发布时间：2025-01-11 09:01:58 人气：
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风机通过自动偏航找到主风向，在运行过程中偏航制动比较频繁，如果偏航制动盘损伤和摩擦片磨损会造成偏航过程中发生振动异响，并引发机舱旋转超速或偏航、液压站故障，不但降低了机组可利用率和摩擦片的使用寿命，而且造成了偏航刹车盘结构件疲劳从而影响了机组整体的使用寿命。因此，分析3MW风力发电机组偏航偏航制动盘损伤和摩擦片磨损的原因并提出解决方法，是风机运维工作迫切需要解决的问题。
一、风力发电机组偏航系统的工作原理及作用
(一）偏航系统工作原理
3MW风力发电机组采用主动偏航对风方式，超声波风速仪的通过风穿过腔体时所引起的信号相变来测量气流运动反映出风机与主风向之间的偏离程度，机组在运行时根据超声波风速仪检测的风向与机舱方向的夹角决定风机是否偏航。当风速持续发生变化时，主控PLC根据超声波风速仪传递的信号控制偏航驱动装置使机舱旋转对准主风向。
在机组偏航时，安装在机舱上的偏航制动器加载有主液压站10%的刹车载荷（25bar-15bar的冗余压力），使得偏航过程中始终有阻尼存在，保证机舱平稳转动。偏航制动器采用常闭式结构的液压驱动方式，即静止时偏航制动器将机舱制动锁定，在需要偏航时，偏航制动器打开且保持一定的冗余压力，使机舱在阻尼作用下平稳偏航。机组根据偏航转动的制动载荷扭矩安装有7台偏航制动器。
(二）偏航系统作用
风力发电机组机组偏航主要在以下几点情况下出现:
1.风向发生变化时，机组主动寻找主风向而自动偏航对风。
2.机组朝着一个方向偏航到设定角度以后，为了使机组悬垂部分的电缆不至于过度扭绞而自动反方向偏航解缆。
3.强制偏航，当电缆的扭绞程度威胁到机组安全运行时会触发扭缆保护装置，使机组停止旋转或保持设备停车状态，此时若恢复机组运行，必须手动强制偏航使其解缆。
二、偏航制动盘损伤和摩擦片磨损原因分析
风机在偏航过程中因偏航制动盘损伤和摩擦片磨损造成塔筒振动峰值较高且偏航运动产生噪声，不利于风机安全运行，结合偏航工作原理及实际工作中对故障的处理，从以下几个方面分析。
(一）偏航制动器安装问题
液压钳盘式制动器为机舱提供必要的制动扭矩，以保障机组的安全运行，在机组偏航时制动器提供的阻尼力矩应保持平稳，,制动摩擦片与制动盘的贴合面积应不小于设计面积的50%，闭合时摩擦片周边与制动钳体的配合间隙任一处应不大于0.5mm。
偏航制动器在工作时，液压油进入缸体，在油压的作用下两个缸体内的柱塞推动摩擦片做相向运动，摩擦片在制动力矩下卡住刹车盘，使机舱的偏转运动停止，从而实现制动作用。
偏航摩擦片在安装过程中在制动器与基座之间加装有间隙调整装置（调整垫片)，目的是调整摩擦片与偏航盘之间的间隙，但是当装配间隙发生变化后，导致制动器摩擦片与制动盘安装不平行，或者钳体与摩擦片贴合紧密，使得局部摩擦力增大。在更换安装摩擦片后未进行间隙调整，导致上下摩擦片卡涩或者窜动，偏航时摩擦片对制动盘的轴向压力不相等。由于每台机组上制动器的数量有7个，如果每个摩擦片与制动盘的间距不一致，摩擦力矩不均匀，偏航运动摩擦过程中制动盘上的多个受力点受力情况不一致，每个接触点的摩擦都是不连续的，而是点与点之间相互相互交替的过程，这种交替运动使摩擦过程中伴有振动，也是造成偏航制动盘损伤和摩擦片磨损最明显的摩擦运动。
(二）摩擦材料的性能及摩擦过程分析
风机偏航制动器技术参数里规定摩擦材料的摩擦系数为0.4，如果摩擦系数大于0.4，对制动盘的磨损量会增大，进而导致偏航过程中热量增大，热量将导致摩擦材料表面烧结，表面材质变硬，摩擦系数降低。如果摩擦系数小于0.4，偏航时阻尼力矩与制动力矩减小，将影响机组偏航过程中的准确定位。那么在多次摩擦后的压力和温度双重作用下，制动盘和摩擦片比压较高的接触面出现硬化、碳化等异化现象，摩擦系数下降过快，但是此时偏航制动器因液压系统压力未明显变化，偏航时会产生制动打滑引起偏航摩擦片磨损，加之制动盘接触面受压不同产生共振，共振产生的作用力加剧偏航制动盘磨损。
摩擦材料对载荷、滑动速度及环境温度等因素有较高要求。由于偏航系统处于非封闭的环境里，气候条件的变化以及环境因素的变化（摩擦热量增加）会引起摩擦副的摩擦系数发生波动，摩擦的不稳定性导致偏航时制动盘在摩擦力的作用下产生振动，从而造成制动盘损伤和摩擦片磨损。
偏航制动器应保证在较宽的制动初速度及较小的制动比压下，获得足够的制动力矩稳定性。但实际上往往制动盘，摩擦材料的平面度，平行度控制并不能达到标准要求，造成摩擦面结合不均匀。偏航制动器摩擦片材料均采用树脂聚合物为主的复合材料，该材质的刹车片热衰减温度，承受比压相对较低，机组在长期运行过程中，摩擦片与制动盘相互摩擦产生摩擦残留物（碳粉），碳粉会附着在制动盘和制动器刹车片之间。随着碳粉的积累量较多，碳粉在摩擦片与制动盘之间受到压力和摩擦热的作用，当制动产生的热量超过了刹车片的热衰减温度，这些残留物就会在刹车片表面形成一层烧饶层（即脆化光亮的釉光层），釉层是摩擦片和制动盘之间的作用效果发生变化，当釉层积累越厚，摩擦系数波动，在阻尼作用下产生的振动频率与与机组的固有频率发生共振时，导致偏航过程中摩擦片不均匀磨损。
(三）3MW机组现场检查分析
对现场的几台机组进行检查，发现摩擦片及制动盘磨损较严重。从制动器上拆卸摩擦片进行对比发现，摩擦材料已经从背板上剥离脱落，并且背板磨损变形；另外一些摩擦片磨损量较多已经对制动盘产生磨伤，还有一些摩擦片磨损材料成片状、块状。
分析制动盘损伤和摩擦片磨损的原因：
1.摩擦片达到磨损极限后没有及时更换，摩擦力对制动器背板及制动盘造成损伤。
2.偏航冗余压力较大，摩擦片受力不均匀或配合间隙变化，在偏航时较大的压力作用下磨损加剧进而导致制动盘受损。在制动盘表面产生大小不一的划伤和拉伤，并且偏航时受到瞬时的动力冲击，从而加剧摩擦片磨损。
3.摩擦材料配料不均或内部材质较硬，对偏航制动盘造成损伤。
(四）从偏航系统传动机构进行分析
在无风状态下，对偏航正常机组和存在偏航制动盘损伤造成塔筒振动峰值较高且偏航运动产生噪音的机组进行对比测试，将偏航余压调节至零压力，手动启动偏航后，塔筒振动峰值波动较小且偏航运动时无异常噪音。由此，判断在偏航系统的传动机构中，偏航电机、偏航减速器、偏航大小齿轮以及偏航轴承的状态与偏航制动盘损伤和摩擦片磨损无直接的因果关系。
三、机组偏航制动盘损伤和摩擦片磨损的处理
通过分析可以看出，在风力发电机组偏航时，阻尼力矩不平衡是造成偏制航动盘损伤和摩擦片磨损的主要原因。为避免在偏航过程中产生峰值较高振动和阻尼噪音，偏航系统必须满足在设定的低转速条件下具有合适的阻尼力矩和之匹配的摩擦材料，其中偏航转速应根据风电机组的功率大小通过偏航系统力学分析来确定。为了有效减小摩擦片磨损并消除偏航制动盘损伤，可以采取以下处理措施：
(一）提高配合精度
安装偏航制动器时要保证每个制动器与制动盘的装配关系，并调整好摩擦片周边与钳体的配合间隙。提高偏航制动器与制动盘的配合精度，尽量降低制动盘制动时工作面跳动量，选用高质量的制动器，采取合理的安装工艺，可以有效解决因制动器安装问题导致的偏制航动盘损伤和摩擦片磨损。
(二）预防性检查维护
由于对偶材料磨损、液压系统漏油、留存气体和余压设定问题对阻尼力矩造成影响，因此需要做好定期检查维护工作。当发现摩擦材料的厚度小于7mm并对制动盘造成磨损时，必须更换新的摩擦片。及时清理制动盘表面的油污和磨屑，因为很少的油污都将导致磨损加剧，因此要采取防渗漏措施更换液压密封件，保证摩擦片在正常工况条件下工作。定期检查偏制航动盘是否损伤，偏航余压是否稳定，是否在制动器的额定压力范围内，及时调节压力。
(三）技术创新与材料优化
为了有效清除偏航制动器在制动过程中产生的摩擦材料残留物，避免残留物在压力和温度双重作用下产生的釉光层，可以在偏航装置上安装除屑除尘刮板（毛刷），同时在摩擦片上设计排泄槽，减少磨屑和沙尘对阻尼力矩的影响。由于摩擦片更换不及时会伤及对偶材料，可以再制动器上安装摩擦片过量磨损预警保护装置（磨损传感器），对摩擦片的磨损量达到临界值时，发出报警。另外，在摩擦片与背板之间粘接隔热层，以此消除摩擦热量对液压密封件的损害。采用新型复合摩擦材料，使摩擦片具有稳定的性能且合适的摩擦系数。
四、结束语
随着风电技术不断发展和完善，改进偏航系统制造精度并完善安装工艺，推动相关技术科技创新和研发新材料对产品加以改进，必将会从根本上解决偏航制动盘损伤和摩擦片磨损问题，从而保证机组的安全及稳定性并提供运行效率。
