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Advanced shearography kit and a robotic deployment platform for on-site inspection of wind turbine blades

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Ispezione shearografica robotica delle pale delle turbine eoliche per il rilevamento precoce dei guasti

Se le turbine eoliche sono fondamentali per la produzione di energia ecologica, contribuendo in modo significativo a tutta l’elettricità rinnovabile, le pale possono essere danneggiate dalle stesse forze che le alimentano. Farle funzionare in maniera efficiente richiede un’adeguata ispezione e manutenzione.

Energia

Si registrano circa 3 800 guasti alle pale delle turbine eoliche all’anno, molti dei quali sono attribuiti a scarsa manutenzione, alcuni dei quali comportano lesioni umane e decessi. Per controllare che le pale delle turbine eoliche non presentino danni e difetti, sono necessarie ispezioni ravvicinate. Le opzioni per raggiungere questo obiettivo sono di solito lo smontaggio della pala per il trasporto in officina o l’invio di ispettori addestrati per il controllo in loco attraverso funi, pulegge e imbracature. Entrambi comportano lunghi tempi di inattività della produzione. Con il supporto di Innovation Action dell’UE, il progetto WInspector ha sviluppato una piattaforma robotica che si arrampica sulle torri delle turbine eoliche per implementare un kit di shearografia in grado di ispezionare le pale e individuare difetti del sottosuolo. Ispezione ravvicinata dell’integrità strutturale I principali problemi degli attuali metodi di ispezione delle pale delle turbine eoliche sono duplici. In primo luogo, è molto rischioso affidarsi ad almeno una persona per lavorare in quota utilizzando una fune per la manovrabilità. In secondo luogo, è anche inefficiente, in quanto l’ispezione visiva identifica solo i difetti superficiali. Sebbene esistano soluzioni che utilizzano piattaforme appositamente progettate per consentire un migliore accesso alla pala da esaminare, in genere non sono sufficientemente agili o non possono avvicinarsi quanto serve per poter utilizzare una tecnica di controllo non distruttivo di alta qualità. Di conseguenza, le piattaforme sono normalmente utilizzate solo per le ispezioni visive. Il sistema di ispezione robotizzata di WInspector, che permette di raggiungere la pala e di collegare un’unità di ispezione avanzata, è controllato a distanza dagli operatori a terra, aumentando sia la sicurezza che l’efficienza. «Far sì che il sistema shearografico rimanesse sulla pala con sufficiente stabilità per l’ispezione è stato il compito più difficile. Abbiamo avuto diversi cicli di progettazione e test, prima di raggiungere finalmente una soluzione praticabile», afferma Jan Seton, coordinatore del progetto. Il metodo shearografico utilizzato può rilevare difetti del sottosuolo (come crepe, delaminazione, disgregazione e danni da impatto) misurando la deformazione (sotto forma di un modello a frangia) dell’oggetto bersaglio sotto sforzo (stress meccanico o stress termico con una pistola termica). Senza difetti, la deformazione è solitamente uniforme o liscia, per cui il disegno della frangia appare regolare. Quando c’è un difetto del sottosuolo, la deformazione mostrerà la concentrazione di sollecitazione nel punto del difetto indicato da una frangia irregolare. I principali vantaggi della shearografia sono la superficie relativamente ampia che può coprire in un’unica ispezione e che rileva solo quei difetti che influiscono sull’integrità strutturale, evitando falsi allarmi innescati da graffi estetici, ecc. Maggiore sicurezza ed efficienza Oltre a contribuire agli obiettivi dell’UE in materia di energie rinnovabili e clima, WInspector rafforza anche l’interesse commerciale per il settore dell’energia eolica, riducendo potenzialmente i costi complessivi (a causa di riparazioni tardive e dei tempi di inattività della produzione) per un parco eolico. All’inizio di quest’anno il team ha condotto due prove sul campo presso il parco eolico del CRES (Centro per le fonti energetiche rinnovabili) a Lavrion, in Grecia. Queste sono stati in grado di produrre modelli di frange shearografiche dopo l’elaborazione delle immagini delle particelle laser registrate, utilizzando un interferometro di taglio dell’immagine incluso nella fotocamera digitale. «Per quanto ci risulta, le nostre riuscite prove sul campo sono le prime al mondo dove i modelli shearografici della frangia sono stati ottenuti dall’ispezione in loco di una torre di una turbina eolica, dimostrando che il nostro sistema e la nostra strategia funzionano», afferma Seton. Attualmente, il team sta perfezionando la tecnologia, concentrandosi in particolare sull’aumento della velocità di ispezione e sull’ulteriore ottimizzazione degli algoritmi di elaborazione delle immagini. Essi prevedono che la tecnica sarà disponibile sul mercato entro 3-5 anni.

Parole chiave

WInspector, energie rinnovabili, vento, turbina, pala, ispezione, robot, shearografia, modelli di frangia, prove non distruttive, algoritmi

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