工業內窺鏡在風電齒輪箱檢測中的應用

李建國 北京新興日祥科技發展有限公司

【摘　要】本文主要介紹齒輪箱的在線監測方法，通過工業內窺鏡對風電軸承、齒輪箱、葉片缺陷檢測和判定，以及通過光譜儀對油品進行分析來判定軸承、齒輪的磨損情況，對風機進行故障診斷和提供準確的維修解決方案。

【關鍵詞】 高速軸承，中速軸承，行星齒輪軸承，齒輪箱，風電葉片，工業內窺鏡，光譜儀。

風電能源作為綠色、環保的清潔能源，在近20年中在中國大量推廣和廣泛的應用，風電、太陽能新能源逐漸的代替了傳統的火力和核能等高危、高污染能源發電。加上政府的周期性資金補貼，也促進了風電新能源蓬勃發展。與此同時，由于風電場建設的地理位置比較偏僻，以及惡劣的使用環境和復雜的結構設計，高空作業危險性比較大，也造成了風電設備的運維異常困難。近幾年全國大量的風電場都過了5年廠家保修期，所以齒輪箱型設備在常規定檢及維護中就變得尤為重要。

風力渦輪機的設計壽命只有20年，渦輪機的變速箱、軸承、葉片和其它所有部件都需要定期檢查。在整個風電機組中，風電齒輪箱的成本占比較高，也是比較容易出現故障的地方。在進行風電設備檢查時，使用圖像清新度高、便攜性好、耐用性較高、防油鏡頭的工業內窺檢測齒輪箱磨損情況是好、直觀、有效的檢測方法。

一、檢查齒輪箱狀態的方法有以下幾種：

（1）檢查人員進入風電機組內，對齒輪箱是否有異響、異常進行確認。

（2）通過奧林巴斯油品分析儀對冷卻油的抽樣檢測，對油品中所含的金屬成分進行分析，判斷齒輪不同部位的磨損情況。

（3）對更換后的濾油器進行金屬和異物的分析。

（4）根據振動監測，確認是否發生異常。

（5）采用FLIR紅外熱成像儀，確認出現異常高溫的部分。

但是以上這些檢查方法，在齒輪箱工作時是無法進行的。包括工業內窺鏡檢查在內的預警式維護，對維修時間的推斷，經常更換的零部件準備是非常有效的。經過以上的確認和分析，確定齒輪箱有異常時，采用工業內窺鏡對齒輪箱以及冷卻散熱器的狀態進行確認，此后定期地使用工業內窺鏡進行持續的檢查，準備軸承、齒輪等必要的零部件，在齒輪箱損壞前對現場的風電機組進行零部件的更換，把風機停機檢修時間縮短，同時又可以提高風電機組的發電收益。

二、使用工業內窺鏡檢修風電機組的步驟和順序：

高速旋轉的高速級和接受負荷較大的行星級都相對比較容易破損，根據齒輪箱過去的狀況，就能夠決定從哪里開始檢查。

（1）一般來說高速級冷卻比較快，所以一般來說先檢查高速部的比較多。

（2）平行級（高速級、中速級、低速級）的齒輪可以從檢查孔直接用眼睛進行確認。高速軸承、中速軸承、低速軸承則要插入內窺鏡進行內窺的檢查。檢查軸承時，需要使用直視近焦的廣角鏡頭（視角120度左右），直徑要根據軸承的種類來決定。

（3）通過齒輪箱前方的小檢查孔可以與行星齒輪、軸承、齒圈、載體齒輪連接。檢查齒圈和行星齒輪時，由于是大空間檢查，建議使用80度遠焦鏡頭比較好。此外，因為行星齒輪有三個，檢查完一個后，需要旋轉一下風電葉片，從檢查孔找到下一個行星齒輪的位置繼續檢查。

  風力發電機機艙

當風力渦輪機給發電機傳送一個直徑為50~150米的旋轉力時，風電齒輪箱必須承受巨大壓力，風電齒輪箱自然需要檢測和維護。

 齒輪箱

三、風機內部軸承的檢測

（1）高速軸承

由于高速軸承的高速旋轉，一旦一個軸承的滾柱發生破裂，可能導致齒輪箱其他部位的損壞，甚至導致整個齒輪箱都需要更換。工業視頻內窺鏡能夠進入到軸承滾柱的縫隙，來檢查和記錄滾柱、內圈和外圈表面的微小裂紋。

（2）中速軸承

中速軸位于高速和低速軸之間，由位于軸前后兩側的中速軸承提供。這些軸承可能受到上面所提及的高速軸承相同的因素損害。

（3）行星齒輪軸承

盡管轉速只有20~30轉/分鐘，行星齒輪常遭受不容忽視的空氣湍流的壓力。因此，行星齒輪軸承和行星齒輪都需要用內窺鏡來觀察和檢測。

軸承損壞圖片

四、風機齒輪箱檢測

齒輪持續的風力運轉導致齒輪的老化和磨損，使用工業內窺鏡檢查齒輪的損壞位置和損壞程度就顯得非常重要。

齒輪箱內部圖片

配備了120側視近焦鏡頭的IPLEX GL工業視頻內窺鏡非常有助于齒輪的檢查。

風力發電增速機具有效率高、體積小、重量輕、結構緊湊、傳遞功率大、負載能力高、傳動比范圍大的特點。行星輪系布置緊湊，齒輪箱結構復雜，各部件關聯度高。箱體是封閉式包圍結構，齒輪箱中若有金屬顆粒或碎片，可能導致齒輪嚴重磨損，通過工業內窺鏡觀察可以直觀的反映觀察出齒輪的磨損情況。

齒輪檢測磨損情況

高速齒面銹蝕

高速中速齒面檢測

五、風電葉片排水管檢測

風電葉片的排水管檢測

    風機的排水管位于風機葉片的末端，在高寒冷地區的冬天，排水管道中的水凍結后形成冰，容易造成體積膨脹，后導致在排水管上形成裂縫，造成葉片運轉過程中發生異響，產生安全隱患。一般風機葉片的排水管直徑大都在6-8mm左右，所以推薦直徑為6mm的內窺鏡比較適和排水檢測。

六、風機油品的采樣分析

就算不進行內窺鏡檢查也要采集油樣，對油里面含有的金屬的種類和含量進行分析，記錄齒輪箱狀態的變化。特定金屬的含量增加時，就算沒有出現異音也可以推測正在發生磨損或破損。根據金屬的種類，可以推測是齒輪出現了問題，還是軸承出現了問題。將尚未經過濾油器的油作為樣本進行采集。如果要對金屬的種類和含量進行分析的話，可以在現場使用奧林巴斯 X射線熒光分析儀，只需 2分鐘左右就可以進行分析。

首先用熒光分析儀對所含的金屬進行分析，再使用工業內窺鏡對疑似出現問題的部位進行進一步檢測工作，這樣可以得到更好的檢測效果。如果要對油里面除了水分和金屬以外的物質、油的粘度等進行分析的話，可以將油樣送到專門的分析機構，2周左右可以得到分析結果。

七、內窺檢測的價值定位

1、對于風電設備制造商、風電發電企業、風電運維企業，定期通過內窺鏡檢測變速箱齒輪運行狀況，可以有效的減少災難性事故的發生，為了風機能正常運轉，對有可能發生的故障的部位，定期檢查、保養和維護尤為重要。

2、對于風電設備制造商、風電發電企業、風電運維企業，制定標準化的檢測工藝和流程，提供遠程專業人員在線指導和故障診斷，可以獲得更專業的故障診斷和評估結果，并可縮短維修和排除故障的時間，并且能夠節省檢修成本。

3、為后期的智能診斷專家系統、在線診斷系統提供數據庫和檢測圖像素材庫。

八、IPLEX GL工業內窺鏡解決方案

1、設備輕巧便攜、皮實耐用、一體化設計，鋰電池供電。

2、高清圖像可提供清晰的檢測圖像。

3、無線WIFI連接和互聯網傳輸，可實時共享檢測圖像，及時做出更專業性故障診斷結果。

4、防油鏡頭更適合在役齒輪箱檢測。

5、白光、黑光、紅外快速更換，方便大空間的內窺檢查。

6、黑匣子功能可記錄后30分鐘圖像，方便數據管理、追溯。

7、視頻標簽功能，可以快速一鍵找到缺陷位置。

8、4.3寸觸屏操作和熱鍵操作，方便高空作業。

9、圖像比較功能，可及時發現有缺陷的位置。

10、INHELP功能，可以在線幫助和快速制作檢查報告。

九、我們的風電客戶群：

1、金風科技股份有限公司

2、南京高精傳動設備制造集團有限公司

3、杭州前進齒輪箱集團股份有限公司

4、重慶重齒風電齒輪箱有限公司

5、西安熱工研究院有限公司

6、大唐西北電力試驗研究院

7、甘肅電力科學研究院

8、寧夏電力科學研究院

9、青海電科院

10、寧夏銀星新能源股份有限公司