关键词：机械液压混合式；风电偏航制动器；设计研究
引言
风电产业是我国战略性新兴产业之一，国内风电市场基本成熟，风电设备需求越来越大。风电偏航制动器是风电机组制动系统的重要组成部分，其制动性能直接决定着风电机组能否实现正常运转。制约于技术和成本，大多数大型风电机组均采用主动偏航系统，通过摩擦片与制动盘之间的摩擦实现制动。风电偏航制动器在工作过程中，安全制动和减速偏航制动一般共用一套液压制动部件。当工作状态为偏航减速制动状态时，摩擦片磨损量大，制动器活塞的密封受到切向力作用而易产生漏油现象。更为严重的是，当油路或液压站发生故障时，制动器处于非正常工作状态，设备运行失控风险增大。为此，有必要研制新型风电偏航制动器，解决偏航减速制动中的漏油问题，并提高设备运行安全系数，确保油路或液压站故障时，偏航减速制动依然处于正常工作状态。
1传统机械液压混合式风电偏航制动器设计中存在的问题
1.1偏航制动器设计缺乏针对性
我国风力发电产业起步晚，虽发展迅速，但各项技术还不够成熟，其中就包括偏航制动器设计技术。很多偏航制动器制造商在生产制造过程中大量引进国外先进技术，未经研究和分析就直接生产，导致很多设备性能不符合我国风场分布的特点，制动器漏油等故障频繁出现。我国地域辽阔，风力能源丰富且分布较广，不同地区由于气候环境的不同在风能利用上有很大差别，千篇一律地引进国外先进技术很难满足我国风力能源分布特殊性的要求。因此，风电偏航制动器的设计需要具有针对性，满足我国不同地区的气候环境，保证风电设备的安全、稳定运行，提高风力发电效率。
1.2设计环节未体现技术创新
当前我国风电偏航制动器设计未充分体现技术创新，已成为制约风电产业可持续发展的主要因素之一。国内多家制动器生产商无论是从风电偏航制动器设计还是装配生产工艺上都基本相同，制动器出现的故障也大体相同，如风电偏航制动器运行中普遍存在漏油、摩擦片磨损率高、噪音大等问题。因此，当务之急是要不断创新设计技术、生产技术及装配工艺技术，这样才能推动我国风电产业的可持续发展，保证风电设备的高效运行，延长设备使用寿命，降低设备维修成本。2机械液压混合式风电偏航制动器结构与工作原理新型偏航制动器主要由钳体、2个减速制动系统和5个安全制动系统组成。在钳体内有安全制动油缸和减速制动油缸。安全制动和偏航减速制动均通过摩擦片与制动盘之间的摩擦实现。安全制动系统采用液压制动，压力油推动活塞运动，进而使活塞端面上的安全制动摩擦片挤压制动盘而实现制动。减速制动系统采用机械制动，通过调节碟簧产生的弹性力挤压活塞，进而使减速制动摩擦片挤压制动盘而实现制动。在偏航制动过程中，由于碟簧能吸收振动能量，还可达到减振的有益效果。偏航制动器安装在偏航基座上后，减速制动系统始终处于制动工作状态。当设备需要安全制动时，压力油经油口进入油缸，推动活塞运动，活塞顶住安全制动摩擦片向制动盘推移，实现制动盘制动刹车。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当设备需要偏航减速制动时，安全制动油缸卸压至偏航压力，保持安全制动摩擦片与制动盘接触，制动盘依靠安全制动油缸（卸压至偏航压力）和减速制动油缸制动，保证偏航运动缓慢平稳进行。由于减速制动系统始终处于制动状态，因此当油路或液压站发生故障时，可确保偏航减速制动安全进行。同时，由于减少了液压系统数量，进而减少了漏油点。当减速制动摩擦片磨损后，可调节螺栓进行补偿。当需要更换减速摩擦片时，将螺栓后退至不受碟簧作用状态，即可更换减速制动摩擦片。当需要更换安全制动摩擦片时，安全制动油缸卸压，活塞退至油缸内最大极限位置，即可更换安全制动摩擦片。
3优化措施分析
这种新型的机械液压混合式风电偏航制动器由八个运行系统组成，其中包括1个钳体、2个制动减速系统、5个安全制动系统。制动系统中的钳体由两部分组成:一是安全制动油缸，二是摩擦减速所用的制动油缸。其中，机械液压制动是安全制动系统中的主要动力，其运行原理是通过压力推动缸体活塞运动，使缸体活塞上的安全制动摩擦片挤压制动盘，进而实现减速制动的目的。减速制动系统的动力来源是机械制动，其工作原理是降低碟簧产生的弹力推动活塞工作，在活塞运转过程中实现减速制动摩擦片和制动盘二者之间摩擦减速制动的效果。从安全制动系统和偏航减速制动系统工作原理来看，二者都是通过摩擦片和制动盘之间的摩擦进而实现减速制动的效果。从新型机械液压混合式风电偏航制动器设计结构来看，其有效弥补了传统制动结构设计中存在的不足，运行效果有了很大提升。在制动器运行过程中，由于碟簧具有弹力伸缩功能，不仅可以有效吸收风电设备运行中产生的震动能量，还可以达到减震降噪的效果。偏航制动器安装在固定基座上以后，就能够保证制动系统处于时时工作状态，一旦风电运行中需要安全制动时，压力油就会进入油缸，推动活塞运动，在活塞运动中推动摩擦片向制动盘方向运行，实现制动效果。当风电设备需要减速运转时，安全制动系统会将压力传输到偏航制动系统中，使安全制动摩擦片轻轻接触制动盘，制动盘依靠安全制动系统中安全制动油缸和减速制动油缸产生的压力实现制动，达到风电设备运行所需要的速度。这种新型结构设计保证了减速制动系统处于时时工作状态，即使缸体油路出现运行故障，也能保证风电设备偏航减速制动的安全、稳定运行，有效降低了系统漏油点的数量和漏油故障率。当摩擦片达到一定磨损程度后，工作人员可以通过调节螺栓进行补偿，有效延长了摩擦片的使用寿命。当需要更换摩擦片时，将螺栓后退至不受碟簧作用的位置，就可以更换制动减速摩擦片，改变了传统更换摩擦片中相对复杂的环节，缩短了更换摩擦片的时间。与传统设计相比，新型机械液压混合式风电偏航制动器的设计结构更加科学、合理，更适合当前风力发电建设与发展需求。
结语
1）系统的刚度、固有频率和阻尼比、制动盘与制动块上的摩擦片材料、制动盘质量、活塞直径与数量和偏航余压是导致偏航系统失稳振动的主要因素。2）当偏航过程中发生失稳振动时，可通过减小偏航余压或更换摩擦因数更小的摩擦片来控制振动。3）研发抗颤振风电偏航制动器时，应结合临界失稳速度和并基于制动盘进行制动器结构设计和选材，通盘考虑系统的刚度、固有频率和阻尼比，摩擦片材料和活塞直径与数量。
参考文献
［1］王长海，周旭生，毛书声.机械液压混合式风电偏航制动器设计［J］．风能，2015，(11):80－81.
［2］沈小军，杜万里.大型风力发电机偏航系统控制策略研究现状及展望［J］．电工技术学报，2015，30(10):196－203.
［3］李莉，尹东晓，张立军.盘式制动器制动抖动现象机理研究［J］．汽车工程，2006，28(04):361－365.
［4］廖明夫，黄巍，董礼.风力机偏航引起的失稳振动［J］．太阳能学报，2009，30(04):488－492.
论文作者:白杨 姜岩岩 王玉红 张金玲
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/28
标签：制动器论文; 风电论文; 偏航论文; 活塞论文; 摩擦片论文; 制动系统论文; 漏油论文; 《科学与技术》2019年20期论文;