关于风机滑环的寿命以及工作原理

　　风机的寿命一般可以达到20年。但大多数风机的保修范围只是风机整个使用寿命的前两到五年。随着风力涡轮机系统的老化，并不是所有的风电场所有者都准备好维护风力涡轮机。在某些情况下，缺乏维护工作所需的技术人员。而且，即使配备了技术人员来满足风电场的日常维护需求，计划外的维护也会明显影响风电场的收益。

　　风电场所有者、工程师、技术人员和风力涡轮机制造商可以通过采用维护要求较低的组件，甚至提前告知何时会出现故障，来降低计划外维护的风险。听起来不现实，其实不是。虽然尺寸小，但是纤维刷滑环就是这样的产品。虽然只是总成本和风机设计的一小部分，但滑环在运行中起着关键作用。滑环安装在风力发电机的机舱罩内，通常用于为变桨距动力和控制提供电信号和能量。滑环通过旋转接口传输电力和信号。

　　滑环的工作原理：

　　滑动触点通过滑环组件中的旋转接口传递电信号和能量。电刷(或接触电刷)在旋转滑环上滑动，并在其旋转过程中保持不间断的接触。也就是说，固定电刷和旋转滑环之间需要“金属对金属接触”，以确保电信号的正确传输。

　　纤维刷滑环可以为风力发电机组所有者提供至少1亿转的工作寿命，无需维护，这意味着技术人员在风力发电机组20年的工作寿命中可能只需要更换一次滑环。但并不是所有的滑环都能满足这个要求。事实上，有必要了解滑环组件的设计和结构，以评估其维护需求。

　　市场分类

　　市面上大约10%的风机滑环是纤维刷滑环，只需要少量的维护。大部分(约60%)滑环由复合金属刷制成，通常是由金属和石墨烧结而成的导电块。即使这种复合金属刷滑环如其制造商所声称的那样具有高达7500万转的工作寿命，它们也需要经常维护。剩下30%的风机滑环用的是单线贵金属刷(一般是金的)。复合金属刷滑环和单钢丝刷滑环都比纤维刷滑环需要更多的维护。

　　原因如下：复合电刷的设计是优先磨损电刷，避免滑环磨损，需要足够长的电刷，最大限度延长电刷更换周期。在高功率和/或高可靠性滑环应用中，这种材料面临三大挑战：

　　1)运行中产生的磨屑是导电的、磨蚀性的、粉末状的，应定期清理；

　　2)这种刷材对湿度非常敏感。如果相对湿度低于15%或高于85%，会造成磨损不均匀；3)用在信号电平电路中，这些复合电刷会占用很大的空间。

　　与复合刷设计相比，单刷金属刷滑环的优点是，第一，磨损碎片少，第二，用于信号电路时容量更高。然而，单线金属刷系统也有缺点：

　　1)单个电刷相对较小的尺寸导致有限的载流能力；

　　2)比如金与金的接触大多需要润滑，很难一直保持足够的润滑。

　　目前市场上出现了电源电路用石墨/金属刷、信号电路用金单丝刷的滑环设计。在滑环组件转数低的应用中，这种“混合使用”可以获得可接受的结果。但是在同一个组件中混合“石墨/金属”和“金触金”的电刷会使风机运行不可靠。石墨/金属碎屑会污染金信号触点，产生磨蚀性金属粉末，尤其是有触点润滑油时，会导致信号电路过早失效。

　　纤维刷被设计成将多根金属纤维丝束成紧凑的多纤维“刷”。一般这些纤维都是相当于单线设计的贵金属材料，电刷运行的滑环也涂有贵金属。贵金属的使用防止了触点上氧化物和涂层的产生，并确保了非常小的接触力。较小的接触力降低了磨损速度，因此刷子产生的磨损碎屑几乎可以忽略不计。而且，很多金属纤维可以提供优异的导电性和高电流密度，所以工程师可以将纤维刷用于电源和信号电路。

　　现在的风机滑环

　　用纤维刷滑环代替复合金属刷滑环和单刷金滑环非常简单。但有些风电机组业主对于是否用纤维刷滑环取代现有滑环技术犹豫不决，因为他们有“尝试新技术就要冒险”的想法。对于仔细研究过纤维刷滑环技术的人来说，他们会发现选择一个几乎不需要维护的部件实际上已经消除了风险，不需要维护。

　　例如，纤维刷接触对风机舱内环境的敏感度远低于其他滑环接触技术。保护这些纤维刷滑环的保护外壳符合包括IP65(属于保护设备防水防尘标准)在内的各种标准。而且由于纤维刷触头不需要润滑，所以无论是低温还是高温都有很强的承载能力。纤维刷设计已被证明适用于低至-55和高达+80的温度.此外，纤维刷也可以在0%至100%的相对湿度下工作。相比之下，复合刷需要15%至85%的湿度才能可靠运行。

　　风电行业很多人都知道，很多部件都存在可靠性问题。现在我们对运行中部件故障的原因有了更深入的了解。然而，滑环技术(包括纤维刷滑环)尽管设计和性能先进，但仍被许多风电场业主忽视。最初，大型风机制造商使用复合电刷，这可能会在触点处产生金属和石墨磨损碎屑。为了解决复合触头产生的金属粉末和磨损碎屑，厂家改用金触头。基于这些设计，对纤维刷滑环进行了改进。但很多情况下，风电场业主还是用旧滑环来更换，甚至需要一年更换一次。他们仍然从原厂购买同样的设备。这种做法延续了不必要的维护和更换周期。

　　事实上，如果是风力发电机定期维护的要求，用免维护纤维刷更换滑环只需30分钟。对于那些拥有、设计、运行和维护风力涡轮机的人来说，纤维刷技术意味着一个计划外的维护问题，它减少了风电场的正常运行时间。