风电是一种清洁、可再生的能源,利用风力发电非常环保,且风能蕴量巨大,因此受到世界各国的重视。
(资料图:明阳集团)
在风机中,不论是直驱式风电机组还是双馈异步风电机组,都会有一个关键部件:滑环。滑环是整个风力发电机组运动部分与控制的连接介质,如果桨叶是臂膀,主控是大脑,那滑环就是整个系统的神经中枢。因此,滑环是风力发电机组中一个不可或缺的部分。
滑环的定义
滑环,也称旋转电气接口、电气旋转关节,是负责为旋转体连通、输送能源与信号的电气部件。也可通俗的统称为“旋转连通”或“旋通”。
滑环通常安装在设备的旋转中心,主要由旋转与静止两大部分组成。旋转部分连接设备的旋转结构并随之旋转运动,称为“转子”,静止部分连接设备的固定结构的能源,称为“定子”。
(资料图:宜顺机电-精密滑环)
风电滑环一般由金属材料制成,它被安装在风力发电机的转子上,并固定在支架上,是风力发电机的重要组成部分之一,负责整个风力发电机系统的功率、控制信号及数据的传输。
风电滑环的组成
风电滑环主要是由弹性材料(电刷)、滑动触点表面材料(导电环、精密小钢轴承)、绝缘塑胶材料、树脂粘合材料组成。
导电环(转子):安装在旋转部件上,由一个或多个金属环构成,每个环代表一个独立的传输通道。这些环负责在旋转中传递电流、信号或流体。
电刷(定子):固定在不旋转的部件上,通常由耐磨材料制成,如含贵金属的合金,用于与旋转的导电环保持接触。电刷通过轻微的压力与导电环接触,确保在旋转中维持稳定的导电性能。
风电滑环的位置是安装在传动轴上,如机组输出轴,增速箱的输入轴与输出轴。主要结构是由外壳、内芯、碳刷、导轮等组成。
外壳是风机滑环的外部保护罩,通常由金属材料制成。其主要作用是保护内部零件免受外界环境的影响,并提供一个安装位置。
内芯是风机滑环的核心零件,通常由金属材料制成。其主要作用是支撑碳刷和导轮,并提供电气接触点。
碳刷是风机滑环中最重要的零件之一,分为石墨材料、复合金属刷、纤维刷等。其主要作用是在旋转时与导轮接触,实现电气传输。碳刷需要具有良好的导电性能和耐磨性,能够在长时间运转中保持稳定的电气接触。
(资料图:宜顺机电-碳刷)
导轮是风机滑环中另一个重要的零件,通常由金属材料制成。其主要作用是在旋转时与碳刷接触。导轮通常采用球形或圆柱形设计,具有较大的接触面积和较小的摩擦阻力。
风电滑环工作原理
滑环通过贵金属的导电环道与刷针接触传递电流和信号。
(资料图:默孚龙)
1、当设备旋转时,导电环随转子一起转动,而电刷保持静止。
2、电刷通过与旋转的导电环表面接触,形成动态的电接触点,从而在旋转运动中传输电流或信号。
3、设计上会采用精密的材料和工艺,确保接触点的低电阻和长寿命,减少磨损和电弧的产生,提高传输的稳定性和可靠性。
4、在使用过程中,为了保证传输效果,需要对滑环进行定期保养和维护。
风电滑环作用
电能传输:滑环作为导电连接,能够传输电能,实现风电机内部电能的传输。
信号传输:滑环还可以传输信号,如控制信号、测量信号等,使得风电机能够实现自动控制。
保护传动系统:风力发电机在高速旋转时,需要承受大量的机械应力,此时滑环的作用就显得尤为重要。滑环可以保护风电机传动系统,防止机械结构被损坏,延长风电机的使用寿命。
滑环分类
按材质分类
目前使用的滑环主要有单丝(金合金材料)、弹性材料和金合金的结合、碳纤维(银刷丝束)、电触头形式、多刷头式电刷、墨合金碳刷。
单丝金合金材料优点是一次性折弯成型、稳定性比较好、耐磨性好,缺点弹性有些不足。
弹性材料和金合金结合有很好的弹性。弹性材料模具造型设计与生产,特殊角度设计保证每根刷丝力均衡,触点耐磨性好。
碳纤维滑环的设计采用刷硬和环软这个特性,这样的设计可以更好的作为摩擦负匹配,环以银为主要材料,银有很好的润滑性,这样的设计对环寿命要求较高,所以环要大。缺点是环的直径大了,磨损下来磨削会较多。
电触头形式弹性材料和金合金触头结合有很好的弹性,触头耐磨性好,单刷通过的电流大,触头式刷丝适合与平滑式环道匹配。滑环用到年限时更换刷丝相对方便,滑环设计时刷丝一般作为滑环的定子。
多刷头式电刷是弹性材料和金合金多刷头结合有很好的弹性。多刷头能够保证与平滑式环道更多接触。
墨合金碳刷是由弹性材料和石墨合金结合有很好的弹性,石墨合金结合耐磨性好,单刷通过的电流大,触头式刷丝适合与平滑式环道匹配,在旋转运动中容易产生磨损物,需要定期清理和保养,成本低。
按用途分类
主滑环:用于从塔基向旋转的机舱和叶片控制系统传输电力。
变桨滑环:用于叶片调节(变桨系统),确保叶片能够根据风速变化调整角度,以优化风能捕获效率。
(资料图:摩腾-变桨滑环)
编码器滑环:与风电滑环一起使用,用于监测风力发电机的转速和位置信息。
通信滑环:传输控制信号和数据,如温度监控、振动分析和其他状态监测数据。
风机滑环组装
1、收到滑环后打开所有的包装,准备好所需材料和工具,检查所有的配件是否齐全且完好无损。
2、将底部固定板放置在适当位置上,并用螺丝将其牢固安全;确认转子轴与底部固定板对正,在两者间加入合适数量密封垫片进行调节。(仔细选择合适数量及规格大小密封垫片以确保稳定性和可靠性,并使用扭矩扳手按照制造商建议数值紧固螺丝。)
3、将滑环组件放置在转子轴上,并确保与底部固定板对齐,使用适当的工具将滑环组件牢固地连接到转子轴上。(安装过程中避免使用不合适或损坏的工具以防止零件受损;确认所有螺纹和接口都正确配套并紧密连接。)
4、安装顶部盖板并用螺丝进行固定。(仔细检查顶部盖板是否完整、无缺陷及符合要求。)
5、组装完成后,检查每个联接点是否稳定可靠,没有松动现象;进行旋转试验以确认运作正常,并观察有无异常噪音或振动等情况出现。
风电滑环清洗
1、确定清洗材料和工具:根据实际情况确定所需的清洗溶剂、刷子、软布等清洗材料,并准备所需的工具,如梯子、安全带等。
2、清理工作区域:对待清洗的风电滑环进行周围环境的清理,确保工作区域干净整洁,避免杂物掉落到滑环上。
3、涂抹清洗溶剂:施工人员需要在滑环表面均匀涂抹清洗溶剂,并等待一定时间,让溶剂彻底渗透污垢。
4、刷洗滑环表面:使用刷子对滑环表面进行刷洗,力度要适中,以免损坏滑环表面。刷洗过程中,要特别注意滑环表面的凹槽和凸起部分。
5、擦拭清洗:用软布对滑环表面进行擦拭,将溶剂和污垢彻底清除,保持滑环表面干净。
6、检测滑环表面:对清洗后的滑环表面进行全面检测,确保没有残留的污垢和异物,同时检查滑环表面是否有损坏或磨损。
7、润滑滑环表面:根据实际情况,在滑环表面涂抹适量的润滑油或脂,保证滑环的正常运转和减少磨损。
8、清理工作区域:清洗完成后,需要及时清理工作区域,清除任何残留的清洗溶剂和污垢,确保工作区域整洁。
9、检查工作质量:施工人员需要对清洗后的滑环进行全面检查,确保清洗彻底,滑环表面光洁。
滑环的故障与维护
滑环故障
1、防护等级不够,机组内产生的油雾进入滑环内部,使滑环绝缘性能降低,甚至滑环会短路,烧损现象。
2、电刷摩擦产生的粉尘污染,使滑环绝缘性能降低,这个无法避免,需要定期维护,当这个污染程度较严重时滑环会短路,烧损现象。
3、弹簧/弹片弹力的疲劳,这意味着电刷刷压无法保证而引起的接触不良,可能造成打火花现象对铜环表面烧损,严重时会烧断刷丝。
4、接触材料不良,尤其是碳刷,如果碳刷质量差,粉尘颗粒粗硬,会造成粉尘多,使滑环绝缘性能降低,寿命短。
5、抗干扰性弱,电火花现象(尤其是大电流打火花现象),线路交叉等均会对信号产生影响。
6、抗震性差,会造成波动不良,影响信号丢失,温升过高,严重时产生火花,对铜环表面烧损,甚至会烧断刷丝。
7、其他,主要指人为因素,比如说刷线碰弯,线拉断,接线位置不正确,清理不干净。
滑环维护
检查电刷及滑道的润滑
滑环体必须使用专用润滑油润滑。如果没有油膜,必须用不掉纤维的布擦干净,然后喷润滑油。整个滑道应该被油湿润,使得在电刷上形成油滴。
滑动道上或电刷上不得有纤维或粗颗粒。杂物会把电刷抬起,引起传输中断,甚至导致电刷打火而使滑环损坏。
电刷和电刷板更换
损坏的电刷板,损坏或者变蓝的电刷都必须更换。
把电刷从电刷装置中取出,用新的取代。电刷板的更换首先要松开端子盒中的电缆,然后把板拧下来。新板要装上电刷,然后调整,使电刷对中于轨道上的槽。螺钉涂抹螺纹紧固胶,并用至少7Nm的力拧紧。
更换电刷或者电刷板以后滑环要重新清洁并上油。维护完成后重新装好滑环外壳。不能有异物进入壳体里,不要有电缆被壳体压住。检查壳体上的密封件,如有必要,进行更换。滑环工作前,应再次检查所有连接是否正确牢固。
代表企业
宜顺机电
大连宜顺机电有限公司成立于2005年,是专业从事风力发电配套产品的研发、设计、制造、销售和服务于一体的高新技术企业。
(资料图:宜顺机电)
公司产品主要有滑环刷架、偏航集电环、变桨滑环、接地装置、电刷等,系列产品功率覆盖0.75MW-16MW、广泛应用于内陆、高原、沿海、海上等各类型的2000多个风场,为行业内90%以上客户提供服务。
摩腾
摩腾科技(上海)有限公司成立于2004年,公司发展初期,主要提供碳制品和滑环产品的代工服务,中期走向自主研发设计、制造、销售及服务于一体的发展道路,专业开发碳制品、电刷、刷架、滑环系统等产品,广泛应用于风电、火电、水电、铁路、航空、船舶、医疗、纺机、线缆、钢厂、消防、冶金、矿山、工程机械、橡胶等多个行业领域。摩腾自2006年进入风电行业,服务风电行业20年,为行业90%以上客户提供服务,摩腾风电滑环系列产品广泛应用于内陆、高原、沿海及海上各类型数千个风场。
默孚龙
深圳市默孚龙科技有限公司是国内最早从事滑环(360°旋转导电通气装置)技术研究,生产,销售的公司之一,于2013年成立深圳工厂,并涉足国内高端滑环行业,其产品在民用和工业得到广泛应用,并于2013年进入航空航天和军用领域,尤其对行业定制滑环经验丰富,60%以上的销售是定制产品,拥有超过10000种滑环图纸数据库。
(资料图:默孚龙-风电滑环)
公司长期以来为各军工,航空,航海,风力发电,自动化设备,各研究所及院校提供各种高精密导电滑环和技术支持,成熟完善的解决方案和可靠的品质,得到行内高度认可,成为其各种高要求,高精密导电滑环首选合作商。
来源:百度文库,能课堂、华盛电气技术、北京华信立达电力等