况晓 蔡晓峰 刘衍选
（沈阳华创风能有限公司，山东青岛 266000）
风电机组偏航刹车盘过度磨损处理研究
况晓 蔡晓峰 刘衍选
（沈阳华创风能有限公司，山东青岛 266000）
在大型风电机组的设计中，往往通过偏航调向系统来提高风能利用率。偏航压力需要保持一定的稳定值才能保证偏航系统的安全运行，而刹车盘的非正常磨损往往会影响到偏航压力，甚至产生严重的机组故障。本文分析了偏航刹车盘过度磨损的原因及危害，在其基础上提出了相关的修复方案，希望可以起到抛砖引玉的作用。
风电 偏航刹车盘 磨损 危害 修复
随着风力发电技术的大力推广，风电机组各个系统的研究都趋于精细化和智能化。偏航系统作为维持变桨距发电的主要机械机构，其性能直接影响着风力发电的稳定性和风能利用率。在偏航系统中，通过摩擦片夹紧偏航刹车盘的方式来控制制动器调整桨叶的迎风角度，从而保证桨距随风力变化而变化。在运行过程中，由于偏航刹车盘的硬度要大于摩擦片，往往会造成摩擦片损耗较大，但在一些非正常的磨损情况下，刹车盘也会受到重大影响，从而无法保证偏航系统的正常运行，甚至造成失稳。
1 偏航刹车盘过度磨损出现的原因分析
在偏航制动的过程中，偏航制动器通过于刹车盘之间的阻尼控制来维持大型风力发电机身和风轮组的平稳运行，而这种摩擦必然会带来摩擦片和刹车盘的磨损。通常情况下，摩擦片的硬度要远远低于刹车盘，但是摩擦片钢板部分的表面硬度（180HBW以上）却高于铸铁材质的刹车盘（120-175HBW），因此与钢铁结构接触的刹车盘会形成一定的磨损。同时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，由于两种摩擦副之间摩擦系数和磨损速度的不同，造成了刹车盘表面磨损程度不均，最终会造成整个系统的制动抖动，不但可能造成刹车盘磨损殆尽，还是对液压系统的稳定性产生影响。
2 偏航刹车盘过度磨损危害
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，从而最终在很大程度上影响风机偏航控制系统的精度［1］。由于摩擦片的磨损程度要远远高于刹车盘，因此在偏航刹车盘磨损程度较轻时，往往会采用更换摩擦片的方式减少磨损危害。但是由于刹车盘表面的粗糙度已经发生了改变，摩擦面之间的阻尼系数也明显发生不可精确计算的变换，因此更换摩擦片的各项性能系数不能得到有效控制，反而会加剧刹车盘的磨损速度，增大了摩擦片更换的频率，从而形成恶性循环。此外由于作业环境的影响，摩擦片的更换费用极高，且费时费工，也会造成较高的维修成本。当刹车盘的磨损较严重甚至存在失效风险时，必须更换刹车盘，而由于偏航刹车盘对于制造、安装精度有很高要求，风电机组运行现场往往无法得到原有出厂的装配环境，也无法保证更换后的偏航系统可以恢复如初。
除了对偏航系统造成严重危害，刹车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摩擦片均匀施加压力。但是活塞行程设计一般是基于摩擦片正常磨损工况，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，摩擦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。
3 偏航刹车盘过度磨损修复
3.1 现场修复方案分析
除却更换摩擦片和刹车盘这两种措施外，还可以通过现场修复方案延长摩擦片和刹车盘使用寿命，尽量保证表面强度和硬度，降低磨损风险［2］。
3.1.1 热喷技术方案
热喷涂技术是使基体（零件）表面强化和防护的一门技术，近年来在机械制造和设备维修中获得广泛应用。通过热喷涂方法修复刹车盘表面，需要按照程序展开几项工作：刹车盘表面预处理（清除表面的疲劳层、氧化层与油污）；表面粗化处理（用以提高涂层与刹车盘表面的结合面积）；刹车盘表面预热（预热温度一般为80-120℃）；喷涂耐磨涂层（氧化铝或还有氧化铝的复合涂层）；耐磨涂层后处理。由于热喷涂的涂层可以是耐磨性强，且具有一定强度与硬度的合金，可以满足现场修复方案的关键技术要求。
3.1.2 金属修复剂方案
金属修复方案一般采用钛合金作为主要的修复材料，修复过程与热喷技术基本相同；将膏状的加钛合金修复剂涂抹到磨损表面，经过一段时间冷却后会形成坚固的金属层，只需打磨金属层使其表面粗糙度达到偏航刹车盘的精度要求即可。金属修复剂在现场实施时需要先对金属表面进行不超过1mm的粗化和清洗剂清理处理；混合修复剂的使用环境温度在22℃左右，在使用平口刀刮实金属层的过程中要尽量沿径向减少较大的凸起凹陷；后期修型时要注意加强劳动保护，并且对打磨精度进行测量控制。
3.2 现场修复方案比较
热喷技术和金属修复剂方案都只适用于刹车盘磨损较小的情形，如果刹车盘损伤过重，基于安全性考虑，只能采取更换刹车盘的解决方案。在刹车盘表面损伤的厚度削减量与沟槽深度还不十分严重的情况下，热喷技术和金属修复剂方案相对于更换刹车盘而言还是较为妥善和经济的修复方案。与热喷技术相比，金属修复剂不需要预热这一步骤，工作强度小，而且耐磨性、耐腐蚀性、耐热和机加工性能也更加优越，但是其可靠性较低。此外，由于修复现场存在很多液压管道，高温环境存在极大的安全隐患，热喷技术要想保证其安全性就需要耗费更高的成本。总的来说，金属修复方案的操作性和经济性都远胜于热喷修复，更加可行。
4 结语
刹车盘作为偏航系统的重要部件之一，其磨损不可避免，但是非常磨损带来的危害是可以尽量消除的。由于更换摩擦片、刹车盘等部件费工费时、成本较高，因此日常的监督维护和现场修复就显得极为重要。从目前可以实施的集中修复方案来看，金属修复剂方案的可靠性和安全性较高，实施过程也较为便捷经济，更值得引用。
［1］李晓光，赵萍，韩德海.主动偏航过程兆瓦级风机偏航系统失稳振动特性［J］.中南大学学报（自然科学版），2013（3）∶949-954.
［2］余卓平，尹东晓，张立军，宁国宝.盘式制动器制动抖动问题概述［J］.汽车工程，2005（3）∶372-376.
