Anwendungshinweisen

Inspektion von Getrieben bei Windkraftanlagen

1. Hintergrund

Windenergieerzeugung ist ökonomischer als nukleare und thermische Energieerzeugung sowie ein schnell wachsender Markt für saubere Energie. Die Hauptkosten bei der Windenergieerzeugung entstehen in den Bereichen Konstruktion und Service, da der Wind kostenlos verfügbar ist. Die Windkraftturbinen haben einen Lebenszyklus von 20 Jahren, wie auch thermische Turbinen. Zum Erreichen dieser Lebensdauer sind regelmäßige Inspektionen und Reparaturen notwendig. Während des Betriebes sind sorgfältige Inspektion von Getriebe, Flügeln und aller weiteren Komponenten unerlässlich. Für die Untersuchung der Getriebe von Windkraftanlagen ist die visuelle Sichtprüfung die meist erprobte und eine sehr effektive Methode.

2. Herausforderungen und Lösungen

Während der Übertragung der Rotationskräfte einer Windkraftanlage mit Durchmessern von 90 bis 200m auf den Generator muss das Getriebe unter hohen Belastungen funktionieren. Dies erfordert regelmäßige Inspektionen und Service.

2. Herausforderungen und Lösungen

(1) High Speed Stufenlager (HSS-B)

• Herausforderung

Der High Speed Welle wird gehalten von zwei High Speed Lagern, die auf der Vorder- und Rückseite der Welle befestigt sind. Während der Stromerzeugung dreht sich die Welle mit 1.500 bis 1.800 Umdrehungen pro Minute.

Gibt es eine Fehlstellung zwischen der High Speed Welle und dem Generator, entstehen unerwartete kleine Vibrationen, die eine Beschädigung der Lager hervorrufen. Die High Speed Stufenlager können auch schon vorher beschädigt sein durch Kontaminierung des Schmieröls mit Luft- oder Feuchtigkeit. Durch die hohen Drehzahlen der High Speed Stufenlager können Gleitrollen brechen und dies führt zur Beschädigung weiterer Komponenten des Getriebes. Dies resultiert in den Austausch des kompletten Getriebes.

• Lösung

Bei den meisten Getrieben gibt es ein Zugangsöffnung über die man mit einem IPLEX Videoskop Zugang zu einem High Speed Lager hat. Das IPLEX Videoskop kann zwischen die Gleitrollen eingeführt und die Zwischenräume inspiziert sowie kleine Mängel auf den Rollenoberflächen (innerer und äußerer Laufring) dokumentiert werden. Sobald die Mängel sich im Vergleich zu vorherigen Inspektion vergrößern, kann die High Speed Welle und die High Speed Lager getauscht werden, bevor die Schäden sich in andere Teile der Anlage ausbreiten. Dies erlaubt eine Reparatur ohne komplette Demontage mittels einem Kran oder anderen kostenintensiven Werkzeugen und minimiert die Ausfallzeiten.

(2) Intermediate Speed Stufenlager (ISS-B)

• Herausforderung

Die Zwischenstufenwelle befindet sich zwischen der High Speed und der Low Speed Welle und wird gehalten von den Zwischenstufenlagern an der Vorder- und Rückseite der Welle. Diese Lager können durch die gleichen Einflüsse beschädigt werden wie die o.g. High Speed Stufenlager

• Lösung

Die Inspektionsmethoden für die High Speed Stufenlager sind identische mit denen der Intermediate Speed Stufenlager. Die Inspektion ist komplizierter, da der Zugang für das Endoskop sich hinter der High Speed Welle befindet. Um einen ungehinderten Zugang zu gewährleisten, wird die Verwendung eines semi-flexiblen Dekabonrohr, welches aus Aluminium und Kunststoff besteht, und Ölabweisend ist, empfohlen.

(3) Planetengetriebe Stufenlager

• Herausforderung

Die Windkraft, welche die Turbine antreibt, ist abhängig von dem Standort, der Höhe über dem Grund und Turbulenzen, die durch Wetteränderungen entstehen. Während die wechselnden Kräfte eine Last in das Getriebe eingeben, versucht das Planetengetriebe und Stufenlager die wechselnden Windkräfte aufzunehmen. Zusätzlich zu den 20 bis 30 Umdrehungen pro Minute, erhält das Planetengetriebe noch Krafteinwirkung durch die turbulenten Windströmungen. Aus diesem Grund ist eine visuelle Inspektion mit dem Endoskop für das Planetenstufenlager und das Planetenstufengetriebe erforderlich.

• Lösung

Planetengetriebe besitzen eine komplizierte Struktur und sind schwer zugänglich. Durch die Verwendung einer formbaren, Urethane Führungshilfe von Olympus, die für diese Anwendung konzipiert wurde, kann während der Einführung des IPLEX Videoskops die Effektivität der Inspektion gesteigert werden. Zusätzlich ist die Nutzung des Olympus Videoskop mit 6,2mm Außendurchmesser und integriertem Arbeitskanal für das Entfernen von anhaftendem Schmieröl an den Lagern, dem Planetengetriebe oder dem Endoskop durch Einleitung von Druckluft über die Endoskopspitze möglich. Somit sind die Objekte klarer erkennbar.

(4) Zahnradzahn

• Herausforderung

Das Getriebe nimmt während des Betriebes die Windkräfte auf, die auf die Flügel wirken. Eine kontinuierliche Windbelastung bewirkt die Alterung des Getriebes. Auch der Zustand des gesamten Antriebes wird konstant überwacht durch Vibrationsanalyse, visueller Sichtprüfung mit einem Endoskop um die Lage und die Art der Beschädigung des Getriebes inklusive Zahnradzähne zu bestimmen.

• Lösung

Die Zahnradzähne von jeder Welle sind ebenso Teil der visuellen Inspektion wie die Lager. Besonders für die Inspektion der Low Speed Getriebewelle, des Planetengetriebes und des Ringgetriebes werden Endoskope eingesetzt. Während der Inspektion dieser komplexen Getriebe ist es wichtig, das Objektiv des Endoskops frei von Öl zu halten. Bei der Inspektion von Lagern ist die Nutzung der Olympus Führungshilfe möglich. Die meisten Zahnradzähne sind länger als 10cm, aber die zu finden Mängel sehr klein. Die Nahfokus Objektive der IPLEX Videoskope sind bestens für die Inspektion von Zahnradzähnen geeignet.

(5) Flügel

• Herausforderung

Generell wird Qualitätskontrolle der Flüge mit einer Länge von mehr als 40m während der Produktion durchgeführt. Für Inspektionen der Flügelhinterkante kann man bis zur Hälfte in den Flügel gelangen, aber nicht weiter, da er bis zur Flügelspitze immer schmaler wird. Zusätzlich müssen die Flügel während des Betriebes getestet werden, da sie das ganze Jahr über rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind. Wenn das Ablaufloch an der Flügelspitze verstopft ist, kann Wasser bei Blitzeinschlag im Inneren verdampfen und den Flügel von der Innenseite beschädigen. Im Winter kann Wasser im Inneren gefrieren und durch Expansion den Flügel beschädigen.

• Lösung

Ein kleines und leichtes Videoskop der IPLEX Serie erlaubt dem Anwender bis zur Hälfte in den Flügel zu gelangen und ein visuelle Inspektion bis zur Flügelspitze durchzuführen.

3. Wesentliche Vorteile von Olympus Produkten

(1) Mobilität sorgt für mehr Effektivität des Prüfers

Während der Inspektion von großen Windkraftanlagen, die höher als 70m sind, müssen die Prüfer eine lange Leiter hochsteigen und Ihre Inspektionsgeräte mitführen. Olympus bietet eine Vielzahl von Videoskopen, die eine exzellente Bildqualität bieten und portabel sind.

Die IPLEX Modelle mit der einzigartigen PulsarPic Technologie liefern detailgetreue, helle und scharfe Bilder vom Inneren des Getriebes. Mittels Feinjustage des Lichtes kann eine Überstrahlung an Metalloberflächen vermieden werden. Die TrueFeel Abwinklungstechnologie erlaubt den Anwender eine präzise Kontrolle der Abwinklung am Distalende im Getriebe und schützt das Objektiv vor dem Eintauchen in das Getriebeöl.

Das handliche, ultraleichte Modell IPLEX UL der IPLEX Serie kann ganz einfach während des Aufstiegs auf die Windkraftanlage mitgeführt werden.

(2) Exzellente optische Darstellung für klare Betrachtung der Lageroberflächen

Lager sind die am meisten inspizierten Teile des Getriebes einer Windkraftanlage und entsprechend zu nutzende Endoskope sind abhängig von der Bauweise und Lage der Lager. Bei IPLEX Videoskopen mit Durchmessern von 4mm bis 8,5mm sind die Vergrößerungen und Blickrichtungen für eine optimale Inspektion durch Objektivwechsel änderbar. Das 120° Nahfokus Objektiv ermöglicht während des Einführens des Endoskops in die Lagerzwischenräume die Betrachtung der Lageroberflächen mit einem großen Bildfeld.

(3) Spezielle Werkzeuge für eine klare Betrachtung großer Getriebeteile

Zur Schmierung des Getriebes wird Öl genutzt und dies befindet sich auch auf den Zahnrädern und Lagern. Während der Inspektion dieser Teile mit dem Endoskop, muss der Anwender das Objektiv ölfrei halten. Das IPLEX Videoskop mit 6,2mm Außendurchmesser und integriertem Arbeitskanal ermöglicht die Einleitung von Druckluft in das Getriebe zur Reinigung der Zahnräder und Lager vom Öl. Auch wenn Öl am Objektiv des Videoskops haftet, kann dies mit Druckluft entfernt werden und reduziert so das ständige reinigen mit einem Tuch.

In einigen Fällen wird für die Inspektion von Getrieben viel Licht benötigt. Eine spezielle, biegbare Führungshilfe mit LED-Beleuchtung von Olympus, kann einfach durch eine größere Öffnung in das Getriebe eingeführt werden und liefert zusätzliches Licht.

(4) Die Inspektions-Assistenz-Software für eine verlässliche Dokumentation der Inspektion

Während einer Getriebeinspektion mit einem Endoskop werden häufig zwischen 100 bis 400 Bilder gespeichert. Die Bilder von Lagern auf den unterschiedlichen Wellen sind meist ähnlich. Ein großer Vorteil ist es, die Bilder während und nach der Inspektion nach dem Ort zu klassifizieren.

Hier bietet sich Inspektions-Assistenz-Software als Lösung an. Bei der Durchführung einer Inspektion kann eine Software als Leitfaden helfen, Bilder zu klassifizieren nach Diagnose in Ordner und den Bildern Kommentare hinzuzufügen. Nach der Inspektion kann der Anwender schnell und einfach einen Report mit mehr als 50 Bildern erstellen und ein selbst definiertes Reportformat nutzen.

(5) Weitere Geräte für Inspektionen an Windkraftanlagen

Olympus bietet Ultraschallprüfgeräte und Handgeräte für RF-Analyse (Röntgenfluoreszenzanalyse) für unterstützende Inspektionen an Windkraftanlagen.

Die Ultraschallprüfgeräte erlauben die Detektion von Fehlern in den Flügelmaterialien. Zusätzlich können die batteriebetriebenen Handgeräte für die RF-Analyse den Typ, die Größe und den Metallgehalt im Schmieröl der Getriebe der Windkraftanlage bestimmen.

Produktressourcen

IPLEX G Lite/G Lite-W

Das IPLEX G Lite Industrie-Videoskop vereint eine Vielzahl leistungsstarker Bildgebungsfunktionen in einem kleinen, robusten Gehäuse. Leicht und überall mit hinnehmbar – damit haben Prüfer ein Tool für Sichtprüfungen für komplexe Anwendungen von hoher Bildqualität und Bedienerfreundlichkeit, die die Arbeit unterstützt.

Das portable IPLEX G Lite Videoskopmodell für Windkraftanlagen eignet sich mit seinen leistungsstarken Bildgebungsfunktionen für die Prüfung in Gondeln von Windkraftanlagen bei beengtem Platz und kann die Arbeit erleichtern.

IPLEX GX/GT

Mit austauschbaren Einführungsteilen und Lichtquellen, einem 8-Zoll-Touchscreen und anspruchsvollen Bildverarbeitungsfunktionen bieten die IPLEX GX/GT Videoskope eine optimale Kombination aus Vielseitigkeit, Bildverarbeitungsfunktionen und Bedienungsfreundlichkeit.

InHelp

InHelp ist die neue Software für die Datenverwaltung und die Erstellung von Inspektionsberichten beim Einsatz von Olympus industrielle videoskope. Die Speicherung der Bilder kann auf dem Videoskop in Ordnern erfolgen und InHelp ermöglicht die Erstellung detaillierter Inspektionsberichte.