風電機組偏航剎車盤過度磨損處理研究

況曉 蔡曉峰 劉衍選

（沈陽華創風能有限公司，山東青島 266000）

風電機組偏航剎車盤過度磨損處理研究

況曉 蔡曉峰 劉衍選

（沈陽華創風能有限公司，山東青島 266000）

在大型風電機組的設計中，往往通過偏航調向系統來提高風能利用率。偏航壓力需要保持一定的穩定值才能保證偏航系統的安全運行，而剎車盤的非正常磨損往往會影響到偏航壓力，甚至產生嚴重的機組故障。本文分析了偏航剎車盤過度磨損的原因及危害，在其基礎上提出了相關的修復方案，希望可以起到拋磚引玉的作用。

風電 偏航剎車盤 磨損 危害 修復

隨著風力發電技術的大力推廣，風電機組各個系統的研究都趨于精細化和智能化。偏航系統作為維持變槳距發電的主要機械機構，其性能直接影響著風力發電的穩定性和風能利用率。在偏航系統中，通過摩擦片夾緊偏航剎車盤的方式來控制制動器調整槳葉的迎風角度，從而保證槳距隨風力變化而變化。在運行過程中，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的正常運行，甚至造成失穩。

1 偏航剎車盤過度磨損出現的原因分析

在偏航制動的過程中，偏航制動器通過于剎車盤之間的阻尼控制來維持大型風力發電機身和風輪組的平穩運行，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，摩擦片的硬度要遠遠低于剎車盤，但是摩擦片鋼板部分的表面硬度（180HBW以上）卻高于鑄鐵材質的剎車盤（120-175HBW），因此與鋼鐵結構接觸的剎車盤會形成一定的磨損。同時摩擦材料的摩擦系數是影響制動器制動力矩及穩定性的關鍵之一，由于兩種摩擦副之間摩擦系數和磨損速度的不同，造成了剎車盤表面磨損程度不均，最終會造成整個系統的制動抖動，不但可能造成剎車盤磨損殆盡，還是對液壓系統的穩定性產生影響。

2 偏航剎車盤過度磨損危害

風機偏航系統在主動偏航過程中不可避免地會出現振動幅值和噪聲大幅度增加現象，不但導致風機偏航系統主動偏航運動的均勻性差，而且容易產生沖擊，從而最終在很大程度上影響風機偏航控制系統的精度［1］。由于摩擦片的磨損程度要遠遠高于剎車盤，因此在偏航剎車盤磨損程度較輕時，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發生了改變，摩擦面之間的阻尼系數也明顯發生不可精確計算的變換，因此更換摩擦片的各項性能系數不能得到有效控制，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。此外由于作業環境的影響，摩擦片的更換費用極高，且費時費工，也會造成較高的維修成本。當剎車盤的磨損較嚴重甚至存在失效風險時，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，風電機組運行現場往往無法得到原有出廠的裝配環境，也無法保證更換后的偏航系統可以恢復如初。

除了對偏航系統造成嚴重危害，剎車盤過度磨損還會影響液壓系統的正常運轉。由于偏航制動器的安裝空間狹小，制動器外殼尺寸受限，進而造成制動器內部的活塞行程較短；同時短行程也有利于活塞對摩擦片均勻施加壓力。但是活塞行程設計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，摩擦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，并且對機組內部造成嚴重污染與火災隱患。

3 偏航剎車盤過度磨損修復

3.1 現場修復方案分析

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

3.1.1 熱噴技術方案

熱噴涂技術是使基體（零件）表面強化和防護的一門技術，近年來在機械制造和設備維修中獲得廣泛應用。通過熱噴涂方法修復剎車盤表面，需要按照程序展開幾項工作：剎車盤表面預處理（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合面積）；剎車盤表面預熱（預熱溫度一般為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，且具有一定強度與硬度的合金，可以滿足現場修復方案的關鍵技術要求。

3.1.2 金屬修復劑方案

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

3.2 現場修復方案比較

熱噴技術和金屬修復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重的情況下，熱噴技術和金屬修復劑方案相對于更換剎車盤而言還是較為妥善和經濟的修復方案。與熱噴技術相比，金屬修復劑不需要預熱這一步驟，工作強度小，而且耐磨性、耐腐蝕性、耐熱和機加工性能也更加優越，但是其可靠性較低。此外，由于修復現場存在很多液壓管道，高溫環境存在極大的安全隱患，熱噴技術要想保證其安全性就需要耗費更高的成本。總的來說，金屬修復方案的操作性和經濟性都遠勝于熱噴修復，更加可行。

4 結語

剎車盤作為偏航系統的重要部件之一，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、剎車盤等部件費工費時、成本較高，因此日常的監督維護和現場修復就顯得極為重要。從目前可以實施的集中修復方案來看，金屬修復劑方案的可靠性和安全性較高，實施過程也較為便捷經濟，更值得引用。

［1］李曉光，趙萍，韓德海.主動偏航過程兆瓦級風機偏航系統失穩振動特性［J］.中南大學學報（自然科學版），2013（3）∶949-954.

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