風電機組偏航剎車盤過度磨損的現(xiàn)場修復技術(shù)
發(fā)布時間：2018-03-09 瀏覽次數(shù)：2201次
近年來，隨著風電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，風電機組運行過程中的維護維修工作越來越多的受到關注。風電機組在運行過程中，獲得良好的維護與及時的維修，對于機組確保發(fā)電量和運行可靠性，以及有效控制運營成本，都有不可忽視的巨大幫助。因此，從2014年開始，中國農(nóng)機工業(yè)協(xié)會風能設備分會組織召開了第一屆風電后市場專題研討會，將市場與技術(shù)兩個角度融合在一起，對風電機組的運行維護技術(shù)和市場進行深入探討�？梢姡瑱C組的運行維護維修工作已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)組織和人士的廣泛關注。
風電機組偏航系統(tǒng)是調(diào)整機組風輪方向，以獲取最大能量的方向調(diào)整系統(tǒng)。當風輪方向調(diào)整至與來風方向一致時，偏航制動器的剎車片從上下兩個方向夾緊偏航制動盤，固定風輪于該方向上，直至風輪方向與來風方向的偏差超過限值，再次啟動偏航動作。風機偏航系統(tǒng)在主動偏航過程中不可避免地會出現(xiàn)振動幅值和噪聲大幅度增加現(xiàn)象，不但導致風機偏航系統(tǒng)主動偏航運動的均勻性差，而且容易產(chǎn)生沖擊，從而最終在很大程度上影響風機偏航控制系統(tǒng)的精度。在偏航動作過程中，為了確保重量巨大的機艙與風輪運動平穩(wěn)，偏航制動器對偏航制動盤保持一定的阻尼。這種用于維持運動平穩(wěn)性的阻尼會對剎車片與偏航制動盤（以下簡稱制動盤）造成磨損，由于制動盤材質(zhì)硬度高于剎車片摩擦材料，機組運行一定時間之后，剎車片摩擦材料會磨損殆盡，此時必須及時更換剎車片，否則剎車片的鋼板部分會對制動盤摩擦表面造成過度磨損，進而導致偏航運動過程發(fā)生抖動，甚至造成失穩(wěn)。本文將從制動盤過度磨損引發(fā)的嚴重危害，對制動盤過度磨損故障的現(xiàn)場修復方案，以及對解決方案的未來發(fā)展方向進行展望等角度來詳細闡述。
制動盤過度磨損的危害
偏航制動器剎車片的鋼板部分表面硬度通常在180ＨＢＷ以上，而制動盤一般采用鋳鐵材質(zhì)，表面硬度在120~175ＨＢＷ范圍內(nèi)；同時鋼板部分的強度也明顯高于制動盤。制動盤與剎車片摩擦材料組成的摩擦副同制動盤與剎車片鋼板材料的摩擦副特性迥異，兩種摩擦副同時存在時，會引起由于摩擦副特性不均勻?qū)е碌闹苿佣秳�。摩擦材料的摩擦系�?shù)是影響制動器制動力矩及穩(wěn)定性的關鍵之一，兩種摩擦副摩擦系數(shù)與磨損率的差異，造成制動盤的磨損速度顯著不同，與鋼板材料的摩擦副使制動盤過度磨損甚至報廢，以及偏航制動器的動力單元——液壓系統(tǒng)的故障。在制動盤厚度減小程度不大，尚未達到更換制動盤時，可通過增加剎車片更換頻率的辦法解決。并且制動盤過度磨損會造成制動盤表面粗糙度發(fā)生巨大變化，相對設計值顯著增大，導致制動盤與剎車片摩擦材料之間的摩擦系數(shù)明顯高于設計值，使剎車片的更換頻率較制動盤磨損前大幅提高，給整機廠造成不小的維護成本壓力。更換剎車片的方法只是臨時的解決辦法，由于制動盤表面粗糙度的巨大變化，剎車片的磨損率已無法準確估算，導致存在制動盤再次過度磨損的風險。
當制動盤的厚度出現(xiàn)較大變化，制動盤自身強度與剛度嚴重不足，存在失效風險時，則必須馬上采取吊裝更換制動盤的措施，以確保風電機組的運行安全。因制動盤安裝位置的特殊．在使用過程中維修困難、更換成本高，所以對制動盤的制造精度與質(zhì)量都有著較高的要求、并且現(xiàn)場的安裝條件遠不如工廠裝配的可控性好，安裝質(zhì)量難以控制，進而對風電機組的發(fā)電量與可利用率造成不利影響。除了對偏航系統(tǒng)造成嚴重危害，制動盤過度磨損還會影響液壓系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。由于偏航制動器的安裝空間狹小，制動器外殼尺寸受限，進而造成制動器內(nèi)部的活塞行程較短；同時短行程也有利于活塞對剎車片均勻施加壓力。但是活塞行程設計一般是基于剎車片正常磨損工況，未考慮摩擦材料磨損殆盡之后的異常工況。風電機組實際運行過程中的實踐證明，摩擦材料完全磨損之后，制動器活塞行程超出設計值，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，剎車片很有可能脫離偏航制動器的溝槽，掉落到機組的頂層平臺上，從而使得液壓油泄漏情況更加惡化，并且對機組內(nèi)部造成嚴重污染與火災隱患。
現(xiàn)場修復的解決方案對比
如上制動盤過度磨損危害說明中關于現(xiàn)場的兩種解決方案（更換剎車片與吊裝更換制動盤）的介紹，更換剎車片方案是一種臨時方案，方案的一次執(zhí)行成本較更換制動盤方案低，但是費時費力，后續(xù)還需增大更換剎車片更換頻率，造成成本增加，并且存在制動盤過度磨損加劇的風險；吊裝更換制動盤方案能夠解決根本問題，不過修復代價過大，同時安裝質(zhì)量也難以得到保障。
根據(jù)偏航制動系統(tǒng)摩擦副的工作特性，現(xiàn)場有效解決制動盤過度磨損問題的關鍵是在確保制動盤表面強度與硬度滿足設計要求的前提下，使制動盤的表面粗糙度盡可能的達到設計值。只有符合以上要求，才能保證剎車片的使用壽命（與剎車片更換周期相當）基本滿足設計預期，同時也使制動盤過度磨損加劇的風險顯著下降。
風電機組偏航系統(tǒng)是調(diào)整機組風輪方向，以獲取最大能量的方向調(diào)整系統(tǒng)。當風輪方向調(diào)整至與來風方向一致時，偏航制動器的剎車片從上下兩個方向夾緊偏航制動盤，固定風輪于該方向上，直至風輪方向與來風方向的偏差超過限值，再次啟動偏航動作。風機偏航系統(tǒng)在主動偏航過程中不可避免地會出現(xiàn)振動幅值和噪聲大幅度增加現(xiàn)象，不但導致風機偏航系統(tǒng)主動偏航運動的均勻性差，而且容易產(chǎn)生沖擊，從而最終在很大程度上影響風機偏航控制系統(tǒng)的精度。在偏航動作過程中，為了確保重量巨大的機艙與風輪運動平穩(wěn)，偏航制動器對偏航制動盤保持一定的阻尼。這種用于維持運動平穩(wěn)性的阻尼會對剎車片與偏航制動盤（以下簡稱制動盤）造成磨損，由于制動盤材質(zhì)硬度高于剎車片摩擦材料，機組運行一定時間之后，剎車片摩擦材料會磨損殆盡，此時必須及時更換剎車片，否則剎車片的鋼板部分會對制動盤摩擦表面造成過度磨損，進而導致偏航運動過程發(fā)生抖動，甚至造成失穩(wěn)。本文將從制動盤過度磨損引發(fā)的嚴重危害，對制動盤過度磨損故障的現(xiàn)場修復方案，以及對解決方案的未來發(fā)展方向進行展望等角度來詳細闡述。
制動盤過度磨損的危害
偏航制動器剎車片的鋼板部分表面硬度通常在180ＨＢＷ以上，而制動盤一般采用鋳鐵材質(zhì)，表面硬度在120~175ＨＢＷ范圍內(nèi)；同時鋼板部分的強度也明顯高于制動盤。制動盤與剎車片摩擦材料組成的摩擦副同制動盤與剎車片鋼板材料的摩擦副特性迥異，兩種摩擦副同時存在時，會引起由于摩擦副特性不均勻?qū)е碌闹苿佣秳�。摩擦材料的摩擦系�?shù)是影響制動器制動力矩及穩(wěn)定性的關鍵之一，兩種摩擦副摩擦系數(shù)與磨損率的差異，造成制動盤的磨損速度顯著不同，與鋼板材料的摩擦副使制動盤過度磨損甚至報廢，以及偏航制動器的動力單元——液壓系統(tǒng)的故障。在制動盤厚度減小程度不大，尚未達到更換制動盤時，可通過增加剎車片更換頻率的辦法解決。并且制動盤過度磨損會造成制動盤表面粗糙度發(fā)生巨大變化，相對設計值顯著增大，導致制動盤與剎車片摩擦材料之間的摩擦系數(shù)明顯高于設計值，使剎車片的更換頻率較制動盤磨損前大幅提高，給整機廠造成不小的維護成本壓力。更換剎車片的方法只是臨時的解決辦法，由于制動盤表面粗糙度的巨大變化，剎車片的磨損率已無法準確估算，導致存在制動盤再次過度磨損的風險。
當制動盤的厚度出現(xiàn)較大變化，制動盤自身強度與剛度嚴重不足，存在失效風險時，則必須馬上采取吊裝更換制動盤的措施，以確保風電機組的運行安全。因制動盤安裝位置的特殊．在使用過程中維修困難、更換成本高，所以對制動盤的制造精度與質(zhì)量都有著較高的要求、并且現(xiàn)場的安裝條件遠不如工廠裝配的可控性好，安裝質(zhì)量難以控制，進而對風電機組的發(fā)電量與可利用率造成不利影響。除了對偏航系統(tǒng)造成嚴重危害，制動盤過度磨損還會影響液壓系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)。由于偏航制動器的安裝空間狹小，制動器外殼尺寸受限，進而造成制動器內(nèi)部的活塞行程較短；同時短行程也有利于活塞對剎車片均勻施加壓力。但是活塞行程設計一般是基于剎車片正常磨損工況，未考慮摩擦材料磨損殆盡之后的異常工況。風電機組實際運行過程中的實踐證明，摩擦材料完全磨損之后，制動器活塞行程超出設計值，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，剎車片很有可能脫離偏航制動器的溝槽，掉落到機組的頂層平臺上，從而使得液壓油泄漏情況更加惡化，并且對機組內(nèi)部造成嚴重污染與火災隱患。
現(xiàn)場修復的解決方案對比
如上制動盤過度磨損危害說明中關于現(xiàn)場的兩種解決方案（更換剎車片與吊裝更換制動盤）的介紹，更換剎車片方案是一種臨時方案，方案的一次執(zhí)行成本較更換制動盤方案低，但是費時費力，后續(xù)還需增大更換剎車片更換頻率，造成成本增加，并且存在制動盤過度磨損加劇的風險；吊裝更換制動盤方案能夠解決根本問題，不過修復代價過大，同時安裝質(zhì)量也難以得到保障。
根據(jù)偏航制動系統(tǒng)摩擦副的工作特性，現(xiàn)場有效解決制動盤過度磨損問題的關鍵是在確保制動盤表面強度與硬度滿足設計要求的前提下，使制動盤的表面粗糙度盡可能的達到設計值。只有符合以上要求，才能保證剎車片的使用壽命（與剎車片更換周期相當）基本滿足設計預期，同時也使制動盤過度磨損加劇的風險顯著下降。