風(fēng)電機(jī)組偏航剎車盤過度磨損處理研究

況曉 蔡曉峰 劉衍選

（沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司，山東青島 266000）

風(fēng)電機(jī)組偏航剎車盤過度磨損處理研究

況曉 蔡曉峰 劉衍選

（沈陽華創(chuàng)風(fēng)能有限公司，山東青島 266000）

在大型風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)中，往往通過偏航調(diào)向系統(tǒng)來提高風(fēng)能利用率。偏航壓力需要保持一定的穩(wěn)定值才能保證偏航系統(tǒng)的安全運(yùn)行，而剎車盤的非正常磨損往往會影響到偏航壓力，甚至產(chǎn)生嚴(yán)重的機(jī)組故障。本文分析了偏航剎車盤過度磨損的原因及危害，在其基礎(chǔ)上提出了相關(guān)的修復(fù)方案，希望可以起到拋磚引玉的作用。

風(fēng)電 偏航剎車盤 磨損 危害 修復(fù)

隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的大力推廣，風(fēng)電機(jī)組各個(gè)系統(tǒng)的研究都趨于精細(xì)化和智能化。偏航系統(tǒng)作為維持變槳距發(fā)電的主要機(jī)械機(jī)構(gòu)，其性能直接影響著風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性和風(fēng)能利用率。在偏航系統(tǒng)中，通過摩擦片夾緊偏航剎車盤的方式來控制制動(dòng)器調(diào)整槳葉的迎風(fēng)角度，從而保證槳距隨風(fēng)力變化而變化。在運(yùn)行過程中，由于偏航剎車盤的硬度要大于摩擦片，往往會造成摩擦片損耗較大，但在一些非正常的磨損情況下，剎車盤也會受到重大影響，從而無法保證偏航系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至造成失穩(wěn)。

1 偏航剎車盤過度磨損出現(xiàn)的原因分析

在偏航制動(dòng)的過程中，偏航制動(dòng)器通過于剎車盤之間的阻尼控制來維持大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)身和風(fēng)輪組的平穩(wěn)運(yùn)行，而這種摩擦必然會帶來摩擦片和剎車盤的磨損。通常情況下，摩擦片的硬度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于剎車盤，但是摩擦片鋼板部分的表面硬度（180HBW以上）卻高于鑄鐵材質(zhì)的剎車盤（120-175HBW），因此與鋼鐵結(jié)構(gòu)接觸的剎車盤會形成一定的磨損。同時(shí)摩擦材料的摩擦系數(shù)是影響制動(dòng)器制動(dòng)力矩及穩(wěn)定性的關(guān)鍵之一，由于兩種摩擦副之間摩擦系數(shù)和磨損速度的不同，造成了剎車盤表面磨損程度不均，最終會造成整個(gè)系統(tǒng)的制動(dòng)抖動(dòng)，不但可能造成剎車盤磨損殆盡，還是對液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

2 偏航剎車盤過度磨損危害

風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)在主動(dòng)偏航過程中不可避免地會出現(xiàn)振動(dòng)幅值和噪聲大幅度增加現(xiàn)象，不但導(dǎo)致風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)主動(dòng)偏航運(yùn)動(dòng)的均勻性差，而且容易產(chǎn)生沖擊，從而最終在很大程度上影響風(fēng)機(jī)偏航控制系統(tǒng)的精度［1］。由于摩擦片的磨損程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于剎車盤，因此在偏航剎車盤磨損程度較輕時(shí)，往往會采用更換摩擦片的方式減少磨損危害。但是由于剎車盤表面的粗糙度已經(jīng)發(fā)生了改變，摩擦面之間的阻尼系數(shù)也明顯發(fā)生不可精確計(jì)算的變換，因此更換摩擦片的各項(xiàng)性能系數(shù)不能得到有效控制，反而會加劇剎車盤的磨損速度，增大了摩擦片更換的頻率，從而形成惡性循環(huán)。此外由于作業(yè)環(huán)境的影響，摩擦片的更換費(fèi)用極高，且費(fèi)時(shí)費(fèi)工，也會造成較高的維修成本。當(dāng)剎車盤的磨損較嚴(yán)重甚至存在失效風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，必須更換剎車盤，而由于偏航剎車盤對于制造、安裝精度有很高要求，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)場往往無法得到原有出廠的裝配環(huán)境，也無法保證更換后的偏航系統(tǒng)可以恢復(fù)如初。

除了對偏航系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害，剎車盤過度磨損還會影響液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。由于偏航制動(dòng)器的安裝空間狹小，制動(dòng)器外殼尺寸受限，進(jìn)而造成制動(dòng)器內(nèi)部的活塞行程較短；同時(shí)短行程也有利于活塞對摩擦片均勻施加壓力。但是活塞行程設(shè)計(jì)一般是基于摩擦片正常磨損工況，未考慮摩擦材料磨損殆盡之后的異常工況。風(fēng)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中的實(shí)踐證明，摩擦材料完全磨損之后，制動(dòng)器活塞行程超出設(shè)計(jì)值，活塞末端的耐壓密封圈會與活塞分離，造成液壓油泄漏；同時(shí)，摩擦片很有可能脫離偏航制動(dòng)器的溝槽，掉落到機(jī)組的頂層平臺上，從而使得液壓油泄漏情況更加惡化，并且對機(jī)組內(nèi)部造成嚴(yán)重污染與火災(zāi)隱患。

3 偏航剎車盤過度磨損修復(fù)

3.1 現(xiàn)場修復(fù)方案分析

除卻更換摩擦片和剎車盤這兩種措施外，還可以通過現(xiàn)場修復(fù)方案延長摩擦片和剎車盤使用壽命，盡量保證表面強(qiáng)度和硬度，降低磨損風(fēng)險(xiǎn)［2］。

3.1.1 熱噴技術(shù)方案

熱噴涂技術(shù)是使基體（零件）表面強(qiáng)化和防護(hù)的一門技術(shù)，近年來在機(jī)械制造和設(shè)備維修中獲得廣泛應(yīng)用。通過熱噴涂方法修復(fù)剎車盤表面，需要按照程序展開幾項(xiàng)工作：剎車盤表面預(yù)處理（清除表面的疲勞層、氧化層與油污）；表面粗化處理（用以提高涂層與剎車盤表面的結(jié)合面積）；剎車盤表面預(yù)熱（預(yù)熱溫度一般為80-120℃）；噴涂耐磨涂層（氧化鋁或還有氧化鋁的復(fù)合涂層）；耐磨涂層后處理。由于熱噴涂的涂層可以是耐磨性強(qiáng)，且具有一定強(qiáng)度與硬度的合金，可以滿足現(xiàn)場修復(fù)方案的關(guān)鍵技術(shù)要求。

3.1.2 金屬修復(fù)劑方案

金屬修復(fù)方案一般采用鈦合金作為主要的修復(fù)材料，修復(fù)過程與熱噴技術(shù)基本相同；將膏狀的加鈦合金修復(fù)劑涂抹到磨損表面，經(jīng)過一段時(shí)間冷卻后會形成堅(jiān)固的金屬層，只需打磨金屬層使其表面粗糙度達(dá)到偏航剎車盤的精度要求即可。金屬修復(fù)劑在現(xiàn)場實(shí)施時(shí)需要先對金屬表面進(jìn)行不超過1mm的粗化和清洗劑清理處理；混合修復(fù)劑的使用環(huán)境溫度在22℃左右，在使用平口刀刮實(shí)金屬層的過程中要盡量沿徑向減少較大的凸起凹陷；后期修型時(shí)要注意加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)，并且對打磨精度進(jìn)行測量控制。

3.2 現(xiàn)場修復(fù)方案比較

熱噴技術(shù)和金屬修復(fù)劑方案都只適用于剎車盤磨損較小的情形，如果剎車盤損傷過重，基于安全性考慮，只能采取更換剎車盤的解決方案。在剎車盤表面損傷的厚度削減量與溝槽深度還不十分嚴(yán)重的情況下，熱噴技術(shù)和金屬修復(fù)劑方案相對于更換剎車盤而言還是較為妥善和經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方案。與熱噴技術(shù)相比，金屬修復(fù)劑不需要預(yù)熱這一步驟，工作強(qiáng)度小，而且耐磨性、耐腐蝕性、耐熱和機(jī)加工性能也更加優(yōu)越，但是其可靠性較低。此外，由于修復(fù)現(xiàn)場存在很多液壓管道，高溫環(huán)境存在極大的安全隱患，熱噴技術(shù)要想保證其安全性就需要耗費(fèi)更高的成本?？偟膩碚f，金屬修復(fù)方案的操作性和經(jīng)濟(jì)性都遠(yuǎn)勝于熱噴修復(fù)，更加可行。

4 結(jié)語

剎車盤作為偏航系統(tǒng)的重要部件之一，其磨損不可避免，但是非常磨損帶來的危害是可以盡量消除的。由于更換摩擦片、剎車盤等部件費(fèi)工費(fèi)時(shí)、成本較高，因此日常的監(jiān)督維護(hù)和現(xiàn)場修復(fù)就顯得極為重要。從目前可以實(shí)施的集中修復(fù)方案來看，金屬修復(fù)劑方案的可靠性和安全性較高，實(shí)施過程也較為便捷經(jīng)濟(jì)，更值得引用。

［1］李曉光，趙萍，韓德海.主動(dòng)偏航過程兆瓦級風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)失穩(wěn)振動(dòng)特性［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013（3）∶949-954.

［2］余卓平，尹東曉，張立軍，寧國寶.盤式制動(dòng)器制動(dòng)抖動(dòng)問題概述［J］.汽車工程，2005（3）∶372-376.