滑动衬垫和刹车片材料

采用回转支承的偏航系统由于回转支撑的摩擦阻力距很小,摩擦阻力矩主要来自于偏航制动器与刹车盘之间的摩擦阻力矩。采用滑动轴承的偏航系统摩擦阻力矩主要来自于偏航滑动衬垫与偏航齿圈之间的摩擦阻力矩。由于偏航齿圈和偏航刹车盘通常采用钢材制作,因此偏航衬垫或偏航刹车片材料与钢材的摩擦系数对偏航摩擦阻力矩起着决定作用。

2.1 偏航滑动衬垫材料

滑动衬垫的材料通常采用工程塑料PETP制作。材料要有优异的综合机械性能,还要求材料在不同环境温度、无润滑的条件下都要有稳定的摩擦系数,通常滑动衬垫的摩擦系数在0.04-0.1之间,并且磨损量极低(20年磨损量小于3mm)。由于偏航滑动衬垫在低速重载下运行,在实际运行过程中会由于受力不均发生衬垫碎裂,以及由于润滑不良引起的“爬行”现象产生振动和噪音现象。

2.2 偏航刹车片材料

偏航刹车片通常使用机械制动器的刹车片,刹车片是由铜粉或铁粉经树脂粘接而成的半金属材料,摩擦系数通常在0.35-0.40之间。由于制动器在偏航过程中为了保证偏航阻尼加着余压,刹车片带着压力运行,因此刹车片磨损很快,通常偏航刹车片使用寿命只有1-2年。摩擦下来的金属粉末会再次带入刹车片与刹车盘之间产生碾压,由于加工硬化产生坚硬的颗粒物附着在刹车片表面,引起偏航运行不平稳定产生振动、噪音。由于加工硬化产生的颗粒物硬度极高,造成偏航过程中刹车盘划伤。

3.偏航振动及噪音产生的原因及改进措施

3.1 偏航振动及噪音产生的原因

由于偏航滑动衬垫承受着机舱的全部载荷和重量,又要在偏航齿圈的表面滑动,因此滑动衬垫要有较高的承载力(见表1),同时还要有稳定的摩擦系数。由于材料的静摩擦系数总是高于动摩擦系数,特别在低速重载情况下,容易发生不连续的间歇运动,产生“爬行”现象,引起振动和噪音。采用滑动轴承的偏航系统,偏航振动和噪音来自于偏航过程中偏航滑动衬垫与齿圈之间由于润滑不良,产生了“爬行”现象;采用滚动轴承的机组,偏航振动和噪音来自于偏航过程中,偏航制动器刹车片与刹车盘之间由于刹车片粉末中的金属材料由于加工硬化产生的颗粒物附着在刹车片表面,改变了刹车片与刹车盘之间原有的摩擦系数,引起偏航运动不平稳,产生了“爬行”现象。

随着自润滑材料的发展,风电机组使用的滑动衬垫通常是在树脂材料的基础上填加有石墨等固体润滑剂,虽然自润滑材料可以在没有润滑的状态下较长时间运行,但是滑动衬垫在使用过程中还是需要定期添加润滑脂,以保证滑动衬垫长期稳定运行和更少的磨损量。采用脂润滑,还具有防止偏航齿圈滑动面锈蚀及水分侵入等作用。为了保证滑动衬垫有良好的润滑,通常在滑动衬垫表面开有润滑油孔或润滑油槽(见图3)并采用自动润滑装置(见图4),以保证偏航滑动衬垫的润滑,减少因润滑不良产生偏航振动和噪音。

随着高摩擦系数的滑动衬垫的产生与发展,原本用于滑动轴承的滑动衬垫具有稳定的摩擦系数和极低的磨损量,并且高摩擦系数的滑动衬垫能做到与偏航制动器刹车片几乎相同的摩擦系数,因此能够替代主动式制动器的刹车片,以解决偏航制动器刹车片磨损量大,产生大量粉末造成环境污染,以及刹车盘磨损等问题。最终实现了两种不同偏航结构中滑动衬垫与刹车片材料的统一。

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