Tipps für die Inspektion von Windgetrieben mit einem Endoskop

Von Junko Uehara, Marketingspezialistin, visuelle Ferninspektion, Evident Scientific | 11. Juli 2023

Der weltweite Wandel hin zu erneuerbaren Energien und die zunehmende Nutzung der Windkraft haben die Zahl der Windkraftanlagen sowohl an Land als auch auf See deutlich erhöht. Auch die Nachfrage nach der Wartung von Windkraftanlagen steigt, insbesondere für kritische Komponenten wie Getriebe. Endoskopinspektionen von Getrieben sind eine kostengünstige Möglichkeit, die Ausfallzeiten von Windkraftanlagen zu verkürzen und die frühzeitige Erkennung von Defekten zu verhindern, die zu einem Getriebeaustausch führen.

Getriebe, Generatoren und Rotorblätter von Windkraftanlagen erfordern eine intensive Wartung, da Windkraftanlagen erheblichen Belastungen und Verschleiß ausgesetzt sind. Durch die Wartung dieser Teile können teure Reparaturen und Ausfallzeiten vermieden werden. Getriebeausfälle sind relativ selten (im Durchschnitt alle 10 Jahre), aber der Ausfall einer Windkraftanlage kann bis zu sechs Monate dauern, während auf die Reparatur dieses Teils gewartet wird.

Eine typische 2,4-MW-Windkraftanlage erzeugt Strom im Wert von etwa 1.000 US-Dollar pro Tag, sodass eine mehrmonatige Ausfallzeit im Hinblick auf den Umsatzverlust kostspielig sein kann. Getriebeausfälle können auch zu katastrophalen Schäden am Getriebe führen, beispielsweise zu einem Brand aufgrund von Überhitzung, was dazu führen kann, dass eine Turbine dauerhaft außer Betrieb ist.

Der Zustand von Windkraftanlagen wird in der Regel mithilfe von SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) und Zustandsüberwachungssystemen (CMS) überwacht, bevor und nachdem an der Spitze des Turms Inspektionen zur Ölprobenahme und Lärmprüfung durchgeführt werden. SCADA- oder CMS-Geräte können Inline-Vibrations- und Öldaten von Windkraftanlagen erfassen, um Ausfälle von Rotorblättern, Hauptlagern und Getrieben bis zu 30 Tage vor dem potenziellen Ausfalldatum vorherzusagen oder zu erkennen.

SCADA- und CMS-Fehlerinformationen geben jedoch keinen Aufschluss über den genauen Ort des Fehlers oder spezifizieren die Fehlerbedingungen. Selbst wenn Sie 30 Tage lang eine Warnung über einen Getriebeausfall erhalten, kann es sein, dass Ihre Windkraftanlage wochenlang außer Betrieb ist, bis die Teile eintreffen. Die Ergänzung vorbeugender Wartungsstrategien durch RVI-Geräte (Remote Visual Inspection), die in das Getriebeinnere schauen, kann dazu beitragen, fehlerhafte Komponenten schneller und genauer zu identifizieren.

Bei einer fast sechsmonatigen Verzögerung bei der Lieferung und dem Austausch bestimmter Getriebekomponenten gilt: Je früher das benötigte Teil ermittelt wird, desto geringer ist die Ausfallzeit der Windkraftanlage. Darüber hinaus können Sie durch die Kenntnis des Status potenzieller Ausfälle proaktive und fundierte Entscheidungen zur Teilebeschaffung und Wartungsplanung treffen. Regelmäßige Endoskopinspektionen während der Schwachwindsaison können beispielsweise dazu beitragen, den Verschleiß des Getriebes zu überwachen und möglicherweise Geräteausfälle zu verhindern.

Beobachtungsbilder, die mit einem Endoskop oder Videoskop (einem fortschrittlichen Endoskop mit Videobildgebung) aufgenommen wurden, helfen dabei, Verschlechterungen und Defekte an bestimmten Stellen frühzeitig zu erkennen. Betreiber können diese Daten nutzen, um Wartungsaktivitäten und Teileaustauschpläne zu steuern.

Das Innere des Getriebes besteht aus einer Reihe von Getrieben, die die von den Rotorblättern angetriebene langsame Rotation in eine schnelle Rotation umwandeln, die den Generator antreibt. Komponenten können durch Vibrationen, im Schmieröl vermischte Fremdkörper oder übermäßige Beanspruchung beschädigt werden. Eine visuelle Prüfung auf Mängel wie Ermüdung, Verschleiß, Korrosion und Brüche wird empfohlen.

Die Planetenstufenlager und das Planetengetriebe unterstützen die langsamlaufende Welle. Die Planetenstufe nimmt bei wechselnden Wetterbedingungen hohe Belastungen aus der langsamen Stufe auf. Die Struktur der Zähne des Planetenrads ist kompliziert und ihre Lage im Getriebe erschwert den Zugang mit Prüfgeräten.

Zwischenstufenlager tragen die Zwischenwelle und befinden sich vorne und hinten – direkt unter den anderen Wellen. Zwischenlager sind vor allem aufgrund ihrer Lage schwierig zu prüfen.

Hochgeschwindigkeits-Stufenlager sind bei einer Inspektion leichter zugänglich, werden aber aufgrund ihrer hohen Drehzahl zwischen 1.500 und 1.800 U/min eher beschädigt. Diese hohe Geschwindigkeit bedeutet auch, dass sich Schäden an den Hochgeschwindigkeitslagern eher auf andere Teile des Getriebes auswirken.

Die Planetenstufe verfügt über zwei Planetenträgerlager und neun zylindrische Planetenlager. Sie können auf die Planetenstufe durch kleine Luken auf der Rotorseite des Getriebes zugreifen, die sich normalerweise etwa in der 2-Uhr- und 10-Uhr-Position befinden.

Hohlrad, Planetenräder und Sonnenrad: Durch die Rotorseitenluken können diese Zahnräder bequem mit einem Endoskop inspiziert werden. Sie sollten den Oberflächenzustand ihrer Zahnradzähne überprüfen, daher wird ein nahfokussiertes, nach vorne gerichtetes Videoskop empfohlen.

Planetenlager: Führen Sie das Zielfernrohr durch den Raum zwischen Planetenträger und Planetenrad, um an die Planetenlager zu gelangen. Durch die Verwendung eines gebogenen Führungsrohrs können Sie verhindern, dass das Objektiv die öligen Oberflächen im Getriebe berührt, und ein ölfreier Objektivadapter kann auch Ihre Sicht verbessern. Da es drei Planetenräder gibt, müssen Sie den Rotor drehen, um an die beiden anderen Planetenlagersätze zu gelangen.

Rotorseitige Trägerlager: Führen Sie das Zielfernrohr zwischen dem Planetenträger und der Rotorseitenwand des Getriebes ein, um die Lager des Rotorseitenträgers zu überprüfen. Die Inspektion des Lagers des Generatorseitenträgers ist manchmal schwierig, da es weit von der Frontklappe entfernt ist. Versuchen Sie es mit der Parallelstufenluke oben auf dem Getriebe, da einige Getriebe eine große Öffnung zwischen Planeten- und Parallelstufe haben. Wenn dies nicht möglich ist, verwenden Sie ein langes Führungsrohr von der Frontklappe, um zum Trägerlager auf der Generatorseite zu gelangen.

Die beiden parallelen Stufen verfügen über drei Wellen mit jeweils einem Zylinderrollenlager und zwei Kegelrollenlagern für die axiale Belastung und Führung der Welle. Der Zugang zu den Parallelstufen erfolgt durch die große Luke oben auf dem Getriebe.

Getriebe, Ritzel und Lager für hohe, mittlere und niedrige Geschwindigkeiten: Die Zugangsluke oben auf dem Getriebe ist groß genug, um mit einer normalen Digitalkamera Fotos von diesen Zahnrädern und Ritzeln aufzunehmen. Allerdings benötigen Sie ein Endoskop, um den Zustand der Lager zu überprüfen.

Hochgeschwindigkeitswellenlager (HSS): Diese Lager befinden sich normalerweise in der Nähe der Zugangsklappe oben auf dem Getriebe. Sie können das Endoskop mit der Hand halten, um den Zielfernrohrkopf zwischen die Rollenlager einzuführen.

Lager für Mittelgeschwindigkeitswellen (IMS) und Niedriggeschwindigkeitswellen (LSS): Benutzen Sie die Zugangsluke oben. Sie benötigen ein Führungsrohr, um das Endoskop weit genug einzuführen, um sie zu erreichen.

Um eine Getriebeinspektion genau und effizient durchzuführen, wählen Sie ein Endoskop mit der Leistung und den Funktionen aus, die zur Inspektionsumgebung und zum Zweck passen. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Endoskops die folgenden Punkte.

Die Ausrüstung im Getriebe ist mit Schmieröl bedeckt. Bei der Beobachtung mit einem Endoskop gelangt häufig Schmiermittel in den an der Endoskopspitze angebrachten optischen Adapter und beeinträchtigt die Sicht. Prüfer können die Hälfte ihrer Getriebeinspektionen mit der Reinigung und Neupositionierung der Zielfernrohrlinse verschwenden. Selbst bei einem Endoskop ohne austauschbaren optischen Adapter führt an der Linse an der Spitze des Einführrohrs anhaftendes Schmieröl zu einer Verfärbung der Linse, was die Beobachtungsleistung des Endoskops beeinträchtigt. Infolgedessen müssen Prüfer das Endoskop reparieren oder ersetzen.

Daher ist es wichtig, dass das für die Getriebeinspektion verwendete Endoskop schmierölbeständig ist und verhindern kann, dass Öl an der Linsenoberfläche und im Inneren der Endoskopspitze anhaftet und in diese eindringt.

Bei der Getriebeinspektion wird auf Mängel wie Kratzer, Abplatzungen und Dellen an den Lagerflächen sowie auf Mängel wie Risse, Lochfraß und Verfärbungen der Getriebezähne geprüft.

Die Beobachtung im Nahfokus ist wichtig, um anfängliche Defekte auf Lageroberflächen wie etwa Grauflecken zu erkennen. Für die Inspektion der Verzahnung ist eine genaue Beobachtung des gesamten Zahnrads wichtig. Wählen Sie ein Endoskop, das beide Beobachtungsanforderungen erfüllt, um Inspektionen effizient durchzuführen.

Die Haltbarkeit des Endoskops ist wichtig, da Schäden an Inspektionswerkzeugen während der Getriebeinspektion Ihren Inspektionsplan für Windkraftanlagen gefährden können. Insbesondere bei der Inspektion von Lagern wird das Endoskop in den Spalt zwischen den Lagern platziert, um deren Oberflächen zu beobachten. Während dieser Inspektion wird das Einführrohr des Zielfernrohrs häufig einer körperlichen Belastung ausgesetzt, wodurch die Gefahr einer Beschädigung des Gelenkbereichs des Zielfernrohrs besteht. Es wird empfohlen, ein Endoskop mit einer haltbaren Endoskopbiegung zu wählen.

Der Raum innerhalb der Gondel einer Windkraftanlage ist eng, so dass bei Inspektionen nur begrenzt Platz für die Platzierung und Bewegung der Ausrüstung vorhanden ist. Wählen Sie ein tragbares Handendoskop, um die Belastung während der Arbeit zu reduzieren und die Inspektionszeit zu verkürzen.

Regelmäßige Getriebeinspektionen sind eine kostengünstige Möglichkeit, die Stillstandszeiten von Windkraftanlagen zu verkürzen und die Früherkennung von Defekten zu verhindern, die zu einem Getriebeaustausch führen.

Es wird erwartet, dass der Umfang der Windenergieerzeugung weiter zunimmt, da die Nachfrage nach erneuerbaren Energien aufgrund von Problemen des Klimawandels, der Endlichkeit fossiler Brennstoffe und geopolitischen Risiken weltweit steigt. Die Bedeutung von Endoskopen und Videoskopen für den stabilen Betrieb von Windkraftanlagen wird weiter zunehmen.

Junko Uehara war seit ihrem Eintritt bei Evident Scientific im Jahr 2002 in verschiedenen Positionen als Anbieter von visuellen Ferninspektionslösungen tätig. Sie verfügt über Erfahrung in den Bereichen globales Marketing, Marketingkommunikation sowie Videoskope und deren Anwendungen.