CN105422702A - 风力发电机主轴制动衬垫及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了风力发电机主轴制动衬垫，该制动衬垫配方按重量百分比为：电解铜粉55~65%、雾化锡粉1~8%、还原铁粉5~15%、鳞片石墨5~12%、颗粒石墨5~10%、氢氧化铝5~15%、铬粉8~15%。本发明还公开了风力发电机主轴制动衬垫的制备方法，通过配料、混料、冷坯压制成型、钟罩炉高温烧结、随炉冷却，最后进行机加工即得本发明的材料。通过本方法制作的摩擦材料摩擦系数稳定，耐磨性能强，制动无火花，使用寿命长且对对偶磨损较小的优点，能充分满足风力发电机主轴制动的要求。

Description

风力发电机主轴制动衬垫及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种风力发电机主轴制动衬垫。

本发明还涉及一种风力发电机主轴制动衬垫的制备方法。属于风力发电制动系统技术领域。

背景技术

主轴制动系统是水平轴式风力发电机组必不可少的组成系统之一，对风电机组起着非常巨大的作用。风能发电时，当遇到突发状况或进行检修时，主轴需制动使其停止转动。一般风机安装1～4个轴刹车器。它们共同作用于一个刹车盘。刹车器通过液压力或弹簧力刹车。每台轴刹车器上有两个刹车片。刹车时，刹车片在活塞的压力作用下，上下对称分两级压紧刹车盘。一级刹车的刹车力为额定转矩使主轴减速，当主轴停转(或缓慢转动)，二级刹车的刹车力为两倍的额定转矩锁住主轴，可靠刹住刹车盘，使轴停止转动。

大型风电设备可靠性是风电装备设计、制造、服役中的巨大挑战！国内在消化吸收国外先进风电装备制造技术和国产化配套过程中出现了许多技术性难题，如偏航摩擦振动噪音、主机舱运行制动自燃、偏航摩擦对偶严重划伤、自激振动报警停机和主机舱偏航点头失稳等设备运行故障，这些故障严重影响了风机的正常发电，使得我国风电装备的年平均利用小时数只有1890小时，远低于2500小时的要求。而所有上述出现的设备运行故障均与风机制动器相关。因此如何在风机整体结构确定后研究出适合风机正常工作的制动器摩擦材料，已非常迫切地摆在了制动器生产厂家面前。特别是国家计划下一步要大力发展的海上风电场，研发10MW级的风电装备，引起故障频发的制动器及其摩擦材料的研发就显得尤其重要。

粉末冶金烧结摩擦片具有摩擦系数较高、制动效果好、耐温性能好、使用寿命长等优点，特别适合在重载、高温的环境下使用。因此，目前主轴刹车片普遍采用粉末冶金烧结复合摩擦材料。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种可靠性更高、低火花、长寿命的风力发电机主轴制动衬垫。

本发明还需要解决的技术问题是提供一种风力发电机主轴制动的铜基粉末冶金烧结低磨损低火花衬垫的制备方法。

为解决本发明的技术问题，本发明采用的技术方案是：

风力发电机主轴制动衬垫，该制动衬垫配方按重量百分比为：

本配方的组成是基于提供一种制动可靠性更高、低火花、长寿命的风力发电机主轴制动衬垫。为此，针对高速高载负荷选用铜基材料、铜铁铬碳合金为磨擦相，借以增加摩擦材料的基体强度及综合摩擦性能。

电解铜粉的粒度为200～300目，雾化锡粉的粒度为200～300目，还原铁粉的粒度为80～100目，鳞片石墨的粒度为80～100目，颗粒石墨的粒度为40～60目，氢氧化铝的粒度为80～100目，铬粉的粒度为200～300目。

优选的，电解铜粉的粒度为200目，雾化锡粉的粒度为300目，还原铁粉的粒度为100目，鳞片石墨的粒度为80目，颗粒石墨的粒度为40～60目，氢氧化铝的粒度为80目，铬粉的粒度为200目。

电解铜粉中铜粉纯度≥99.8％，雾化锡粉中锡粉纯度≥98％。

为解决风力发电主轴制动中存在的制动火花大、磨损快、使用寿命短的技术问题，本发明提供的风力发电机主轴制动衬垫的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：按配比称量各组分物料：电解铜粉、雾化锡粉、还原铁粉、鳞片石墨、氢氧化铝以及铬粉；

(2)混料：将称量好的各物料投入干式V型混料机中混合均匀，混料时间4～6小时；

(3)常温压制成型：冷坯压制成型：将混合均匀的原料加入模具中进行模压，模压温度为室温，压力150～250kg/mm²，保持时间3～10秒；

(4)钟罩炉高温烧结：将步骤(3)制成的冷坯材料摆放在预先表面镀铜的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫板隔开，在钟罩炉中进行烧结，烧结时采用还原性保护气氛，烧结压力1～2MPa，从室温升至945-980℃，高温烧结3～8小时，然后随炉冷却至室温；

(5)将上述制得的产品进行平磨、倒角、开槽，再经喷漆、印标，即制得成品。

上述制备工艺是利用酚醛树脂高压粘结粉体，该树脂在高温下碳化后与200℃下氢氧化铝脱出的水共同作用，金属铬被氧化而生成碳化铬，然后碳化铬再与铁和铜在高温(980℃)、中压(1～2MPa)烧结下结晶为高强度耐磨损的铜相(FeCu4、C)和铜铁铬碳(Cu-Fe-Cr-C)粉末冶金铜基摩擦材料。它的特点是无制动火花、不粘盘、低磨损、低噪声、高摩擦系数，不污染环境。

本发明的有益效果：本发明的风力发电机主轴制动衬垫，是由金属基粉末冶金烧结，具有低磨损、低火花优异性能，通过本发明方法制作的复合摩擦材料，摩擦系数稳定，耐磨性能强，制动无火花，使用寿命长且对对偶磨损较小的优点，能充分满足风力发电机主轴制动的要求。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的保护范围。

实施例1

风力发电机主轴制动衬垫，该制动衬垫配方为：

电解铜粉的粒度为200目，雾化锡粉的粒度为300目，还原铁粉的粒度为100目，鳞片石墨的粒度为80目，颗粒石墨的粒度为40目，氢氧化铝的粒度为80目，铬粉的粒度为200目。

电解铜粉中铜粉纯度≥99.8％，雾化锡粉中锡粉纯度≥98％。

风力发电机主轴制动衬垫的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：按配比称量各组分物料：电解铜粉、雾化锡粉、还原铁粉、鳞片石墨、氢氧化铝以及铬粉；

(2)混料：将称量好的各物料投入干式V型混料机中混合均匀，混料时间4小时；

(3)常温压制成型：冷坯压制成型：将混合均匀的原料加入模具中进行模压，模压温度为室温，压力150kg/mm²，保持时间3秒；

(4)钟罩炉高温烧结：将步骤(3)制成的冷坯材料摆放在预先表面镀铜的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫板隔开，在钟罩炉中进行烧结，烧结时采用还原性保护气氛，烧结压力1MPa，从室温升至945℃，高温烧结3小时，然后随炉冷却至室温；

(5)将上述制得的产品进行平磨、倒角、开槽，再经喷漆、印标，即制得成品。

实施例2

风力发电机主轴制动衬垫，该制动衬垫配方为：

电解铜粉的粒度为250目，雾化锡粉的粒度为250目，还原铁粉的粒度为90目，鳞片石墨的粒度为9目，颗粒石墨的粒度为50目，氢氧化铝的粒度为90目，铬粉的粒度为250目。

电解铜粉中铜粉纯度≥99.8％，雾化锡粉中锡粉纯度≥98％。

风力发电机主轴制动衬垫的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：按配比称量各组分物料：电解铜粉、雾化锡粉、还原铁粉、鳞片石墨、氢氧化铝以及铬粉；

(2)混料：将称量好的各物料投入干式V型混料机中混合均匀，混料时间5小时；

(3)常温压制成型：冷坯压制成型：将混合均匀的原料加入模具中进行模压，模压温度为室温，压力200kg/mm²，保持时间6秒；

(4)钟罩炉高温烧结：将步骤(3)制成的冷坯材料摆放在预先表面镀铜的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫板隔开，在钟罩炉中进行烧结，烧结时采用还原性保护气氛，烧结压力1.5MPa，从室温升至960℃，高温烧结5小时，然后随炉冷却至室温；

(5)将上述制得的产品进行平磨、倒角、开槽，再经喷漆、印标，即制得成品。

实施例3

风力发电机主轴制动衬垫，该制动衬垫配方为：

电解铜粉的粒度为300目，雾化锡粉的粒度为300目，还原铁粉的粒度为100目，鳞片石墨的粒度为100目，颗粒石墨的粒度为60目，氢氧化铝的粒度为100目，铬粉的粒度为300目。

电解铜粉中铜粉纯度≥99.8％，雾化锡粉中锡粉纯度≥98％。

风力发电机主轴制动衬垫的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：按配比称量各组分物料：电解铜粉、雾化锡粉、还原铁粉、鳞片石墨、氢氧化铝以及铬粉；

(2)混料：将称量好的各物料投入干式V型混料机中混合均匀，混料时间6小时；

(3)常温压制成型：冷坯压制成型：将混合均匀的原料加入模具中进行模压，模压温度为室温，压力250kg/mm²，保持时间10秒；

(4)钟罩炉高温烧结：将步骤(3)制成的冷坯材料摆放在预先表面镀铜的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫板隔开，在钟罩炉中进行烧结，烧结时采用还原性保护气氛，烧结压力2MPa，从室温升至980℃，高温烧结8小时，然后随炉冷却至室温；

(5)将上述制得的产品进行平磨、倒角、开槽，再经喷漆、印标，即制得成品。

依据企业标准对实施例中制备的风力发电机主轴制动衬垫的摩擦性能进行检验。实验条件如表1所示，测得其摩擦性能结果如表2所示，实验结果显示在不同转速下，实施例中制备的风力发电机偏航制动衬垫具有良好的摩擦性能。

表1

表2

对实施例中制备的风力发电机偏航制动衬垫在额定工况下的磨损率进行检验。检验结果如表3所示，结果显示额定工况下样品的磨损率为0.21％，试验后样品没有出现压溃、脱落、崩边等现象且实验过程中无明显噪音。检验结果表明该样品额定工况下磨损率符合《零部件验收标准：MY1.5风力发电机组——制动器》中4.7.1.5)条款的有关规定。

表3

通过以上原料和步骤制成的风力发电机用主轴制动摩擦材料，一方面消除了主轴制动时的火花现象，摩擦材料在工作过程中，能够平稳、无噪音进行主轴制动；另一方面降低了摩擦材料的磨损率，大大延长了摩擦材料的使用寿命，减少了更换摩擦片的频率，节约了风力发电的成本。

Claims (5)

1.风力发电机主轴制动衬垫，其特征在于，该制动衬垫配方按重量百分比为：

2.根据权利要求1所述的一种风力发电机主轴制动衬垫，其特征在于：电解铜粉的粒度为200～300目，雾化锡粉的粒度为200～300目，还原铁粉的粒度为80～100目，鳞片石墨的粒度为80～100目，颗粒石墨的粒度为40～60目，氢氧化铝的粒度为80～100目，铬粉的粒度为200～300目。

3.根据权利要求2所述的一种风力发电机主轴制动衬垫，其特征在于：电解铜粉的粒度为200目，雾化锡粉的粒度为300目，还原铁粉的粒度为100目，鳞片石墨的粒度为80目，颗粒石墨的粒度为40～60目，氢氧化铝的粒度为80目，铬粉的粒度为200目。

4.根据权利要求1所述的一种风力发电机主轴制动衬垫，其特征在于：电解铜粉中铜粉纯度≥99.8％，雾化锡粉中锡粉纯度≥98％。

5.制备权利要求1所述的一种风力发电机主轴制动衬垫的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)配料：按配比称量各组分物料：电解铜粉、雾化锡粉、还原铁粉、鳞片石墨、氢氧化铝以及铬粉；

(2)混料：将称量好的各物料投入干式V型混料机中混合均匀，混料时间4～6小时；

(3)常温压制成型：冷坯压制成型：将混合均匀的原料加入模具中进行模压，模压温度为室温，压力150～250kg/mm²，保持时间3～10秒；

(4)钟罩炉高温烧结：将步骤(3)制成的冷坯材料摆放在预先表面镀铜的钢背上，按层叠放，片与片之间以高强石墨垫板隔开，在钟罩炉中进行烧结，烧结时采用还原性保护气氛，烧结压力1～2MPa，从室温升至945-980℃，高温烧结3～8小时，然后随炉冷却至室温；

(5)将上述制得的产品进行平磨、倒角、开槽，再经喷漆、印标，即制得成品。