Zrobotyzowana kontrola szerograficzna łopat turbin wiatrowych pozwala na wczesne wykrywanie usterek
Co roku odnotowuje się około 3 800 awarii łopat turbin wiatrowych, z których wiele wynika ze złej konserwacji, a niektóre skutkują śmiercią lub obrażeniami ciała. Aby wykrywać uszkodzenia i defekty w łopatach turbin wiatrowych, konieczne są dokładne kontrole. W tym celu można zdemontować łopatę i przewieźć ją do warsztatu lub wysłać na miejsce wyszkolonych inspektorów, którzy skontrolują ją, używając lin, kół pasowych i uprzęży. Obie te metody wiążą się ze znaczącymi przestojami w produkcji. Dzięki wsparciu ze środków unijnego działania na rzecz innowacji, w ramach projektu WInspector opracowano zautomatyzowaną platformę, która wspina się po wieżach turbin wiatrowych i pozwala na zainstalowanie na nich zestawu do szerografii umożliwiającego kontrolę łopat pod kątem defektów podpowierzchniowych. Dokładna kontrola integralności strukturalnej Obecnie stosowane metody kontroli łopat turbin wiatrowych wiążą się z dwoma problemami. Po pierwsze, prace na wysokości, wykonywane przez co najmniej jedną osobę, która musi korzystać z liny w celu swobodnego poruszania się, są wysoce ryzykowne. Po drugie, są jednocześnie nieefektywne, ponieważ kontrola wzrokowa pozwala wykryć jedynie powierzchowne defekty. Istnieją rozwiązania wykorzystujące specjalnie zaprojektowane platformy umożliwiające lepszy dostęp do kontrolowanej łopaty, ale zazwyczaj nie są one wystarczająco zwrotne lub nie pozwalają zbliżyć się na tyle blisko, aby można było zastosować wysokiej jakości technikę badań nieniszczących. W związku z tym platformy są zwykle wykorzystywane wyłącznie do kontroli wzrokowej. Zrobotyzowany system kontroli WInspector, który dociera do łopaty w celu zamontowania zaawansowanego urządzenia kontrolnego, jest sterowany zdalnie przez operatorów z ziemi, co poprawia zarówno bezpieczeństwo, jak i wydajność. „Najtrudniejszym zadaniem było zadbanie, by system szerograficzny mógł być przymocowany do łopaty na tyle stabilnie, aby pozwolić na przeprowadzenie kontroli. Przeprowadziliśmy liczne etapy projektowania i testów, zanim w końcu udało nam się znaleźć praktyczne rozwiązanie”, mówi koordynator projektu Jan Seton. Zastosowana metoda szerografii pozwala wykrywać wady podpowierzchniowe (takie jak pęknięcia, rozwarstwienia i uszkodzenia mechaniczne) poprzez pomiar odkształcenia (w postaci izochromy) obiektu docelowego pod wpływem naprężeń (naprężenia mechanicznego lub naprężenia termicznego wywoływanego przez nagrzewnicę). W przypadku braku defektu, deformacja jest zazwyczaj jednolita lub gładka, więc izochroma wydaje się regularna. W przypadku defektu podpowierzchniowego, deformacja wykaże koncentrację naprężeń w miejscu defektu, na co wskazuje nieregularna izochroma. Główną zaletą szerografii jest stosunkowo duży obszar, który może objąć w ramach jednej kontroli, oraz to, że wykrywa tylko defekty wpływające na integralność strukturalną, unikając fałszywych alarmów związanych z drobnymi zadrapaniami itp. Zwiększone bezpieczeństwo i wydajność Oprócz wniesienia wkładu w realizację celów UE w zakresie energii odnawialnej i klimatu, projekt WInspector poprawia też rentowność sektora energii wiatrowej poprzez potencjalne zmniejszenie ogólnych kosztów (z powodu późnych napraw i przestojów w produkcji) działania farmy wiatrowej. Na początku roku zespół przeprowadził dwie próby terenowe na farmie wiatrowej CRES (Centrum Odnawialnych Źródeł Energii) w Lawrio w Grecji. W ich trakcie uzyskano szerograficzne izoformy po przetworzeniu obrazów plamek laserowych zarejestrowanych przy użyciu interferometru ścinającego umieszczonego w aparacie cyfrowym. „Z tego co wiemy, nasze pomyślne próby terenowe są pierwszymi na świecie, w których uzyskano izoformy szerograficzne podczas kontroli prowadzonej na miejscu w wieży turbiny wiatrowej, co dowodzi, że nasz system i strategia działają”, mówi Seton. Obecnie zespół dopracowuje technologię, koncentrując się przede wszystkim na zwiększeniu szybkości kontroli i dalszej optymalizacji algorytmów przetwarzania obrazu. Uczeni przewidują, że technika będzie dostępna na rynku w ciągu 3–5 lat.
Słowa kluczowe
WInspector, odnawialne źródła energii, wiatr, turbina, łopata, kontrola, robot, szerografia, izoformy, badania nieniszczące, algorytmy
