风力发电机偏航加速度瞬时异常的研究.docx
摘要：为研究风力发电机在偏航时候的加速度超限问题，以机械爬行现象为切入点，研究了偏航过程中的机械爬行,液压油缸运转受阻，制动抱死等方面，通过分析得出了偏航加速度异常的原因。研究表明：可以通过减小机械爬行，并结合防刹车抱死的方法减少偏航加速度异常的发生。关键词：机械爬行；偏航加速度；风力发电引言为了使风机的桨叶转子工作时始终朝着风向，大中型风力机一般采用电动的偏航系统来调整风轮。为了防止风机在偏航的过程中过度摇摆，当偏航电机转动的时候，液压刹车系统的偏航余压一般在15-25Bar之间，当偏航电机停止转动时，液压刹车系统处于刹车状态。在偏航过程中，经常出现两个问题，一是偏航加速度略超限，二是存在偏航异响。而且这两种现象经常同时存在，长期困扰着风机的运维工作，尤其是加速度超限可能危及风机的强度、刚度和稳定性。本文所研究的加速度超限是指不确定的小量超限，时而超限，时而又自行消失，不专门针对明显的大数值超限（大的超限容易排查）。1.偏航加速度超限原因分析1.1 机械运动中的爬行现象爬行是机械振动中自激振动的一种形式。出现在滑动摩擦副中，从动件在匀速驱动和一定摩擦条件下产生的周期性时停时走或时慢时快的运动现象。爬行大多在低速时出现，轻度爬行表现为肉眼所不能察觉的振动，爬行显著时表现为较大距离的跳动。每一个爬行周期都分两个阶段：一个是能量的贮存，另一个是能量达到临界值时的立即释放。正是这种能量的不确定性的贮存与释放扰乱了偏航驱动力的稳定性，使得正常的偏航运动出现不规则的偶然异常，如图1所示，在短时间内，Y向的偏航加速度出现了少量超限，瞬时达到0.15g(lg=9.8ms2)0图1Y向偏航加速度瞬时超限1.2 刹车抱死就刹车原理而言，偏航制动与汽车的碟刹大同小异。刹车抱死是车轮的制动器常出现的问题，在停车的过程中，即便是最后比较轻的踩刹车也会在停止的一刹那产生明显的带有不舒服的晃动，这通常是瞬间抱死的造成的，而这一刻的瞬时加速度则高于停车过程的平均加速度。造成抱死的原因除了制动力矩过大之外，制动器活塞不回位或者回位不良也会造成抱死，比如密封圈选择材质性能不良或者密封圈和卡钳内径和卡钳活塞三者尺寸配合不良，造成方形密封圈回位量过小，从而导致车轮拖滞甚至抱死，这类问题一般为设计问题。2、引起爬行的原因爬行和防爬行问题一直是机械工程中研究的课题之一，引起爬行的原因很多:如法向载荷过大，滑动系统弹性元件刚度较小，滑动摩擦副之间静-动摩擦力之差较大，摩擦系数和相对滑动速度曲线具有下降特性等。2.1液压系统引起的爬行偏航刹车采用液压制动，液压系统中不可避免的会混入空气。当液压油被缩时，油液中的空气因压缩性大，使得运动件暂时维持原有运动状态（停止状态），只有当空气被压缩到一定程度时，才能有足够的力来克服运动件的惯性力而使运动件启动。当液压系统停止工作后，由于惯性作用，运动件并不会立即改变运动状态而继续前行一段距离，因而使得压力油膨胀。液压元件质量也会引起爬行，例如：1）液压油泵间隙大引起的爬行；2）控制阀失灵引起的爬行；3）元件磨损引起的爬行。这些都会引起制动力的不均匀，使得在偏航的时候产生异常的加速度波动。2.2摩擦力变化机械爬行从效果上看是摩擦阻力的变化。相对运行的速度低于某一数值即临界速度时就会产生爬行。机器制造出来并选定润滑方式以后，机械传动系统的刚度、质量和阻尼即已确定，影响机械系统爬行的因素主要是摩擦力的变化。2.3摩擦副材料的摩擦系数不同滑动摩擦副之间静、动摩擦力之差较大的情况下更容易出现爬行现象，液压制动器厂家尽量选择合适的刹车片材料，并设计合理的摩擦副粗糙度，以减小动、静摩擦力之差。然而有些因素并不是一个厂家所能控制的。一台新的风机刚刚开始运行的时候，制动盘上镀锌层的锌和摩擦片以及制动盘本体经过摩擦，挤压，产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒产生剪切、滑移，晶粒被拉长，这些都会生成一些硬度非常大的颗粒残留在制动摩擦副之间，极大的改变摩擦副材料的摩擦系数，不但伤及摩擦副的表面，也造成摩擦状况的不稳定。3、减少偏航加速度异常的方法3.1 智能余压偏航偏航余压通常设置为1525bar,就以15bar计，也是15个大气压作用在闸片上，压力相当大，研究低余压偏航是个趋势，比如l5bar.但O余压偏航却不可取，因为风向突变带来的冲击会传导到偏航系统中，对偏航部件造成损伤。低余压偏航可以有两种方式实现，其一是分段余压偏航，即根据风况设定其对应的偏航余压，这样在减小偏航爬行的同时，也减轻了偏航负载。其二，智能余压偏航，偏航余压不再设定为几个分段函数，而是根据风况、偏航加速度的大小，智能调节偏航余压。3.2 刹车盘的二次加工(1)新刹车盘镀锌层的去除依据2.2的分析，风机安装完成后，去除镀锌层有助于形成一个稳定的摩擦副。去除方法有酸洗、砂轮打磨等。酸洗容易留下腐蚀坑，而砂轮打磨仍然会在刹车盘上留下冷作硬化层。用如图2所示钢丝刷去除效果较好，因为镀锌层较软容易被扫除，所用工具可以是角磨机或者制动盘打磨工装，简单易用。图2去除镀锌层用的钢丝刷（2）刹车盘铳削整形对有过度磨损或者较大异响的刹车盘进行铳削加工，通过铳削掉一层磨损层，可以使得刹车盘平整，并同时去除掉因摩擦产生的颗粒异物，改善其摩擦边界条件。3.3刹车盘防抱死设计一般来说汽车的制动闸上有弹簧助力回位，采用防抱死设计（即ABS）的汽车在起步的时候相当于风机的零余压偏航，偶尔存在抱死的倾向（例如车起步的时候会出现"嘲"的一声响），更何况风机在15bar以上的余压下的偏航。风机偏航完全可以借鉴汽车的ABS系统,结合智能余压偏航,可以使得偏航动作平稳、高效，还降低偏航电机的能耗。4、结论偏航异响以及加速度超限是一个较为宽泛的问题，本文从机械爬行和刹车抱死的角度研究，通过分析研究得出减小偏航异常的方法。1）采用智能余压偏航控制策略，并结合刹车盘防抱死措施，能很好的降低偏航爬行，使得偏航更平稳。2）多方面改善制动盘-刹车片摩擦副的摩擦条件，减少偏航运动机械爬行产生的因素，以减小偏航加速度异常。风机偏航控制涉及各个方面，需要从多角度深入的研究，以期取得更多的解决方案，更好的解决问题。
