浅谈风机偏航夹钳漏油分析及处理

徐彩军、温国、孙永红

概要：  在风机工作中，偏航制动器对风机偏航齿轮平稳运行和寿命起着至关重要的作用。目前西伯瑞 SIBRE ABT90G偏航制动器本体所产气眼和裂纹问题进行分析改造。

关键词：风机；液压系统机构；偏航制动器；

- 7 -

1. 引言

中节能（内蒙古）风力发电有限公司聚隆风电场，是中节能风力发电蒙西区域公司在乌兰察布市兴和县注册投资建设的中节能兴和大西坡风电项目。项目规划总容量为300MW，本期为一期工程，建设容量为49.5MW，共安装33台由浙江运达风电股份有限公司生产的单机容量为1.5MW的风力发电机组，于2013年5月全容量并网发电。运达 WD77-1.5MW 机组偏航系统采用制动器结构，每台机组配置 6 组偏航制 动器 (通称偏航卡钳、偏航夹钳) ，型号均为西伯瑞 SIBRE ABT90G，最大承压180bar，正常运行压力 150bar，偏航余压 15bar，摩擦系数 0.4。该问题一般表现为机组报液压油位过低，登机发现偏航制动器严重漏油，造成液压系统缺油，机组报出故障停机。

2. 原因分析

为准确找到漏油原因，将 4 片制动器进行了分析，分析项目包括打压测试、 宏观检查、形位公差测量、技术分析、拆解分析等。

2. 1 打压测试

对 4 片制动器进行间歇性打压测试，压力范围 0-200bar，打压周期 6s，其中，编号为 000030160 的制动器出现严重喷油现象，喷油点为制动器底面靠近螺栓孔的台阶线的中心位置，编号为 000030131、000030238、000035087 出现缓慢 渗油现象，渗油点为制动器回油口。

2.2 宏观检查

西伯瑞 ABT90G 型偏航制动器为 1.5MW 机组上通用的偏航制动器型号之一，经过拆解结构发现制动器共 2 个活塞缸，每个活塞缸有 2 道密封，1 个主密封和1个防尘密封，分别安装在主密封槽和防尘槽中，主密封槽下有一条高压油联通槽，作用是联通 2 个活塞缸中的高压油，主密封槽之上有一条泄油槽， 如果主密封失效，泄露油脂将通过泄油槽排到泄油管路中。运达WD77-1500 机型共配置 6 组制动器，每组对装 2 片制动器，每个制动器有 2 个活塞缸，活塞缸公称直径 90mm，偏航制动器活塞缸中心距为 106mm，而其他制动器活塞缸中心距一般为110mm，相比而言，西伯瑞 ABT90G 型缸体壁厚少4mm，主密封处中心壁厚为8mm，在使用过程中更易发生强度不足问题。4片制动器活塞缸之间本体均可见明显裂纹，其中 000030160、000030238 裂纹已贯通活塞缸，并向下延伸至泄油槽，000030131、000035087 等 2 片同一 位置也可见明显裂纹，裂纹细微且并未贯通。

4 片制动器本体的螺栓连接面均存在锈迹，检查活塞、密封环、活塞缸卡槽 等部件，发现表面存在正常运行的摩擦痕迹，未发现明显的损坏、磨损现象。

制动器本体的摩擦片槽为梯形槽，相应摩擦片为梯形，长边附带 2 个弹簧， 依靠弹簧力量将摩擦片挤在槽中，摩擦片上沟槽已被粉末填满，表面呈现黄色斑 点状，类似锈迹。这种梯形槽固定形式未完全固定，在运行时摩擦片容易前后、 左右晃动，活塞也会随之晃动，引起密封不良、活塞和活塞缸碰撞、摩擦等问题。

2.3 形位公差测量

由 000030160 制动器底面喷油现象可以判定制动器本体存在自活塞缸至底 面的贯通裂纹，由裂纹导致喷油问题；而普遍存在的漏油问题可能原因有 2 个， 一是活塞缸形变，即活塞缸变成椭圆状，造成密封不良，自椭圆缝隙中漏油；一 是活塞缸密封槽也出现裂纹，高压油自裂纹处泄露至泄油槽。为确定具体原因，使用三坐标测量仪对 2 片制动器活塞缸、活塞进行形位公 差测量，以判定其圆度是否合格。

经测量，制动器活塞缸不同深度的圆度在 0.01-0.03mm 范围内，基本合格， 活塞不同位置的圆度在 0.01-0.04mm 范围内，基本合格，因此，基本排除因活塞 缸变形因素而导致漏油问题。

2.4 拆解分析

对 000030160 制动器进行了横向解剖，由横向解剖图中可见制动器内部存在 2 处明显裂纹，裂纹 1 为自高压油联通 槽至制动器底面的贯通裂纹，高压油由贯通裂纹高速喷出，形成底面喷油现象； 裂纹 2 主裂纹为自泄油槽至主密封处，次裂纹为自泄油槽至表面贯通裂纹，主裂 纹未贯通，高压油先后经过 90mm 缸体、主密封由主裂纹至泄油槽，然后通过泄 油孔泄露，因主密封还保留部分密封效果，裂纹暂未直接联通至高压油，因此未 形成喷油现象，而是缓慢的泄露现象。对 000035087 制动器进行了切向解剖，与 000030160 横向解剖对应，000035087 切向解剖也可见相应的裂纹 1 和裂 纹 2，从裂纹走向可判断，裂纹 1 裂纹源头为高压油联通槽靠近螺栓的角处为裂纹源头；裂纹 2 的裂纹源头为泄油槽尖角处；

2.5 纵向、横向对比

西伯瑞新型号 90 制动器已做了相应改进，其中包括将高压油联通槽、回油 槽由铣槽变为圆孔，将活塞缸中心距由 106mm 改为 110mm，将摩擦片梯形槽改为 矩形槽，与制动器漏油问题原因对应。对 1.5MW 机型上普遍使用的开天、ICP 等品牌 90 型的偏航制动器进行了调研，其高压油联通、回油方式均为圆孔，避免了发生本案例中的问题。

2.6 理论分析

偏航制动器固定于机舱机架上，采用液压油推动活塞，进而推动摩擦片夹紧 偏航摩擦盘进行偏航制动。对制动器本体进行受力分析，8 颗螺栓连接处 (图中 灰色部分) 处形成一个固定点，本体受到高压油对制动器的反作用力，按照液压 油压强 150bar，活塞直径 90mm 计算，单片制动器本体受到 18.6 吨巨大反作用 力，而高压油联通槽、泄油槽为两个圆形铣槽形成的联通槽，中心处形成了两个 尖角，而尖角作为反作用力支点，造成明显的应力集中现象，偏航长期处于刹车 150bar-余压 15bar 状态，在长期巨大压力及不断加压、泄压形成的应力冲击下， 制动器本体在尖角处形成细微疲劳裂纹，并逐渐沿边角及底部延伸，最终形成了 2 条裂纹，裂纹扩展最终形成贯通裂纹，造成油液喷溅、渗漏现象。

3. 结论与建议

3.1 结论

通过打压测试、宏观检查、形位公差测量、拆解等分析手段对运达 1.5MW 机组西伯瑞 ABT90G 偏航制动器漏油问题进行了分析，初步结论如下：

(1) 通过打压测试，制动器普遍存在漏油问题，严重的存在底面喷油问题。

(2) 经过宏观检测，制动器活塞缸圆度基本合格，但存在活塞缸间距过小、 摩擦片固定不牢等问题，这会引起强度不足、密封不良等问题。

(3) 对样件解剖发现制动器存在 2 处裂纹，裂纹 1 源头为高压油联通槽尖 角处，裂纹 2 源头为泄油槽尖角处。

(4) 理论分析该制动器高压油联通槽、泄油槽的尖角处存在应力集中，确定该型制动器结构设计不良为主要原因。

(5) 从漏油点、表观特征、解剖特征等分析，确定西伯瑞 ABT90G 型高压 油联通槽、泄油槽采用铣槽设计为根本原因，活塞缸间距过小为次要 原因。该问题为批量问题，配置此型偏航制动器的风电机组为问题机 组。

综上，对问题进行了初步分析，西伯瑞 ABT90G 型偏航制动器存在结构设计 不良问题，造成强度薄弱及应力集中，在运行过程中，偏航制动器长期承受高压 油带来的压力，在应力集中处形成了疲劳裂纹，裂纹扩展最终形成了贯通裂纹， 一种情况是高压油自高压油联通槽由贯通裂纹向制动器底部快速喷溅，一种情况 是高压油经过主密封由裂纹从泄油孔缓慢泄露，最终导致液压油严重泄露，机组 报出 5807 液压油位过低故障停机，过程中，机组存在偏航制动力不足、液压油 泄露易引发火灾等重大安全隐患。

该问题为结构设计问题引发的质量问题，为批量问题，其他配置此型号的机 组也存在同样问题，需引起重视。

3.2  建议

经上述分析可知，该问题为制动器设计不良导致的本体裂纹问题，无法通过 维修、更换配件的方法整改，只能采取整体更换为其他型号偏航制动器的方法， 在采购过程中，需严格规定偏航制动器的详细技术要求，保证制动器能够满足机 组剩余寿命使用。

为保证项目公司利益，避免该问题扩大，建议采取如下措施：

(1) 该问题应采取更换偏航制动器型号 (包括制动器本体、活塞、密封、 摩擦片在内的全套产品) 的方案进行技改。

(2) 建议对风电场全部机组的偏航制动器分批次更换，更换时必须进行整 台次全部更换，不能部分更换。

(3) 其他风电场配置同型号偏航制动器的机组也应排查是否存在漏油问 题，如确定也属于该问题则应采取上述技改方案。

参考文献：

[1]鄢吉多，蓄能器在液压源回路中的应用与研究.贵阳金筑大学学报[J].2005.03

[2]雷天觉.x新编液压工程手册[M].北京：北京理工大学出版社，2005

[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1994.

- 7 -