ShafTest®技术在风电产业中的成功运用

07/12/15

必维国际检验集团大中华区风电部运营经理 田鹏

作为风能转化为电能的传动主体,风机主轴在风机主体中扮演了最关键的角色。在役的风机主轴由于受超载荷受力以及疲劳载荷等因素的影响,会产生影响正常使用的危害性缺陷。由于主轴上有轴承等一些不能轻易拆除的部件,因此要在不拆卸的前提下检测主轴内部是否存在危害性缺陷成为一大难题。必维(澳大利亚)自主研发的ShafTest®技术,不仅可以解决上述问题,而且提供了一种更加可靠和精准地对在役风机主轴进行结构完整性评估的解决方案。


ShafTest®检测技术简介


ShafTest®是一种特殊的专为轴类以及棒材设计的超声检测技术。ShafTest®检测技术通过至少一个完整的端面来进行信号的采集。再通过软件整合形成整体平面信号分布图示。按照一定的分层距离来显示信号强度变化,从而评判是否存在缺陷以及缺陷的大小。


ShafTest®检测技术主要针对的是导致主轴断裂的危害性缺陷的检测与预防,保持对可疑缺陷发展的跟踪检测,对主轴的周期性检测与维护。


ShafTest®检测技术对于在役主轴检测有着重要的意义:

1. 检测过程中,主轴、轴承不用拆卸。

2. 现场信号采集,现场即可得到有效的评判。

3. 可以提高早期裂纹检出的概率,避免造成断轴等意外的发生。

4. 对缺陷信号分析后可以制定有效的主轴维护计划。





ShafTest®在役风机主轴检测一般流程


ShafTest®检测系统由超声波信号模块、电子计算机以及ShafTest®软件处理系统组成。


ShafTest®检测人员必须是懂得常规超声波检测技术的专业人员。信号采集人员必须为取得相应超声波检测II级资质证书以上的人员担任。同时评判信号的人员必须为通过ShafTest®专业技术培训的授权人员担任。


ShafTest®检测员首先根据风机主轴图纸在ShafTest®设备中建模。到达风场后,风机停机,轮毂制动。ShafTest®检测员根据现场状态在风机轮毂中主轴端面进行数据建模采集点的规划,在规划好的数据采集点上使用ShafTest®设备对数据采集点进行信号采集,采集数据使用的探头为常规超声波单晶直探头。针对不同材质的主轴选择适合的频率以及直径尺寸来满足信号采集的要求。一般晶粒细密的材质宜采用频率较高的探头,例如4MHz、5MHz。超声波信号衰减比较大的材质或者粗晶材质的主轴宜采用低频探头,例如0.5MHz~2MHz。主轴端面直径大的宜采用大直径探头,端面尺寸小的宜采用小直径探头。对风机主轴做两次间隔不少于20dB的信号采集并存储采集数据到电子计算机中。


ShafTest®检测数据评判按照常规超声波检测标准以及ShafTest®技术规范和主轴检测标准来执行。ShafTest®评审人员对现场采集的风机主轴信号通过软件信号分析产生声压分布图。对主轴按距离逐层分析,判定是否存在缺陷信号以及缺陷的等级。






ShafTest®成功案例:某风力发电场在役风机主轴检测


检测背景:


2010年6月1日,某在役风电场一台运行12年的风机主轴断裂,导致轮毂及三片叶片掉落砸毁。风机停机,所幸未发生人员伤亡事故。






断轴原因分析:


主轴运行12年之久。主轴常年受到疲劳载荷影响。主轴和轴承之间出现跑偏现象,间距加大,从而导致风机主轴轴承面受力不均匀表面开裂直至断裂。


检测难点


在役风机主轴由于现场安装条件限制,在不拆卸的条件下,轴承和主轴面之间区域对于常规超声波、磁粉以及渗透检测来讲没有任何接触面可供检测。射线在现场也无法施展。唯一可供检测的只能是主轴端面。常规超声波检测由于采用的是A型脉冲信号,对于主轴外圆边缘的显示分辨率较低,加上主轴的结构变形量以及超声纵波信号转变后的横波信号和边角反射、折射信号影响,容易误判和漏判,尤其是对引起主轴断裂的表面微裂纹难以辨识。


ShafTest®检测技术运用


采用ShafTest®检测技术来检测某风电场的其余在役风机主轴。采用4MHz 直径20mm的单晶直探头进行主轴端面格栅信号采集。首先对风场备用风机主轴(质量完好的新轴)进行ShafTest®信号采集。在对在役风机主轴以第一次底波信号满屏80%为基础采集一次,提高增益20dB再次采集一次,总共两次信号来分析。通过对比新轴的数据评判在役风机主轴的质量状态。(ShafTest®检测技术最好的数据对比是部件自身的原始数据。由于在役风机主轴未做过原始数据采集,只能通过完好新轴来对比。)从而确定主轴是否存在危害性缺陷。


ShafTest®检测结论


通过对风场33台在役风机主轴的检测,发现有两台风机主轴存在异常信号,疑似表面开裂,要求风场立即停止运行及拆卸维护。风场拆卸后又对风机主轴表面进行了常规超声波、磁粉、渗透检测,均发现表面存在裂纹。且裂纹部位与ShafTest®检测数据吻合。从而证实ShafTest®检测在在役风机主轴检测上的可靠性以及可行性。






总结

ShafTest®检测技术是一种先进的针对轴类裂纹等危害性缺陷检测而设计的超声波检测方法。针对在役风机主轴由于疲劳过度产生的裂纹等危害性缺陷有非常强的敏感性。在现场使用过程中也证实了该检测系统的可靠性以及准确性。作为一种新型的轴类检测技术,它克服了风电主轴在役检测的难点,对在役风机主轴的质量跟踪以及维护保养提供了有效的数据依据。

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