文|何麗萍，唐超利，余國城

目前，大型風電機組的偏航系統(tǒng)大都由機電驅(qū)動機構(gòu)和液壓制動阻尼系統(tǒng)兩部分組成。其中，機電驅(qū)動機構(gòu)的作用是根據(jù)風向傳感器發(fā)出的信號，驅(qū)動風電機組偏航，使風輪正對風向以便最大限度地捕捉風能。液壓制動阻尼系統(tǒng)包括液壓系統(tǒng)和偏航夾鉗，當風電機組正對風向發(fā)電運行時，液壓系統(tǒng)促使偏航夾鉗全壓制動，使風電機組穩(wěn)定正對風向發(fā)電運行。當風向發(fā)生變化時，機組啟動偏航，此時液壓力下降，產(chǎn)生在剎車片與剎車盤之間的阻尼降低，確保風電機組穩(wěn)定的偏航。

由于偏航時產(chǎn)生的摩擦會對夾鉗的剎車片造成一定程度的磨損，理論上來說，當剎車片磨損到一定的程度時，風電機組的維護人員應對其及時進行更換。但是，在現(xiàn)有的偏航夾鉗設(shè)計中，驅(qū)動剎車片的活塞沒有行程限位裝置，使得當剎車片被過度磨損時難以及時被維護人員發(fā)覺，常常造成偏航系統(tǒng)損壞，影響機組的對風，從而影響發(fā)電量，更有可能會造成其他部件的損壞，大大增加機組的維修費用，并成為風電機組的安全隱患。

現(xiàn)有剎車夾鉗原理

圖1 為現(xiàn)有技術(shù)中風電機組偏航夾鉗的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2 為圖1 中所示的A-A 剖視圖，圖3 為多個偏航夾鉗的工作原理圖。

如圖1 所示，偏航夾鉗包括上下對稱布置的上夾鉗體和下夾鉗體，上、下夾鉗體內(nèi)均設(shè)有活塞、可供活塞垂直上下運動的容腔和剎車片。偏航剎車盤位于上剎車片和下剎車片之間并被剎車片夾緊，每個活塞與相應的容腔之間形成油腔。上油腔與下油腔通過上夾鉗體和下夾鉗體中的連接通道而連通，如圖2 所示。上夾鉗體上的相鄰的容腔之間設(shè)有注油通道。下夾鉗體上設(shè)有注油口和回油口。

圖1 偏航夾鉗內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 偏航夾鉗A-A剖視圖

偏航夾鉗的工作原理為：液壓站通過注油口向油腔內(nèi)注滿油并加壓，正常工作時，回油口與液壓站之間設(shè)有的閥門為關(guān)閉狀態(tài)，液壓油通過活塞將壓力傳遞給剎車片，使得剎車片在壓力下壓緊剎車盤產(chǎn)生制動力或阻尼。當偏航剎車包括多個剎車夾鉗時，剎車夾鉗之間為串聯(lián)，也就是上一個剎車夾鉗的回油口與下一個剎車夾鉗的注油口相連通，如圖3 所示。

現(xiàn)有技術(shù)不足之處

由于偏航剎車夾鉗上沒有限位裝置，當剎車片由于磨損變薄而須更換時，液壓系統(tǒng)及夾鉗不會停止工作，也難以被維護人員及時發(fā)現(xiàn)，從而造成剎車片的過度磨損，損傷剎車盤，導致風電機組的對風不準確，影響發(fā)電量，并有可能引發(fā)安全事故。圖4 和圖5 是被過度磨損的偏航夾鉗的剎車片和被損壞的剎車盤的圖形。

采用增加限位開關(guān)的方法，可以避免這種過度磨損的情況發(fā)生。申請?zhí)枮镃N200920151417 的中國專利“風力發(fā)電機組偏航剎車片過量磨損預警保護裝置”就公開了這樣一種技術(shù)方案。該方案在偏航夾鉗中設(shè)置限位開關(guān)、中間繼電器線圈、中間繼電器線圈工作電源、信號電源、開關(guān)量輸入模塊，限位開關(guān)中設(shè)定磨損量臨界值。當偏航剎車的磨損量到臨界值時，通過繼電器將磨損量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枏亩鴮崿F(xiàn)報警的功能。

該方案所需要的零部件比較多，原理較為復雜，可靠性相對較差，且成本較高。

改進后的剎車夾鉗

在保證偏航剎車基本功能的條件下，為有效控制剎車片的磨損程度、消除安全隱患的同時延長剎車盤的使用壽命，對偏航剎車的夾鉗進行了結(jié)構(gòu)上的改進。

圖6 為改進后的偏航夾鉗的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7 為改進后偏航夾鉗的工作原理示意圖。

改進后的偏航夾鉗的上夾鉗體和下夾鉗體上都開有泄油孔，泄油孔穿過夾鉗的側(cè)壁通向油腔。如圖6 所示。泄油孔到剎車盤的距離(圖中的L)等于活塞的厚度與剎車片磨損到需維修的程度時的厚度之和。

同一夾鉗體上，相鄰容腔之間還可以設(shè)有將兩個油腔相連通的泄油通道，且同一夾鉗體上的所有泄油通道位于同一水平位置上。

在正常情況下，泄油孔被活塞堵住，油腔內(nèi)的有不會通過泄油孔返回到液壓站。隨著偏航夾鉗的使用時間延長，剎車片被逐漸磨損變薄，在這個過程中，活塞在油壓的作用下不斷地向靠近剎車盤的方向緩慢移動。當剎車片磨損到需要更換的程度時，活塞不能繼續(xù)堵住泄油孔，從而使泄油孔與油腔相連通。油腔中的液壓油就會通過泄油孔回流到液壓站，如圖7 所示，導致液壓系統(tǒng)無法給偏航剎車夾鉗施加壓力。此時風電機組的控制系統(tǒng)會將此異常狀況通過控制界面向監(jiān)控人員發(fā)出警報，促使維護人員對偏航剎車進行檢查，避免了剎車片的過度磨損以及因此引起的安全事故，還起到了延長剎車盤使用壽命的作用。

圖3 偏航夾鉗工作原理圖

圖4 過度磨損的剎車片

圖5 被損壞的剎車盤

圖6 改進后的夾鉗內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 改進后偏航夾鉗的工作原理圖

攝影：郭慧文

由于上夾鉗體的容腔和下夾鉗體的容腔是連通的，泄油孔還可以單獨設(shè)置在下夾鉗體或上夾鉗體上。

結(jié)語

改進后的偏航夾鉗，由于增加了泄油孔和泄油通道，使得夾鉗剎車片在磨損到需更換的狀態(tài)時，油腔內(nèi)的液壓油可以通過泄油孔返回液壓站，使液壓系統(tǒng)無法給剎車夾鉗施壓，控制系統(tǒng)會將此異常狀況通報給監(jiān)控人員，從而避免了安全隱患，減小了損失，還可以延長剎車盤的使用壽命。該控制系統(tǒng)成本低，容易實現(xiàn)，而且?guī)缀醪挥镁S護費用，大大節(jié)省了成本。