風(fēng)電機(jī)組偏航剎車盤過度磨損的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：2018-03-09 瀏覽次數(shù)：2155次
近年來(lái)，隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行過程中的維護(hù)維修工作越來(lái)越多的受到關(guān)注。風(fēng)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，獲得良好的維護(hù)與及時(shí)的維修，對(duì)于機(jī)組確保發(fā)電量和運(yùn)行可靠性，以及有效控制運(yùn)營(yíng)成本，都有不可忽視的巨大幫助。因此，從2014年開始，中國(guó)農(nóng)機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)能設(shè)備分會(huì)組織召開了第一屆風(fēng)電后市場(chǎng)專題研討會(huì)，將市場(chǎng)與技術(shù)兩個(gè)角度融合在一起，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)技術(shù)和市場(chǎng)進(jìn)行深入探討�？梢姡瑱C(jī)組的運(yùn)行維護(hù)維修工作已經(jīng)引起了業(yè)內(nèi)組織和人士的廣泛關(guān)注。
風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)是調(diào)整機(jī)組風(fēng)輪方向，以獲取最大能量的方向調(diào)整系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)輪方向調(diào)整至與來(lái)風(fēng)方向一致時(shí)，偏航制動(dòng)器的剎車片從上下兩個(gè)方向夾緊偏航制動(dòng)盤，固定風(fēng)輪于該方向上，直至風(fēng)輪方向與來(lái)風(fēng)方向的偏差超過限值，再次啟動(dòng)偏航動(dòng)作。風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)在主動(dòng)偏航過程中不可避免地會(huì)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。在偏航動(dòng)作過程中，為了確保重量巨大的機(jī)艙與風(fēng)輪運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，偏航制動(dòng)器對(duì)偏航制動(dòng)盤保持一定的阻尼。這種用于維持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的阻尼會(huì)對(duì)剎車片與偏航制動(dòng)盤（以下簡(jiǎn)稱制動(dòng)盤）造成磨損，由于制動(dòng)盤材質(zhì)硬度高于剎車片摩擦材料，機(jī)組運(yùn)行一定時(shí)間之后，剎車片摩擦材料會(huì)磨損殆盡，此時(shí)必須及時(shí)更換剎車片，否則剎車片的鋼板部分會(huì)對(duì)制動(dòng)盤摩擦表面造成過度磨損，進(jìn)而導(dǎo)致偏航運(yùn)動(dòng)過程發(fā)生抖動(dòng)，甚至造成失穩(wěn)。本文將從制動(dòng)盤過度磨損引發(fā)的嚴(yán)重危害，對(duì)制動(dòng)盤過度磨損故障的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)方案，以及對(duì)解決方案的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望等角度來(lái)詳細(xì)闡述。
制動(dòng)盤過度磨損的危害
偏航制動(dòng)器剎車片的鋼板部分表面硬度通常在180ＨＢＷ以上，而制動(dòng)盤一般采用鋳鐵材質(zhì)，表面硬度在120~175ＨＢＷ范圍內(nèi)；同時(shí)鋼板部分的強(qiáng)度也明顯高于制動(dòng)盤。制動(dòng)盤與剎車片摩擦材料組成的摩擦副同制動(dòng)盤與剎車片鋼板材料的摩擦副特性迥異，兩種摩擦副同時(shí)存在時(shí)，會(huì)引起由于摩擦副特性不均勻?qū)е碌闹苿?dòng)抖動(dòng)。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)鍵之一，兩種摩擦副摩擦系數(shù)與磨損率的差異，造成制動(dòng)盤的磨損速度顯著不同，與鋼板材料的摩擦副使制動(dòng)盤過度磨損甚至報(bào)廢，以及偏航制動(dòng)器的動(dòng)力單元——液壓系統(tǒng)的故障。在制動(dòng)盤厚度減小程度不大，尚未達(dá)到更換制動(dòng)盤時(shí)，可通過增加剎車片更換頻率的辦法解決。并且制動(dòng)盤過度磨損會(huì)造成制動(dòng)盤表面粗糙度發(fā)生巨大變化，相對(duì)設(shè)計(jì)值顯著增大，導(dǎo)致制動(dòng)盤與剎車片摩擦材料之間的摩擦系數(shù)明顯高于設(shè)計(jì)值，使剎車片的更換頻率較制動(dòng)盤磨損前大幅提高，給整機(jī)廠造成不小的維護(hù)成本壓力。更換剎車片的方法只是臨時(shí)的解決辦法，由于制動(dòng)盤表面粗糙度的巨大變化，剎車片的磨損率已無(wú)法準(zhǔn)確估算，導(dǎo)致存在制動(dòng)盤再次過度磨損的風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)制動(dòng)盤的厚度出現(xiàn)較大變化，制動(dòng)盤自身強(qiáng)度與剛度嚴(yán)重不足，存在失效風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則必須馬上采取吊裝更換制動(dòng)盤的措施，以確保風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全。因制動(dòng)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(duì)制動(dòng)盤的制造精度與質(zhì)量都有著較高的要求、并且現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件遠(yuǎn)不如工廠裝配的可控性好，安裝質(zhì)量難以控制，進(jìn)而對(duì)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量與可利用率造成不利影響。除了對(duì)偏航系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害，制動(dòng)盤過度磨損還會(huì)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(duì)剎車片均勻施加壓力。但是活塞行程設(shè)計(jì)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(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(huì)與活塞分離，造成液壓油泄漏；同時(shí)，剎車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(tái)上，從而使得液壓油泄漏情況更加惡化，并且對(duì)機(jī)組內(nèi)部造成嚴(yán)重污染與火災(zāi)隱患。
現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的解決方案對(duì)比
如上制動(dòng)盤過度磨損危害說明中關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)的兩種解決方案（更換剎車片與吊裝更換制動(dòng)盤）的介紹，更換剎車片方案是一種臨時(shí)方案，方案的一次執(zhí)行成本較更換制動(dòng)盤方案低，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)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(dòng)盤過度磨損加劇的風(fēng)險(xiǎn)；吊裝更換制動(dòng)盤方案能夠解決根本問題，不過修復(fù)代價(jià)過大，同時(shí)安裝質(zhì)量也難以得到保障。
根據(jù)偏航制動(dòng)系統(tǒng)摩擦副的工作特性，現(xiàn)場(chǎng)有效解決制動(dòng)盤過度磨損問題的關(guān)鍵是在確保制動(dòng)盤表面強(qiáng)度與硬度滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，使制動(dòng)盤的表面粗糙度盡可能的達(dá)到設(shè)計(jì)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(dāng)）基本滿足設(shè)計(jì)預(yù)期，同時(shí)也使制動(dòng)盤過度磨損加劇的風(fēng)險(xiǎn)顯著下降。
風(fēng)電機(jī)組偏航系統(tǒng)是調(diào)整機(jī)組風(fēng)輪方向，以獲取最大能量的方向調(diào)整系統(tǒng)。當(dāng)風(fēng)輪方向調(diào)整至與來(lái)風(fēng)方向一致時(shí)，偏航制動(dòng)器的剎車片從上下兩個(gè)方向夾緊偏航制動(dòng)盤，固定風(fēng)輪于該方向上，直至風(fēng)輪方向與來(lái)風(fēng)方向的偏差超過限值，再次啟動(dòng)偏航動(dòng)作。風(fēng)機(jī)偏航系統(tǒng)在主動(dòng)偏航過程中不可避免地會(huì)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。在偏航動(dòng)作過程中，為了確保重量巨大的機(jī)艙與風(fēng)輪運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，偏航制動(dòng)器對(duì)偏航制動(dòng)盤保持一定的阻尼。這種用于維持運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性的阻尼會(huì)對(duì)剎車片與偏航制動(dòng)盤（以下簡(jiǎn)稱制動(dòng)盤）造成磨損，由于制動(dòng)盤材質(zhì)硬度高于剎車片摩擦材料，機(jī)組運(yùn)行一定時(shí)間之后，剎車片摩擦材料會(huì)磨損殆盡，此時(shí)必須及時(shí)更換剎車片，否則剎車片的鋼板部分會(huì)對(duì)制動(dòng)盤摩擦表面造成過度磨損，進(jìn)而導(dǎo)致偏航運(yùn)動(dòng)過程發(fā)生抖動(dòng)，甚至造成失穩(wěn)。本文將從制動(dòng)盤過度磨損引發(fā)的嚴(yán)重危害，對(duì)制動(dòng)盤過度磨損故障的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)方案，以及對(duì)解決方案的未來(lái)發(fā)展方向進(jìn)行展望等角度來(lái)詳細(xì)闡述。
制動(dòng)盤過度磨損的危害
偏航制動(dòng)器剎車片的鋼板部分表面硬度通常在180ＨＢＷ以上，而制動(dòng)盤一般采用鋳鐵材質(zhì)，表面硬度在120~175ＨＢＷ范圍內(nèi)；同時(shí)鋼板部分的強(qiáng)度也明顯高于制動(dòng)盤。制動(dòng)盤與剎車片摩擦材料組成的摩擦副同制動(dòng)盤與剎車片鋼板材料的摩擦副特性迥異，兩種摩擦副同時(shí)存在時(shí)，會(huì)引起由于摩擦副特性不均勻?qū)е碌闹苿?dòng)抖動(dòng)。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)鍵之一，兩種摩擦副摩擦系數(shù)與磨損率的差異，造成制動(dòng)盤的磨損速度顯著不同，與鋼板材料的摩擦副使制動(dòng)盤過度磨損甚至報(bào)廢，以及偏航制動(dòng)器的動(dòng)力單元——液壓系統(tǒng)的故障。在制動(dòng)盤厚度減小程度不大，尚未達(dá)到更換制動(dòng)盤時(shí)，可通過增加剎車片更換頻率的辦法解決。并且制動(dòng)盤過度磨損會(huì)造成制動(dòng)盤表面粗糙度發(fā)生巨大變化，相對(duì)設(shè)計(jì)值顯著增大，導(dǎo)致制動(dòng)盤與剎車片摩擦材料之間的摩擦系數(shù)明顯高于設(shè)計(jì)值，使剎車片的更換頻率較制動(dòng)盤磨損前大幅提高，給整機(jī)廠造成不小的維護(hù)成本壓力。更換剎車片的方法只是臨時(shí)的解決辦法，由于制動(dòng)盤表面粗糙度的巨大變化，剎車片的磨損率已無(wú)法準(zhǔn)確估算，導(dǎo)致存在制動(dòng)盤再次過度磨損的風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)制動(dòng)盤的厚度出現(xiàn)較大變化，制動(dòng)盤自身強(qiáng)度與剛度嚴(yán)重不足，存在失效風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，則必須馬上采取吊裝更換制動(dòng)盤的措施，以確保風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全。因制動(dòng)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(duì)制動(dòng)盤的制造精度與質(zhì)量都有著較高的要求、并且現(xiàn)場(chǎng)的安裝條件遠(yuǎn)不如工廠裝配的可控性好，安裝質(zhì)量難以控制，進(jìn)而對(duì)風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電量與可利用率造成不利影響。除了對(duì)偏航系統(tǒng)造成嚴(yán)重危害，制動(dòng)盤過度磨損還會(huì)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(duì)剎車片均勻施加壓力。但是活塞行程設(shè)計(jì)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(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(huì)與活塞分離，造成液壓油泄漏；同時(shí)，剎車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(tái)上，從而使得液壓油泄漏情況更加惡化，并且對(duì)機(jī)組內(nèi)部造成嚴(yán)重污染與火災(zāi)隱患。
現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的解決方案對(duì)比
如上制動(dòng)盤過度磨損危害說明中關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)的兩種解決方案（更換剎車片與吊裝更換制動(dòng)盤）的介紹，更換剎車片方案是一種臨時(shí)方案，方案的一次執(zhí)行成本較更換制動(dòng)盤方案低，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)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(dòng)盤過度磨損加劇的風(fēng)險(xiǎn)；吊裝更換制動(dòng)盤方案能夠解決根本問題，不過修復(fù)代價(jià)過大，同時(shí)安裝質(zhì)量也難以得到保障。
根據(jù)偏航制動(dòng)系統(tǒng)摩擦副的工作特性，現(xiàn)場(chǎng)有效解決制動(dòng)盤過度磨損問題的關(guān)鍵是在確保制動(dòng)盤表面強(qiáng)度與硬度滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，使制動(dòng)盤的表面粗糙度盡可能的達(dá)到設(shè)計(jì)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(dāng)）基本滿足設(shè)計(jì)預(yù)期，同時(shí)也使制動(dòng)盤過度磨損加劇的風(fēng)險(xiǎn)顯著下降。