场的清扫区域。降雨会破坏前缘，强度与L≥5成正比，这是由水滴以高达150米/秒的速度撞击转子尖端的冲击力学决定的(海上安装)。这种前缘侵蚀增加了50 - 400%的阻力，并减少了5 - 20%的年能源产量。如果不加以控制，腐蚀磨损会破坏底层的层板，导致转子失效。此外，维修和维护成本可能高达LCoE (Levelised cost of Electricity)的30%。新材料和维修过程，以及计划维修的预测模型对风能生产都是至关重要的。Ducom雨滴腐蚀试验机(WDE)能否通过使涂层减轻侵蚀来优化能源生产?

图1中的信息图描述了冲击力学(双压力点)和由此产生的应力波或瑞利波，应力波或瑞利波会导致侵蚀破坏，并随着连续的冲击而开始和发展。

图1所示。特征侵蚀曲线显示潜伏阶段和发展阶段。在发展阶段，冲击压力可高达500 MPa，多次冲击后形成凹坑并加深。在进展阶段，瑞利波引起坑的横向剪切损伤和扩展。

一个重要指标是显示潜伏和进展阶段的特征侵蚀曲线(注-较长的损伤潜伏期和缓慢的损伤进展表明，具有优异的涂层性能，可导致更高的容量因数）。一台好的雨滴腐蚀试验机应通过精确控制撞击速度、撞击次数（降雨强度）和攻角来建立该曲线。Ducom雨滴腐蚀试验机(WDE）允许控制撞击速度（25至250 m/s）、重复撞击次数（高达100 Hz）和X-Y-θ阶段，以相对于高速下落平移和倾斜样品。因此，与旋转臂测试仪相比，它具有独特的优势，尽管两者都符合ASTM G73。这样的设施如何为前沿侵蚀提供解决方案？

朱莉教授和她在荷兰代尔夫特技术大学的研究小组利用Ducom雨滴腐蚀试验机建立了前缘涂层的损伤潜伏特性。这些实验数据已用于开发和验证疲劳预测模型，如下所述。

1.沃勒斜率和极限抗拉强度是确定侵蚀强度的材料参数。按照DNVGL-RP-0171《测试或转子叶片侵蚀保护系统》中提到的指南，以不同的速度进行测试，以记录损伤孵化的冲击次数。根据冲击压力力学（图1），损伤起始被确定为环形表面变形特征或样品上的凹坑。绘图的坡度或Wohler坡度（图2）是一种特征材料特性，然后用于计算侵蚀强度S。

图2.来自Ducom水滴侵蚀测试仪的关于损伤潜伏影响数量与水滴速度的实验数据。该测井曲线的斜率Wohler斜率m是一个重要的涂层特性，用于计算其侵蚀强度S。

2.  Springer的表面疲劳模型是一种公认的评估短期侵蚀损伤的预测方法。前一节中描述的涂层的腐蚀强度S是一个关键的材料性能输入。图3。结果表明，Springer的表面疲劳模型与实验数据吻合良好。用准确的实验数据对基于物理的模型进行验证，是建立可靠的现场损伤预测随机模型的重要步骤。 

图3。基于维勒坡和涂层侵蚀强度的施普林格前缘侵蚀表面疲劳模型的试验验证

在Ducom WDE中测试的样品的表面损伤和使用实验数据开发的损伤模型 的进一步细节可以在已发表的文章中阅读。