關于風機滑環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故障，來降低計劃外維護的風險。聽起來不現實，其實不是。雖然尺寸小，但是纖維刷滑環就是這樣的產品。雖然只是總成本和風機設計的一小部分，但滑環在運行中起著關鍵作用。滑環安裝在風力發電機的機艙罩內，通常用于為變槳距動力和控制提供電信號和能量。滑環通過旋轉接口傳輸電力和信號。

　　滑環的工作原理：

　　滑動觸點通過滑環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。

　　纖維刷滑環可以為風力發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電機組20年的工作壽命中可能只需要更換一次滑環。但并不是所有的滑環都能滿足這個要求。事實上，有必要了解滑環組件的設計和結構，以評估其維護需求。

　　市場分類

　　市面上大約10%的風機滑環是纖維刷滑環，只需要少量的維護。大部分(約60%)滑環由復合金屬刷制成，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%的風機滑環用的是單線貴金屬刷(一般是金的)。復合金屬刷滑環和單鋼絲刷滑環都比纖維刷滑環需要更多的維護。

　　原因如下：復合電刷的設計是優先磨損電刷，避免滑環磨損，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/或高可靠性滑環應用中，這種材料面臨三大挑戰：

　　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，單刷金屬刷滑環的優點是，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。

　　目前市場上出現了電源電路用石墨/金屬刷、信號電路用金單絲刷的滑環設計。在滑環組件轉數低的應用中，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。

　　現在的風機滑環

　　用纖維刷滑環代替復合金屬刷滑環和單刷金滑環非常簡單。但有些風電機組業主對于是否用纖維刷滑環取代現有滑環技術猶豫不決，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技術的人來說，他們會發現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境的敏感度遠低于其他滑環接觸技術。保護這些纖維刷滑環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。

　　風電行業很多人都知道，很多部件都存在可靠性問題。現在我們對運行中部件故障的原因有了更深入的了解。然而，滑環技術(包括纖維刷滑環)盡管設計和性能先進，但仍被許多風電場業主忽視。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。基于這些設計，對纖維刷滑環進行了改進。但很多情況下，風電場業主還是用舊滑環來更換，甚至需要一年更換一次。他們仍然從原廠購買同樣的設備。這種做法延續了不必要的維護和更換周期。

　　事實上，如果是風力發電機定期維護的要求，用免維護纖維刷更換滑環只需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。