1. 배경
풍력 터빈은 효율적이고 성장 중인 재생 에너지 공급원이지만, 내부 기계 (특히 기어박스)의 복잡성으로 인해 손상, 가동 중단 및 화재를 방지하기 위해 정기적인 검사가 필요합니다. 기어박스 검사를 수행하는 데 사용되는 비디오스코프는 풍력 터빈 기어박스의 어둡고 반사 요소가 많으며 기름기가 많은 조건에서 작동해야 합니다. 이러한 조건에서 조작성, 스마트 조명 제어 및 고품질 광학 제품은 검사 효율성, 속도 및 신뢰성을 결정하는 중요한 매개 변수입니다.
여기서 우리는 시간을 절약하고 품질을 개선하기 위해 풍력 터빈 검사의 과제와 최근의 혁신에 대해 살펴봅니다. 사례 연구에서는 ALL NRG의 운영 관리자인 Danijel Bogojevic이 IPLEX RX의 다양한 기능을 사용하여 검사 시간을 단축하고 기어박스 검사시 탐지 가능성을 개선한 방법을 중점적으로 다룹니다.
풍력은 청정 재생 에너지의 필수적이고 성장 중인 원천입니다. 2015년에 EU는 풍력으로 약 11.4%의 에너지를 생산했으며, 2020년에 가결된 EU의 20% 재생 에너지 목표에 따라 더 많은 성장이 예상됩니다.
상업용 풍력 터빈은 20년 이상 가동 가능합니다. 터빈의 수명 기간 동안 점차적으로 또는 갑자기 손상을 일으킬 수 있는 많은 요인이 있습니다. 풍력 터빈이 손상되는 흔한 이유에는 부식, 습기, 낙뢰 및 기계 소재의 손상이 포함됩니다.
풍력 터빈의 기어박스는 특별한 관심 대상입니다. 고속, 응력 및 변형의 조합은 기어박스에 사용할 수 있는 소재의 사양이 매우 구체적이며, 구성품이 손상되면 기계의 다른 부품에도 쉽게 영향을 미칠 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 한 구성품의 금속 파편이 손상되어 이물질이 기어 톱니나 베어링에 끼어 추가 손상을 일으킬 수 있습니다.
피해가 확대되고 수리 비용이 많이 드는 것을 방지하기 위해 피해 징후를 조기에 탐지할 수 있는 지속적인 모니터링 시스템이 설치됩니다. 지속적인 모니터링의 예로는 진동 센서를 설치하는 방법이 있습니다. 진동은 경미한 고장의 일반적인 지표이며, 이러한 고장은 더 심각하고 비용이 많이 드는 손상으로 발전할 가능성이 있습니다.
2. 기어박스 검사를 통한 터빈 수명 개선
이러한 조기 징후를 해결하기 위해 일상적인 예방 조치로 풍력 터빈 기어박스를 정기적으로 검사하여 수리 및 가동 중단을 방지하고 긴 수명을 보장합니다. 비디오스코프는 기어박스의 내부 부품에 접근하고 손상되기 쉬운 접근 불가능한 영역에 대한 고화질 이미지를 얻는 데 사용됩니다.
그림 1: 풍력 터빈 기어박스 개요.
기어박스의 내부는 블레이드에 의해 구동되는 저속 회전을 고속 회전으로 변환해 발전기를 구동하는 일련의 변속기로 구성되어 있습니다(그림 1). 진동, 이물질, 윤활유에 포함된 공기 또는 수분으로 인해 구성품이 손상될 수 있습니다. 중요한 검사 영역은 다음과 같습니다.
- 저속 샤프트를 지지하는유성 스테이지 베어링 및 유성 기어 샤프트는 분당 20∼30회(rpm) 정도 회전하지만 기상 조건이 변할 때 유성 베어링은 샤프트를 통해 가해지는 상당한 응력을 흡수해야 합니다. 유성 기어의 구조는 복잡하고 기어박스 내에서의 위치 때문에 검사 장비로 접근하기가 어렵습니다.
- 중간 스테이지 베어링 중간 축을 지지하고 앞뒤에 다른 축 바로 아래에 위치합니다. 중간 베어링은 주로 그 위치 때문에 검사가 어렵습니다.
- 고속 스테이지 베어링 는 검사 중 접근이 용이하지만 1,500-1,800rpm의 고속으로 인해 손상될 가능성이 더 높습니다. 또한 고속은 고속 베어링 손상이 기어박스의 다른 부품에도 영향을 미칠 가능성이 높다는 의미이기도 합니다.
3. 기어박스 검사의 과제
풍력 터빈의 기어박스 내부 조건은 비디오스코프 기술에 있어 가장 어려운 몇 가지 과제를 제공합니다. 이러한 조건에 대처하기 위해 비디오스코프 설계시 고려해야 할 몇 가지 요소가 있습니다.
- 조작성. 비디오스코프를 사용하여 기어박스를 효과적으로 검사하려면 스코프 팁이 팁 자체의 직경보다 약간 작은 몇 개의 개구부를 통과해야 합니다. 예를 들어, 3.8mm 팁이 4.4mm에서 6mm 사이의 구멍을 통과할 경우 렌즈 오염 위험이 상당할 수 있습니다.
- 저조도 조건. 기어박스의 깊거나 숨겨진 많은 기능들에 대해서는 매우 낮은 조도에서 검사가 이루어집니다. 따라서 비디오스코프의 광원은 크고 어두운 공간을 밝히기에 충분한 전력을 필요로 합니다.
- 눈부심. 반짝이는 금속성 또는 기름진 표면을 검사할 때 많은 양의 반사광으로 인한 눈부심이 구성품 표면의 결함을 감지하는 데 어려움을 줄 수 있습니다.
- 오일 오염. 오일은 터빈이 작동 중일 때 윤활에 필수입니다. 그러나 검사 중에 내시경 끝이 오일과 닿을 수 있습니다. 이는 이미지 품질에 영향을 미칠 수 있으며 세척을 위해 스코프를 다시 빼내야 할 수도 있습니다.
- 피사계 심도. 검사 중에는 근거리 초점 렌즈를 사용하면 기어박스를 통과하는 것이 더 쉬우며, 넓은 공간에 대한 이미징은 원거리 초점 렌즈를 사용하는 것이 더 좋습니다. 팁은 기어박스 내부에서 교체할 수 없으므로 높은 피사계 심도는 속도와 이미지 화질의 조합을 제공할 수 있습니다.
- 휴대성. 풍력 터빈 검사 작업의 특성상 비디오스코프는 높은 사다리와 좁은 개구부를 통해 운반해야 합니다.
4. 시간 절약 및 이미지 품질 향상
Olympus IPLEX RX는 풍력 터빈 기어박스의 비디오스코프 검사를 더 빠르고 선명하게 할 수 있도록 설계된 다양한 기능을 갖추고 있습니다. 고품질의 광학 장치, 혁신적인 소프트웨어 및 하드웨어 솔루션과 휴대성의 결합으로 IPLEX RX는 풍력 발전 산업을 위한 신뢰할 수 있는 선택이 되었습니다.
오일 클리어링 팁 어댑터
밀폐되고 기름진 공간에서 시간을 절약할 수 있도록 특별히 설계된 고유의 오일 클리어링 팁 어댑터(그림 2)를 사용하여 오일로 덮인 개구부와 기름진 표면 근처를 탐색할 수 있습니다. 기존 팁이 오일과 접촉하면 이미지가 흐릿해지므로 검사자가 세척을 위해 팁을 빼내야 했습니다..
이 과제를 극복하기 위해 오일 클리어링 팁에는 좁은 홈이 있습니다. 오일이 렌즈에 묻으면 모세관 작용으로 인해 오일이 렌즈에서 홈으로 빨려 들어가 작업자가 중단 없이 검사를 계속할 수 있습니다.
그림 2: 오일 제거 팁 어댑터는 렌즈 표면에서 액체를 빼내는 좁은 홈이 렌즈 주변에 있는 것이 특징입니다.
지능형 조명
어둡고 빈 공간에서 반사율이 높은 표면을 검사해야 하는 조합은 조명과 관련된 큰 어려움을 야기합니다. 이러한 조건에서는 대비와 탐지율을 높이기 위해 지능형 조명 제어가 필요합니다.
IPLEX RX에는 자동으로 빛을 최적화하고 노이즈를 줄이며 이미지를 선명하게 하는 PulsarPic 이미지 프로세서가 장착되어 있습니다. 이러한 기능을 통해 IPLEX RX는 밝기와 선명도의 균형을 맞추고 기어박스 검사 시 탐지율을 높일 수 있습니다.
동력 보조 기계 관절
내시경 팁의 관절은 검사자가 접근하기 어려운 영역과 구성 요소에 신속하게 접근할 수 있게 해줍니다. 기어박스의 크기가 크고 장애물이 많기 때문에 부드럽고 반응성이 뛰어나며 정밀한 관절이 이러한 유형의 검사에 있어 상당한 시간을 절약할 수 있게 해줍니다.
IPLEX RX의 TrueFeel 동력 보조 수동 관절을 사용하면 검사자는 손과 눈을 조화롭게 활용할 수 있습니다. 검사자는 직관적인 수동 제어로 좁은 구멍과 개구부를 통해 더 쉽고 빠른 검사를 수행할 수 있습니다.
5. 사례 연구: ALL NRG에서의 기어박스 검사
ALL NRG Group A/S는 육상 및 해상 에너지 회사 모두에 설치 및 검사를 제공합니다. 덴마크에 본사를 둔 이 회사는 전문 풍력 터빈 검사자를 고용하고 있으며, 각각의 검사자들은 연간 최대 수백 번의 검사를 수행합니다.
Danijel Bogojevic은 ALL NRG의 검사원으로 다양한 비디오스코프를 사용하여 1,000개 이상의 기어박스 검사를 수행해왔습니다(그림 3). "내시경 검사는 기어박스나 다른 베어링을 제대로 검사할 수 있는 유일한 방법입니다.” Danijel은 "Olympus는 의심할 여지 없이 제가 가장 좋아하는 브랜드입니다. 지난 몇 년 동안 수많은 검사를 수행해왔는데, 기존에 사용하던 비디오스코프를 IPLEX RX로 교체했을 때의 품질 변화는 놀라웠습니다.”라고 얘기합니다.
그림 3: IPLEX RX로 기어박스 검사를 수행하는 ALL NRG 검사원 Danijel Bogojevic
IPLEX로의 전환을 통해 ALL NRG가 수행하는 여러 수준의 검사가 개선되었습니다. Danijel은 말합니다. "IPLEX RX 덕분에 광학 성능과 광 출력이 이전 비디오스코프에 비해 크게 향상되었습니다. 조도가 훨씬 높아서 가고 싶은 곳을 바로 볼 수 있습니다. 게다가 방향 지정이 더 쉬워져 탐색 속도가 빨라지고 검사 시간도 훨씬 단축됩니다."(그림 4).
그림 4: 지능형 조명은 금속 표면의 눈부심을 방지하여 손상된 베어링을 보다 쉽게 감지할 수 있게 해줍니다.
렌즈의 광학 품질은 ALL NRG의 검사 워크플로에 상당한 기여를 했습니다. Danijel은 이렇게 지적합니다. “저는 무엇을 보고 있는지에 따라 근거리 초점 렌즈와 원거리 초점 렌즈를 교환해야 했습니다. IPLEX RX를 사용하면 피사계 심도가 훨씬 뛰어 나기 때문에 거의 모든 물체에 원거리 초점 렌즈만 사용할 수 있습니다.”(그림 5).
그림 5: 피사계 심도가 높은 렌즈를 사용하면 검사자가 넓은 공간이나 깊은 공간을 보다 신속하게 검사할 수 있습니다.
Danijel은 또한 오일 클리어링 팁 어댑터에 깊은 인상을 받았던 특정 사례를 떠올립니다. "저는 덴마크 Overgaard 윈드파크에 있는 NEG-Micon 72/2000 풍력 터빈의 기어박스를 검사하기 위해 고용되었습니다. 저는 새로운 어댑터 솔루션을 IPLEX RX와 함께 테스트하는 기회를 이용했습니다. 이점이 뚜렷합니다. 어렵고 기름진 곳에 도달하려고 할 때, 이 장비는 시간을 많이 절약하게 해줍니다. 이는 오일과 접촉한 후에도 이미지를 계속 포착할 수 있기 때문에 특히 경험이 부족한 신규 검사자에게 좋은 해결책이 될 수 있습니다.
그림 6: 기어 톱니
6. 요약
정기적인 기어박스 검사는 풍력 터빈의 가동 중단 시간을 줄이고 사소한 고장으로 인해 비용이 많이 드는 기어박스 교체를 방지하는 비용 효율적인 방법입니다. 정교한 휴대용 비디오스코프를 사용하여 베어링 및 기어 톱니와 같이 접근하기 어려운 영역을 확인하지 않으면 포괄적인 기어박스 검사가 불가능합니다.
이미지 품질과 전반적인 검사 시간은 높은 탐지율로 비용 효율적인 검사를 보장하는 중요한 매개 변수이며, IPLEX RX의 스마트 기능은 ALL NRG가 원하는 두 가지 요소에 상당한 영향을 미칩니다. Danijel은 간단히 이렇게 말합니다. “사진의 해상도와 화질은 저와 제 고객 모두를 만족시킵니다. IPLEX RX를 사용하여 검사 시간을 2-3시간으로 절반으로 줄였고, 보고서의 품질을 높였습니다.”
