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Alternative Überwachungsmethoden Mittwoch, 24.01.2018

Rotorblattinspektion mit Thermografie und Schall

Rotorblätter von Windenergieanlagen müssen mindestens alle vier Jahre auf strukturelle Integrität geprüft werden. Die aerodynamische Leistungsfähigkeit eines Rotorblatts ist dann am besten, wenn die Windschicht das Flügelprofil überstreicht, ohne dass es zu Luftverwirbelungen kommt. Bereits kleine Schäden an der Oberfläche können Turbulenzen auslösen und mindern die Effizienz. Aufgrund der extremen Bedingungen altert das Material offshore deutlich schneller als an Land. Bei der regelmäßigen Inspektion prüfen Industriekletterer visuell und durch klopfen, ob Delaminationen oder andere Schadstellen vorhanden sind.  Alternative Überwachungsmethoden zu entwickeln, ist für viele Betreiber ein wichtiges Anliegen.

Dieser Aufgabe widmen sich Forscher am Fraunhofer-Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik IWES in Bremerhaven gemeinsam Partnern. Zum einen testen sie die Kombination von Drohnen und mobiler Thermografietechnik; zum anderen wird ein Schallemissionsverfahren angewendet. Das im Rotorblatt eingebaute Schallemissionsmesssystem erkennt auch tiefliegende Schäden, zum Beispiel am Steg des Rotorblattes, und dient als Frühwarnsystem. Mit der Thermografiekamera lassen sich dagegen oberflächliche Schäden ermitteln, die zum Beispiel durch Regenerosion ausgelöst wurden. Schallemissions- beziehungsweise Piezosensoren werden im Inneren der Rotorblätter an strukturrelevanten Bereichen angebracht. Den Messrechner, der die Sensordaten sammelt und verarbeitet, verbauen die Forscher in der Nabe.

Treten im Rotorblatt plötzliche Spannungsänderungen auf, wird lokal Energie freigesetzt, die in Form von Wärme und Oberflächenwellen mit den Sensoren messbar wird. Die Wellen kommen zu unterschiedlichen Zeitpunkten an den einzelnen Sensoren an. Mit dem Akustik-Emissions-System lassen sich sehr große Strukturen effizient und zuverlässig permanent überwachen. Sobald die Sensoren eine potentielle Schadstelle detektieren, können gezielt weitere Maßnahmen eingeleitet werden.  

An Fehlstellen entsteht Reibung und infolgedessen Wärme; den Wärmefluss im Material kann man mittels Thermografieaufnahmen sichtbar machen. Im Projekt wird die passive Thermografie eingesetzt, bei der man sich die Eigenerwärmung des zu untersuchenden Objekts oder Temperaturunterschiede durch den natürlichen Tag-Nacht-Zyklus zunutze macht. Auf Drohnen befestigt lassen sich so mit Thermografiekameras Fehlstellen unterhalb der Oberfläche von Verbundmaterialien aufspüren, wie zum Beispiel Delaminationen, Einschlüsse, Fehlverklebungen in den Last tragenden Gurt-Steg-Verbindungen und Hohlräume.  

Bild: Seilpartner GmbH - Industriekletterer seilen sich am Rotorblatt ab.

 

 

AK
20.1.18