风力发电机偏航制动缸检漏研究_许春福.pdf

2023NO2ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK图2偏航制动缸机舱与塔筒连接处漏油照片收稿日期：2022-10-19作者简介：许春福（1986），男，本科，工程师，高级电工技师，从事风力发电厂运行维护管理工作。风力发电机偏航制动缸检漏研究许春福（福建晋江天然气发电有限公司福建晋江362251）摘要风力发电机偏航制动缸安装在风力发电机机舱与塔筒结合处，长时间运行后偏航制动器就会出现不同程度的渗漏油问题，既影响机组安全运行，又增加了现场维护的工作量。受限于风力发电机现场偏航制动缸运行方式、安装位置等影响，无法直接判断偏航制动缸在风力发电机组工作中的运行状态是否存在漏油，尤其制动缸哪个内部密封不好引起的渗漏油最难判断，因此风力发电机偏航制动缸检漏的最好方法，就是采用一种检漏装置，来模拟风力发电机机偏航制动器及其内部密封圈、活塞运动，实现真实的风力发电机运行中的偏航刹车过程。通过极限量程与正常量程之间的反复活塞运动，来检查偏航制缸及其附件是否存在漏油。关键词风力发电机偏航制动缸检漏装置漏油中图分类号：TM315文献标识码：A文章编号：1672-9064(2023)02046030引言风力发电机偏航制动缸在风力发电机组超偏航刹车中起到制动功能，以保证风力发电机能安全运行1。制动时液压油进入风力发电机偏航制动缸内，将风力发电机偏航制动缸的活塞杆推出，活塞杆连接刹车片，刹车片与风力电发电机的转轴产生摩擦起到制动作用。当刹车片磨损一定程度后，活塞杆的伸出量会增加，进而导致密封圈受损2，最终导致漏油。渗漏的液压油，会随机舱的偏航流向风机内部四周，导致风力发电机内四处积油，致使无法精准的判断风力发电机偏航制动缸哪个漏油。目前市场上没有用于风力发电机偏航制动缸检漏的设备。1研究背景某风电场2012年5月2014年7月有16台风机陆续投产发电。风力发电机偏航制动缸漏油问题是从2016年1月开始陆续出现，至2017年6月共发生34台次，平均约2台次/月。风机偏航制动缸渗漏的液压油会与积留在偏航刹车盘上的刹片粉末混合，混合的油粉末又会引起偏航异响制动打滑。制动打滑又使刹车片磨过快，刹车片磨过快又导致制动失效，制动失效严重情况下又可能会导致风机倒塔的严重事故。风机偏航制动缸渗漏油也会造成塔筒外壁污染。清理污染的塔筒外壁难度较大，成本也高，预估2万3万元/台次。偏航制动漏油还会顺着塔筒流到平台上，影响维护人员的攀爬安全和机组卫生；如果偏航制动漏油故障发生在盛风期，每天的损失电量高达3万4万kWh/台次，当月风机可利用率下降0.2%/台次。假设当某个风力电发机运行中，一个偏航制动缸漏油后（风力发电机不会立即停机），因为风力发电机仍处于运行中（风机仍会偏航、发电时也会产生自震），液压油随振动及风力发电机偏航四处流动，所以导致检修人员无法通过外观精准找到漏油的偏航制动缸，见图1和图2。无法精准找到漏油的偏航制动缸通常的做法只能将风电机组16个偏航制动缸全部更换，但这样的处理无形中既增加了劳动量又造成备品备件成本的增加。图1某直驱机型的偏航制动缸机舱漏油照清洁能源462023NO2.ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK图5偏航制动缸密封圈老化龟裂变硬情况2制动缸结构分析风力发电机偏航制动器主要由进油口、缸体、胶圈、活塞、压柱、刹车片、螺栓等部分组成。当液压刹车时压力达到19 MPa左右，液压油通过偏航制动缸体外进油口推动活塞，活塞推动压柱运动，压柱作用于刹车片从而使刹车片受到径向载荷，达到刹车目的。图3为制动缸的结构图。3制动缸漏油分析对漏油的风力发电机偏航制动缸逐台拆解，发现导致其漏油主要有3个原因：偏航制动缸油缸内部油污污染；偏航制动缸活塞表面磨损超标；偏航制动缸密封圈老化。3.1偏航制动缸内部油污污染的分析现有液压系统的布置是液压站处于高位，偏航制动缸处于低位，缸内的液压油无法回流至液压站，偏航制动缸内容易积存杂质。整个液压系统只有液压站里1个过滤芯，只能过滤较粗杂质，无法过滤细小颗粒杂质。现场的空间条件及油箱接口也不能外接离线滤油装置，无法对液压油进行定期滤油。解体发现油偏航制动缸内部都比较脏，有明显杂质。3.2偏航制动缸活塞表面磨损超标液压油中细小杂质会导致偏航制动缸活塞产生沟痕；偏航制动缸与活塞的间隙仅0.40 mm，活塞表面损伤后导致直径变小超过标准，如图4为偏航制动缸活塞表面磨损超标的情况。3.3密封圈老化问题液压系统的工作压力高达19 MPa，密封圈的状态直接影响密封效果；密封圈使用一段时间后会逐渐老化，老化的周期跟工作环境温度、压力等级、介质品质都有关系，我场原装偏航制动缸运行3 a后开始漏油，其他的风场运行24 a开始漏油。图5为偏航制动缸密封圈老化龟裂变硬情况。4制动缸检漏装置研究4.1制动缸检漏装置结构图6所示的是1种风机制动缸的检漏装置，包括底座1和制动缸安装板2。制动缸安装板2固定在底座1上，制动缸安装板2为圆形板，制动缸安装板2上设置有第一通孔21，第一通孔21位于制动缸安装板2的圆心处。底座1包括承台11、弹簧12、支撑件和固定螺母14，具体的，所述支撑件为支撑螺栓13，承台11为圆形台，支撑螺栓13穿设于承台11上，固定螺母14套设在支撑螺栓13上。具体的，承台11上开设有所述第二通孔和第三通孔112，所述第二通孔的数量为4个，第三通孔112位于承台11的中心轴位置处。4个所述第二通孔分别设置在以第三通孔112为中心的正方形的4个边角处，支撑螺栓13的数量为4根。每个所述第二通孔内穿设1根支撑螺栓13，每根支撑螺栓13上套设有2个固定螺母，每根支撑螺栓13上套设的2个固定螺母14分别位于承台11的上下两侧。制动缸安装板2与支撑螺栓13的上端焊接固定，承台11位于制动缸安装板2的下方，弹簧12位于所述第一通孔的下方。弹簧12立设在承台11上，弹簧12的一端固定在承台11上。具体的，承台11上设置有安装座113，上述安装座113为空心筒状的安装座，所述安装座113与第三通孔112相连通，弹簧12设置在所述安装座内。弹簧12上设置有1-螺栓；2-进油口；3-缸体；4-活塞；5-胶圈；6-压柱；7-刹车片。图3风力发电机偏航制动缸的结构图（资料来源：三斯、贵新安、特瑞博偏航制动缸说明书）图4偏航制动缸活塞表面磨损超标清洁能源472023NO2ISSN 1672-9064CN 35-1272/TK测量针121，测量针121的一端焊接固定在弹簧12远离承台11的一端，测量针121的另一端朝向承台11设置，测量针121上设置有刻度线。较佳的，制动缸安装板2和承台11均采用的是厚度为10 cm的钢板，支撑螺栓13采用的型号是M22、12.9级的高强度螺栓，采用上述材料可多次重复承受风机制动缸的压力不变型。所述第一通孔为直径5 cm的圆柱孔洞，弹簧12的线径为0.3 cm、长高为7.8 cm且外径为4.5 cm的弹簧。4.2制动缸检漏装置实操先将风机制动缸放置在制动缸安装板2上，可以将风机制动缸与风力发电机相连接自动打压测试，也可以将风机制动缸连接手动加压泵手动打压测试从而模拟风机制动缸的工作状态：风机制动缸的活塞杆在未伸出时与弹簧12相抵接，风机制动缸的活塞杆在压力作用下伸出并挤压弹簧12，随后撤除压力，在风机制动缸压力降为0时，弹簧12克服风机制动缸活塞自身重力，将活塞顶回初始位置；然后风机制动缸再次受到压力将活塞杆推出，活塞杆再次挤压弹簧12，伸缩到活塞最大运动范置；通过记录活塞的多次位移，将上述位移正常的风机的活塞的行走量程进行对比，可以判断风机制动缸是否漏液。5效益分析（1）年产值：每年提高设备可利用小时0.5%，按全年总发电量9 000万kWh，电价0.61元/kWh计算，约可节约0.5%9000万0.61元=27.45万元。（2）利润：1台风力发电机偏航制动缸有16个，单价在0.25万0.3万元，总16台风机，由于无法检测以前一个偏航制动缸损坏需要全部更换，偏航制动缸的使用寿命约为5 a，以最高使用年限5 a计算，年最低利润为：16个16台0.25万元/5 a=12.8万元。（3）推广情况：已应用于湘电风能XE82机型配备的YWZ5-250/30类别中的三斯、贵新安、特瑞博偏航制动缸的排漏运用中。6结语应用在某风电场的成效：一种风力发电机偏航制动缸的检漏装置，可以模拟实现偏航制动缸在风机运行中的刹车过程，通过极限量程与正常量程之间的反复活塞运动，以此来置换液压油并精准地判断风力发电机偏航制动缸是否存在密封圈受损、活塞磨损等导致制动缸漏油问题。在2017年推行该偏航检漏装置以后，该风场无发生由于偏航制动缸漏油导致的风力发电机故障停机。就现场的实际情况来看，还存在不足，主要是受限于风力发电机上的作业空间，检测偏航制动缸时需先将其拆下，然后在风机塔基就地测量或拉回升压站测量，这样的操作增加了拆、装、搬运偏航制动缸的工作量。参考文献1许春福.风力发电机组故障诊断与预测技术研究综述J.能源与环境，2022（03）：48-49.2赵康康.风电机组偏航制动器制动稳定性及其疲劳寿命分析D.湘潭：湖南科技大学，2021.1-底座；2-制动缸安装板；11-承台；12-弹簧；13-支撑螺栓；14-固定螺母；21-第一通孔；112-第三通孔；113-安装座；121-测量针。图6一种风力发电机偏航制动缸的检漏装置结构图清洁能源48