Consejos para inspecciones de cajas de engranajes eólicos utilizando un boroscopio

Por Junko Uehara, especialista en marketing, inspección visual remota, Evident Scientific | 11 de julio de 2023

El cambio global hacia las energías renovables y el mayor uso de la energía eólica ha aumentado significativamente el número de turbinas eólicas, tanto terrestres como marinas. La demanda de mantenimiento de los aerogeneradores también está aumentando, especialmente para componentes críticos como las cajas de cambios. Las inspecciones con boroscopio de las cajas de engranajes son una forma rentable de acortar el tiempo de inactividad de las turbinas eólicas y evitar la detección temprana de defectos que conduzcan a la sustitución de las cajas de engranajes.

Las cajas de engranajes, los generadores y las palas de las turbinas eólicas requieren un mantenimiento intensivo porque las turbinas eólicas se enfrentan a tensiones y desgaste importantes. El mantenimiento de estas piezas ayuda a evitar reparaciones costosas y tiempos de inactividad. Las fallas en la caja de cambios son relativamente raras (una vez cada 10 años en promedio), pero el tiempo de inactividad de la turbina eólica puede durar hasta seis meses mientras se espera que se repare esta pieza.

Una turbina eólica típica de 2,4 MW genera alrededor de 1.000 dólares de electricidad por día, por lo que un tiempo de inactividad de varios meses puede resultar costoso en términos de pérdida de ingresos. Las fallas de la caja de cambios también pueden causar daños catastróficos a la caja de cambios, como un incendio debido al sobrecalentamiento, que podría provocar que una turbina quede fuera de servicio permanentemente.

La condición de las turbinas eólicas generalmente se monitorea mediante sistemas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) y sistemas de monitoreo de condición (CMS) antes y después de que se realicen inspecciones en la parte superior de la torre para muestreo de aceite y controles de ruido. Los equipos SCADA o CMS pueden recopilar datos de vibración y aceite en línea de las turbinas eólicas para predecir o detectar fallas en las palas, los cojinetes principales y las cajas de engranajes hasta 30 días antes de la posible fecha de falla.

Sin embargo, la información de error de SCADA y CMS no indica la ubicación exacta del defecto ni especifica las condiciones de falla. Incluso si recibe una advertencia de 30 días sobre una falla en la caja de cambios, su turbina eólica podría estar fuera de servicio durante semanas hasta que lleguen las piezas. Complementar las estrategias de mantenimiento preventivo con equipos de inspección visual remota (RVI) que mira dentro de la caja de cambios puede ayudar a identificar los componentes defectuosos con mayor rapidez y precisión.

Con un retraso de casi seis meses en la entrega y sustitución de determinados componentes de la caja de cambios, cuanto antes se determine la pieza necesaria, menos tiempo de inactividad tendrá la turbina eólica. Además, conocer el estado de posibles fallos le permite tomar decisiones proactivas e informadas sobre la adquisición de piezas y la planificación del mantenimiento. Por ejemplo, las inspecciones regulares con boroscopio durante la temporada de vientos bajos pueden ayudar a monitorear el deterioro interno de la caja de cambios y posiblemente prevenir fallas en el equipo.

Las imágenes de observación tomadas con un boroscopio o videoscopio (un boroscopio avanzado con imágenes de vídeo) ayudan a identificar deterioros y defectos en lugares específicos en una etapa temprana. Los operadores pueden utilizar estos datos para dirigir actividades de mantenimiento y planes de reemplazo de piezas.

El interior de la caja de cambios consta de una serie de transmisiones que convierten la rotación de baja velocidad impulsada por las palas en una rotación de alta velocidad que impulsa el generador. Los componentes pueden dañarse por vibraciones, materias extrañas mezcladas con aceite lubricante o tensión excesiva. Se recomienda una verificación visual de defectos como fatiga, desgaste, corrosión y fracturas.

Los cojinetes de la etapa planetaria y el engranaje planetario brindan soporte al eje de baja velocidad. La etapa planetaria absorbe una gran tensión de la etapa lenta en condiciones climáticas variables. La estructura de los dientes del engranaje planetario es complicada y su ubicación dentro de la caja de cambios dificulta el acceso con equipos de inspección.

Los cojinetes de la etapa intermedia sostienen el eje intermedio y están ubicados en la parte delantera y trasera, directamente debajo de los otros ejes. Los cojinetes intermedios son difíciles de inspeccionar, principalmente debido a su ubicación.

Los rodamientos de etapa de alta velocidad son de más fácil acceso durante una inspección, pero es más probable que se dañen debido a su alta velocidad de entre 1500 y 1800 rpm. Esta alta velocidad también significa que es más probable que los daños a los cojinetes de alta velocidad afecten a otras partes de la caja de cambios.

La plataforma planetaria tiene dos cojinetes planetarios y nueve cojinetes planetarios cilíndricos. Puede acceder a la etapa planetaria a través de pequeñas trampillas en el lado del rotor de la caja de cambios, generalmente ubicadas alrededor de las posiciones de las 2 y las 10 en punto.

Corona dentada, engranajes planetarios y planetario: Estos engranajes se pueden inspeccionar fácilmente con un boroscopio a través de las trampillas del lado del rotor. Querrá comprobar el estado de la superficie de los dientes de los engranajes, por lo que se recomienda un videoscopio de visión frontal y de enfoque cercano.

Cojinetes planetarios: Pase el visor a través del espacio entre el soporte planetario y la rueda planetaria para alcanzar los cojinetes planetarios. El uso de un tubo guía doblado le ayudará a evitar que la lente toque las superficies aceitosas dentro de la caja de cambios, y un adaptador de lente para limpieza de aceite también puede mejorar su visión. Dado que hay tres ruedas planetarias, debes girar el rotor para acceder a los otros dos juegos de cojinetes planetarios.

Cojinetes del soporte lateral del rotor: Inserte la mira entre el soporte planetario y la pared lateral del rotor de la caja de cambios para inspeccionar los cojinetes del soporte lateral del rotor. La inspección del cojinete del soporte lateral del generador a veces es difícil ya que está ubicado lejos de la trampilla delantera. Pruebe la trampilla de etapas paralelas en la parte superior de la caja de cambios, ya que algunas cajas de cambios tienen una gran abertura entre las etapas planetarias y paralelas. Si eso es imposible, use un tubo guía largo desde la escotilla delantera para alcanzar el cojinete del soporte lateral del generador.

Las dos etapas paralelas tienen tres ejes, cada uno con un rodamiento de rodillos cilíndricos y dos rodamientos de rodillos cónicos para la carga y guía axial del eje. Puedes acceder a las etapas paralelas a través de la gran trampilla situada en la parte superior de la caja de cambios.

Engranajes, piñones y cojinetes de alta, intermedia y baja velocidad: La trampilla de acceso en la parte superior de la caja de cambios es lo suficientemente grande como para usar una cámara digital normal para tomar fotografías de estos engranajes y piñones. Sin embargo, necesitará un boroscopio para comprobar el estado de los rodamientos.

Rodamientos de eje de alta velocidad (HSS): Estos cojinetes suelen estar ubicados cerca de la trampilla de acceso en la parte superior de la caja de cambios. Puede sostener el boroscopio con la mano para insertar el cabezal del telescopio entre los cojinetes de rodillos.

Rodamientos para eje de velocidad intermedia (IMS) y eje de baja velocidad (LSS): Utilice la trampilla de acceso en la parte superior. Necesitará un tubo guía para insertar el boroscopio lo suficiente como para alcanzarlos.

Para realizar una inspección de la caja de cambios de manera precisa y eficiente, seleccione un boroscopio con el rendimiento y las funciones que coincidan con el entorno y el propósito de la inspección. Considere los siguientes puntos al seleccionar un boroscopio.

El equipo dentro de la caja de cambios está cubierto de aceite lubricante. Al observar con un boroscopio, el lubricante a menudo ingresa al adaptador óptico adjunto a la punta del boroscopio y hace que la vista no sea clara. Los inspectores pueden desperdiciar la mitad de sus inspecciones de la caja de cambios limpiando y reposicionando la lente del visor. Incluso con un boroscopio que no tiene un adaptador óptico intercambiable, el aceite lubricante que se adhiere a la lente en la punta del tubo de inserción hace que la lente se coloree, afectando el rendimiento de observación del boroscopio. Como resultado, los inspectores deberán reparar o reemplazar el boroscopio.

Por lo tanto, es esencial que el boroscopio utilizado para la inspección de la caja de cambios sea resistente al aceite lubricante y pueda evitar que el aceite se adhiera a la superficie de la lente y al interior de la punta del boroscopio y entre en ella.

La inspección de la caja de cambios requiere comprobar si hay defectos como rayones, descamaciones y abolladuras en las superficies de los cojinetes, así como defectos como grietas, picaduras y decoloración de los dientes del engranaje.

La observación de cerca es importante para detectar defectos iniciales en las superficies de los rodamientos, como micropicaduras. La observación profunda de todo el engranaje es importante para la inspección de los dientes del engranaje. Elija un boroscopio que satisfaga ambas necesidades de observación para realizar inspecciones de manera eficiente.

La durabilidad del boroscopio es importante, ya que el daño de las herramientas de inspección durante la inspección de la caja de cambios puede socavar su plan de inspección de turbinas eólicas. En particular, al inspeccionar rodamientos, el boroscopio se coloca en el espacio entre los rodamientos para observar sus superficies. Durante esta inspección se tiende a aplicar tensión física al tubo de inserción del endoscopio, lo que supone un riesgo de dañar la sección de articulación del endoscopio. Se recomienda elegir un boroscopio con una curvatura duradera.

El espacio dentro de la góndola de una turbina eólica es estrecho, por lo que hay un espacio limitado para la colocación y el movimiento de los equipos durante las inspecciones. Elija un boroscopio de mano que sea altamente portátil para reducir el estrés durante el trabajo y acortar el tiempo de inspección.

Las inspecciones periódicas de las cajas de engranajes son una forma rentable de acortar el tiempo de inactividad de las turbinas eólicas y evitar la detección temprana de defectos que conduzcan a la sustitución de las cajas de engranajes.

Se espera que la escala de generación de energía eólica continúe expandiéndose a medida que aumenta la demanda de energía renovable en todo el mundo debido a los problemas del cambio climático, la naturaleza finita de los combustibles fósiles y los riesgos geopolíticos. La importancia de los boroscopios y videoscopios seguirá creciendo para el funcionamiento estable de las instalaciones de generación de energía eólica.

Junko Uehara ha ocupado varios puestos brindando soluciones de inspección visual remota desde que se unió a Evident Scientific en 2002. Tiene experiencia en marketing global, comunicaciones de marketing y videoscopios y sus aplicaciones.