風(fēng)電齒輪箱內(nèi)窺鏡檢查

2017-11-28 15:42:22 第三屆中國(guó)風(fēng)電后市場(chǎng)專題研討會(huì)論文集　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

1 風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)和成本　　雖然風(fēng)電機(jī)組是以20 年的使用壽命為前提設(shè)計(jì)出來(lái)的，但是如果不定期地進(jìn)行維護(hù)點(diǎn)檢以及維修的話，就無(wú)法保證20 年的使用壽命。整個(gè)風(fēng)電機(jī)組里面，風(fēng)電齒輪箱的占的成本比例較高

1 風(fēng)電機(jī)組的維護(hù)和成本

　　雖然風(fēng)電機(jī)組是以20 年的使用壽命為前提設(shè)計(jì)出來(lái)的，但是如果不定期地進(jìn)行維護(hù)點(diǎn)檢以及維修的話，就無(wú)法保證20 年的使用壽命。整個(gè)風(fēng)電機(jī)組里面，風(fēng)電齒輪箱的占的成本比例較高，也是比較容易出現(xiàn)故障的地方。在這里，我將根據(jù)使用工業(yè)內(nèi)窺鏡對(duì)齒輪箱進(jìn)行檢查的例子，介紹一些有效的檢查方法。

　　對(duì)齒輪箱的狀態(tài)，進(jìn)行定期、持續(xù)的監(jiān)控，在發(fā)生較大的破損前有計(jì)劃地進(jìn)行維修，是歐美國(guó)家及中國(guó)一般采取的方法。檢查齒輪箱狀態(tài)的方法，主要有以下幾種。

　　·檢查人員進(jìn)入風(fēng)電機(jī)組內(nèi)，對(duì)齒輪箱是否有異音、異常進(jìn)行確認(rèn)

　　·對(duì)冷卻油的抽樣調(diào)查，對(duì)所含的金屬進(jìn)行分析

　　·齒輪箱冷卻油溫度中心數(shù)據(jù)的確認(rèn)

　　·對(duì)更換后的濾油器進(jìn)行金屬和異物的分析

　　·根據(jù)振蕩監(jiān)控，確認(rèn)是否發(fā)生異常

　　·采用紅外照相，確認(rèn)出現(xiàn)異常高溫的部分

　　但是以上這些檢查方法，在齒輪箱的維修期間以及零部件的更換等特定時(shí)期是無(wú)法進(jìn)行的。包括工業(yè)內(nèi)窺鏡檢查在內(nèi)的預(yù)警式維護(hù)，對(duì)維修時(shí)間的推斷以及及時(shí)地準(zhǔn)備必要的零部件是非常有效的。經(jīng)過(guò)以上的確認(rèn)和分析，確定齒輪箱有異常時(shí)，采用工業(yè)內(nèi)窺鏡對(duì)齒輪箱以及冷卻散熱器的狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)，此后定期地使用工業(yè)內(nèi)窺鏡進(jìn)行持續(xù)的檢查，準(zhǔn)備軸承、齒輪等必要的零部件，在齒輪箱損壞前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行零部件的更換，使風(fēng)電機(jī)組停止運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間降低到最短，同時(shí)又可以維持風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電收益。

　　上面這張圖是將美國(guó)一位ISP （Independent Service Provider）的Frontier 教授幾年前在AWEAWind O&M 研討會(huì)上發(fā)表的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)翻譯而成的。根據(jù)Frontier 教授的數(shù)據(jù)，與風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)問(wèn)題后進(jìn)行修理的對(duì)應(yīng)式維護(hù)相比，把風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下的觀測(cè)和內(nèi)窺鏡檢查相結(jié)合的預(yù)警式維護(hù)，將25年總的維護(hù)費(fèi)用減少到了原來(lái)的1/3。

　　上面這張圖表中縱軸是維護(hù)費(fèi)用，以10 萬(wàn)日元為單位，橫軸是風(fēng)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的25 年。將100 臺(tái)以上風(fēng)電機(jī)組的總的維護(hù)費(fèi)用除以風(fēng)電機(jī)組的數(shù)量得到的是每年的費(fèi)用。對(duì)應(yīng)式維護(hù)下，風(fēng)電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)6年后齒輪箱更換頻繁，維護(hù)費(fèi)用飛漲。過(guò)了保修期后，齒輪箱的更換費(fèi)用全部由風(fēng)電機(jī)組業(yè)主承擔(dān)。另外，維護(hù)費(fèi)用在第14 年達(dá)到了最高值，這也意味著很多風(fēng)電機(jī)組的使用壽命到了。也就是說(shuō)，齒輪箱在第5-7 年有一部分損壞，第13-15 年很多齒輪箱都破損了。另一方面，預(yù)警式維護(hù)的費(fèi)用，同樣在第6 年有一個(gè)較小的峰值，在第14 年達(dá)到了最大值。在發(fā)生嚴(yán)重的破損前，因?yàn)檫M(jìn)行了預(yù)防性局部的修理，預(yù)警式的維護(hù)費(fèi)用比應(yīng)對(duì)式的維護(hù)費(fèi)用減少了1/3。與預(yù)警式維護(hù)25 年總共9000 萬(wàn)日比的費(fèi)用相比，對(duì)應(yīng)式維護(hù)的費(fèi)用則高達(dá)3 億1000 萬(wàn)日元。這個(gè)費(fèi)用因?yàn)闆](méi)有包含由于修理期間無(wú)法進(jìn)行發(fā)電的損失，對(duì)應(yīng)式維護(hù)實(shí)際的損失應(yīng)該是更大的。像這樣一邊減少維護(hù)費(fèi)用一邊又能保障風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)、提高收益，定期地進(jìn)行檢查和維護(hù)是十分必要的。定期檢查和維護(hù)分為如下三種：風(fēng)電機(jī)組業(yè)主設(shè)立維護(hù)隊(duì)伍、風(fēng)電機(jī)組以及齒輪箱廠家在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立辦事處、專門進(jìn)行維護(hù)的ISP 在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)立辦事處。無(wú)論是哪個(gè)方法都有優(yōu)缺點(diǎn)，能夠滿足電電機(jī)組業(yè)主的要求的選擇是十分必要的。

　　2 奧林巴斯工業(yè)內(nèi)窺鏡的種類

　　奧林巴斯根據(jù)客戶不同的檢查要求提供以下這些內(nèi)窺鏡。

　　IPLEX NX

　　IPLEX NX 是4 月份剛剛引入市場(chǎng)的最新機(jī)型，是引進(jìn)了HD 高清畫質(zhì)和激光二極管光源等眾多最新技術(shù)的工業(yè)內(nèi)窺鏡。配備了標(biāo)準(zhǔn)的InHelp 檢查支援功能，能夠容易地進(jìn)行記錄圖像的分類，自動(dòng)生成檢查后的報(bào)告。同時(shí)，能可選擇性地搭載高精度的傷痕計(jì)測(cè)功能。8.4 英寸的LCD 觸摸屏，大大提高了檢查作業(yè)和觀察的效率。主體和插入管單元可更換，根據(jù)檢查部分的不同，可以更換直徑6mm、4mm 的插入管。

　　IPLEX RT/RX

　　IPLEX RT 是充分實(shí)現(xiàn)畫質(zhì)、操作性、持久性、可攜帶功能的適應(yīng)風(fēng)力市場(chǎng)的內(nèi)窺鏡。6.4 英寸的LCD主件在齒輪箱的任意位置都能輕松安置，以及獨(dú)的操作部分，實(shí)現(xiàn)了舒適的檢查姿勢(shì)和操作性能的完美結(jié)合。TrueFeel 的彎曲構(gòu)造，使得檢查人員能夠得心應(yīng)手地進(jìn)行彎曲操作。配備了標(biāo)準(zhǔn)的InHelp 檢查支援功能，能夠容易地進(jìn)行記錄圖像的分類，自動(dòng)生成檢查后的報(bào)告。IPLEX RT 可實(shí)現(xiàn)到IPLEX RX 的升級(jí)、對(duì)應(yīng)圖像的清晰度、色彩強(qiáng)調(diào)、高溫警報(bào)、可選擇缺陷測(cè)量功能。有直徑6mm、4mm 兩種機(jī)型。

　　IPLEX TX

　　齒輪箱里面也有4mm 觀測(cè)器無(wú)法完成檢查的細(xì)小的縫隙。IPLEX TX 是插入管直徑僅為2.4mm，同時(shí)配備彎曲功能的業(yè)界最為視頻的工業(yè)內(nèi)窺鏡、能夠?qū)崿F(xiàn)4mm 工業(yè)內(nèi)窺鏡無(wú)法對(duì)應(yīng)的檢查。也可用于直驅(qū)風(fēng)機(jī)內(nèi)發(fā)電機(jī)線圈接頭的檢查和主軸承的檢查。

　　Series C

　　Series C 是無(wú)論何時(shí)都能實(shí)現(xiàn)快速檢查的，集合了“移動(dòng)、插入、觀察、拍攝、報(bào)告”等內(nèi)窺鏡基本功能于一身的產(chǎn)品。外側(cè)直徑6mm，具備了能進(jìn)行持久的檢測(cè)工作和攜帶比較便攜的特點(diǎn)。畫質(zhì)和亮度雖不如IPLEX TR，但也能夠?qū)S承的傷痕進(jìn)行觀察和記錄。因?yàn)橐才鋫淞薎nHelp 檢查支援功能，像IPLEX RT 和IPLEX NX 一樣，能容易地對(duì)記錄圖像進(jìn)行分類，自動(dòng)生成檢查后的報(bào)告。

　　3 齒輪箱檢查的常規(guī)順序

　　3.1 關(guān)停風(fēng)電機(jī)組和準(zhǔn)備器材

　　風(fēng)電機(jī)組的檢查由于伴隨著一定的危險(xiǎn)性，出于安全考慮，一般由兩人以上的檢查人員進(jìn)行作業(yè)。首先，一個(gè)人爬上風(fēng)機(jī)關(guān)停風(fēng)電機(jī)組，為了換氣需要打開(kāi)機(jī)艙的換氣窗。出于安全考慮，需要利用繩索將檢查器材和工具提拉上去，先從機(jī)艙將提拉用的繩索放下來(lái)。因?yàn)槠鞑脑谙蛏咸崂^(guò)程中容易受風(fēng)吹影響，所以要把器材裝到配有緩沖墊的袋子里，再進(jìn)行提拉。提拉完成以后在地面上看守器材的作業(yè)人員可以爬上風(fēng)電機(jī)組。這個(gè)過(guò)程大概需要30 分鐘。齒輪箱的上部檢查板和行星檢查板打開(kāi)后，會(huì)有汽化的油噴出。因?yàn)檫@個(gè)蒸汽吸入人體內(nèi)的話有害于健康，打開(kāi)檢查板后，可以在機(jī)艙下面的空間稍作等待換氣。同時(shí)齒輪箱也可進(jìn)行一定程度的冷卻。由于剛剛停止運(yùn)轉(zhuǎn)的齒輪箱的內(nèi)部溫度高達(dá)60 度、因此需要等溫度下降到一定程度時(shí)方可開(kāi)始內(nèi)窺鏡的檢查。

　　3.2 內(nèi)窺鏡檢查順序和配件種類

　　高速旋轉(zhuǎn)的高速級(jí)和接受負(fù)荷較大的行星級(jí)都相對(duì)比較容易破損，根據(jù)齒輪箱過(guò)去的狀況，就能夠決定從哪里開(kāi)始檢查。一般來(lái)說(shuō)高速級(jí)冷卻比較快，所以一般來(lái)說(shuō)先檢查高速部的比較多。平行級(jí)（高速級(jí)、中速級(jí)、低速級(jí)）的齒輪可以從檢查孔直接用眼睛進(jìn)行確認(rèn)。高速軸承、中速軸承、低速軸承則要插入內(nèi)窺鏡進(jìn)行探傷的檢查。因?yàn)檩S承上有殘留的潤(rùn)滑油，為了使其不黏附在內(nèi)窺鏡鏡頭前端，必須要小心謹(jǐn)慎地插入工業(yè)內(nèi)窺鏡的探頭。在鏡頭前端使用彎曲的金屬或樹脂導(dǎo)管，避免黏著的同時(shí)將工業(yè)內(nèi)窺鏡的探頭插入軸承。如果準(zhǔn)備好用于固定導(dǎo)管的魔術(shù)手臂，可以使檢查作業(yè)更為輕松，也能節(jié)省檢查時(shí)間。檢查軸承時(shí)，需要使用直視近焦的廣角鏡頭（視角120 度左右）。因?yàn)槿绻褂媒咕嘣?0mm以上的觀察鏡頭無(wú)法清晰地觀察到軸承表面的細(xì)微缺陷，所以必須要注意鏡頭的選擇。工業(yè)內(nèi)窺鏡探頭的外側(cè)直徑要根據(jù)軸承的種類來(lái)決定。通過(guò)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(shí)，由于是大空間檢查，很容易照明不足。這種情況下使用廣角的遠(yuǎn)焦鏡頭比較好。使用80 度視角的遠(yuǎn)焦鏡頭可以更好地提高照明亮度。如果是IPLEX RX 和IPLEX NX 的話，因?yàn)榕鋫淞薟iDER 圖像增幅處理功能，可以得到更加明亮的圖像。此外，因?yàn)樾行驱X輪有三個(gè)，檢查完一個(gè)后，需要旋轉(zhuǎn)一下風(fēng)電葉片，從檢查孔找到下一個(gè)行星齒輪的位置繼續(xù)檢查，但如果使用在前端安裝了環(huán)狀LED 照明的導(dǎo)管，可以在不更換光學(xué)鏡頭的情況下，實(shí)現(xiàn)齒輪和軸承雙方的高效率檢查。

　　3.3 InHelp 檢查支援功能的活用方法

　　用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢查一個(gè)齒輪箱一般需要半天到一天，拍攝的圖像有150 張——300 張。因?yàn)辇X輪箱內(nèi)的齒輪和軸承形狀都很相似，就算是拍照的檢查人員光看圖像也很難回憶出來(lái)具體的檢測(cè)位置。因?yàn)閷?duì)齒輪箱的檢查是定期且持續(xù)的，這次的檢查情況有利于下一次的檢查，因此將檢查記錄完好地進(jìn)行保存是非常必要的。另外，如果除了檢查人員以外的其他人員能看懂檢查圖像的部位的話，就可以實(shí)現(xiàn)檢查后制作檢查報(bào)告以及有利于同事間的日常交流。正是為了實(shí)現(xiàn)以上這些想法，奧林巴斯推出了工業(yè)內(nèi)窺鏡獨(dú)有的InHelp 圖像管理及報(bào)告制作系統(tǒng)。InHelp 功能使用前的準(zhǔn)備，先給要檢查的各個(gè)部位制定好相應(yīng)的名稱，在記錄媒體里以檢查的各個(gè)部位分類名稱創(chuàng)建新的文件夾。這樣一來(lái)在檢查的時(shí)候只要選擇檢查部位的文件夾進(jìn)行記錄，部位的名稱就會(huì)自然而然成為圖像的文件名。拍攝時(shí)各自缺陷的種類以及問(wèn)題的嚴(yán)重程度能夠簡(jiǎn)單地進(jìn)行附加，檢查后可以馬上回放。如果將記錄媒體與PC 相連接，可以自動(dòng)生成檢查報(bào)告。

　　InHelp 文件夾的分類可參考如下，根據(jù)齒輪箱的構(gòu)造和檢查的優(yōu)先順序，可以自由地進(jìn)行設(shè)定或改變順序，具有很高的靈活性。

　　在InHelp 上記錄圖像時(shí)，可以產(chǎn)生作為選擇檢查圖像的判斷結(jié)果的選項(xiàng)。檢查人員可以自由設(shè)定選項(xiàng)，在AWEA 上討論的一般的判斷如下：

　　4 風(fēng)電齒輪箱的檢查圖片

　　5 油樣的采集和分析

　　就算不進(jìn)行內(nèi)窺鏡檢查也要采集油樣，對(duì)油里面含有的金屬的種類和含量進(jìn)行分析，記錄齒輪箱狀態(tài)的變化。特定金屬的含量增加時(shí)，就算沒(méi)有出現(xiàn)異音也可以推測(cè)正在發(fā)生磨損或破損。根據(jù)金屬的種類，可以推測(cè)是齒輪出現(xiàn)了問(wèn)題，還是軸承出現(xiàn)了問(wèn)題。將尚未經(jīng)過(guò)濾油器的油作為樣本進(jìn)行采集。如果要對(duì)金屬的種類和含量進(jìn)行分析的話，可以在現(xiàn)場(chǎng)使用X 線熒光分析儀只需2 分鐘左右就可以進(jìn)行分析。首先用熒光分析儀對(duì)所含的金屬進(jìn)行分析，再使用工業(yè)內(nèi)窺鏡對(duì)疑似出現(xiàn)問(wèn)題的部位進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)工作，這樣可以得到更好的檢測(cè)效果。如果要對(duì)油里面除了水分和金屬以外的物質(zhì)、油的粘度等進(jìn)行分析的話，可以將油樣送到專門的分析研究所，2 周左右可以得到分析結(jié)果。

　　6 齒輪箱以外的檢查

　　風(fēng)電機(jī)組的檢查不光光只是齒輪箱。風(fēng)電葉片或是風(fēng)電機(jī)組塔發(fā)生破損的話也會(huì)造成嚴(yán)重的損失，因此也是檢查的對(duì)象。

　　風(fēng)電葉片由于在惡劣的環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)，很可能因?yàn)楸╋L(fēng)雨、打雷、結(jié)冰等天氣原因產(chǎn)生破損。打雷過(guò)后如果放置不理的話很容易發(fā)生斷裂事故，因此需要進(jìn)行檢查。對(duì)長(zhǎng)度超過(guò)50 米的風(fēng)電葉片可以將長(zhǎng)尺內(nèi)窺鏡從根部插入進(jìn)行內(nèi)部檢查。也可以從槳葉前端的排水孔插入內(nèi)窺鏡確認(rèn)排水孔的堵塞和內(nèi)部破損狀況。也可以在槳葉的中間開(kāi)一個(gè)5mm 的孔，插入直徑4mm 的工業(yè)內(nèi)窺鏡來(lái)檢查內(nèi)部的粘合狀況。使用超聲探傷可以對(duì)風(fēng)電葉片內(nèi)玻璃纖維內(nèi)部的脫落狀況進(jìn)行檢查。對(duì)用來(lái)固定風(fēng)電葉片的很多螺栓是否發(fā)生疲勞損傷也可使用超聲探傷進(jìn)行檢查。

　　風(fēng)塔的焊接部以及用來(lái)固定風(fēng)塔的螺栓也可以使用超聲探傷進(jìn)行檢查。

責(zé)任編輯：lixin

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