工業(yè)內(nèi)窺鏡在風(fēng)電齒輪箱檢測(cè)中的應(yīng)用

李建國(guó) 北京新興日祥科技發(fā)展有限公司

【摘　要】本文主要介紹齒輪箱的在線監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)工業(yè)內(nèi)窺鏡對(duì)風(fēng)電軸承、齒輪箱、葉片缺陷檢測(cè)和判定，以及通過(guò)光譜儀對(duì)油品進(jìn)行分析來(lái)判定軸承、齒輪的磨損情況，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行故障診斷和提供準(zhǔn)確的維修解決方案。

【關(guān)鍵詞】 高速軸承，中速軸承，行星齒輪軸承，齒輪箱，風(fēng)電葉片，工業(yè)內(nèi)窺鏡，光譜儀。

風(fēng)電能源作為綠色、環(huán)保的清潔能源，在近20年中在中國(guó)大量推廣和廣泛的應(yīng)用，風(fēng)電、太陽(yáng)能新能源逐漸的代替了傳統(tǒng)的火力和核能等高危、高污染能源發(fā)電。加上政府的周期性資金補(bǔ)貼，也促進(jìn)了風(fēng)電新能源蓬勃發(fā)展。與此同時(shí)，由于風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)的地理位置比較偏僻，以及惡劣的使用環(huán)境和復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，高空作業(yè)危險(xiǎn)性比較大，也造成了風(fēng)電設(shè)備的運(yùn)維異常困難。近幾年全國(guó)大量的風(fēng)電場(chǎng)都過(guò)了5年廠家保修期，所以齒輪箱型設(shè)備在常規(guī)定檢及維護(hù)中就變得尤為重要。

風(fēng)力渦輪機(jī)的設(shè)計(jì)壽命只有20年，渦輪機(jī)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(gè)風(fēng)電機(jī)組中，風(fēng)電齒輪箱的成本占比較高，也是比較容易出現(xiàn)故障的地方。在進(jìn)行風(fēng)電設(shè)備檢查時(shí)，使用圖像清新度高、便攜性好、耐用性較高、防油鏡頭的工業(yè)內(nèi)窺檢測(cè)齒輪箱磨損情況是好、直觀、有效的檢測(cè)方法。

一、檢查齒輪箱狀態(tài)的方法有以下幾種：

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

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

（3）對(duì)更換后的濾油器進(jìn)行金屬和異物的分析。

（4）根據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)，確認(rèn)是否發(fā)生異常。

（5）采用FLIR紅外熱成像儀，確認(rèn)出現(xiàn)異常高溫的部分。

但是以上這些檢查方法，在齒輪箱工作時(shí)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，經(jīng)常更換的零部件準(zhǔn)備是非常有效的。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，把風(fēng)機(jī)停機(jī)檢修時(shí)間縮短，同時(shí)又可以提高風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電收益。

二、使用工業(yè)內(nèi)窺鏡檢修風(fēng)電機(jī)組的步驟和順序：

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。

（1）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。

（2）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)行內(nèi)窺的檢查。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），直徑要根據(jù)軸承的種類(lèi)來(lái)決定。

（3）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，建議使用80度遠(yuǎn)焦鏡頭比較好。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。

  風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙

當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)給發(fā)電機(jī)傳送一個(gè)直徑為50~150米的旋轉(zhuǎn)力時(shí)，風(fēng)電齒輪箱必須承受巨大壓力，風(fēng)電齒輪箱自然需要檢測(cè)和維護(hù)。

 齒輪箱

三、風(fēng)機(jī)內(nèi)部軸承的檢測(cè)

（1）高速軸承

由于高速軸承的高速旋轉(zhuǎn)，一旦一個(gè)軸承的滾柱發(fā)生破裂，可能導(dǎo)致齒輪箱其他部位的損壞，甚至導(dǎo)致整個(gè)齒輪箱都需要更換。工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡能夠進(jìn)入到軸承滾柱的縫隙，來(lái)檢查和記錄滾柱、內(nèi)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(cè)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?fù)p害。

（3）行星齒輪軸承

盡管轉(zhuǎn)速只有20~30轉(zhuǎn)/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(nèi)窺鏡來(lái)觀察和檢測(cè)。

軸承損壞圖片

四、風(fēng)機(jī)齒輪箱檢測(cè)

齒輪持續(xù)的風(fēng)力運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致齒輪的老化和磨損，使用工業(yè)內(nèi)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(nèi)部圖片

配備了120側(cè)視近焦鏡頭的IPLEX GL工業(yè)視頻內(nèi)窺鏡非常有助于齒輪的檢查。

風(fēng)力發(fā)電增速機(jī)具有效率高、體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞功率大、負(fù)載能力高、傳動(dòng)比范圍大的特點(diǎn)。行星輪系布置緊湊，齒輪箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部件關(guān)聯(lián)度高。箱體是封閉式包圍結(jié)構(gòu)，齒輪箱中若有金屬顆?；蛩槠赡軐?dǎo)致齒輪嚴(yán)重磨損，通過(guò)工業(yè)內(nèi)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(cè)磨損情況

高速齒面銹蝕

高速中速齒面檢測(cè)

五、風(fēng)電葉片排水管檢測(cè)

風(fēng)電葉片的排水管檢測(cè)

    風(fēng)機(jī)的排水管位于風(fēng)機(jī)葉片的末端，在高寒冷地區(qū)的冬天，排水管道中的水凍結(jié)后形成冰，容易造成體積膨脹，后導(dǎo)致在排水管上形成裂縫，造成葉片運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)生異響，產(chǎn)生安全隱患。一般風(fēng)機(jī)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(nèi)窺鏡比較適和排水檢測(cè)。

六、風(fēng)機(jī)油品的采樣分析

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(lèi)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(lèi)，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(lèi)和含量進(jìn)行分析的話，可以在現(xiàn)場(chǎng)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(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(zhuān)門(mén)的分析機(jī)構(gòu)，2周左右可以得到分析結(jié)果。

七、內(nèi)窺檢測(cè)的價(jià)值定位

1、對(duì)于風(fēng)電設(shè)備制造商、風(fēng)電發(fā)電企業(yè)、風(fēng)電運(yùn)維企業(yè)，定期通過(guò)內(nèi)窺鏡檢測(cè)變速箱齒輪運(yùn)行狀況，可以有效的減少災(zāi)難性事故的發(fā)生，為了風(fēng)機(jī)能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)有可能發(fā)生的故障的部位，定期檢查、保養(yǎng)和維護(hù)尤為重要。

2、對(duì)于風(fēng)電設(shè)備制造商、風(fēng)電發(fā)電企業(yè)、風(fēng)電運(yùn)維企業(yè)，制定標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)工藝和流程，提供遠(yuǎn)程專(zhuān)業(yè)人員在線指導(dǎo)和故障診斷，可以獲得更專(zhuān)業(yè)的故障診斷和評(píng)估結(jié)果，并可縮短維修和排除故障的時(shí)間，并且能夠節(jié)省檢修成本。

3、為后期的智能診斷專(zhuān)家系統(tǒng)、在線診斷系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)庫(kù)和檢測(cè)圖像素材庫(kù)。

八、IPLEX GL工業(yè)內(nèi)窺鏡解決方案

1、設(shè)備輕巧便攜、皮實(shí)耐用、一體化設(shè)計(jì)，鋰電池供電。

2、高清圖像可提供清晰的檢測(cè)圖像。

3、無(wú)線WIFI連接和互聯(lián)網(wǎng)傳輸，可實(shí)時(shí)共享檢測(cè)圖像，及時(shí)做出更專(zhuān)業(yè)性故障診斷結(jié)果。

4、防油鏡頭更適合在役齒輪箱檢測(cè)。

5、白光、黑光、紅外快速更換，方便大空間的內(nèi)窺檢查。

6、黑匣子功能可記錄后30分鐘圖像，方便數(shù)據(jù)管理、追溯。

7、視頻標(biāo)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(yè)。

9、圖像比較功能，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)有缺陷的位置。

10、INHELP功能，可以在線幫助和快速制作檢查報(bào)告。

九、我們的風(fēng)電客戶群：

1、金風(fēng)科技股份有限公司

2、南京高精傳動(dòng)設(shè)備制造集團(tuán)有限公司

3、杭州前進(jìn)齒輪箱集團(tuán)股份有限公司

4、重慶重齒風(fēng)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(yàn)研究院

7、甘肅電力科學(xué)研究院

8、寧夏電力科學(xué)研究院

9、青海電科院

10、寧夏銀星新能源股份有限公司