风电机组偏航刹车盘过度磨损的现场修复技术
编辑：2022-06-15 09:13:59
近年来，随着风电产业的不断发展，风电机组运行过程中的维护维修工作越来越多的受到关注。风电机组在运行过程中，获得良好的维护与及时的维修，对于机组确保发电量和运行可靠性，以及有效控制运营成本，都有不可忽视的巨大帮助。因此，从2014年开始，中国农机工业协会风能设备分会组织召开了届风电后市场专题研讨会，将市场与技术两个角度融合在一起，对风电机组的运行维护技术和市场进行深入探讨。可见，机组的运行维护维修工作已经引起了业内组织和人士的广泛关注。
风电机组偏航系统是调整机组风轮方向，以获取能量的方向调整系统。当风轮方向调整至与来风方向一致时，偏航制动器的刹车片从上下两个方向夹紧偏航制动盘，固定风轮于该方向上，直至风轮方向与来风方向的偏差超过限值，再次启动偏航动作。风机偏航系统在主动偏航过程中不可避免地会出现振动幅值和噪声大幅度增加现象，不但导致风机偏航系统主动偏航运动的均匀性差，而且容易产生冲击，从而终在很大程度上影响风机偏航控制系统的精度。在偏航动作过程中，为了确保重量巨大的机舱与风轮运动平稳，偏航制动器对偏航制动盘保持一定的阻尼。这种用于维持运动平稳性的阻尼会对刹车片与偏航制动盘（以下简称制动盘）造成磨损，由于制动盘材质硬度高于刹车片摩擦材料，机组运行一定时间之后，刹车片摩擦材料会磨损殆尽，此时必须及时更换刹车片，否则刹车片的钢板部分会对制动盘摩擦表面造成过度磨损，进而导致偏航运动过程发生抖动，甚至造成失稳。本文将从制动盘过度磨损引发的严重危害，对制动盘过度磨损故障的现场修复方案，以及对解决方案的未来发展方向进行展望等角度来详细阐述。
制动盘过度磨损的危害
偏航制动器刹车片的钢板部分表面硬度通常在180ＨＢＷ以上，而制动盘一般采用鋳铁材质，表面硬度在120~175ＨＢＷ范围内；同时钢板部分的强度也明显高于制动盘。制动盘与刹车片摩擦材料组成的摩擦副同制动盘与刹车片钢板材料的摩擦副特性迥异，两种摩擦副同时存在时，会引起由于摩擦副特性不均匀导致的制动抖动。摩擦材料的摩擦系数是影响制动器制动力矩及稳定性的关键之一，两种摩擦副摩擦系数与磨损率的差异，造成制动盘的磨损速度显著不同，与钢板材料的摩擦副使制动盘过度磨损甚至报废，以及偏航制动器的动力单元——液压系统的故障。在制动盘厚度减小程度不大，尚未达到更换制动盘时，可通过增加刹车片更换频率的办法解决。并且制动盘过度磨损会造成制动盘表面粗糙度发生巨大变化，相对设计值显著增大，导致制动盘与刹车片摩擦材料之间的摩擦系数明显高于设计值，使刹车片的更换频率较制动盘磨损前大幅提高，给整机厂造成不小的维护成本压力。更换刹车片的方法只是临时的解决办法，由于制动盘表面粗糙度的巨大变化，刹车片的磨损率已无法准确估算，导致存在制动盘再次过度磨损的风险。
当制动盘的厚度出现较大变化，制动盘自身强度与刚度严重不足，存在失效风险时，则必须马上采取吊装更换制动盘的措施，以确保风电机组的运行安全。因制动盘安装位置的特殊．在使用过程中维修困难、更换成本高，所以对制动盘的制造精度与质量都有着较高的要求、并且现场的安装条件远不如工厂装配的可控性好，安装质量难以控制，进而对风电机组的发电量与可利用率造成不利影响。除了对偏航系统造成严重危害，制动盘过度磨损还会影响液压系统的正常运转。由于偏航制动器的安装空间狭小，制动器外壳尺寸受限，进而造成制动器内部的活塞行程较短；同时短行程也有利于活塞对刹车片均匀施加压力。但是活塞行程设计一般是基于刹车片正常磨损工况，未考虑摩擦材料磨损殆尽之后的异常工况。风电机组实际运行过程中的实践证明，摩擦材料完全磨损之后，制动器活塞行程超出设计值，活塞末端的耐压密封圈会与活塞分离，造成液压油泄漏；同时，刹车片很有可能脱离偏航制动器的沟槽，掉落到机组的顶层平台上，从而使得液压油泄漏情况更加恶化，并且对机组内部造成严重污染与火灾隐患。
现场修复的解决方案对比
如上制动盘过度磨损危害说明中关于现场的两种解决方案（更换刹车片与吊装更换制动盘）的介绍，更换刹车片方案是一种临时方案，方案的一次执行成本较更换制动盘方案低，但是费时费力，后续还需增大更换刹车片更换频率，造成成本增加，并且存在制动盘过度磨损加剧的风险；吊装更换制动盘方案能够解决根本问题，不过修复代价过大，同时安装质量也难以得到保障。
根据偏航制动系统摩擦副的工作特性，现场有效解决制动盘过度磨损问题的关键是在确保制动盘表面强度与硬度满足设计要求的前提下，使制动盘的表面粗糙度尽可能的达到设计值。只有符合以上要求，才能保证刹车片的使用寿命（与刹车片更换周期相当）基本满足设计预期，同时也使制动盘过度磨损加剧的风险显著下降。
