李建国、孙佳增 北京新兴日祥科技发展有限公司

【摘　要】本文主要介绍齿轮箱的在线监测方法，通过工业内窥镜对风电轴承、齿轮箱、叶片缺陷检测和判定，以及通过光谱仪对油品进行分析来判定轴承、齿轮的磨损情况，对风机进行故障诊断和提供准确的维修解决方案。

【关键词】 高速轴承，中速轴承，行星齿轮轴承，齿轮箱，风电叶片，工业内窥镜，光谱仪。

风电能源作为绿色、环保的清洁能源，在最近20年中在中国大量推广和广泛的应用，风电、太阳能新能源逐渐的代替了传统的火力和核能等高危、高污染能源发电。加上政府的周期性资金补贴，也促进了风电新能源蓬勃发展。与此同时，由于风电场建设的地理位置比较偏僻，以及恶劣的使用环境和复杂的结构设计，高空作业危险性比较大，也造成了风电设备的运维异常困难。最近几年全国大量的风电场都过了5年厂家保修期，所以齿轮箱型设备在常规定检及维护中就变得尤为重要。

风力涡轮机的设计寿命只有20年，涡轮机的变速箱、轴承、叶片和其它所有部件都需要定期检查。在整个风电机组中，风电齿轮箱的成本占比较高，也是比较容易出现故障的地方。在进行风电设备检查时，使用图像清新度高、便携性好、耐用性较高、防油镜头的工业内窥检测齿轮箱磨损情况是最好、最直观、最有效的检测方法。

一、检查齿轮箱状态的方法有以下几种：

（1）检查人员进入风电机组内，对齿轮箱是否有异响、异常进行确认。

（2）通过奥林巴斯油品分析仪对冷却油的抽样检测，对油品中所含的金属成分进行分析，判断齿轮不同部位的磨损情况。

（3）对更换后的滤油器进行金属和异物的分析。

（4）根据振动监测，确认是否发生异常。

（5）采用FLIR红外热成像仪，确认出现异常高温的部分。

但是以上这些检查方法，在齿轮箱工作时是无法进行的。包括工业内窥镜检查在内的预警式维护，对维修时间的推断，经常更换的零部件准备是非常有效的。经过以上的确认和分析，确定齿轮箱有异常时，采用工业内窥镜对齿轮箱以及冷却散热器的状态进行确认，此后定期地使用工业内窥镜进行持续的检查，准备轴承、齿轮等必要的零部件，在齿轮箱损坏前对现场的风电机组进行零部件的更换，把风机停机检修时间缩短，同时又可以提高风电机组的发电收益。

二、使用工业内窥镜检修风电机组的步骤和顺序：

高速旋转的高速级和接受负荷较大的行星级都相对比较容易破损，根据齿轮箱过去的状况，就能够决定从哪里开始检查。

（1）一般来说高速级冷却比较快，所以一般来说先检查高速部的比较多。

（2）平行级（高速级、中速级、低速级）的齿轮可以从检查孔直接用眼睛进行确认。高速轴承、中速轴承、低速轴承则要插入内窥镜进行内窥的检查。检查轴承时，需要使用直视近焦的广角镜头（视角120度左右），直径要根据轴承的种类来决定。

（3）通过齿轮箱前方的小检查孔可以与行星齿轮、轴承、齿圈、载体齿轮连接。检查齿圈和行星齿轮时，由于是大空间检查，建议使用80度远焦镜头比较好。此外，因为行星齿轮有三个，检查完一个后，需要旋转一下风电叶片，从检查孔找到下一个行星齿轮的位置继续检查。                       

风力发电机机舱

当风力涡轮机给发电机传送一个直径为50~150米的旋转力时，风电齿轮箱必须承受巨大压力，风电齿轮箱自然需要检测和维护。

齿轮箱

三、风机内部轴承的检测

（1）高速轴承

由于高速轴承的高速旋转，一旦一个轴承的滚柱发生破裂，可能导致齿轮箱其他部位的损坏，甚至导致整个齿轮箱都需要更换。工业视频内窥镜能够进入到轴承滚柱的缝隙，来检查和记录滚柱、内圈和外圈表面的微小裂纹。

（2）中速轴承

中速轴位于高速和低速轴之间，由位于轴前后两侧的中速轴承提供。这些轴承可能受到上面所提及的高速轴承相同的因素损害。

（3）行星齿轮轴承

尽管转速只有20~30转/分钟，行星齿轮常遭受不容忽视的空气湍流的压力。因此，行星齿轮轴承和行星齿轮都需要用内窥镜来观察和检测。

四、风机齿轮箱检测

齿轮持续的风力运转导致齿轮的老化和磨损，使用工业内窥镜检查齿轮的损坏位置和损坏程度就显得非常重要。

齿轮箱内部图片

配备了120侧视近焦镜头的IPLEX GL工业视频内窥镜非常有助于齿轮的检查。

风力发电增速机具有效率高、体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、负载能力高、传动比范围大的特点。行星轮系布置紧凑，齿轮箱结构复杂，各部件关联度高。箱体是封闭式包围结构，齿轮箱中若有金属颗粒或碎片，可能导致齿轮严重磨损，通过工业内窥镜观察可以直观的反映观察出齿轮的磨损情况。

齿轮检测磨损情况图片

五、风电叶片排水管检测

风电叶片的排水管检测

风机的排水管位于风机叶片的末端，在高寒冷地区的冬天，排水管道中的水冻结后形成冰，容易造成体积膨胀，最后导致在排水管上形成裂缝，造成叶片运转过程中发生异响，产生安全隐患。一般风机叶片的排水管直径大都在6-8mm左右，所以推荐直径为6mm的内窥镜比较适和排水检测。

六、风机油品的采样分析

就算不进行内窥镜检查也要采集油样，对油里面含有的金属的种类和含量进行分析，记录齿轮箱状态的变化。特定金属的含量增加时，就算没有出现异音也可以推测正在发生磨损或破损。根据金属的种类，可以推测是齿轮出现了问题，还是轴承出现了问题。将尚未经过滤油器的油作为样本进行采集。如果要对金属的种类和含量进行分析的话，可以在现场使用奥林巴斯 X射线荧光分析仪，只需 2分钟左右就可以进行分析。

首先用荧光分析仪对所含的金属进行分析，再使用工业内窥镜对疑似出现问题的部位进行进一步检测工作，这样可以得到更好的检测效果。如果要对油里面除了水分和金属以外的物质、油的粘度等进行分析的话，可以将油样送到专门的分析机构，2周左右可以得到分析结果。

七、工业内窥镜检测的价值定位

1、对于风电设备制造商、风电发电企业、风电运维企业，定期通过内窥镜检测变速箱齿轮运行状况，可以有效的减少灾难性事故的发生，为了风机能正常运转，对有可能发生的故障的部位，定期检查、保养和维护尤为重要。

2、对于风电设备制造商、风电发电企业、风电运维企业，制定标准化的检测工艺和流程，提供远程专业人员在线指导和故障诊断，可以获得更专业的故障诊断和评估结果，并可缩短维修和排除故障的时间，并且能够节省检修成本。

3、为后期的智能诊断专家系统、在线诊断系统提供数据库和检测图像素材库。

八、IPLEX GL工业内窥镜解决方案

1、设备轻巧便携、皮实耐用、一体化设计，锂电池供电。 

2、高清图像可提供清晰的检测图像。

3、无线WIFI连接和互联网传输，可实时共享检测图像，及时做出更专业性故障诊断结果。

4、防油镜头更适合在役齿轮箱检测。

5、白光、黑光、红外快速更换，方便大空间的内窥检查。

6、黑匣子功能可记录最后30分钟图像，方便数据管理、追溯。

7、视频标签功能，可以快速一键找到缺陷位置。

8、4.3寸触屏操作和热键操作，方便高空作业。

9、图像比较功能，可及时发现有缺陷的位置。

10、INHELP功能，可以在线帮助和快速制作检查报告。

九、我们的风电客户群：

1、金风科技股份有限公司

2、南京高精传动设备制造集团有限公司

3、杭州前进齿轮箱集团股份有限公司

4、重庆重齿风电齿轮箱有限公司

5、西安热工研究院有限公司

6、大唐西北电力试验研究院

7、甘肃电力科学研究院

8、宁夏电力科学研究院

9、青海电科院

10、宁夏银星新能源股份有限公司