關于風機滑環(huán)的壽命以及工作原理

　　風機的壽命一般可以達到20年。但大多數(shù)風機的保修范圍只是風機整個使用壽命的前兩到五年。隨著風力渦輪機系統(tǒng)的老化，并不是所有的風電場所有者都準備好維護風力渦輪機。在某些情況下，缺乏維護工作所需的技術人員。而且，即使配備了技術人員來滿足風電場的日常維護需求，計劃外的維護也會明顯影響風電場的收益。

　　風電場所有者、工程師、技術人員和風力渦輪機制造商可以通過采用維護要求較低的組件，甚至提前告知何時會出現(xiàn)故障，來降低計劃外維護的風險。聽起來不現(xiàn)實，其實不是。雖然尺寸小，但是纖維刷滑環(huán)就是這樣的產品。雖然只是總成本和風機設計的一小部分，但滑環(huán)在運行中起著關鍵作用�；�環(huán)安裝在風力發(fā)電機的機艙罩內，通常用于為變槳距動力和控制提供電信號和能量�；�環(huán)通過旋轉接口傳輸電力和信號。

　　滑環(huán)的工作原理：

　　滑動觸點通過滑環(huán)組件中的旋轉接口傳遞電信號和能量。電刷(或接觸電刷)在旋轉滑環(huán)上滑動，并在其旋轉過程中保持不間斷的接觸。也就是說，固定電刷和旋轉滑環(huán)之間需要“金屬對金屬接觸”，以確保電信號的正確傳輸。

　　纖維刷滑環(huán)可以為風力發(fā)電機組所有者提供至少1億轉的工作壽命，無需維護，這意味著技術人員在風力發(fā)電機組20年的工作壽命中可能只需要更換一次滑環(huán)。但并不是所有的滑環(huán)都能滿足這個要求。事實上，有必要了解滑環(huán)組件的設計和結構，以評估其維護需求。

　　市場分類

　　市面上大約10%的風機滑環(huán)是纖維刷滑環(huán)，只需要少量的維護。大部分(約60%)滑環(huán)由復合金屬刷制成，通常是由金屬和石墨燒結而成的導電塊。即使這種復合金屬刷滑環(huán)如其制造商所聲稱的那樣具有高達7500萬轉的工作壽命，它們也需要經常維護。剩下30%的風機滑環(huán)用的是單線貴金屬刷(一般是金的)。復合金屬刷滑環(huán)和單鋼絲刷滑環(huán)都比纖維刷滑環(huán)需要更多的維護。

　　原因如下：復合電刷的設計是優(yōu)先磨損電刷，避免滑環(huán)磨損，需要足夠長的電刷，最大限度延長電刷更換周期。在高功率和/或高可靠性滑環(huán)應用中，這種材料面臨三大挑戰(zhàn)：

　　1)運行中產生的磨屑是導電的、磨蝕性的、粉末狀的，應定期清理；

　　2)這種刷材對濕度非常敏感。如果相對濕度低于15%或高于85%，會造成磨損不均勻；3)用在信號電平電路中，這些復合電刷會占用很大的空間。

　　與復合刷設計相比，單刷金屬刷滑環(huán)的優(yōu)點是，第一，磨損碎片少，第二，用于信號電路時容量更高。然而，單線金屬刷系統(tǒng)也有缺點：

　　1)單個電刷相對較小的尺寸導致有限的載流能力；

　　2)比如金與金的接觸大多需要潤滑，很難一直保持足夠的潤滑。

　　目前市場上出現(xiàn)了電源電路用石墨/金屬刷、信號電路用金單絲刷的滑環(huán)設計。在滑環(huán)組件轉數(shù)低的應用中，這種“混合使用”可以獲得可接受的結果。但是在同一個組件中混合“石墨/金屬”和“金觸金”的電刷會使風機運行不可靠。石墨/金屬碎屑會污染金信號觸點，產生磨蝕性金屬粉末，尤其是有觸點潤滑油時，會導致信號電路過早失效。

　　纖維刷被設計成將多根金屬纖維絲束成緊湊的多纖維“刷”。一般這些纖維都是相當于單線設計的貴金屬材料，電刷運行的滑環(huán)也涂有貴金屬。貴金屬的使用防止了觸點上氧化物和涂層的產生，并確保了非常小的接觸力。較小的接觸力降低了磨損速度，因此刷子產生的磨損碎屑幾乎可以忽略不計。而且，很多金屬纖維可以提供優(yōu)異的導電性和高電流密度，所以工程師可以將纖維刷用于電源和信號電路。

　　現(xiàn)在的風機滑環(huán)

　　用纖維刷滑環(huán)代替復合金屬刷滑環(huán)和單刷金滑環(huán)非常簡單。但有些風電機組業(yè)主對于是否用纖維刷滑環(huán)取代現(xiàn)有滑環(huán)技術猶豫不決，因為他們有“嘗試新技術就要冒險”的想法。對于仔細研究過纖維刷滑環(huán)技術的人來說，他們會發(fā)現(xiàn)選擇一個幾乎不需要維護的部件實際上已經消除了風險，不需要維護。

　　例如，纖維刷接觸對風機艙內環(huán)境的敏感度遠低于其他滑環(huán)接觸技術。保護這些纖維刷滑環(huán)的保護外殼符合包括IP65(屬于保護設備防水防塵標準)在內的各種標準。而且由于纖維刷觸頭不需要潤滑，所以無論是低溫還是高溫都有很強的承載能力。纖維刷設計已被證明適用于低至-55和高達+80的溫度.此外，纖維刷也可以在0%至100%的相對濕度下工作。相比之下，復合刷需要15%至85%的濕度才能可靠運行。

　　風電行業(yè)很多人都知道，很多部件都存在可靠性問題。現(xiàn)在我們對運行中部件故障的原因有了更深入的了解。然而，滑環(huán)技術(包括纖維刷滑環(huán))盡管設計和性能先進，但仍被許多風電場業(yè)主忽視。最初，大型風機制造商使用復合電刷，這可能會在觸點處產生金屬和石墨磨損碎屑。為了解決復合觸頭產生的金屬粉末和磨損碎屑，廠家改用金觸頭�；�于這些設計，對纖維刷滑環(huán)進行了改進。但很多情況下，風電場業(yè)主還是用舊滑環(huán)來更換，甚至需要一年更換一次。他們仍然從原廠購買同樣的設備。這種做法延續(xù)了不必要的維護和更換周期。

　　事實上，如果是風力發(fā)電機定期維護的要求，用免維護纖維刷更換滑環(huán)只需30分鐘。對于那些擁有、設計、運行和維護風力渦輪機的人來說，纖維刷技術意味著一個計劃外的維護問題，它減少了風電場的正常運行時間。